EP0793777A1 - Brennstoffeinspritzanordnung für eine brennkraftmaschine und verfahren zur brennstoffeinspritzung - Google Patents

Brennstoffeinspritzanordnung für eine brennkraftmaschine und verfahren zur brennstoffeinspritzung

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EP0793777A1
EP0793777A1 EP96934346A EP96934346A EP0793777A1 EP 0793777 A1 EP0793777 A1 EP 0793777A1 EP 96934346 A EP96934346 A EP 96934346A EP 96934346 A EP96934346 A EP 96934346A EP 0793777 A1 EP0793777 A1 EP 0793777A1
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EP
European Patent Office
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fuel
fuel injection
internal combustion
combustion engine
injection valve
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EP96934346A
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English (en)
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EP0793777B1 (de
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Peter Romann
Klaus-Henning Krohn
Jörg Lange
Christof Vogel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F02M53/06—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with fuel-heating means, e.g. for vaporising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • F02M69/044—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the intake conduit downstream of an air throttle valve

Definitions

  • EP-PS 0 337 763 already discloses a fuel injection arrangement for an internal combustion engine , in which several passages are provided in a common housing, in each of which one, but a total of two or more electromagnetic fuel injection valve devices are arranged. Between every two neighboring ones
  • Fuel injection valve devices are designed to form a magnetic shield.
  • the fuel injection arrangement is designed such that fuel can be sprayed off in two directions with the fuel injection valve devices arranged in a housing, namely in the direction of two inlet valves of a cylinder of the internal combustion engine.
  • An intake pipe each running to a cylinder, ends with two branch channels, the access to the cylinder of which is opened or closed by the inlet valves.
  • a branch channel can be closed by a closing device arranged upstream of the inlet valve.
  • only one branch duct is supplied with fuel, so that fuel is injected into the cylinder only via an inlet valve.
  • the intake valves open and close synchronously in accordance with the rotational movement of the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the one in the common housing arranged fuel injection valve devices are completely identical.
  • Cylinder run In terms of number, therefore, at most one injection valve is assigned to one cylinder of the internal combustion engine. This fuel injector arrangement cannot react to various load states of the internal combustion engine, since the excitation of the fuel injector takes place synchronously.
  • a heater attachment for a fuel injection valve, with which an evaporation or atomization of fuel is carried out, is already known from DE-OS 44 12 448.
  • This known heater attachment can be placed pressure-tight on the nozzle head of a fuel injector.
  • the embodiment of the heater attachment is a so-called column heater, in which profiled evaporator contact plates and PTC heating elements are arranged in a sandwich-like manner, so that there are a large number of evaporator spaces (columns).
  • the fuel injection valves are equipped with such heater attachments, which are constructed as open column heaters with good heat transfer, then significant reductions in the emissions of unburned hydrocarbons during the cold start and in the warm-up phase of the internal combustion engine when the heater is in operation can be achieved compared to fuel injection valves without a heater attachment. This is particularly important with regard to the stricter emission limits in the USA and Europe of great importance.
  • the geometry of the column heater results in a labyrinth for the fuel that is no longer to be heated, which, because of its storage behavior, does not allow uniform atomization.
  • the uneven droplet size is particularly disadvantageous because the fuel can converge into relatively large droplets.
  • the load on the electrical system of a vehicle would be excessive in the case of permanent heater operation.
  • a generator of the vehicle would, for example, have an enormous output of around 2 kW alone for operating the heater attachments, which seems unrealistic in practice, so that continuous use of such a heater attachment is largely ruled out.
  • Known fuel injection arrangement which is formed, among other things, by a fuel injection valve and a fuel heating element.
  • the injection valve can be operated both with and without an upstream heating element.
  • a complex mechanism or an additional mechanical slide device is necessary.
  • deposits plugging, lead sulfate
  • These deposits can lead to jamming of the mechanics, especially if the mechanics have not been used for a long time.
  • the moving parts of the slide mechanism are subject to dangerously high wear, especially with regard to the desired long service life of the fuel injection arrangement.
  • the fuel injection arrangement according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that a fuel injection system is created in a simple manner, with which a very good fuel preparation with low both during cold start and in the warm-up phase of an internal combustion engine through the use of an evaporator device / heater As in the other operating states of the internal combustion engine, exhaust gas values continue to maintain a very good quality of fuel preparation, with no additional ones
  • Loads on the internal combustion engine arise. This is achieved according to the invention in that two fuel injection valves are arranged on an intake pipe leading to a combustion chamber, one of the two fuel injection valves including an evaporator device, in particular a column heater as a heater attachment.
