DE102013222498A1

DE102013222498A1 - Device for supplying fuel to an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102013222498A1
Application number: DE201310222498
Authority: DE
Inventors: Sascha Oliver Bunschus; Dragan Stojkovic
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2015-05-07

Abstract

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für eine, mindestens einen Zylinder (Z1–Z4) aufweisende, zumindest mit äußerer Gemischbildung arbeitende Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylinder (Z1–Z4) der Brennkraftmaschine zwei Einlasskanäle (E1, E2) aufweist, die mittels Gaseinlassventilen (26) geöffnet und geschlossen werden können. Jedem der beiden Einlasskanäle (E1, E2) ist ein Kraftstoffinjektor (I1, I2) zugeordnet. Die Kraftstoffinjektoren (I1, I2) weisen bezogen auf den gleichen anliegenden Kraftstoffdruck und gleicher Ansteuerdauer identische Durchflussraten und Sprayauslegung für den Kraftstoff auf und sind an, dem jeweiligen Zylinder (Z1–Z4) zugewandten Unterseiten (34) der Einlasskanäle (E1, E2) nahe an den Gaseinlassventilen (26) angeordnet, so dass sich ein bezogen auf die Ventiltellerfläche (31) der Gaseinlassventile (26) und der Längsachse der Kraftstoffinjektoren (I1, I2) ein flacher Abspritzwinkel (α) für den Kraftstoff ergibt. Desweiteren weisen die Kraftstoffinjektoren (I1, I2) unterschiedlich gerichtete Austrittsöffnungen (A) für den Kraftstoff auf, die derart ausgestaltet sind, dass der Kraftstoff in Form von zwei symmetrischen, wenig aufgefächerten Kraftstoffspraykegel (32) in Richtung der Gaseinlassventile (26) abgespritzt wird.The invention is characterized by a device for supplying fuel to a, at least one cylinder (Z1-Z4) having, at least external mixture working internal combustion engine, each cylinder (Z1-Z4) of the internal combustion engine having two inlet channels (E1, E2) can be opened and closed by means of gas inlet valves (26). Each of the two inlet channels (E1, E2) is assigned a fuel injector (I1, I2). The fuel injectors (I1, I2) have identical flow rates and spray design for the fuel with respect to the same applied fuel pressure and drive duration and are close to undersides (34) of the intake ports (E1, E2) facing the respective cylinder (Z1-Z4) arranged on the gas inlet valves (26), so that a relative to the valve head surface (31) of the gas inlet valves (26) and the longitudinal axis of the fuel injectors (I1, I2) results in a flat spray-off angle (α) for the fuel. Furthermore, the fuel injectors (I1, I2) have differently directed outlet openings (A) for the fuel, which are designed such that the fuel in the form of two symmetrical, slightly fanned fuel spray cone (32) is sprayed in the direction of the gas inlet valves (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für eine Brennkraftmaschine mit äußerer Gemischbildung, wobei die Brennkraftmaschine mindestens einen, durch Zylinderwandungen und einen im Zylinder beweglichen Kolben begrenzten Brennraum aufweist, und jeder Brennraum mit zwei Einlasskanälen versehen ist, und jedem Einlasskanal ein Kraftstoffinjektor zugeordnet ist, so dass Kraftstoff in die einzelnen Einlasskanäle eingespritzt werden kann. Solche Systeme werden auch als MPI (Multi Point Injection) Twin Port Systeme bezeichnet. The invention relates to a device for supplying fuel to an internal combustion engine with external mixture formation, wherein the internal combustion engine has at least one combustion chamber bounded by cylinder walls and a piston movable in the cylinder, and each combustion chamber is provided with two inlet channels, and each inlet channel is assigned a fuel injector that fuel can be injected into the individual inlet channels. Such systems are also referred to as MPI (Multi Point Injection) Twin Port Systems.

