Verfahren zum Ausblasen von Brennstoff aus einem Volumen , eines Brenstoffeinspritzventils Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ausblasen von Brennstoff aus einem Brennstoffeinspritzventil gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Verfahren zum Abspritzen von Brennstoff in ein Ansaugrohr einer Brennstoffeinspritzanlage, bei denen das Zerstäuben des Brennstoffs durch Einblasen von Luft unterstützt wird, sind bekannt, ebenso die dazu erforderlichen sogenannten luftumfaßten Brennstoffeinspritzventile. Bei diesen Verfahren wird beim Abspritzen des Brennstoffs Luft in den Brennstoffstrahl eingeblasen, um diesen besser zu zerstäuben.

Aus der DE 40 05 734 Al ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches in einer Ventilaufnahme fixiert ist, in dem durch Gaszuführkanäle ein Ringkanal mit Gas versorgt wird, welcher in einen Mischraum stromabwärts der Abspritzöffnung des Brennstoffeinspritzventils mündet. Während des Abspritz- vorganges tritt Brennstoff aus der gleichzeitig der Zu- messung dienenden Abspritzöffnung des Brennstoffeinspritz- ventils aus. In der Mischkammer wird der sich auffächernde Brennstoffstrahl mit Luft aus dem Ringkanal durchsetzt, so daß eine verbesserte Zerstäubung einsetzt. Das so erzeugte

Brennstoff-Luftgemisch wird über Verteilerbohrungen zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine geleitet.

Aus der DE 44 32 076 Al ist weiterhin ein Brennstoffein- spritzventil bekannt, an dessen stromabwärtigen Ende ein Vorsatzkörper angeordnet ist, welcher zusammen mit dem Brennstoffeinspritzventil in einer Ventilaufnahme montiert ist. Die Ventilaufnahme kann beispielsweise Teil eines Ansaugrohres sein. Stromabwärts der Abspritzöffnungen des Brennstoffeinspritzventils sind in dem Vorsatzkörper Ab- spritzkanäle zur Lenkung des abgespritzten Brennstoffs ein- gebracht. Zwischen dem Vorsatzkörper und der Ventilaufnahme ist ein Volumen ausgebildet, welches mit einem in dem Ansaugrohr befindlichen Gaseinlaßkanal verbunden ist.

Während des Abspritzvorgangs strömt das durch den Gaseinlaß- kanal dem ringförmigen Volumen zugeführte Gas durch Quer- bohrungen nahezu rechtwinklig in die Abspritzkanäle ein, durch welche der aus den Abspritzöffnungen des Brennstoff- einspritzventils austretende Brennstoff strömt. Die Ein- mündung der Querbohrungen in die Abspritzkanäle ist nähe- rungsweise nach der Hälfte des Strömungsweges angeordnet.

Die Durchmischung des strömenden Brennstoffs mit dem zuge- führten Gas sorgt für eine Verbesserung der Zerstäubung.

Neben Frischluft, welche stromaufwärts einer Drosselklappe aus dem Ansaugtrakt entnommen wird, kann als zuzuführendes Gas ebenso Abgas aus einer Abgasrückführanlage entnommen werden. Bei nicht ausreichenden Druckverhältnissen zur Förderung des zuzuführenden Gases kann zusätzlich eine Förderpumpe vorgesehen werden.

Ein Verfahren zum Ablenken des in mehreren Teilstrahlen aus dem Brennstoffeinspritzventil abgespritzten Brennstoffs ist weiterhin aus der DE 195 19 838 A1 bekannt. Das Brennstoffeinspritzventil weist an seinem stromabwärtigen Ende ein Lochplättchen auf, in dem mehrere Abspritzöffnungen eingebracht sind. Durch diese mehreren Abspritzöffnungen wird der abzuspritzende Brennstoff in mehrere Brennstoffstrahlen aufgeteilt. Am stromabwärtigen Ende ist

auf das Brennstoffeinspritzventil ein Gasführungsteil aufgesetzt. Brennstoffeinspritzventil und Gaszuführteil werden gemeinsam in eine Ventilaufnahme beispielsweise eines Ansaugrohres eingesetzt. Der vom Brennstoffeinspritzventil abgespritzte Brennstoff durchströmt eine sich aufweitende Ausnehmung des Gasführungsteils, in welche radial von außen durch eine Querbohrung ein gasförmiger Stoff eingeblasen werden kann. Die Querbohrung wird durch einen Gaszufuhrkanal, welcher in dem Ansaugrohr angeordnet ist, mit einem gasförmigen Medium versorgt. Die Strömungsrichtung des durch die Querbohrung zugeführten Gasstromes steht näherungsweise senkrecht zu der Strömungsrichtung des abgespritzten Brennstoffs. Dadurch kommt es zu einer Änderung der Ausbreitungsrichtung eines Brennstoffteilstrahles.