  • Claim 1 specified fuel injection arrangement possible.
  • the heater attachment in the form of a column heater in which a multiplicity of evaporator compartments are formed.
  • the column heater can advantageously profiled contact plates and Have heating elements that are arranged in a sandwich. Both PTC or NTC elements as well as porous material or whisker material or heating layers on ceramic supports can serve as heating elements.
  • Fuel injection valves are aligned so that the fuel vapor or sprayed off fuel is aimed directly at the at least one inlet valve and thus undesirable wetting of the wall of the intake pipe is avoided.
  • Another advantage is that no complex and fragile mechanics are required to switch on a heater, but instead fuel injectors are used which have a very long service life and have been adequately tested.
  • the inventive method for fuel injection with the characterizing features of claim 7 has the advantage that a very good fuel preparation is guaranteed in all operating states of the internal combustion engine. While the fuel injection valve is operated with the evaporator device or the heater attachment during the cold start and the warm-up phase of the internal combustion engine and the fuel injection valve is only in operation without a heater at full load and otherwise out of operation, a point in time can be determined based on the size of the various operating parameters of the internal combustion engine Switching the fuel injection valves. The two
  • Fuel injectors are therefore usually operated one after the other in time, with the exception that the two fuel injectors can be switched off until the Fuel injection valve with heater attachment can also be operated simultaneously.
  • the drawing shows a schematic representation of a fuel injection arrangement for an internal combustion engine in the area of the intake manifold and cylinder head of the internal combustion engine.
  • the invention relates to a fuel injection arrangement with two fuel injection valves 1 per combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engine.
  • a corresponding fuel injection arrangement is shown partially and in simplified form in the drawing. On the exact representation of the
  • Fuel injection valves 1 are dispensed with because the most varied types of already known injection valves, in particular so-called electromagnetically actuated top-feed injection valves, can be used for this fuel injection arrangement.
  • the fuel injection arrangement essentially comprises two fuel injection valves 1 a and 1 b, which are arranged on an intake pipe designed as a single intake pipe 3, which leads to a combustion chamber 4 of the internal combustion engine, immediately before at least one inlet valve 5 of this combustion chamber 4.
  • the intake air for the internal combustion engine is provided via the individual intake manifold 3, which has a circular cross section, for example, the control of the air quantity upstream of the throttle body, not shown
  • Fuel injection valves 1 takes place in the individual intake pipe 3.
  • the fuel injectors la and lb are so attached and aligned to the individual intake pipe 3 that the fuel to be sprayed is aimed essentially directly at the inlet valve 5 and not at the walls of the
  • Fuel injectors la and lb and the connector 9 provide sealing rings 12, z. B. O-rings.
  • the two fuel injectors la and lb differ mainly in one point, namely that one of the two fuel injectors lb has a heater attachment 14 designed as an evaporator device, which, for. B. is attached to the downstream end of the fuel injector lb.
  • the heater attachment 14 designed as an evaporator device, which, for. B. is attached to the downstream end of the fuel injector lb.
  • the heater attachment 14 protrudes at least partially into the individual suction pipe 3, so that the sealing with the sealing ring 12 on the individual suction pipe 3 can take place above the heater attachment 14.
  • the evaporator device 14 can also be accommodated at another, not shown, location of the fuel injection valve 1b. Otherwise, the two fuel injection valves la and lb can be constructed identically.
  • the fuel injector la is closer to the cylinder head 7 and thus also closer without a heater attachment provided to the inlet valve 5; however, an arrangement is also conceivable in which the fuel injection valve 1b with the heater attachment 14 is attached near the inlet valve 5, while the fuel injection valve 1b is arranged further away without the heater attachment. Since the
  • the fuel injection mainly takes place via the fuel injection valve 1 a, the arrangement shown in the drawing is particularly well suited and useful.
  • the installation space for the fuel injection valve 1b with heater attachment 14 is not subject to such high demands.
  • the fuel injection valve 1b with the heater attachment 14 should be thermally decoupled from the individual intake pipe 3.
  • the heater attachment 14 of the one fuel injector 1b is only shown schematically and is not described in detail here, since already known arrangements can be used for this purpose, such as those shown in FIG. B. are listed in DE-OS 44 12 448.