Von äußerer Gemischbildung beim Ottomotor spricht man, wenn der Kraftstoff in das Saugrohr, z.B. in Richtung auf das Gaseinlassventil eingebracht (vorgelagert) wird und somit das Kraftstoff-Luftgemisch außerhalb des Brennraumes gebildet wird. Dies wird auch als Kanaleinspritzung oder Saugrohreinspritzung bezeichnet. Outer mixture formation in the gasoline engine is said to occur when the fuel is introduced into the intake manifold, e.g. is introduced (upstream) in the direction of the gas inlet valve and thus the fuel-air mixture is formed outside the combustion chamber. This is also referred to as port injection or port injection.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, welche von Brennkraftmaschinen angetrieben werden, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen beim Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Neben einer effizienten Abgasnachbehandlung mittels Abgaskatalysatoren, die die Schadstoffemissionen, die während der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln, werden auch an das Einspritzsystem der Brennkraftmaschine immer höhere Anforderungen gestellt, um die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffemissionen von vornherein so gering wie möglich zu halten. Ever stricter legal regulations regarding permissible pollutant emissions of motor vehicles, which are driven by internal combustion engines, make it necessary to keep the pollutant emissions during operation of the internal combustion engine as low as possible. In addition to an efficient exhaust aftertreatment by means of catalytic converters, which convert the pollutant emissions that are generated during the combustion of the air / fuel mixture in the respective cylinders, into harmless substances, the injection system of the internal combustion engine ever higher demands are made in the Incineration of pollutant emissions from the outset to be kept as low as possible.

Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff in das oder in die Saugrohre eingespritzt wird, die Gemischbildung also im Einlasssystem erfolgt, haben den Vorteil einer homogenen Durchmischung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, was wiederum die Partikelbildung reduziert. In bestimmten Lastbereichen der Brennkraftmaschine, bei denen ein hoher Kraftstoffbedarf auftritt, ist man gezwungen, Kraftstoff durch das geöffnete Einlassventil direkt in den Brennraum einzuspritzen. Dieser Betriebsmodus erzeugt aber hohe HC-Emissionen und es entsteht eine erhöhte Partikelanzahl im Abgas. Internal combustion engines, in which the fuel is injected into or into the intake manifolds, ie the mixture formation takes place in the intake system, have the advantage of a homogeneous mixing of the air-fuel mixture, which in turn reduces particle formation. In certain load ranges of the internal combustion engine, where a high fuel demand occurs, one is forced to inject fuel through the open inlet valve directly into the combustion chamber. However, this operating mode generates high HC emissions and there is an increased number of particles in the exhaust gas.

Zukünftige Emissionsgesetzgebungen wie Emissionsstufe EURO-6, Messungen von Real Driving Emissions (RDE) und Einführung eines neuen Testzyklus, des Worldwide harmonized Light vehicles Test procedure (WLTP) sehen vor, auch für Ottomotoren die Anzahl der im Abgas enthaltenen Partikel zu begrenzen. Future emission legislation such as emission level EURO-6, measurements of Real Driving Emissions (RDE) and introduction of a new test cycle, the Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP), also for gasoline engines to limit the number of particles contained in the exhaust gas.

Aus der DE 10 2010 064 184 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum bekannt, wobei der Brennraum zwei Einlassöffnungen aufweist, welche jeweils durch ein Einlassventil verschließbar sind. Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf, die in Zuordnung zu dem wenigsten einen Brennraum ein erstes und ein separates zweites Einspritzventil zum dosierten Einspritzen von Kraftstoff in mindestens einen Ansaugkanal des Brennraumes aufweist. Die Einspritzventile spritzen den Kraftstoff dabei zerstäubt in Form von Spraykegeln in Richtung der Einlassventile, wobei das erste Einspritzventil zur Abspritzung eines breit gefächerten Spraykegels mit großem Kegelwinkel, und das zweite Einspritzventil zur Abspritzung eines nur wenig aufgefächerten Spraykegels mit deutlich kleinerem Kegelwinkel ausgebildet ist. From the DE 10 2010 064 184 A1 an internal combustion engine with at least one combustion chamber is known, wherein the combustion chamber has two inlet openings, which are each closed by an inlet valve. The internal combustion engine further comprises a fuel injection device which, in association with the at least one combustion chamber, has a first and a separate second injection valve for the metered injection of fuel into at least one intake passage of the combustion chamber. The injection valves spray the fuel atomized in the form of spray cones in the direction of the intake valves, wherein the first injection valve for spraying a wide-angle spray cone with large cone angle, and the second injection valve for spraying a little fanned spray cone is designed with a much smaller cone angle.