Alle angegebenen Brennstoffeinspritzsysteme verwenden ein gasförmiges Medium, um den aus einem Brennstoffeinspritz- ventil austretenden Brennstoffstrahl leichter zerstäuben zu können. Hierzu wird in den Brennstoffstrahl stromabwärts der Abspritzöffnungen, welche der Zumessung des abzuspritzenden Brennstoffs dienen, ein gasförmiges Medium zugeführt. In dem Brennstoffeinspritzventil selbst verbleibt stromaufwärts der Abspritzöffnungen eine Restmenge Brennstoff, welche nach Schließen des Brennstoffeinspritzventils nicht mehr abge- spritzt wird. Der in diesem stromabwärts des Dichtsitzes ausgebildeten Volumen befindliche Brennstoff kann nach Beendigung des Abspritzvorgangs aufgrund von Wärme aus den Abspritzöffnungen abdampfen. Dies ist besonders beim Einsatz der Einspritzventile in direkt einspritzenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen von Nachteil, da ein nicht zeitgerechtes Zuführen von Brennstoff in den Brennraum zu einer erheblichen Erhöhung der Schadgasemission führt.

Der Einsatz der angegebenen Brennstoffeinspritzventile ist weiterhin aufgrund des erforderlichen Bauraumes, welcher durch Einsatz einer vorgesetzten Hülse auf dem Brennstoff- einspritzventil entsteht, erschwert.

Das Ziel von direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen ist eine Reduzierung des Brennstoffverbrauchs. Brennstoff, der nach der eigentlichen Verbrennung aus einem Totvolumen des Brennstoffeinspritzventils austritt, kann zu einer Verbrennungsleistung nicht beitragen, erhöht jedoch den Verbrauch. Damit ist der Einsatz der angegebenen Brenn- stoffeinspritzventile in einer direkt einspritzenden Brenn- kraftmaschine ausgeschlossen.

Vorteile der Erfindung Das Verfahren zum Ausblasen von Brennstoff aus einem Volumen eines Brennstoffeinspritzventils mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß stromabwärts des Dichtsitzes des Brennstoffeinspritzventils der gesamte nach Abspritzende verbliebene Brennstoff ausgetrieben wird. Ein unkontrolliertes Zuführen von Brennstoff zu einem späten Zeitpunkt der Verbrennung kann somit verhindert werden. In der Folge werden die Schadstoffemissionen deutlich reduziert und auch der Verbrauch der Brennkraftmaschine gesenkt. Weiterhin vorteilhaft ist, daß durch das Ausblasen des Brennstoffs eine Trocknung des Brennstoffeinspritzventils an dem stromabwärtigen Ende erfolgt, wodurch die Neigung zum Verkoken deutlich verringert wird.

Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des angegebenen Verfahrens möglich.

Das in Bezug auf den Abspritzvorgang zeitgerechte Zuführen des gasförmigen Mediums nach dem Ende des Abspritzvorgangs hat den Vorteil, daß z. B. die Ausbildung eines Dralls in der Brennstoffströmung ohne den Einfluß einer Störgröße erfolgen kann. Die zugeführte Gasmenge greift nicht in den eigentlichen Abspritzprozeß ein und kann somit für ein Ausblasen des verbliebenen Brennstoffs mit anschließender Trocknung des Brennstoffeinspritzventils optimiert erfolgen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Auslegung des Brennstoffeinspritzventils unter Berücksichtigung eines kontinuierlich zugeführten gasförmigen Mediums. Der abzu- spritzende Brennstoff wird während des Abspritzvorgangs bereits mit dem zugeführten gasförmigen Medium durchmischt, wodurch es zu einer Verbesserung der Zerstäubung kommt. Nach Schließen des Brennstoffeinspritzventils sorgt die weiterhin kontinuierlich geförderte Gasmenge für ein Austreiben des Restbrennstoffs mit anschließender Trocknung des strom- abwärtigen Brennstoffeinspritzventilteils.

