WO2008080693A1 - Vorrichtung zur dosierung von kraftstoff zum abgassystem eines verbrennungsmotors - Google Patents

Vorrichtung zur dosierung von kraftstoff zum abgassystem eines verbrennungsmotors Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a device for metering fuel to the exhaust system of an internal combustion engine with an injection valve arranged in the exhaust system, which is cooled in the closed state by a flowing cooling liquid and which is supplied via a fuel feed with fuel from which a first partial flow into the exhaust gas is injected and from which a second partial flow is returned via a fuel return in a fuel reservoir.
  • Such a device is known from DE 103 24 482 Al.
  • the injection of fuel into the exhaust system is either with the aim of affecting the exhaust gas temperature or to trigger and maintain chemical reactions in the exhaust system, which serve to regenerate an exhaust aftertreatment component.
  • the fuel evaporates and removes heat from the exhaust gas, so that under certain circumstances this measure can be used to protect components such as exhaust manifolds and / or exhaust gas turbochargers from overheating.
  • the particular circumstances include, in particular, a stoichiometric or reducing exhaust gas atmosphere.
  • chemical reactions can be triggered. So z. B.
  • Exhaust aftertreatment components such as particle filters and / or catalysts triggered.
  • the injection of fuel into the initially oxidizing exhaust gas atmosphere produces a reducing exhaust gas atmosphere which serves to regenerate an exhaust gas aftertreatment component.
  • DE 103 24 482 Al the injection of fuel in connection with the regeneration of a particulate filter is mentioned.
  • the injection of fuel into an oxidizing exhaust gas atmosphere which leads to an oxidation catalyst to exothermic reactions.
  • the temperature of the still oxidizing exhaust gas atmosphere is increased so much that an ignition temperature is exceeded for the soot stored in the particulate filter and burn the soot particles in the oxidizing exhaust gas atmosphere.
  • the injection valve used in the subject matter of DE 103 24 482 A1 is actuated by a control unit with an electrical signal, so that the metering and the beam conditioning are effected by a single valve.
  • the supply of fuel to the injection valve via an electric pump which is controlled by a control unit so that it promotes demand fuel to the arranged in the exhaust system injection valve.
  • the pumped fuel is passed through cooling channels within the injector before being split into a first sub-stream to be injected and a second sub-stream due to fuel return into a fuel tank.
  • the need-based control of the pump requires that this pump, its drive and its control is designed specifically for the supply of arranged in the exhaust system injector with fuel and thus in particular not with the low-pressure pump of
  • the present invention differs from this prior art in that the fuel feed is fed from a low-pressure system of an injection system, which serves to meter fuel for combustions that take place in a combustion chamber of the internal combustion engine and that the device has a damping device hydraulically connected to the fuel inlet For damping of pressure oscillations.
  • the supply from the low pressure system of the conventional injection system can lead to the coupling of pressure oscillations from the low pressure system into the device.
  • the amplitude of such pressure oscillations may be a multiple of the mean pressure in the low pressure system.
  • Such pressure oscillations may affect the metering of fuel into the exhaust system because they may adversely affect the opening behavior of the injector.
  • a so-called snare operation is sought, in which the injection valve opens and closes in rapid succession, which is also referred to as a buzz.
  • the injection valve is opened by the pressure in the fuel system against the force of a spring. Due to the opening of the injection valve, the pressure in front of the injection valve breaks down for a short time, which leads to a closing of the injection valve. When the injection valve is closed, the pressure in front of the injection valve builds up again so that it opens again. As a result, the injector opens and closes in as well called a snare fast episode.
  • the buzz causes the injection jet to be interrupted again and again, which reduces the droplet size of the injected fuel and thus contributes to a good treatment of the fuel for an evaporation in the exhaust gas.
  • the desired buzz occurs only in a comparatively narrow pressure range, which is left when the said pressure oscillations occur.
  • the damping device hydraulically connected to the fuel inlet attenuates coupled pressure oscillations and thus ensures that the required for the beam conditioning Schnarr réelle is maintained.
  • an injection valve with a spray perforated disk can also be used for jet preparation.
  • Such injection valve is z. B. from WO 94/00686 known. Even with this type of injection valves, the quality of the jet preparation depends on the injection pressure, so that the damping of coupled pressure oscillations represents an advantage even with this type of injectors.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a third embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention.
  • the device 10 for metering fuel to the exhaust system 12 of an internal combustion engine.
  • the device 10 has an injection valve 14 which is arranged in the exhaust system 12.
  • an arrangement in the exhaust system 12 is understood to mean an arrangement in which the injection valve 14 is mounted on an opening of an exhaust-gas-carrying line in such a way that it projects into the line and seals off the opening.
  • the device 10 has a fuel inlet 16, via which the device 10 is supplied with fuel.
  • the fuel inlet 16 is fed from a low-pressure system 18 of an injection system, which serves for the metering of fuel for burns, which take place in a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Embodiments of such injection systems include a low pressure circuit and a high pressure circuit.
  • a low-pressure pump generates a fuel pressure in the order of 2 to 5 bar, which from a high-pressure pump or individual pump-nozzle elements to an injection pressure in the
  • the device 10 further includes a damping device 20 hydraulically connected to the fuel inlet 16 for damping pressure oscillations and / or pressure waves.
  • the injection valve 14 used in the embodiment of FIG. 1 is a pressure-controlled injection valve 14, which is connected via an electrically controllable metering valve 22 to a calming volume 24 of the damping device 20.