Darüber hinaus können die beiden Einspritzventile unterschiedlich große Spritzreichweiten und unterschiedlich große Kraftstoffdurchflüsse aufweisen. In addition, the two injectors may have different sized spray ranges and different sized fuel flows.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung einer mit äußerer Gemischbildung arbeitenden Brennkraftmaschine anzugeben, mit der die Emissionen reduziert werden können. The invention has for its object to provide a device for supplying fuel to an external mixture working internal combustion engine, with which the emissions can be reduced.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. The object is solved by the features of the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für eine, mindestens einen Zylinder aufweisende, zumindest mit äußerer Gemischbildung arbeitende Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine zwei Einlasskanäle aufweist, die mittels Gaseinlassventilen geöffnet und geschlossen werden können. Jedem der beiden Einlasskanäle eines Zylinders ist ein Kraftstoffinjektor zugeordnet. Die Kraftstoffinjektoren weisen bezogen auf den gleichen anliegenden Kraftstoffdruck und gleicher Ansteuerdauer identische Durchflussraten und Sprayauslegung für den Kraftstoff auf und sind an, dem jeweiligen Zylinder zugewandten Unterseiten der Einlasskanäle nahe an den Gaseinlassventilen angeordnet, so dass sich ein bezogen auf die Ventiltellerfläche der Gaseinlassventile und der Längsachse der Kraftstoffinjektoren ein flacher Abspritzwinkel für den Kraftstoff ergibt. Desweiteren weisen die Kraftstoffinjektoren unterschiedlich gerichtete Austrittsöffnungen für den Kraftstoff auf, die derart ausgestaltet sind, dass der Kraftstoff in Form von zwei symmetrischen, wenig aufgefächerten Kraftstoffspraykegel in Richtung der Gaseinlassventile abgespritzt wird. The invention is characterized by a device for supplying fuel to an internal combustion engine having at least one cylinder and operating at least with external mixture formation, each cylinder of the internal combustion engine having two inlet channels which can be opened and closed by means of gas inlet valves. Each of the two intake ports of a cylinder is associated with a fuel injector. The fuel injectors have identical flow rates and spray design based on the same applied fuel pressure and the same drive duration for the fuel and are arranged at the respective cylinder-facing bottoms of the intake ports close to the gas inlet valves, so relative to the valve disc surface of the gas inlet valves and the longitudinal axis the fuel injectors gives a flat spray-off angle for the fuel. Furthermore, the fuel injectors have differently directed outlet openings for the fuel, which are designed such that the fuel is sprayed in the form of two symmetrical, slightly fanned fuel spray cone in the direction of the gas inlet valves.

Durch die Anordnung der Kraftstoffinjektoren an den dem jeweiligen Zylinder zugewandten Unterseiten der Einlasskanäle, sowie eine reduzierte Distanz von der die Austrittsöffnungen aufweisenden Spitzen der Kraftstoffinjektoren zu den Gaseinlassventilen in Verbindung mit der Aufspaltung des Kraftstoffsprays in zwei Kraftstoffkegel kann die Kraftstoff-Wandbenetzung im Einlasskanal und die Benetzung des Ventilschaftes deutlich verringert und bei geöffnetem Gaseinlassventil gezielter in den geöffneten Ventilspalt eingespritzt werden. Da die Hauptquellen der HC-Emission und der Partikelemission, insbesondere bei der Kraftstoffeinspritzung in das geöffnete Gaseinlassventil, die starke Wandbenetzung, sowie die Ventilschaftbenetzung sind, können diese Emissionen deutlich verringert werden, was zu einem umweltverträglicheren Betrieb des Kraftfahrzeuges beiträgt. The arrangement of the fuel injectors on the undersides of the intake ports facing the respective cylinder and a reduced distance from the tips of the fuel injectors to the gas inlet valves in connection with the splitting of the fuel spray into two fuel cones may result in fuel wall wetting in the intake passage and wetting the valve stem significantly reduced and injected with open gas inlet valve targeted in the open valve gap. Since the major sources of HC emission and particulate emissions, particularly in fuel injection into the open gas inlet valve, are high wall wetting, as well as valve stem wetting, these emissions can be significantly reduced, which contributes to more environmentally sound operation of the motor vehicle.

Besonders vorteilhaft ist eine solche Vorrichtung anwendbar bei einer Brennkraftmaschine mit Turboaufladung, da diese in der Regel einen steilen Füllkanal aufweisen Diese Kanalgestaltung vereinfacht zusätzlich die Einbausituation für eine Anordnung der Kraftstoffinjektoren an der jeweiligen zugewandten Unterseite der Einlasskanäle. Such a device is particularly advantageously applicable to an internal combustion engine with turbocharging, since these generally have a steep filling channel. This channel design additionally simplifies the installation situation for an arrangement of the fuel injectors on the respective facing underside of the inlet channels.