  • This embodiment of the heater attachment 14 is a so-called column heater in which profiled evaporator contact plates and heating elements are arranged in a sandwich-like manner. A large number of evaporator chambers formed in it enable very good heat transfer and very good fuel processing through the evaporation of the fuel.
  • the evaporator structure has, for example, PTC or NTC elements, that is to say resistance heating elements with positive or negative temperature coefficients, the evaporator structure being accommodated in a housing.
  • the heating elements can also be formed by using porous material, whisker or sintered material, in the form of wire coils or heating layers on ceramic supports.
  • the fuel injection valve 1b with the heater attachment 14 is actuated almost exclusively during the cold start and the warm-up phase of the internal combustion engine, with the supply of liquid fuel taking place which can reach the heater attachment 14 accordingly quickly.
  • the liquid fuel is evaporated and expelled or blown out of the evaporation area of the heater attachment 14 by the change in volume during the transition to the vapor phase, and is led shortly before the combustion chamber 4 into the individual intake pipe 3, from where it is fed into the combustion chamber 4 together with the sucked-in air reach.
  • the fuel injection is interrupted by the fuel injection valve 1b and switched over to the fuel injection valve la without a heater attachment.
  • it is not intended to operate both fuel injection valves la and lb simultaneously; rather, the control of the electromagnetically actuated fuel injection valves 1 takes place in succession via an electronic control unit 16.
  • exceptional cases such as transient load changes, if the maximum is reached in the shortest possible time
  • both fuel injectors la and lb can also be operated simultaneously, with the corresponding activation again being carried out by the control unit 16. If large amounts of fuel are required, this is both about Fuel injector lb injected with a large basic amount and also via the fuel injector la with a smaller residual amount.
  • Fuel injection valve la in the direction of the inlet valve 5 therefore usually only starts immediately when the fuel injection valve lb is switched off. Usually, the duration of the control of the fuel injection valve 1b and thus the fuel evaporation in the
  • Fuel injection valve lb be 60 to 90 seconds when the engine is cold started. Then only unheated fuel is sprayed off via the fuel injection valve la.
  • the switching of the operation of the two fuel injection valves 1 can be carried out according to different criteria. B. could be reached when the exhaust gas treatment catalyst (not shown) has reached its conversion temperature.
  • the electronic control unit 16 is supplied with countless measured values, converted into electrical signals, of operating parameters of the internal combustion engine, for example the speed, the load according to the angle of rotation of the throttle element, the oxygen concentration in the exhaust line, the conversion temperature of the catalytic converter and others, which are evaluated very quickly and by a corresponding control for the desired switching of the fuel injection valves 1.
  • the fuel injection valve la can be equipped with additional measures, such as, for. B. in a known manner with a gas enclosure or an upstream atomizing sieve.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkraftmaschine, die wenigstens einen Brennraum (4) und wenigstens ein zu diesem Brennraum (4) führendes Ansaugrohr (3) aufweist, wobei stromaufwärts wenigstens eines Einlaßventils (5) des Brennraums (4) zwei Brennstoffeinspritzventile (1a, 1b) in das Ansaugrohr (3) münden. Ein Brennstoffeinspritzventil (1b) weist dabei einen Heizervorsatz (14) auf. Während beim Kaltstart und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine weitgehend nur das Brennstoffeinspritzventil (1b) mit dem Heizervorsatz (14) betrieben wird und das Brennstoffeinspritzventil (1a) ohne Heizer außer Betrieb ist, erfolgt zu einem aufgrund der Größe verschiedener Betriebsparameter bestimmbaren Zeitpunkt ein Umschalten der Brennstoffeinspritzventile (1a, 1b). Die Brennstoffeinspritzanordnung eignet sich besonders für den Einsatz an gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zur Brennstoffeinspritzung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffeinspritz¬ anordnung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. von einem Verfahren zur Brennstoffein- spritzung nach der Gattung des Anspruchs 7. Aus der EP-PS 0 337 763 ist bereits eine Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der in einem gemeinsamen Gehäuse mehrere Durchgänge vorgesehen sind, in denen jeweils ein, insgesamt aber zwei oder mehrere elektromagnetische Brennstoffeinspritzventileinrichtungen angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten
Brennstoffeinspritzventileinrichtungen ist eine Einrichtung zur Bildung einer magnetischen Abschirmung ausgeführt. Die Brennstoffeinspritzanordnung ist so gestaltet, daß mit den in einem Gehäuse angeordneten Brennstoffeinspritzventilein- richtungen in zwei Richtungen Brennstoff abgespritzt werden kann, und zwar in Richtung zweier Einlaßventile eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Ein jeweils zu einem Zylinder verlaufendes Ansaugrohr endet mit zwei Zweigkanälen, deren Zugang zum Zylinder durch die Einlaßventile geöffnet bzw. geschlossen wird. Ein Zweigkanal kann durch eine stromaufwärts des Einlaßventils angeordnete Verschließeinrichtung geschlossen werden. Entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine wird so beispielsweise nur ein Zweigkanal mit Brennstoff versorgt, so daß auch nur über ein Einlaßventil Brennstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Die Einlaßventile öffnen und schließen synchron entsprechend der Drehbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Die in dem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Brennstoffeinspritzventileinrichtungen sind völlig gleichartig ausgeführt.