  • a pressure-controlled injection valve 14 is understood to mean an injection valve in which an increasing fuel pressure within a pressure chamber of the injection valve 14 lifts a sealing body, for example a nozzle needle, against a sealing seat against the force of a return spring, thereby releasing an injection cross section.
  • the pressure in the pressure chamber of the injection valve 14 is controlled by driving the metering valve 22 by a control unit 26.
  • the fuel flow is controlled by the damping volume 24 to the injection valve 14.
  • the control is preferably carried out so that the metering valve 22 then, if no
  • Injection is to be largely closed. Then, no pressure can build up pressure in the pressure chamber of the injection valve 14. A possibly still existing fuel pressure is reduced via the first return 30 provided with a return throttle 28, so that the injection valve 14 closes and / or remains closed.
  • This embodiment therefore uses two valves 14, 22 for the dosage of
  • a first partial flow j_e of the fuel branched off from the low-pressure system 18 into the device 10 is injected into the exhaust gas in the exhaust system 12.
  • a second partial flow j_r of the incoming fuel flows back into a fuel reservoir via a fuel return 32.
  • the injection valve 14 is cooled in the open state by the fuel injected into the exhaust gas with the first partial flow j_e. Furthermore, the injection valve 14 is also in the closed
  • fuel is supplied to the injection valve 14 continuously, from which a partial flow j_rl flows through the injection valve 14 and is discharged again via the first return 30.
  • the partial flow j_rl absorbs heat from the injection valve 14, transports it via the first return 30 and thus represents an embodiment of a cooling liquid flow, the fuel from the cooling medium consists.
  • the return 30 opens into the fuel accumulation return 32nd
  • the absorption of heat takes place in one embodiment in that also the partial flow j_rl is passed through the pressure chamber of the injection valve 14 before it is received by the first return 30.
  • the flow is controlled with a closed injection valve 14 by a timed opening and closing of the metering valve 22, which takes place so that the pressure in the pressure chamber does not exceed the opening pressure of the injection valve 14.
  • the flow through the metering valve 22 is increased, so that above the return throttle 28 in the first return line 30 a pressure can build up which exceeds the opening pressure of the injection valve 14.
  • the damping device 20 has the damping volume 24, which is arranged spatially separated from the injection valve 14 in the fuel inlet 16.
  • the damping volume 24 dampens the amplitude of pressure oscillations that are coupled from the low-pressure system 18 into the device 10.
  • An optional inlet throttle 34 provides additional damping and pressure decoupling between the low-pressure system 18 and the device 10. As an additional advantage of the inlet throttle 34, there is a reduced reaction of processes in the device 10 to the pressure level in the low-pressure system 18.
  • the damping volume 24 is connected via the pressure control valve 36 to the fuel accumulation return 32.
  • the pressure control valve 36 is preferably a pressure-controlled valve which automatically opens at an adjustable opening pressure and automatically closes again when the opening pressure falls below it. In this way, pressure peaks in the damping volume 24 can be relieved by opening the pressure-controlled pressure control valve 36, which minimizes the influence of such pressure spikes on the opening and closing of the injection valve 14.
  • the mentioned pressure peaks occur in the low pressure system 18 z. B. as a result of pressure generation with a gear pump, in which the individual feed teeth each lead to corresponding pressure peaks.
  • Another cause of pressure peaks results from reactions of the high pressure circuit, which serves to supply the combustion chambers of the internal combustion engine with fuel, to the low pressure system 18.
  • the pressure peaks z. B. reach values in the order of 20 bar
  • the average pressure level in the low pressure system 18 is in the order of 2 to 5 bar.
  • the embodiment of Figure 1 shows a check valve 38 which is disposed upstream of the injection valve 14, and which interrupts the fuel supply to the injection valve 14 in the closed state.
  • This shut-off valve 38 has the task to prevent the fuel supply to the exhaust system 12 in certain situations, for example in an accident, so that it does not come to an uncontrolled leakage of fuel into the exhaust system 12.
  • the shut-off valve 38 is preferably designed as an electrically controllable valve.
  • Such a shut-off valve 38 can be arranged both in front of the damping volume 24 and behind the damping volume 24.
  • the injection valve 14 is adapted to operate at a suitable injection pressure in a Schnarr réelle and thereby ensure good spray conditioning or jet conditioning.
  • the opening pressures of the injection valve 14 and the pressure control valve 36 are matched to one another.
  • the embodiment according to FIG. 2 also shows a device 40 for metering fuel to the exhaust system 12 of an internal combustion engine with an injection valve 42 arranged in the exhaust system 12, which is also cooled in the closed state by a flowing cooling liquid, a fuel inlet 16, via the device 40 a first partial flow j_e, which is injected into the exhaust gas, and a second partial flow j_r, which runs back through a fuel accumulation return 32 into a fuel reservoir, is supplied.
  • the fuel inlet 16 is fed from the described low-pressure system 18 of an injection system of the internal combustion engine.
  • the hydraulic damping device 20 connected to the fuel inlet 16 has a damping volume 44, which is connected via the pressure control valve 36 to the fuel accumulator return 32.
  • the damping volume 44 in FIG. 2 is designed as a cooling reservoir 44, the injection valve 42 being arranged at least partially within the cooling reservoir 44.
  • the cooling reservoir 44 is traversed by fuel, wherein occurring in the fuel inlet 16 pressure fluctuations are attenuated by the damping volume of the cooling reservoir 44 and the action of the pressure control valve 36 before they affect the metering of fuel to the exhaust.