In vorteilhafter Weise wird diese Aufspaltung des Kraftstoffsprays in zwei symmetrische Kraftstoffkegel mittels einer Lochplatte bzw. Düsenplatte an der Spitze des Kraftstoffinjektors erzeugt, deren Vielzahl Austrittsöffnungen unterschiedlich gerichtet sind. Advantageously, this splitting of the fuel spray is generated in two symmetrical fuel cone by means of a perforated plate or nozzle plate at the tip of the fuel injector whose plurality of outlet openings are directed differently.

Durch die Anhebung der Tröpfchengröße des Kraftstoffes auf typische Werte des Sauterdurchmessers (SMD, Sauter Mean Diameter) zwischen 50µm und 80µm ergibt sich ein stabiles Strahlbild, also ein stabiler Kraftstoffspraykegel unter allen motorischen Betriebsbedingungen. Zugleich wird die Sensitivität des Strahles gegenüber starken Luftbewegungen im Einlasskanal, wie sie insbesondere bei turboaufgeladenen Brennkraftmaschinen entstehen, entschärft. Increasing the droplet size of the fuel to typical values of the Sauter diameter (SMD, Sauter Mean Diameter) between 50μm and 80μm results in a stable jet pattern, ie a stable fuel spray cone under all engine operating conditions. At the same time, the sensitivity of the jet to strong air movements in the inlet duct, as they arise in particular in turbocharged internal combustion engines, defused.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der geometrische Abstand zwischen den Austrittsöffnungen der Kraftstoffinjektoren und den Ventiltellern im Bereich zwischen 40 mm und 50 mm liegt und der Abspritzwinkel zwischen Ventiltellerfläche der Gaseinlassventile und der Längsachse der Kraftstoffinjektoren einen Wert im Bereich zwischen 20° und 30° aufweist. Durch den flachen Abspritzwinkel kann der Kraftstoff mittels des wenig aufgefächerten Kraftstoffspraykegels mittig in den durch das Öffnen des Gaseinlassventils entstandenen Spalt in den Brennraum gespritzt werden, wobei durch den geringen geometrischen Abstand zwischen Austrittsöffnungen der Kraftstoffinjektoren und den Ventiltellern ebenfalls die Wandbenetzung gering ist. It is particularly advantageous if the geometric distance between the outlet openings of the fuel injectors and the valve plates is in the range between 40 mm and 50 mm and the discharge angle between the valve plate surface of the gas inlet valves and the longitudinal axis of the fuel injectors has a value in the range between 20 ° and 30 °. Due to the flat spray angle, the fuel can be injected centrally into the combustion chamber by means of the slightly fanned fuel spray cone in the gap formed by the opening of the gas inlet valve, wherein the wall wetting is also low due to the small geometric distance between outlet openings of the fuel injectors and the valve plates.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawing. Show it:

1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit äußerer Gemischbildung und zwei Einlasskanälen pro Zylinder mit einer zugeordneten Steuerungseinrichtung, 1 a schematic representation of an internal combustion engine with external mixture formation and two intake ports per cylinder with an associated control device,

2 ein Einspritzventil im Einlasskanal nach dem Stand der Technik, 2 an injection valve in the inlet channel according to the prior art,

3 einen Kraftstoffinjektor im Einlasskanal bei geschlossenem Gaseinlassventil gemäß der Erfindung, 3 a fuel injector in the inlet duct with the gas inlet valve closed according to the invention,

4 einen Kraftstoffinjektor im Einlasskanal bei geöffnetem Gaseinlassventil gemäß der Erfindung, 4 a fuel injector in the inlet duct with an open gas inlet valve according to the invention,

5 eine perspektivische Ansicht eines Gaseinlassventils, das mit 2 Spraykegeln benetzt wird und 5 a perspective view of a gas inlet valve, which is wetted with 2 spray cones and

6 mehrere Ausführungsformen von Lochplatten eines Kraftstoffinjektors gemäß der Erfindung. 6 several embodiments of perforated plates of a fuel injector according to the invention.

Elemente gleicher Konstruktion und/oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden in der Regel nur einmal erläutert. Elements of the same construction and / or function are cross-figure marked with the same reference numerals and are usually explained only once.

In 1 ist in schematischer Darstellung eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit äußerer Gemischbildung gezeigt. Dabei sind nur diejenigen Komponenten wiedergegeben, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist auf die Darstellung der Zündvorrichtung der Brennkraftmaschine verzichtet worden. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Ansaugtrakt 2, einen Motorblock mit 4 Zylindern Z1 bis Z4 und einen Zylinderkopf 3, sowie einen Abgastrakt 4 auf. In 1 is shown in a schematic representation of a multi-cylinder internal combustion engine with external mixture formation. Only those components are shown that are necessary for the understanding of the invention. In particular, has been dispensed with the representation of the ignition device of the internal combustion engine. The internal combustion engine 1 has an intake tract 2 , an engine block with 4 cylinders Z1 to Z4 and a cylinder head 3 , as well as an exhaust tract 4 on.