Aus der US-PS 5 146 897 ist bereits eine Multi-Point- Einspritzung mit mehreren Brennstoffeinspritzventilen zum Einspritzen von Brennstoff in eine mehrere Zylinder umfassende Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennstoffeinspritzanordnung sieht allerdings vor, daß mit höchstens zwei Einspritzventilen Brennstoff in vier Einlaßkanäle gespritzt wird, die in Richtung mehrerer
Zylinder verlaufen. Somit ist von der Anzahl her höchstens ein Einspritzventil einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Auf verschiedene Lastzustände der Brennkraftmaschine kann mit dieser Brennstoffeinspritz- ventilanordnung nicht reagiert werden, da die Erregung der Brennstoffeinspritzventile synchron erfolgt.
Ein Heizervorsatz für ein Brennstoffemspritzventil, mit dem eine Verdampfung bzw. eine Vemebelung von Brennstoff vorgenommen wird, ist bereits aus der DE-OS 44 12 448 bekannt. Dieser bekannte Heizervorsatz kann druckdicht auf den Düsenkopf eines Brennstoffeinspritzventils aufgesetzt werden. Bei der Ausführungsform des Heizervorsatzes handelt es sich um einen sog. Spaltenheizer, bei dem profilierte Verdampferkontaktbleche und PTC-Heizelemente sandwichartig angeordnet sind, so daß sich eine Vielzahl von Verdampferräumen (Spalten) ergibt. Bestückt man die Brennstoffeinspritzventile mit solchen Heizervorsätzen, die als offene Spaltenheizer mit guter Wärmeübertragung aufgebaut sind, so sind deutliche Verringerungen der Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen beim Kaltstart und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine bei Betrieb der Heizung gegenüber Brennstoffeinspritz¬ ventilen ohne Heizervorsatz erzielbar. Dies ist besonders im Hinblick auf die in naher Zukunft zu realisierenden, verschärften Abgasgrenzwerte in den USA und Europa von großer Bedeutung.
Solange der Heizervorsatz zugeschaltet ist, erfolgt eine sehr gute Brennstoffaufbereitung, in deren Resultat in vorteilhafter Weise niedrige HC-Werte erreicht werden. Wird jedoch der Heizervorsatz abgeschaltet, erfolgt nur noch eine ungenügende Brennstoffaufbereitung (schlechtes Austragsverhalten) , die die Aufbereitungsqualität bekannter Brennstoffeinspritzventile nicht erreicht. Aufgrund der
Geometrie des Spaltenheizers ergibt sich für den nicht mehr zu beheizenden Brennstoff ein Labyrinth, das aufgrund seines Speicherverhaltens keine gleichmäßige Zerstäubung zuläßt. Besonders nachteilig stellt sich die ungleichmäßige Tropfchengrδße dar, da der Brennstoff zu relativ großen Tropfen zusammenlaufen kann. Andererseits würde bei permanentem Heizerbetrieb die Belastung des elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs übertrieben groß sein. Ein Generator des Fahrzeugs müßte mit beispielsweise rund 2 kW allein für das Betreiben der Heizervorsätze eine enorme Leistung aufbringen, was für die Praxis unrealistisch erscheint, so daß ein Dauereinsatz eines solchen Heizervorsatzes weitgehend ausgeschlossen ist.