  • the injection valve 42 is realized as an electrically controlled injection valve 42 which is adapted to inject a quantity of fuel to be injected as a function of an electrical control signal of the control unit 26.
  • a single valve 42 is used for the metering and the spray treatment or jet treatment.
  • the embodiment of FIG. 2 results in a reduced integration and application effort.
  • This advantage results from the fact that the metering and jet or spray treatment with two valves 22, 14 leads to a very complex hydraulic behavior of the system with a correspondingly high integration and application costs.
  • the dynamic behavior in particular the dynamic behavior of the injection valve 14, further complicates an accurate diagnosis of leaks, in particular leaks between the metering valve 22 and the injection valve 14.
  • a pressure sensor 48 is further provided, which detects the fuel pressure in front of the injection valve 42 and transfers it to the control unit 26, which also controls the injection valve 42. The knowledge of the fuel pressure provides the control unit 26 with the possibility of metering the fuel pressure dependent flow rate through the injection valve 42 even more accurately.
  • FIG. 3 shows a device 50, in which also
  • Fuel is metered to the exhaust system 12 of an internal combustion engine with an injection valve arranged in the exhaust system 42, which is also cooled in the closed state by a flowing cooling liquid.
  • the cooling takes place in the embodiment in the figure 3 as it was described in connection with Figure 1.
  • the objects of FIGS. 1 and 3 differ in that the combination of the electrically controllable metering valve 22 with a pressure-controlled injection valve 14 according to FIG. 1 has been replaced by an electrically controllable injection valve 42 in the case of FIG.
  • the electrically controlled or controllable injection valve 42 is configured to inject a quantity of fuel to be injected as a function of an electrical activation signal of the control unit 26.
  • a single valve 42 is thus used in the article of Figure 3 for the metering and the spray treatment or jet treatment.
  • the device in FIG. 3 is also supplied with fuel via a fuel inlet 16, from which a first partial flow j_e is injected into the exhaust gas and from which a second partial flow j_r is returned via a fuel accumulation return 32 into a fuel reservoir.
  • the fuel inlet 16 is fed from the low-pressure system 18 of the injection system, which is used for metering fuel for combustion, which take place in a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the device 50 has a damping device 20 hydraulically connected to the fuel inlet 16 with a damping volume 24 which is connected via a pressure control valve 36 to the fuel accumulation return 32 and that is arranged spatially separated from the injection valve 42 in the fuel inlet 16.
  • FIG. 4 represents a modification of the subject matter of FIG. 2.
  • FIG. 4 also initially shows a device 60 for metering Fuel to the exhaust system 12 of an internal combustion engine with an arranged in the exhaust system 12 injection valve 42 which is cooled in the closed state by a flowing coolant and which is supplied via a fuel inlet 16 with fuel.
  • a first partial flow j_e of the fuel fed into the device 60 via the fuel inlet 16 is injected into the exhaust gas and a second partial flow j_r is returned to a fuel reservoir via a fuel return 32.
  • the fuel inlet 16 is fed from the low-pressure system 18 of an injection system, which serves for metering fuel for combustion, which takes place in a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the device 60 has a damping device 20 hydraulically connected to the fuel inlet 16 with a damping volume 24 which is connected via a pressure control valve 36 to the fuel accumulation return 32 and which is arranged spatially separated from the injection valve 42 in the fuel inlet 16.
  • the injection valve 42 is an electrically controlled injection valve 42 which is adapted to inject a quantity of fuel to be injected in response to an electrical drive signal of a control device 26. Again, therefore, a single valve 42 is used for the metering and the spray or jet treatment, so that here too the corresponding advantages arise, which have already been explained in connection with Figure 2.
  • the injection valve 42 is at least partially disposed in a cooling jacket 62 through which a cooling medium flows. In contrast to the embodiment to the figure 2, however, not the fuel, but the cooling liquid of the internal combustion engine is used as the cooling medium.
  • the lines 64, 66 serve to connect the cooling jacket 62 to a cooling system of the internal combustion engine.

