Einspritzsvstem, Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer Brenn- kraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem, eine Brennkraftmaschine und ein Ver- fahren zum Betreiben eines Einspritzsystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein Speichermedium und eine Steuereinrichtung.

Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung mit zwei Einspritzventilen pro Zy- linder sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10

2008 044 244 A1 eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum bekannt, wobei der Brennraum zwei Kraftstoff-Einlassöffnungen aufweist, welche jeweils durch ein Einlassventil verschließbar sind. Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf, die in Zuordnung zu dem wenigs- tens einen Brennraum ein erstes und ein separates zweites Einspritzventil zum dosierten Einspritzen von Kraftstoff in mindestens einen Ansaugkanal des Brennraums aufweist. Die Einspritzventile spritzen den Kraftstoff dabei zerstäubt in Form von Spraykegeln in Richtung der Einlassventile.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Einspritzsystem bzw. die Brennkraftmaschine in einfacher Weise dahingehend besser gesteuert werden kann, als es möglich ist, in einem größeren Bereich die Kraftstoffzumessung zu dosieren und dies auch mit einer größeren Genauigkeit möglich ist. Durch Realisierung des Kraftstoffzuführsystems mit ei- nem regelbaren Kraftstoffversorgungssystem und mit einem ersten Einspritzventil und einem zweiten Einspritzventil pro Zylinder ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, die Kraftstoffdosierung dadurch zu steuern, dass zum einen das Kraftstoffversorgungssystem geregelt wird, dass zum anderen die Ansteuerung des ersten Einspritzventils und des zweiten Einspritzventils geregelt wird und die Einspritzventile darüber hinaus auch selektiv abgeschaltet werden können (d.h. es findet lediglich eine Ansteuerung zur Öffnung eines der Einspritzventile statt, nicht jedoch beider Einspritzventile). Beim Vorhandensein eines einzigen Kraftstoffversorgungssystems ist es so, dass sowohl das erste Einspritzventil als auch das zweite Einspritzventil durch das Kraftstoffversorgungssystem mit Kraftstoff versorgt wird.

Erfindungsgemäß kann die Kraftstoffdosierung genauer und genauer reproduzierbar erfolgen und damit insgesamt bedarfsgerechter sein. Hierdurch ist es erfindungsgemäß in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass die Tröpfchen- große des Kraftstoffsprays reduziert werden kann und auf diese Weise Mängel im Verbrennungsverlauf, Zündaussetzer oder eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffgemischs vermieden und eine Reduktion der Rohabgase erzielt werden kann. Insbesondere in der Start- und Warmlaufphase, d.h. bei einem kalten, noch nicht (vollständig) konvertierenden Katalysator führt dies zu einer Ver- ringerung der Abgasemissionen am Katalysatorausgang. Die bessere Durchbrennung des Kraftstoffgemischs im Brennraum führt ferner zu einer erhöhten Temperatur im Brennraum und somit auch zu heißeren Rohabgasen. Hierdurch wird in der Start- und Warmlaufphase der Katalysator schneller aufgewärmt und erreicht schneller die Anspringtemperatur, ab welcher der Katalysator effizient arbeitet. Dies führt ebenfalls zu einer Reduktion der Abgasemissionen. Die

Durchbrennung wird ferner durch die Verwendung von zwei separaten Einspritzventilen begünstigt, da jedes Einspritzventil nur eine verminderte Durchflussmenge von Kraftstoff einzuspritzen braucht, wodurch eine geringere Spraydichte erzielt wird, d.h. dass sich die charakteristische Tröpfchengröße, insbesondere der Sauter-Durchmesser, des zerstäubten Kraftstoffs vorteilhafterweise verringert. Durch die Möglichkeit einer feineren und genaueren Dosierbarkeit des Kraftstoffes wird das Brennverhalten im Brennraum insgesamt erheblich verbessert und es fallen weniger Rohabgase an. Vorteilhafterweise kann aufgrund der Rohabgasreduktion der Katalysator kleiner dimensioniert und ein Teil der für den Katalysator benötigten Edelmetalle eingespart werden. Die verbesserte Durch- brennung und die hierdurch erzielte höhere Laufruhe ermöglicht darüber hinaus eine geringere Leerlaufdrehzahl, welche wiederum die Abgasemissionen reduziert. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise einen Ottomotor mit Saugrohreinspritzung für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Automobil. Die Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise mehr als einen Zylinder, wobei jeder der Zylinder einen Brennraum mit zwei Einlassventilen umfasst, wobei jedem Einlassventil bevorzugt jeweils ein separates Einspritzventil zugeordnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter- ansprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.