Insbesondere die Anordnung eines Rückschlagventils in der Gaszufuhrleitung ermöglicht den Einsatz in direkt ein- spritzenden Brennkraftmaschinen. Der während des Verbren- nungsvorganges in dem Brennraum aufgebaute Verbrennungsdruck kann nicht entgegen der Strömungsrichtung des zuzuführenden Gases in die Gaszufuhrleitung zurückschlagen. Neben der Ausbildung einer schwingenden Gassäule in der Leitung wird außerdem eine hohe Temperaturbelastung durch die heißen Verbrennungsgase verhindert.

Vorteilhaft ist weiterhin, eine Pumpvorrichtung zur Unter- stützung der Förderung des gasförmigen Mediums mit Hilfe einer in einem Einspritzsystem ohnehin vorhandenen Benzin- pumpe zu betreiben. Durch den in der Gaszufuhrleitung durch die Pumpvorrichtung erzeugten Druck kann der Brennstoff aus dem Volumen des Brennstoffeinspritzventils entgegen dem zu diesem Zeitpunkt herrschenden Brennkammerdruck ausgeblasen werden.

Einen weiteren Vorteil bietet die Möglichkeit, Abgas aus einem Abgasrückführsystem als gasförmiges Medium zu ver- wenden.

Zeichnung Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraft- maschine einschließlich der Steuerung der zuge- führten Frischluft ; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Brennkraft- maschine einschließlich der Steuerung des zuge- führten Abgases ; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffein- spritzventils zum Ausblasen von Brennstoff aus einem Volumen ; und Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstoff- einspritzventils inklusive Gaszuführung zum Aus- blasen von Brennstoff.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Bevor die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Ver- fahrens detailliert beschrieben werden, sollen die wichtig- sten, für das Verfahren erforderlichen Komponenten kurz beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit den wesentlichen peripheren Komponenten. Die Brennkraftmaschine 10 weist einen Zylinderkopf 31 auf, in welchem ein Brennstoffeinspritzventil 1 angeordnet ist, durch welches der zu verbrennende Brennstoff in einen Brennraum der Brenn- kraftmaschine 10 eingespritzt wird. Die zur Verbrennung erforderliche sauerstoffhaltige Frischluft wird durch einen Ansaugkanal 13 über in dem Zylinderkopf 31 angeordnete Ein- laßventile in den Brennraum angesaugt. Die Verbrennung des aus Brennstoff und Frischluft bestehenden, brennfähigen Gemischs wird durch eine Zündkerze 15, welche ebenfalls in dem Zylinderkopf 31 angeordnet ist, initiiert. Nach Abschluß der Verbrennung strömen die Verbrennungsprodukte durch ein geöffnetes Auslaßventil in einen Auspuffkrümmer 12, welcher

ebenfalls an dem Zylinderkopf 31 montiert ist. Von dort gelangen die Abgase weiterhin in die Abgasanlage, welche z. B. einen nicht dargestellten Katalysator und Schalldämpfer enthält.

Der abzuspritzende Brennstoff wird einem nicht dargestellten Brennstoffvorratsbehälter entnommen, von wo aus er bei- spielsweise durch eine Vorförderpumpe einer Brennstoffpumpe 28 zugeführt wird. Die Brennstoffpumpe 28 erzeugt den zum Einspritzen des Brennstoffs in den Brennraum erforderlichen Druck und befördert den Brennstoff über eine Brennstoffleitung 10b zu dem Brennstoffeinspritzventil 1.

Zuviel geförderter Brennstoff kann über eine Rücklaufleitung 11 zurückgeführt werden. Es können auch mehrere Brennstoffeinspritzventile 1 über eine gemeinsame Leitung, ein sogenanntes"Common Rail", versorgt werden. Zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 wird beispielsweise ein Elektromagnet über einen über einen Steckkontakt 20 zuführbaren elektrischen Strom erregt.

Zur Reduzierung der Schadgase wird aus dem Auspuffkrümmer 12 über eine Entnahmeleitung 16 Abgas einem Abgasrückführventil 26 zugeführt, welches über eine Leitung 17 mit dem Ansaugkanal 13 verbunden ist. Die rückgeführte Abgasmenge hängt dabei von verschiedenen Parametern ab, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren.