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Abstract

Vorgestellt wird eine Vorrichtung (10; 40; 50; 60) zur Dosierung von Kraftstoff zum Abgassystem (12) eines Verbrennungsmotors mit einem im Abgassystem (12) angeordneten Einspritzventil (14; 42), das auch im geschlossenen Zustand durch eine strömende Kühlflüssigkeit gekühlt wird und das über einen Kraftstoffzulauf (16) mit Kraftstoff versorgt wird, von dem ein erster Teilstrom (j_e) in das Abgas eingespritzt wird und von dem ein zweiter Teilstrom (j_r) über einen Kraftstoff-Sammel-Rücklauf (32) in einen Kraftstoff-Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kraftstoffzulauf (16) aus einem Niederdrucksystem (18) eines Einspritzsystems gespeist wird, das zur Dosierung von Kraftstoff für Verbrennungen dient, die in einem Brennraum des Verbrennungsmotors erfolgen, und dass die Vorrichtung (10; 40; 50; 60) eine hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf (16) verbundene Dämpfungsvorrichtung (20) zur Dämpfung von Druckschwingungen aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur Dosierung von Kraftstoff zum Abgassystem eines Verbrennungsmotors
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung von Kraftstoff zum Abgassystem eines Verbrennungsmotors mit einem im Abgassystem angeordneten Einspritzventil, das auch im geschlossenen Zustand durch eine strömende Kühlflüssigkeit gekühlt wird und das über einen Kraftstoffzulauf mit Kraftstoff versorgt wird, von dem ein erster Teilstrom in das Abgas eingespritzt wird und von dem ein zweiter Teilstrom über einen Kraftstoffrücklauf in einen Kraftstoff- Vorratsbehälter zurückgeführt wird.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 103 24 482 Al bekannt. Die Einspritzung von Kraftstoff in das Abgassystem erfolgt entweder mit dem Ziel, die Abgastemperatur zu beeinflussen oder um chemische Reaktionen im Abgassystem auszulösen und aufrecht zu erhalten, die zur Reneration einer Abgasnachbehandlungskomponente dienen. Bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff in das vergleichsweise heiße Abgas verdampft der Kraftstoff und entzieht dem Abgas Wärme, so dass diese Maßnahme unter bestimmten Umständen zum Schutz von Bauteilen wie Abgaskrümmern und/oder Abgasturboladern vor einer Überhitzung verwendet werden kann. Zu den bestimmten Umständen zählt insbesondere eine stöchiometrische oder reduzierende Abgasatmosphäre. Erfolgt die Einspritzung dagegen in eine oxidierende Abgasatmosphäre, können chemische Reaktionen ausgelöst werden. So werden z. B. exotherm verlaufende chemische Reaktionen zur Aufheizung von Abgasnachbehandlungskomponenten wie Partikelfiltern und/oder Katalysatoren ausgelöst. Alternativ oder ergänzend wird durch die Einspritzung von Kraftstoff in die zunächst oxidierende Abgasatmosphäre eine reduzierende Abgasatmosphäre erzeugt, die zur Regeneration einer Abgasnachbehandlungskomponente dient. So werden z. B. Stickoxid-Speicherkatalysatoren, die weitgehend mit Stickstoffverbindungen beladen sind, in einer reduzierenden Abgasatmosphäre bei erhöhter Abgastemperatur regeneriert. Dabei zerfallen die gespeicherten Stickstoffverbindungen und der resultierende molekulare Stickstoff wird mit dem Abgas aus dem Speicherkatalysator ausgetragen.
In der DE 103 24 482 Al wird die Einspritzung von Kraftstoff in Verbindung mit der Regeneration eines Partikelfilters erwähnt. In diesem Fall erfolgt die Einspritzung von Kraftstoff in eine oxidierende Abgasatmosphäre, was an einem Oxidationskatalysator zu exothermen Reaktionen führt. Dadurch wird die Temperatur der immer noch oxidierenden Abgasatmosphäre so weit erhöht, dass eine Zündtemperatur für den im Partikelfilter eingelagerten Ruß überschritten wird und die Rußpartikel in der oxidierenden Abgasatmosphäre verbrennen. Das beim Gegenstand der DE 103 24 482 Al verwendete Einspritzventil wird von einem Steuergerät mit einem elektrischen Signal angesteuert, so dass die Zumessung und die Strahl-Aufbereitung durch ein einziges Ventil erfolgt. Die Zufuhr von Kraftstoff zum Einspritzventil erfolgt über eine elektrische Pumpe, die von einem Steuergerät so gesteuert wird, dass sie bedarfsgerecht Kraftstoff zum im Abgassystem angeordneten Einspritzventil fördert.
Der von der Pumpe geförderte Kraftstoff wird durch Kühlkanäle innerhalb des Einspritzventils geleitet, bevor er in einen ersten, einzuspritzenden Teilstrom und einen zweiten, über einen Kraftstoffrücklauf in einen Kraftstoff- Vorratsbehälter zurückzuführenden Teilstrom aufgeteilt wird. Die bedarfsgerechte Steuerung der Pumpe setzt voraus, dass diese Pumpe, ihr Antrieb und ihre Ansteuerung ganz speziell zur Versorgung des im Abgassystem angeordneten Einspritzventils mit Kraftstoff ausgelegt ist und damit insbesondere nicht mit der Niederdruckpumpe des
Einspritzsystems identisch ist, mit der Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe gefördert wird, die den Einspritzdruck für in Brennräumen des Verbrennungsmotors erfolgende Verbrennungen erzeugt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von diesem Stand der Technik dadurch, dass der Kraftstoffzulauf aus einem Niederdrucksystem eines Einspritzsystems gespeist wird, das zur Dosierung von Kraftstoff für Verbrennungen dient, die in einem Brennraum des Verbrennungsmotors erfolgen und dass die Vorrichtung eine hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf verbundene Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von Druckschwingungen aufweist.
Durch die Versorgung der Vorrichtung zur Dosierung von Kraftstoff zum Abgassystem aus dem Niederdrucksystem des herkömmlichen Einspritzsystems kann auf eine separate Pumpe mit ihrem Antrieb und ihrer Ansteuerung verzichtet werden, was im Hinblick auf die Kosten des Abgasnachbehandlungssystems und auch im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des Systems von Vorteil ist.
Die Speisung aus dem Niederdrucksystem des herkömmlichen Einspritzsystems kann jedoch zur Einkopplung von Druckschwingungen aus dem Niederdrucksystem in die Vorrichtung führen. Die Amplitude solcher Druckschwingungen kann ein Mehrfaches des mittleren Drucks in dem Niederdrucksystem betragen. Solche Druckschwingungen können die Dosierung von Kraftstoff in das Abgassystem beeinträchtigen, weil sie das Öffnungsverhalten des Einspritzventils nachteilig beeinflussen können. So wird bei druckgesteuerten Einspritzventilen ein sogenannter Schnarrbetrieb angestrebt, bei dem das Einspritzventil in schneller Folge öffnet und schließt, was auch als Schnarren bezeichnet wird.