Aus der EP-OS 0 661 445 ist bereits eine
Brennstoffeinspritzanordnung bekannt, die u.a. von einem Brennstoffeinspritzventil und einem Brennstoffheizelement gebildet wird. Das Einspritzventil kann dabei sowohl ohne als auch mit vorgeschaltetem Heizelement betrieben werden. Um den Brennstoffauslaß des Einspritzventils zu gewünschten Zeiten mit dem Heizelement in eine entsprechende Kontaktposition zu bringen, ist eine aufwendige Mechanik bzw. eine zusätzliche mechanische Schiebeeinrichtung notwendig. Besonders wegen des ständigen Kontaktes dieser Mechanik mit der aggressiven Saugrohratmosphäre besteht eine große Gefahr von Ablagerungen (Plugging, Bleisulfat) , so daß diese Schiebermechanik sehr anfällig erscheint. Diese Ablagerungen können zu Verklemmungen an der Mechanik führen, besonders dann, wenn die Mechanik über längere Zeit nicht im Einsatz war. Die bewegten Teile der Schiebermechanik unterliegen gerade auch im Hinblick auf eine gewünschte lange Lebensdauer der Brennstoffeinspritzanordnung einem gefährlich hohen Verschleiß.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs l hat den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise ein Brennstoffeinspritzsystem geschaffen ist, mit dem sowohl beim Kaltstart und in der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine durch den Einsatz einer Verdampfereinrichtung/eines Heizers eine sehr gute Brennstoffaufbereitung mit geringen Abgaswerten erfolgt als auch in den anderen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine weiterhin eine sehr gute Qualität der Brennstoffaufbereitung aufrechterhalten bleibt, wobei keine zusätzlichen
Belastungen der Brennkraftmaschine entstehen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwei Brennstoffeinspritzventile an einem zu einem Brennraum führenden Ansaugrohr angeordnet sind, wobei eines der beiden Brennstoffeinspritzventile eine Verdampfereinrichtung, insbesondere einen Spaltenheizer als Heizervorsatz, beinhaltet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzanordnung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, den Heizervorsatz in der Form eines Spaltenheizers auszubilden, in dem eine Vielzahl von Verdampferräumen gebildet ist. Der Spaltenheizer kann in vorteilhafter Weise profilierte Kontaktbleche und Heizelemente, die sandwichartig angeordnet sind, aufweisen. Als Heizelemente können sowohl PTC- oder NTC-Elemente als auch poröses Material bzw. Whiskermaterial oder Heizschichten auf Keramikträgern dienen.
Von Vorteil ist es außerdem, wenn die
Brennstoffeinspritzventile so ausgerichtet sind, daß der abgegebene Brennstoffdampf bzw. abgespritzte Brennstoff unmittelbar auf das wenigstens eine Einlaßventil zielen und somit eine unerwünschte Benetzung der Wandung des Ansaugrohrs vermieden wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine aufwendige und anfällige Mechanik zum Zuschalten eines Heizers nötig ist, sondern Brennstoffeinspritzventile zum Einsatz kommen, die eine sehr lange Lebensdauer aufweisen und hinlänglich erprobt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Brennstoffeinspritzung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 hat den Vorteil, daß in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine sehr gute Brennstoffaufbereitung gewährleistet ist. Während beim Kaltstart und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine das Brennstoffeinspritzventil mit der Verdampfereinrichtung bzw. dem Heizervorsatz betrieben wird und das Brennstoffeinspritzventil ohne Heizer nur bei Vollast in Betrieb und ansonsten aber außer Betrieb ist, erfolgt zu einem aufgrund der Größe verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine bestimmbaren Zeitpunkt ein Umschalten der Brennstoffeinspritzventile. Die beiden
Brennstoffeinspritzventile werden also in der Regel zeitlich nacheinander betrieben, wobei für instationäre Laständerungen die Ausnahme eintreten kann, daß die beiden Brennstoffeinspritzventile bis zum Abschalten des Brennstoffeinspritzventils mit Heizervorsatz auch gleichzeitig betrieben werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkraftmaschine im Bereich von Saugrohr und Zylinderkopf der Brennkraftmaschine.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzanordnung mit zwei Brennstoffeinspritzventilen 1 pro Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine. In der Zeichnung wird eine entsprechende Brennstoffeinspritzanordnung teilweise und vereinfacht gezeigt. Auf die genaue Darstellung der
Brennstoffeinspritzventile 1 wird verzichtet, da für diese Brennstoffeinspritzanordnung die verschiedensten Bauarten bereits bekannter Einspritzventile, insbesondere sog. elektromagnetisch betätigbarer Top-Feed-Einspritzventile, zum Einsatz kommen können.
Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanordnung umfaßt im wesentlichen zwei Brennstoffeinspritzventile la und lb, die an einem als Einzelsaugrohr 3 ausgebildeten Ansaugrohr, das zu einem Brennraum 4 der Brennkraftmaschine führt, unmittelbar vor wenigstens einem Einlaßventil 5 dieses Brennraums 4 angeordnet sind. Über das beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Einzelsaugrohr 3 wird die Ansaugluft für die Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei die Steuerung der Luftmenge über ein nicht dargestelltes Drosselorgan stromaufwärts der Brennstoffeinspritzventile 1 im Einzelsaugrohr 3 erfolgt. Die Brennstoffeinspritzventile la und lb sind dabei so an dem Einzelsaugrohr 3 angebracht und ausgerichtet, daß der abzuspritzende Brennstoff im wesentlichen direkt auf das Einlaßventil 5 zielt, und nicht auf die Wandungen des
Einzelsaugrohrs 3 bzw. eines Zylinderkopfes 7, in dem das Einlaßventil 5 angeordnet ist und mit dem das Einzelsaugrohr 3 fest verbunden ist. Es ist ebenso denkbar, daß anstelle des einen Einlaßventils 5 zwei Einlaßventile 5 im Zylinderkopf 7 pro Brennraum 4 vorgesehen sind. Dann werden als Brennstoffeinspritzventile 1 sog. Zweistrahlventile zum Einsatz kommen. An dem Einzelεaugrohr 3 sind zur sicheren Aufnahme der Brennstoffeinspritzventile la und lb Stutzen 9 mit Durchgangsδffnungen 10 ausgeformt, in die die Brennstoffeinspritzventile la und lb hineinragen. Für eine wirkungsvolle Abdichtung zwischen den
Brennstoffeinspritzventilen la und lb und den Stutzen 9 sorgen Dichtringe 12, z. B. O-Ringe.
Die beiden Brennstoffeinspritzventile la und lb unterscheiden sich hauptsächlich in einem Punkt, und zwar besitzt eines der beiden Brennstoffeinspritzventile lb einen als Verdampfereinrichtung ausgebildeten Heizervorsatz 14, der z. B. am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils lb befestigt ist. Der
Heizervorsatz 14 ragt dabei zumindest teilweise in das Einzelsaugrohr 3 hinein, so daß die Abdichtung mit dem Dichtring 12 am Einzelsaugrohr 3 oberhalb des Heizervorsatzes 14 erfolgen kann. Die Verdampfereinrichtung 14 kann durchaus auch an einer anderen, nicht dargestellten Stelle des Brennstoffeinspritzventils lb untergebracht sein. Ansonsten können die beiden Brennstoffeinspritzventile la und lb baugleich ausgeführt sein.
In der Zeichnung ist das Brennstoffeinspritzventil la ohne Heizervorsatz näher am Zylinderkopf 7 und somit auch näher zum Einlaßventil 5 vorgesehen; ebenso ist aber auch eine Anordnung denkbar, bei der das Brennstoffeinspritzventil lb mit Heizervorsatz 14 nahe des Einlaßventils 5 angebracht ist, während das Brennstoffemspritzventil la ohne Heizervorsatz entfernter angeordnet ist. Da die
Brennstoffeinspritzung zeitlich hauptsächlich über das Brennstoffemspritzventil la erfolgt, ist die in der Zeichnung gezeigte Anordnung besonders gut geeignet und sinnvoll. An den Einbauraum für das Brennstoffeinspritzventil lb mit Heizervorsatz 14 sind keine so hohen Anforderungen gestellt. Durch geeignete Materialwahl oder Dimensionierung der Wandstärken sollte das Brennstoffeinspritzventil lb mit Heizervorsatz 14 gegenüber dem Einzelsaugrohr 3 wärmeentkoppelt sein.