Erfindungsgemäß ist gemäß einer alternativen Ausführungsform jedoch auch bevorzugt vorgesehen, dass das Einspritzsystem wenigstens ein weiteres bedarfs- geregeltes Kraftstoffversorgungssystem aufweist, wobei das weitere Kraftstoffversorgungssystem zur bedarfsgeregelten Kraftstoffversorgung des zweiten Einspritzventils konfiguriert ist, wobei die bedarfsgeregelte Kraftstoffversorgung des zweiten Einspritzventils unabhängig von der bedarfsgeregelten Kraftstoffversorgung des ersten Einspritzventils ist. Es ist hierdurch erfindungsgemäß insbeson- dere vorteilhaft möglich, dass beide Kraftstoffversorgungssysteme unabhängig voneinander betreibbar sind, so dass das erste Einspritzventil durch das Kraftstoffversorgungssystem mit Kraftstoff versorgt wird und das zweite Einspritzventil durch das weitere Kraftstoffversorgungssystem mit Kraftstoff versorgt wird. Durch eine solche alternative Ausführungsform ist es erfindungsgemäß vorteilhaft mög- lieh, die Kraftstoffdosierung dadurch zu steuern, dass zum einen das Kraftstoffversorgungssystem und das weitere Kraftstoffversorgungssystem unabhängig voneinander geregelt werden, dass zum anderen die Ansteuerung des ersten Einspritzventils und des zweiten Einspritzventils geregelt wird und die Einspritzventile darüber hinaus auch selektiv abgeschaltet werden können. Besonders bevorzugt ist es erfindungsgemäß, wenn zur Regelung des Kraftstoffversorgungssystems oder aber zur Regelung sowohl des Kraftstoffversorgungssystems und des weiteren Kraftstoffversorgungssystems der Druck in einem Abschnitt des Kraftstoffversorgungssystems bzw. des weiteren Kraftstoffversor- gungssystems herangezogen wird. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass auf bewährte Prinzipien bei der Regelung von regelbaren Kraftstoffversorgungssystemen zurückgegriffen werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Einspritzventil derart unterschiedlich dimensioniert sind, dass unterschiedliche Mengen von Kraftstoff - bei ansonsten gleichen Bedingungen - durch das erste und das zweite Einspritzventil eingespritzt werden. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass über einen großen Bereich hinweg mit großer Genauigkeit die gewünschte Einspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt werden kann. Beispielsweise könnte das erste Einspritzventil hinsichtlich der