Dabei wird das Einspritzventil durch den Druck im Kraftstoffsystem gegen die Kraft einer Feder geöffnet. Durch die Öffnung des Einspritzventils bricht der Druck vor dem Einspritzventil kurzzeitig ein, was zu einem Schließen des Einspritzventils führt. Bei geschlossenem Einspritzventil baut sich der Druck vor dem Einspritzventil erneut auf, so dass es erneut öffnet. Im Ergebnis öffnet und schließt das Einspritzventil in der auch als Schnarren bezeichneten schnellen Folge. Durch das Schnarren wird der Einspritzstrahl immer wieder unterbrochen, was die Tröpfchengröße des eingespritzten Kraftstoffs verringert und so zu einer guten Aufbereitung des Kraftstoffs für eine Verdampfung im Abgas beiträgt. Das erwünschte Schnarren tritt nur in einem vergleichsweise engen Druckbereich auf, der beim Auftreten der genannten Druckschwingungen verlassen wird.
Die hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf verbundene Dämpfungsvorrichtung dämpft eingekoppelte Druckschwingungen und sorgt so dafür, dass der für die Strahl- Aufbereitung erforderliche Schnarrbetrieb aufrecht erhalten wird. Alternativ zu einer Strahl-Aufbereitung durch ein Schnarren des Einspritzventils kann auch ein Einspritzventil mit einer Spritzlochscheibe zur Strahl-Aufbereitung verwendet werden. Ein solches Einspritzventil ist z. B. aus der WO 94/00686 bekannt. Auch bei dieser Art von Einspritzventilen hängt die Qualität der Strahl-Aufbereitung vom Einspritzdruck ab, so dass die Dämpfung eingekoppelter Druckschwingungen auch bei dieser Art von Einspritzventilen einen Vorteil darstellt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 eine Vorrichtung 10 zur Dosierung von Kraftstoff zum Abgassystem 12 eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung 10 weist ein Einspritzventil 14 auf, das in dem Abgassystem 12 angeordnet ist. Dabei wird unter einer Anordnung im Abgassystem 12 eine Anordnung verstanden, bei der das Einspritzventil 14 an einer Öffnung einer abgasführenden Leitung so montiert ist, dass es in die Leitung hineinragt und die Öffnung dicht abschließt. Die Vorrichtung 10 weist einen Kraftstoffzulauf 16 auf, über den die Vorrichtung 10 mit Kraftstoff gespeist wird. Der Kraftstoffzulauf 16 wird aus einem Niederdrucksystem 18 eines Einspritzsystems gespeist, das zur Dosierung von Kraftstoff für Verbrennungen dient, die in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors erfolgen.
Ausgestaltungen solcher Einspritzsysteme umfassen einen Niederdruckkreis und einen Hochdruckkreis. Im Niederdruckkreis erzeugt eine Niederdruckpumpe einen Kraftstoffdruck in der Größenordnung von 2 bis 5 bar, der von einer Hochdruckpumpe oder einzelnen Pumpe-Düse-Elementen auf einen Einspritzdruck in der
Größenordnung zwischen 1000 und 2000 bar erhöht wird. Die Vorrichtung 10 weist ferner eine hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf 16 verbundene Dämpfungsvorrichtung 20 zur Dämpfung von Druckschwingungen und/oder Druckwellen auf.
Das in der Ausgestaltung der Figur 1 verwendete Einspritzventil 14 ist ein druckgesteuertes Einspritzventil 14, das über ein elektrisch steuerbares Zumessventil 22 an ein Beruhigungsvolumen 24 der Dämpfungsvorrichtung 20 angeschlossen ist. Dabei wird unter einem druckgesteuerten Einspritzventil 14 ein Einspritzventil verstanden, bei dem ein ansteigender Kraftstoffdruck innerhalb eines Druckraums des Einspritzventils 14 einen Dichtkörper, beispielsweise eine Düsennadel, gegen die Kraft einer Rückstellfeder von einem Dichtsitz abhebt und dabei einen Einspritzquerschnitt freigibt.
In der Ausgestaltung der Figur 1 wird der Druck im Druckraum des Einspritzventils 14 durch Ansteuern des Zumessventils 22 durch ein Steuergerät 26 gesteuert. Dadurch wird der Kraftstofffluss vom Dämpfungsvolumen 24 zum Einspritzventil 14 gesteuert. Die Ansteuerung erfolgt bevorzugt so, dass das Zumessventil 22 dann, wenn keine
Einspritzung erfolgen soll, weitgehend geschlossen wird. Dann kann sich im Druckraum des Einspritzventils 14 kein Kraftstoff druck aufbauen. Ein evtl. noch vorhandener Kraftstoffdruck baut sich über den mit einer Rücklaufdrossel 28 versehenen ersten Rücklauf 30 ab, so dass das Einspritzventil 14 schließt und/oder geschlossen bleibt. Diese Ausgestaltung verwendet daher zwei Ventile 14, 22 für die Dosierung des
Kraftstoffs zum Abgas, wobei die Steuerung der Einspritzmenge mit dem Zumessventil 22 erfolgt und die Strahl- oder Spray-Aufbereitung mit dem druckgesteuerten Einspritzventil 14 erfolgt.