Der Heizervorsatz 14 des einen Brennstoffeinspritzventils lb ist nur schematisch dargestellt und wird hier nicht näher beschrieben, da hierfür bereits bekannte Anordnungen einsetzbar sind, wie sie z. B. in der DE-OS 44 12 448 aufgeführt sind. Bei dieser Ausführungsform des Heizervorsatzes 14 handelt es sich um einen sog. Spaltenheizer, bei dem profilierte Verdampferkontaktbleche und Heizelemente sandwichartig angeordnet sind. Eine Vielzahl von in ihm gebildeten Verdampferräumen ermöglicht eine sehr gute Wärmeübertragung und eine sehr gute Brennstoffaufbereitung durch die Verdampfung des Brennstoffs. Die Verdampferstruktur weist beispielsweise PTC- oder NTC-Elemente, also Widerstandsheizelemente mit positiven bzw. negativen Temperaturkoeffizienten, auf, wobei die Verdampferstruktur in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Heizelemente können auch durch Verwendung porösen Materials, Whisker- oder Sintermaterials, in der Form von Drahtwendeln oder Heizschichten auf Keramikträgem ausgebildet sein. Bei der beschriebenen Brennstoffeinspritzanordnung wird während des Kaltstarts und der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine fast ausschließlich das Brennstoffeinspritzventil lb mit Heizervorsatz 14 angesteuert, wobei die Versorgung mit flüssigem Brennstoff erfolgt, der entsprechend schnell zum Heizervorsatz 14 gelangen kann. Dort wird der flüssige Brennstoff verdampft und durch die Volumenänderung beim Übergang in die Dampfphase aus dem Verdampfungsbereich des Heizervorsatzes 14 ausgetrieben bzw. ausgeblasen und kurz vor dem Brennraum 4 in das Einzelsaugrohr 3 geführt, um von dort zusammen mit der angesaugten Luft in den Brennraum 4 zu gelangen.
Auf diese Weise lassen sich besonders während des Kaltstarts und der Warmlaufphase die Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen so stark senken, daß sehr niedrige Abgaswerte erreicht werden können. So ist es möglich, die in naher Zukunft zu realisierenden, verschärften Abgasgrenzwerte in den USA (ULEV) bzw. in Europa (MVEG III) einzuhalten bzw. zu unterschreiten. Nach Abschluß der
Warmlaufphase wird die Brennstoffeinspritzung durch das Brennstoffeinspritzventil lb unterbrochen und auf das Brennstoffeinspritzventil la ohne Heizervorsatz umgeschaltet. In der Regel ist es nicht vorgesehen, beide Brennstoffeinspritzventile la und lb gleichzeitig zu betreiben; vielmehr erfolgt die Ansteuerung der elektromagnetisch betätigbaren Brennstoffeinspritzventile 1 über ein elektronisches Steuergerät 16 zeitlich hintereinander. In Ausnahmefällen, wie bei instationären Laständerungen, wenn in allerkürzester Zeit die maximale
Leistung der Brennkraftmaschine bereits erreicht werden soll und sehr schnelle Änderungen des Drosselorgans erfolgen, können auch beide Brennstoffeinspritzventile la und lb gleichzeitig betrieben werden, wobei die entsprechende Ansteuerung wiederum durch das Steuergerät 16 erfolgt. Bei Bedarf großer Brennstoffmengen wird also sowohl über das Brennstoffeinspritzventil lb mit einer großen Grundmenge als auch über das Brennstoffeinspritzventil la mit einer kleineren Restmenge eingespritzt.
Die Brennstoffeinspritzung über das
Brennstoffeinspritzventil la in Richtung des Einlaßventils 5 setzt also gewöhnlich erst unmittelbar beim Abschalten des Brennstoffeinspritzventils lb ein. Üblicherweise wird die Zeitdauer der Ansteuerung des Brennstoffeinspritzventils lb und somit der Brennstoffverdampfung in dem
Brennstoffeinspritzventil lb beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 60 bis 90 Sekunden betragen. Danach wird nur noch unbeheizter Brennstoff über das Brennstoffeinspritzventil la abgespritzt. Das Umschalten des Betriebs der beiden Brennstoffeinspritzventile 1 kann nach unterschiedlichen Kriterien erfolgen, wobei der Umschaltzeitpunkt z. B. dann erreicht sein könnte, wenn der der Aufbereitung der Abgase dienende Katalysator (nicht dargestellt) seine Konvertierungstemperatur erreicht hat. Dem elektronischen Steuergerät 16 werden unzählige, in elektrische Signale umgeformte Meßwerte von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine zugeführt, beispielsweise die Drehzahl, die Last gemäß dem Drehwinkel des Drosselorgans, die Sauerstoffkonzentration in der Abgasleitung, die Konvertierungstemperatur des Katalysators und andere, die sehr schnell ausgewertet werden und durch eine entsprechende Ansteuerung zum gewünschten Umschalten der Brennstoffeinspritzventile 1 führen. Um auch nach dem Umschalten eine optimale Aufbereitung des über das Brennstoffeinspritzventil la abzuspritzenden Brennstoffs zu gewährleisten, kann das Brennstoffeinspritzventil la mit zusätzlichen Maßnahmen ausgerüstet sein, wie z. B. in bekannter Weise mit einer Gasumfassung oder einem vorgeschalteten Zerstäubungssieb.