Auslegungsmenge an (unter vorgegebenen Betriebsbedingungen) maximal einspritzbarem Kraftstoff (sog. Menge Q _sta t) doppelt so groß ausgelegt werden wie das zweite Einspritzventil; in diesem Fall ist es beispielsweise möglich, für den Fall von vergleichsweise kleinen einzuspritzenden Kraftstoffmengen lediglich das zweite Einspritzventil zu verwenden (d.h. das erste Einspritzventil abzuschalten bzw. nicht anzusteuern) und wegen der kleineren Auslegungsmenge genau dosieren zu können, für den Fall von mittelgroßen einzuspritzenden Kraftstoffmengen lediglich das erste Einspritzventil zu verwenden (d.h. das zweite Einspritzventil abzuschalten bzw. nicht anzusteuern) und wegen der Auslegungs- menge des ersten Einspritzventils genau und in einem nicht allzu großen Zeitfenster dosieren zu können, und für den Fall von vergleichsweise großen einzuspritzenden Kraftstoffmengen (zum Beispiel im Volllastfall) sowohl das erste als auch das zweite Einspritzventil zu verwenden. Alternativ zu einer Aufteilung der Gesamteinspritzmenge des Kraftstoffs mittels zweier ungleich dimensionierter Einspritzventile ist es auch möglich, gleich dimensionierte (d.h. zwei gleiche) Einspritzventile zu verwenden. Hierdurch wird die Auslegungsmenge für jedes der Einspritzventile halbiert. Unabhängig von der Art der Aufteilung der Gesamteinspritzmenge auf zwei Einspritzventile ist es erfindungsgemäß möglich, die charakteristische Größe LSMD (LowSauterMeanDiameter) des typischen Tröpf- chendurchmessers wegen der verringerter Spraydichte von kleineren (bzw. eine kleine Auslegungsmenge Q _sta t aufweisenden) Einspritzventilen zu verringern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Einspritzventil in einem ersten Ansaugkanal angeordnet ist, welches durch die erste Ansaugöffnung in den Brennraum mündet, und dass das zweite Einspritzventil in einem zweiten Ansaugkanal angeordnet ist, welches durch die zweite Ansaugöffnung in den Brennraum mündet. In vorteilhafter Weise lässt sich somit der Spraykegel jedes Einspritzventils in einfacher Weise auf den jeweilige Ansaugkanal, sowie die jeweilige Einlassöffnung anpassen, so dass einerseits eine Benetzung der Außenwandungen der Ansaugkanale, als auch eine Benetzung einer Trennwand zwischen der ersten und zweiten Einlassöffnung wirksam unterbunden wird. (Die Korrosionsgefahr)Der Wandfilm wird hierdurch reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Einspritzventil jeweils nur eine einzige Einspritzöffnung zum Einsprit- zen von Kraftstoff bzw. eine Einstrahlcharakteristik aufweisen. Gegenüber der

Verwendung eines einzigen Einspritzventils mit Zweistrahlcharakteristik, welches zwei Einspritzöffnungen aufweist, hat dies den Vorteil, dass im Strahlbild der Einspritzventile keine Strahlteiler angeordnet sind, welche aufgrund der ständigen Beaufschlagung mit dem Kraftstoff strahl einer vergleichsweise starken Korrosion ausgesetzt sind. Der Strahl kann ferner besser der Geometrie von Saugrohr, Einlassventil und/oder Zylinderkopf besser angepasst werden, so dass eine geringere Wandbenetzung erfolgt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Be- trieb eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems. Insbesondere ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Druck in einem das erste Einspritzventil versorgenden Abschnitt des Kraftstoffversorgungssystems und in einem das zweite Einspritzventil versorgenden Abschnitt des weiteren Kraftstoffversorgungssystems (bzw. der Druck in einem das erste und das zweite Einspritzventil versor- genden Abschnitt des Kraftstoffversorgungssystems) in Abhängigkeit des Kraftstoffbedarfs bei der Einspritzung derart verändert wird, dass der Druck Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepasst wird. Vorzugsweise wird der Druck bei größerem Kraftstoffbedarf größer ist als bei kleinerem Kraftstoffbedarf eingestellt. Hierdurch kann erfindungsgemäß durch Variation des Drucks in dem die Einspritzventile versorgenden Abschnitt des Kraftstoffversorgungssystems (bzw. beider Kraftstoffversorgungssysteme) eine besonders genaue Dosierung realisiert werden, sowie der linear zu regelnde Bereich (DFR) vergrößert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druck in einem das erste Einspritzventil versorgenden Abschnitt des ersten Kraftstoffversorgungssystems und/oder in einem das zweite Einspritzventil versorgenden Abschnitt des zweiten Kraftstoffversorgungssystems in einer Situation des Motorstarts und/oder in einer Situation des Heizens eines Katalysators erhöht wird und/oder dass der Druck in einer Situation der Leerlaufphase der Brennkraftma- schine verringert wird. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass eine besonders einfache und genaue Kraftstoffdosierung für eine Vielzahl von Betriebszuständen erfindungsgemäß möglich ist. Insbesondere wird es hierdurch auch möglich, beispielsweise die Einspritzung von Kraftstoff in vergleichsweise hochgenau reproduzierbarer Weise für den Fall von sogenannten Nach- einspritzungen vorzunehmen.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Zylinderkopfbereichs eines Zylinders eine Einspritzsystems der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystem für ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine und