Ein erster Teilstrom j_e des aus dem Niederdrucksystem 18 in die Vorrichtung 10 abgezweigten Kraftstoffs wird in das Abgas im Abgassystem 12 eingespritzt. Ein zweiter Teilstrom j_r des zulaufenden Kraftstoffs läuft über einen Kraftstoff-Sammelrücklauf 32 in einen Kraftstoff- Vorratsbehälter zurück. Das Einspritzventil 14 wird im geöffneten Zustand durch die mit dem ersten Teilstrom j_e in das Abgas eingespritzte Kraftstoffmenge gekühlt. Ferner wird das Einspritzventil 14 auch im geschlossenen
Zustand durch eine strömende Kühlflüssigkeit gekühlt. In der Ausgestaltung der Figur 1 wird dem Einspritzventil 14 kontinuierlich Kraftstoff zugeführt, von dem ein Teilstrom j_rl das Einspritzventil 14 durchströmt und über den ersten Rücklauf 30 wieder abgeführt wird. Der Teilstrom j_rl nimmt Wärme aus dem Einspritzventil 14 auf, transportiert diese über den ersten Rücklauf 30 ab und stellt auf diese Weise eine Ausgestaltung eines Kühlflüssigkeitsstroms dar, der aus Kraftstoff als Kühlmedium besteht. In einer Ausgestaltung mündet der Rücklauf 30 in den Kraftstoff- Sammelrücklauf 32.
Die Aufnahme von Wärme erfolgt in einer Ausgestaltung dadurch, dass auch der Teilstrom j_rl durch die Druckkammer des Einspritzventils 14 geleitet wird, bevor er vom ersten Rücklauf 30 aufgenommen wird. Die Durchströmung wird bei geschlossenem Einspritzventil 14 durch ein getaktetes Öffnen und Schließen des Zumessventils 22 gesteuert, das so erfolgt, dass der Druck in der Druckkammer den Öffnungsdruck des Einspritzventils 14 nicht überschreitet. Für den Fall, dass das Einspritzventil 14 geöffnet werden soll, wird der Durchfluss durch das Zumessventil 22 erhöht, so dass sich über der Rücklaufdrossel 28 im ersten Rücklauf 30 ein Druck aufbauen kann, der den Öffnungsdruck des Einspritzventils 14 überschreitet.
In der Ausgestaltung der Figur 1 weist die Dämpfungsvorrichtung 20 das Dämpfungsvolumen 24 auf, das räumlich getrennt von dem Einspritzventil 14 in dem Kraftstoffzulauf 16 angeordnet ist. Das Dämpfungsvolumen 24 dämpft die Amplitude von Druckschwingungen, die aus dem Niederdrucksystem 18 in die Vorrichtung 10 eingekoppelt werden. Eine optional vorhandene Zulaufdrossel 34 sorgt für eine zusätzliche Dämpfung und Druckentkopplung zwischen dem Niederdrucksystem 18 und der Vorrichtung 10. Dabei ergibt sich als zusätzlicher Vorteil der Zulaufdrossel 34 eine verringerte Rückwirkung von Vorgängen in der Vorrichtung 10 auf das Druckniveau im Niederdrucksystem 18.
Das Dämpfungsvolumen 24 ist über das Drucksteuerventil 36 an den Kraftstoff- Sammelrücklauf 32 angeschlossen. Das Drucksteuerventil 36 ist bevorzugt ein druckgesteuertes Ventil, das bei einem einstellbaren Öffnungsdruck selbstständig öffnet und bei einem Unterschreiten des Öffnungsdrucks selbstständig wieder schließt. Auf diese Art und Weise können Druckspitzen im Dämpfungsvolumen 24 durch Öffnen des druckgesteuerten Drucksteuerventils 36 abgebaut werden, was den Einfluss solcher Druckspitzen auf das Öffnen und Schließen des Einspritzventils 14 minimiert. Die genannten Druckspitzen entstehen im Niederdrucksystem 18 z. B. als Folge einer Druckerzeugung mit einer Zahnradpumpe, bei der die einzelnen Förderzähne jeweils zu entsprechenden Druckspitzen führen. Eine weitere Ursache von Druckspitzen ergibt sich aus Rückwirkungen des Hochdruckkreises, der zur Versorgung der Brennräume des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff dient, auf das Niederdrucksystem 18. Bei Einspritzsystemen für Dieselmotoren können die Druckspitzen z. B. Werte in der Größenordnung von 20 bar erreichen, wobei das mittlere Druckniveau im Niederdrucksystem 18 in der Größenordnung von 2 bis 5 bar liegt.
Weiter zeigt die Ausgestaltung der Figur 1 ein Absperrventil 38, das stromaufwärts des Einspritzventils 14 angeordnet ist, und das im geschlossenen Zustand die Kraftstoffzufuhr zum Einspritzventil 14 unterbricht. Dieses Absperrventil 38 hat die Aufgabe, die Kraftstoffzufuhr zum Abgassystem 12 in bestimmten Situationen, beispielsweise bei einem Unfall zu unterbinden, so dass es nicht zu einem unkontrollierten Austritt von Kraftstoff in das Abgassystem 12 kommt. Zu diesem Zweck ist das Absperrventil 38 bevorzugt als elektrisch steuerbares Ventil ausgeführt. Ein solches Absperrventil 38 kann sowohl vor dem Dämpfungsvolumen 24 als auch hinter dem Dämpfungsvolumen 24 angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Einspritzventil 14 dazu eingerichtet, bei passendem Einspritzdruck in einem Schnarrbetrieb zu arbeiten und dadurch für eine gute Spray-Aufbereitung oder Strahl-Aufbereitung zu sorgen. Dazu sind insbesondere die Öffnungsdrucke des Einspritzventils 14 und des Drucksteuerventils 36 aufeinander abgestimmt.