Hierzu zählen beispielsweise die Temperatur, die Drehzahl sowie die Last. Diese Parameter werden über nicht darge- stellte Sensoren erfaßt und einem Steuergerät 14 über- mittelt. Die elektrischen Komponenten, welche durch das Steuergerät 14 angesteuert werden, sind mit dem Steuergerät 14 durch einen Kabelbaum 19 verbunden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Brennstoffein- spritzventil 1 über eine Gaszufuhrleitung 25 ein gasförmiges Medium zum Ausblasen von Brennstoff aus einem Volumen des Brennstoffeinspritzventils 1 zugeführt. Fig. 1 zeigt die Zufuhr von Frischluft aus dem Ansaugkanal 13 als gasförmiges Medium, wobei die Zuführung der Frischluft durch eine Pump-

vorrichtung 27, welche durch die Brennstoffpumpe 28 ange- trieben ist, unterstützt wird. In der Gaszufuhrleitung 25 ist ein z. B. elektrisch sperrbares Schaltventil 29 angeordnet, durch welches die Zuleitung von Frischluft zu dem Brennstoffeinspritzventil 1 unterbrochen werden kann.

Das Schaltventil 29 empfängt das Steuersignal ebenfalls von dem Steuergerät 14 über den Kabelbaum 19.

Durch die von der Brennstoffpumpe 28 kontinuierlich ange- triebene Pumpvorrichtung 27 entsteht in der Gaszufuhrleitung 25 ein Gasdruck. Nach Beendigung des Abspritzvorgangs, wenn das Brennstoffeinspritzventil 1 wieder geschlossen ist, wird das Schaltventil 29 geöffnet, und das unter Druck stehende Gas strömt zu dem Brennstoffeinspritzventil 1. Nach dem Ausblasen des verbliebenen Brennstoffs in dem Brenn- stoffeinspritzventil 1 wird das Schaltventil 29 wieder ge- schlossen.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Für die zum Großteil mit Fig. 1 übereinstimmenden Bestandteile wird auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird in Fig. 2 das gasförmige Medium, welches dem Brennstoffeinspritzventil 1 zugeführt werden soll, über ein Abgasrückführventil 26 entnommen. Neben dem Ausgang für die Leitung 17 weist das Abgasrückführventil 26 einen zweiten ausgangsseitigen Anschluß auf, an welchem die Gaszufuhrleitung 25 angeschlossen ist. In dem Strömungsweg des Abgases hin zu dem Brennstoffeinspritzventil 1 ist ein elektrisch schaltbares Schaltventil 29 eingebaut, welches über einen Teil des Kabelbaumes 19 mit dem Steuergerät 14 verbunden ist. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Schaltventil 29 nach Ende des Abspritzvorganges betätigt, so daß der Strömungsweg durch die Gaszufuhrleitung 25 offen ist. Durch die Verwendung von Abgas aus dem Abgasrückführsystem steht ein begrenzter Druck zur Förderung des gasförmigen Mediums hin zu dem Brennstoffeinspritzventil

1 zur Verfügung. Durch eine nicht dargestellte Pumpvorrichtung kann darüber hinaus ein erhöhter Druck erzeugt werden, der zu einer Verbesserung des Ausblasens führt.

Die Funktion des Schaltventils 29 kann ebenso in das Abgas- rückführventil 26 integriert sein. In diesem Fall müssen die beiden Ausgänge, welche die Leitung 17 sowie die Gaszufuhr- leitung 25 mit Abgas versorgen, getrennt steuerbar sein. In Fig. 3 ist das abspritzseitige Ende eines Brennstöffein- spritzventils 1 dargestellt, anhand dessen die Funktionsweise des Verfahrens erläutert werden soll. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen Düsenkörper 2 auf, an dessen stromabwärtigem Ende ein Ventilsitzkörper 5 z. B. mittels einer Schweißnaht 8 angebracht ist. In den Ventilsitzkörper 5 ist eine Ventilsitzfläche 6 eingebracht, an die sich stromabwärts wenigstens eine Abspritzöffnung 7 anschließt. Eine Ventilnadel 3 wird durch eine nicht dargestellte Feder so beaufschlagt, daß ein Ventilschließkörper 4, welcher mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung steht, in dichtender Anlage an der Ventilsitzfläche 6 gehalten wird.