Figur 3 eine schematische Darstellung der Kraftstoffversorgung für ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffversorgungssystem und einem weiteren Kraftstoffversorgungssystem.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In Figur 1 ist eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Zylinderkopfbereichs eines Zylinders eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine 1 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinder auf, welcher einen Brennraum 2 umfasst und in welchem sich ein Kolben 2' bewegt. Die Wandung des Brennraums 2 weist eine erste und eine zweite Einlassöffnung

10', 20' auf, durch welche jeweils ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer 2 angesaugt wird und eine erste und zweite Auslassöffnung 30, 31 , durch welche die Rohabgase des verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs aus der Brennkammer 2 in erste und zweite Auslasskanäle 32, 33 ausgestoßen werden. Die Brenn- kraftmaschine 1 weist ein erstes Einlassventil 10 auf, welches zum Verschließen der ersten Einlassöffnung 10' vorgesehen ist und zwischen einem ersten Ansaugkanal 1 1 und der Brennkammer 2 angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner ein zweites Einlassventil 20 auf, welches zum Verschließen der zweiten Einlassöffnung 20' vorgesehen ist und zwischen einem zweiten Ansaug- kanal 21 und der Brennkammer 2 angeordnet ist. Der erste und der zweite Ansaugkanal 1 1 , 21 münden auf einer der Brennkammer 2 abgewandten Seite in ein nicht dargestelltes gemeinsames Saugrohr, wobei durch eine im Saugrohr angeordnete Drosselklappe (nicht dargestellt) Frischluft durch das Saugrohr in Richtung der Brennkammer 2 angesaugt wird. Im ersten Ansaugkanal 1 1 ist ein erstes Einspritzventil 12 angeordnet, welches eine erste Einspritzöffnung 14 aufweist, durch welche Kraftstoff 3 (insbesondere in Form eines Sprühstrahls von Kraftstofftröpfchen) durch den ersten Ansaugkanal 1 1 in den Bereich der ersten Einlassöffnung 10' gesprüht wird. Analog ist im zweiten Ansaugkanal 21 ein separates zweites Einspritzventil 22 angeordnet, welches eine (einzige) zweite Ein- spritzöffnung 24 aufweist, durch welche ein Kraftstoffgemisch 3 durch den zweiten Ansaugkanal 21 in den Bereich der zweiten Einlassöffnung 20' gesprüht wird. Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner eine Zündkerze oder auch eine Mehrzahl an Zündkerzen auf, die jedoch nicht eigens dargestellt sind. In Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystems

40 für ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Das Kraftstoffversorgungssystem 40 weist elektrische Kraftstoffpumpe 41 , ein elektronisches Steuerungsmodul 42 der Kraftstoffpumpe 41 , ein Kraft- stoffdruckmodul 43, ein Überdruckventil 44 sowie einen Drucksensor 45 auf. Das Kraftstoffversorgungssystem 40 wird durch eine Steuereinrichtung 50 (Motorsteuergerät) der Brennkraftmaschine 1 gesteuert und versorgt sowohl das ers- te Einspritzventil 12 (pro Zylinder) als auch das zweite Einspritzventil (pro Zylinder).

In Figur 3 ist schematisch der Fall dargestellt, bei die Kraftstoffversorgung des Einspritzsystems der Brennkraftmaschine 1 mit einem Kraftstoffversorgungssystem 40 und einem weiteren Kraftstoffversorgungssystem 40' durchgeführt wird, wobei das Kraftstoffversorgungssystem 40 für die Kraftstoffversorgung des ersten Einspritzventils 12 (pro Zylinder) und das weitere Kraftstoffversorgungssystem 40' für die Kraftstoffversorgung des zweiten Einspritzventils 22 (pro Zylinder) vorgesehen ist.