Die Ausgestaltung nach der Figur 2 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung 40 zur Dosierung von Kraftstoff zum Abgassystem 12 eines Verbrennungsmotors mit einem im Abgassystem 12 angeordneten Einspritzventil 42, das auch im geschlossenen Zustand durch eine strömende Kühlflüssigkeit gekühlt wird, einem Kraftstoffzulauf 16, über den der Vorrichtung 40 ein erster Teilstrom j_e, der in das Abgas eingespritzt wird, und ein zweiten Teilstrom j_r, der über einen Kraftstoff-Sammelrücklauf 32 in einen Kraftstoff- Vorratsbehälter zurückläuft, zugeführt wird. Dabei wird auch hier der Kraftstoffzulauf 16 aus dem beschriebenen Niederdrucksystem 18 eines Einspritzsystems des Verbrennungsmotors gespeist. Die hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf 16 verbundene Dämpfungsvorrichtung 20 weist ein Dämpfungsvolumen 44 auf, das über das Drucksteuerventil 36 an den Kraftstoff- Sammelrücklauf 32 angeschlossen ist. Abweichend vom Gegenstand der Figur 1 ist das Dämpfungsvolumen 44 in der Figur 2 als Kühlreservoir 44 ausgestaltet, wobei das Einspritzventil 42 wenigstens teilweise innerhalb des Kühlreservoirs 44 angeordnet ist. Das Kühlreservoir 44 wird von Kraftstoff durchströmt, wobei im Kraftstoffzulauf 16 auftretende Druckschwankungen durch das Dämpfungsvolumen des Kühlreservoirs 44 und die Wirkung des Drucksteuerventils 36 gedämpft werden, bevor sie sich auf die Dosierung von Kraftstoff zum Abgas auswirken.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Einspritzventil 42 als elektrisch gesteuertes Einspritzventil 42 realisiert, das dazu eingerichtet ist, eine Menge einzuspritzenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von einem elektrischen Ansteuersignal des Steuergeräts 26 einzuspritzen. Abweichend vom Gegenstand der Figur 1 wird daher beim Gegenstand der Figur 2 ein einziges Ventil 42 für die Zumessung und die Spray- Aufbereitung oder Strahl-Aufbereitung verwendet. Im Vergleich zu der Ausgestaltung nach der Figur 1, bei der die Zumessung und Spray- oder Strahl-Aufbereitung räumlich getrennt durch zwei Ventile 22, ergibt sich bei der Ausgestaltung der Figur 2 ein verringerter Integrations- und Applikationsaufwand. Dieser Vorteil ergibt sich daraus, dass die Zumessung und Strahl- oder Spray-Aufbereitung mit zwei Ventilen 22, 14 zu einem hydraulisch sehr komplexen Verhalten des Systems mit einem entsprechend hohen Integrations- und Applikationsaufwand führt. Bei einem solchen System mit zwei Ventilen 22, 14 erschwert das dynamische Verhalten, insbesondere das dynamische Verhalten des Einsritzventils 14, darüber hinaus eine genaue Diagnose von Leckagen, insbesondere von Leckagen zwischen dem Zumessventil 22 und dem Einspritzventil 14.
In einer Ausgestaltung ist ferner ein Drucksensor 48 vorgesehen, der den Kraftstoffdruck vor dem Einspritzventil 42 erfasst und an das Steuergerät 26 übergibt, das auch das Einspritzventil 42 steuert. Die Kenntnis des Kraftstoffdrucks liefert dem Steuergerät 26 die Möglichkeit, die vom Kraftstoffdruck abhängige Durchflussmenge durch das Einspritzventil 42 noch genauer zu dosieren.
Die Ausgestaltung nach der Figur 3 zeigt eine Vorrichtung 50, bei der ebenfalls
Kraftstoff zum Abgassystem 12 eines Verbrennungsmotors mit einem im Abgassystem angeordneten Einspritzventil 42 dosiert wird, das auch im geschlossenen Zustand durch eine strömende Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Die Kühlung erfolgt bei der Ausgestaltung bei der Figur 3 so, wie es in Verbindung mit der Figur 1 beschrieben wurde. Die Gegenstände der Figuren 1 und 3 unterscheiden sich dadurch, dass die Kombination des elektrisch steuerbaren Zumessventils 22 mit einem druckgesteuerten Einspritzventil 14 nach der Figur 1 beim Gegenstand der Figur 3 durch ein elektrisch steuerbares Einspritzventil 42 ersetzt worden ist. Das elektrisch gesteuerte oder steuerbare Einspritzventil 42 ist dazu eingerichtet, eine Menge einzuspritzenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von einem elektrischen Ansteuersignal des Steuergeräts 26 einzuspritzen. Wie beim Gegenstand der Figur 2 wird damit auch beim Gegenstand der Figur 3 ein einziges Ventil 42 für die Zumessung und die Spray-Aufbereitung oder Strahl-Aufbereitung verwendet.
Im Übrigen wird auch die Vorrichtung in der Figur 3 über einen Kraftstoffzulauf 16 mit Kraftstoff versorgt, von dem ein erster Teilstrom j_e in das Abgas eingespritzt wird und von dem ein zweiter Teilstrom j_r über einen Kraftstoff-Sammelrücklauf 32 in einen Kraftstoff- Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Der Kraftstoffzulauf 16 wird aus dem Niederdrucksystem 18 des Einspritzsystems gespeist, das zur Dosierung von Kraftstoff für Verbrennung dient, die in einem Brennraum des Verbrennungsmotors erfolgen. Die Vorrichtung 50 weist eine hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf 16 verbundene Dämpfungsvorrichtung 20 mit einem Dämpfungsvolumen 24 auf, das über ein Drucksteuerventil 36 an den Kraftstoff-Sammelrücklauf 32 angeschlossen ist und dass räumlich getrennt von dem Einspritzventil 42 in dem Kraftstoffzulauf 16 angeordnet ist.