Wird eine nicht dargestellte Magnetspule durch einen elektrischen Strom erregt, so wird der Ventilschließkörper 4 mitsamt der Ventilnadel 3 entgegen der Federkraft von der Ventilsitzfläche 6 abgehoben. Durch Brennstoffkanäle, welche in einer Führungsscheibe 32 und einer Drallscheibe 33 angeordnet sind, strömt der Brennstoff zu der Ventilsitzfläche 6 und dem Ventilschließkörper 4 und weiter zu der Abspritzöffnung 7, von wo er in einen Brennraum abgespritzt wird. Mittels einer auf dem Düsenkörper 2 angebrachten Dichtung 18 ist das Brennstoffeinspritzventil 1 gegenüber dem teilweise dargestellten Zylinderkopf 31 abgedichtet.

In die Abspritzöffnung 7 mündet vorzugsweise unmittelbar stromabwärts des Dichtsitzes ein Ausblaskanal 23, welcher beispielsweise als Bohrung ausgeführt sein kann und die

Abspritzöffnung 7 mit einem in dem Zylinderkopf 31 eingebrachten umlaufenden Ringkanal 30 verbindet. Das aus dem Ansaugkanal 13 oder dem Abgasrückführsystem entnommene Gas wird über die Gaszufuhrleitung 25, welche in den Zylinderkopf 31 eingebracht sein kann, dem Ringkanal 30 zugeführt. Zur Vermeidung von Zurückschlagen des Brennkammerdrucks in die Gaszufuhrleitung 25 ist ein Rück- schlagventil 24 in der Gaszufuhrleitung 25 angeordnet.

Alternativ kann das Rückschlagventil 24 auch in dem Ausblas- kanal 23 angeordnet sein.

Schließt zum Ende des Abspritzvorganges das Brennstoffein- spritzventil 1, indem durch die Federkraft der Ventilschließkörper 4 auf die Ventilsitzfläche 6 gedrückt wird, so verbleibt in der Abspritzöffnung 7 Brennstoff.

Bedingt durch die Aufgabe der Abspritzöffnung 7, den Brennstoffstrahl umzulenken, ist eine Mindestlänge für die Abspritzöffnung 7 notwendig. Das dadurch relativ große Volumen 22, welches mit Brennstoff befüllt ist, wird durch das gasförmige Medium, welches durch den Ausblaskanal 23 zugeführt wird, aus der Abspritzöffnung 7 ausgeblasen.

Entsprechend den vorangegangenen Ausführungen kann das Zuführen des gasförmigen Mediums durch ein Schaltventil 29 zeitlich koordiniert werden. Das durch die Abspritzöffnung 7 strömende gasförmige Medium trocknet nach Austreiben des restlichen Brennstoffs die Abspritzöffnung 7 und verhindert somit, daß durch die Verbrennung die Abspritzöffnung 7 verkokt. Durch das gezielte Ausblasen des restlichen Brennstoffs aus dem Volumen 22 kann der Brennstoff an der Verbrennung teilnehmen. Eine Erhöhung der Schadgasemission sowie ein Mehrverbrauch durch verspätetes Abdampfen von Brennstoff aus der Abspritzöffnung 7 wird somit verhindert.

Besonders wichtig ist das Ausblasen von Brennstoff aus einem Volumen 22 bei einem Brennstoffeinspritzventil 1, welches als zweites Ausführungsbeispiel in Fig. 4 dargestellt ist.

Stromabwärts des Ventilsitzkörpers 5, welcher wiederum mit einem Ventilschließkörper 4 einen Dichtsitz bildet, ist ein Drall erzeugendes Element 21 angeordnet. Besonders bei einem

gegen die Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils 1 geneigten Drall erzeugenden Element 21 ist das Volumen 22 groß, welches zwischen dem Drall erzeugenden Element 21 und dem Ventilsitzkörper 5 gebildet wird. Wie in dem vorangegangenen Beispiel verbindet ein Ausblaskanal 23 eine umlaufende Ringnut 30 des Zylinderkopfs 31 mit dem Volumen 22 stromabwärts des Dichtsitzes.

Zur Unterstützung der Zerstäubung des Brennstoffs kann die Zufuhr des gasförmigen Mediums auch kontinuierlich erfolgen.

Das in der Gaszufuhrleitung 25 angeordnete Schaltventil 29 kann dann entfallen. Sofern der Brennkammerdruck kleiner ist als der Druck in der Gaszufuhrleitung 25, wird durch den Ausblaskanal 23 das gasförmige Medium zugeführt. Übersteigt der Brennkammerdruck den Druck in der Gaszufuhrleitung 25, so schließt das Rückschlagventil 24 und es entsteht kein Druckverlust durch Ausströmen von brennfähigem Brennstoff- Luftgemisch aus dem Brennraum.