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkraftmaschine, die wenigstens einen Brennraum und wenigstens ein zu diesem Brennraum führendes Ansaugrohr und wenigstens ein zwischen dem Brennraum und dem Ansaugrohr angeordnetes Einlaßventil hat, mit wenigstens einem Brennstoffeinspritzventil, das in das Ansaugrohr mündet, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Brennraum (4) unabhängig von der Anzahl der Einlaßventile (5) zwei Brennstoffeinspritzventile (la, lb) zugeordnet sind, wobei eines der beiden Brennstoffeinspritzventile (la, lb) mit einer Verdampfereinrichtung (14) versehen ist und Brennstoffdampf abspritzt bzw. ausbläst.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfereinrichtung als Heizervorsatz (14) ausgebildet ist, der am stromabwärtigen Ende des einen Brennstoffeinspritzventils (lb) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizervorsatz (14) die Ausführungsform eines Spaltenheizers hat, in dem eine Vielzahl von Verdampferräumen gebildet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (la) ohne
Verdampfereinrichtung am Ansaugrohr (3) weiter stromabwärts angeordnet ist als das Brennstoffeinspritzventil (lb) mit Verdampfereinrichtung (14) .
5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brennstoffeinspritzventile (la, lb) so ausgerichtet sind, daß der abgegebene Brennstoffdampf bzw. der abgespritzte Brennstoff direkt auf das wenigstens eine Einlaßventil (5) zielen und nicht auf die Wandung des Ansaugrohrs (3) .
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Betrieb der beiden Brennstoffeinspritzventile (la, lb) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der
Brennkraftmaschine durch ein elektronisches Steuergerät (16) steuerbar ist.
7. Verfahren zur Brennstoffeinspritzung mit einer Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkraftmaschine, die wenigstens einen Brennraum und wenigstens ein zu diesem Brennraum führendes Ansaugrohr aufweist, in das wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil mündet, insbesondere mit einer Brennstoffeinspritzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeinspritzung zu jedem einzelnen Brennraum (4) über zwei Brennstoffeinspritz¬ ventile (la, lb) erfolgt, wobei eines der beiden Brennstoffeinspritzventile (lb) derart ausgebildet ist, daß es Brennstoffdampf abspritzt bzw. ausbläst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffdampf erzeugende Brennstoffeinspritzventil (lb) bei Kaltstart der Brennkraftmaschine 60 bis 90 Sekunden betrieben wird, danach ein Umschalten der beiden Brennstoffeinspritzventile (la, lb) erfolgt, wobei die
Ansteuerung der beiden Brennstoffeinspritzventile (la, lb) mit Hilfe eines elektronischen Steuergeräts (16) , in dem verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verarbeitet werden, erfolgt, und nachfolgend nur noch das Brennstoffeinspritzventil (la) ohne Verdampfereinrichtung betrieben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten vom Betrieb des einen zum anderen Brennstoffeinspritzventil (la, lb) dann erfolgt, wenn ein der Aufbereitung der Abgase dienender Katalysator seine Konvertierungstemperatur erreicht hat.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffdampf erzeugende Brennstoffeinspritzventil (lb) bei Kaltstart der Brennkraftmaschine 60 bis 90 Sekunden betrieben wird, und bei erforderlichem Brennstoffmehrbedarf das Brennstoffeinspritzventil (la) gleichzeitig auch betrieben wird, wobei die Ansteuerung der beiden Brennstoffeinspritzventile (la, lb) mit Hilfe eines elektronischen Steuergeräts (16) , in dem verschiedene
Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verarbeitet werden, erfolgt, und nachfolgend nur noch das Brennstoffeinspritz¬ ventil (la) ohne Verdampfereinrichtung betrieben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß über das Brennstoffdampf erzeugende Brennstoffeinspritz¬ ventil (lb) eine größere Brennstoffmenge eingespritzt wird als über das Brennstoffeinspritzventil (la) .
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