Die Ausgestaltung der Figur 4 stellt eine Abwandlung des Gegenstands der Figur 2 dar. Insofern zeigt auch die Figur 4 zunächst eine Vorrichtung 60 zur Dosierung von Kraftstoff zum Abgassystem 12 eines Verbrennungsmotors mit einem im Abgassystem 12 angeordneten Einspritzventil 42, das auch im geschlossenen Zustand durch eine strömende Kühlflüssigkeit gekühlt wird und das über einen Kraftstoffzulauf 16 mit Kraftstoff versorgt wird. Ein erster Teilstrom j_e des über den Kraftstoffzulauf 16 in die Vorrichtung 60 eingespeisten Kraftstoffs wird in das Abgas eingespritzt und ein zweiter Teilstrom j_r wird über einen Kraftstoff-Sammelrücklauf 32 in einen Kraftstoff- Vorratsbehälter zurückgeführt. Der Kraftstoffzulauf 16 wird aus dem Niederdrucksystem 18 eines Einspritzsystems gespeist, das zur Dosierung von Kraftstoff für Verbrennungen dient, die in einem Brennraum des Verbrennungsmotors erfolgen.
Die Vorrichtung 60 weist eine hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf 16 verbundene Dämpfungsvorrichtung 20 mit einem Dämpfungsvolumen 24 auf, das über ein Drucksteuerventil 36 an den Kraftstoff-Sammelrücklauf 32 angeschlossen ist und das räumlich getrennt von dem Einspritzventil 42 in dem Kraftstoffzulauf 16 angeordnet ist. Das Einspritzventil 42 ist ein elektrisch gesteuertes Einspritzventil 42, das dazu eingerichtet ist, eine Menge einzuspritzenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von einem elektrischen Ansteuersignal eines Steuergeräts 26 einzuspritzen. Auch hier wird also ein einziges Ventil 42 für die Zumessung und die Spray- oder Strahl-Aufbereitung verwendet, so dass sich auch hier die entsprechenden Vorteile ergeben, die im Zusammenhang mit der Figur 2 bereits erläutert worden sind. Das Einspritzventil 42 ist wenigstens teilweise in einem von einem Kühlmedium durchflossenen Kühlmantel 62 angeordnet. Im Unterschied zu der Ausgestaltung zu der Figur 2 wird jedoch nicht Kraftstoff, sondern die Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors als Kühlmedium verwendet. Die Leitungen 64, 66 dienen zum Anschluss des Kühlmantels 62 an ein Kühlsystem des Verbrennungsmotors.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (10; 40; 50; 60) zur Dosierung von Kraftstoff zum Abgassystem (12) eines Verbrennungsmotors mit einem im Abgassystem (12) angeordneten Einspritzventil (14; 42), das auch im geschlossenen Zustand durch eine strömende Kühlflüssigkeit gekühlt wird und das über einen Kraftstoffzulauf (16) mit Kraftstoff versorgt wird, von dem ein erster Teilstrom (j_e) in das Abgas eingespritzt wird und von dem ein zweiter Teilstrom (j_r) über einen Kraftstoff-Sammel- Rücklauf (32) in einen Kraftstoff- Vorratsbehälter zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzulauf (16) aus einem Niederdrucksystem (18) eines Ein- spritzsystems gespeist wird, das zur Dosierung von Kraftstoff für Verbrennungen dient, die in einem Brennraum des Verbrennungsmotors erfolgen, und dass die Vorrichtung (10; 40; 50; 60) eine hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf (16) verbundene Dämpfungsvorrichtung (20) zur Dämpfung von Druckschwingungen aufweist.
2. Vorrichtung (10; 40; 50; 60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (20) ein Dämpfungsvolumen (24; 44) aufweist.
3. Vorrichtung (10; 40; 50; 60) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsvolumen (24; 44) über ein Drucksteuerventil (36) an den Kraftstoff- Sammelrücklauf (32) angeschlossen ist.
4. Vorrichtung (40) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dämpfungsvolumen (44) als Kühlreservoir (44) ausgestaltet ist und das Einspritzventil (42) wenigstens teilweise innerhalb des Kühlreservoirs (44) angeordnet ist.
5. Vorrichtung (40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (42) ein elektrisch gesteuertes Einspritzventil (42) ist, das dazu eingerichtet ist, eine Menge einzuspritzenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von einem elektrischen Ansteuersignal einzuspritzen.
6. Vorrichtung (10; 50; 60) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsvolumen (24) räumlich getrennt von dem Einspritzventil (14; 42) in dem Kraftstoffzulauf (16) angeordnet ist.
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ein druckgesteuertes Einspritzventil (14) aufweist, das über ein elektrisch steuerbares Zumessventil (22) an das Dämpfungsvolumen (24) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung (50; 60) nach Anspruch 6, , dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil ein elektrisch gesteuertes Einspritzventil (42) ist, das dazu eingerichtet ist, eine Menge einzuspritzenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von einem elektrischen Ansteuersignal einzuspritzen.
9. Vorrichtung (60) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritz- ventil (42) wenigstens teilweise in einem von einem Kühlmedium durchflossenen
Kühlmantel (62) angeordnet ist.
10. Vorrichtung (60) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (60) über Leitungen (64, 66) an ein Kühlsystem des Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
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