Der Brennkraftmaschine 1 wird über den Ansaugtrakt 2 die zur Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemisches benötigte Frischluft zugeführt. Im Ansaugtrakt 2 sind in Strömungsrichtung der angesaugten Luft gesehen (eingezeichnetes Pfeilsymbol) ein Luftfilter 5, ein Lastsensor in Form eines Luftmassenmessers 6 und ein Drosselklappenblock 7 mit einer Drosselklappe 8 und einem nicht dargestellten Drosselklappensensor zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drosselklappe 8 vorgesehen. Als Lastsensor für die Brennkraftmaschine 1 kann an Stelle des Luftmassenmessers 6 auch ein Saugrohrdrucksensor verwendet werden. Der Ansaugtrakt 2 umfasst ferner einen Sammler 9, der in ein allen Zylindern Z1 bis Z4 gemeinsames Saugrohr 10 mündet. Dieses Saugrohr 10 verzweigt sich in der Nähe der Zylinder Z1 bis Z4 derart, dass zu jedem Zylinder Z1 bis Z4 zwei Einlasskanäle E1 und E2 führen. Jedem der Einlasskanäle E1 ist ein Kraftstoffinjektor I1 und jedem der Einlasskanäle ES2 ist ein Kraftstoffinjektor I2 zugeordnet. Dadurch kann bei Bedarf Kraftstoff von beiden Kraftstoffinjektoren den entsprechenden Brennräumen der Zylinder vorgelagert und nach Öffnen von den Zylindern Z1–Z4 zugeordneten Gaseinlassventilen (3 und 4) das Kraftstoff-Luftgemisch in die Zylinder Z1–Z4 einströmen. Es ist aber auch möglich, bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei Volllastbetrieb, Kraftstoff durch die geöffneten Einlassventile direkt in die Brennräume einzuspritzen. The internal combustion engine 1 gets over the intake tract 2 supplied to the combustion of the fuel / air mixture fresh air needed. In the intake tract 2 are seen in the direction of flow of the intake air (indicated arrow symbol) an air filter 5 , a load sensor in the form of an air mass meter 6 and a throttle block 7 with a throttle 8th and a throttle valve sensor, not shown, for detecting the opening angle of the throttle valve 8th intended. As a load sensor for the internal combustion engine 1 can replace the air mass meter 6 Also, a Saugrohrdrucksensor be used. The intake tract 2 also includes a collector 9 , in a common to all cylinders Z1 to Z4 intake manifold 10 empties. This suction tube 10 branches near the Cylinder Z1 to Z4 such that two inlet channels E1 and E2 lead to each cylinder Z1 to Z4. Each of the intake ports E1 is a fuel injector I1 and each of the intake ports ES2 is associated with a fuel injector I2. As a result, if required fuel from both fuel injectors upstream of the corresponding combustion chambers of the cylinder and after opening of the cylinders Z1-Z4 associated gas inlet valves ( 3 and 4 ) the fuel-air mixture flow into the cylinders Z1-Z4. But it is also possible, in certain operating conditions of the internal combustion engine, for example, at full load, to inject fuel through the open intake valves directly into the combustion chambers.

Der Brennkraftmaschine 1 ist hierzu eine Kraftstoffversorgungseinrichtung 11 zugeordnet. Der Kraftstoff wird dabei aus einem Kraftstofftank 12 von einer, in der Regel innerhalb des Kraftstofftanks 12 angeordneten Elektrokraftstoffpumpe 13 (Intankpumpe) in eine, ein Kraftstofffilter 14 enthaltende, allen Kraftstoffinjektoren I1, I2 gemeinsame Kraftstoffleitung 15 gefördert. Die Kraftstoffleitung 15 verzweigt sich in der Nähe des Zylinderkopfes 3 zu einzelnen, in der Figur nicht näher bezeichneten Zuführleitungen, so dass jeder Kraftstoffinjektor I1, I2 jedes Zylinders Z1 bis Z4 mit Kraftstoff versorgt werden kann. The internal combustion engine 1 this is a fuel supply device 11 assigned. The fuel is from a fuel tank 12 from one, usually inside the fuel tank 12 arranged electric fuel pump 13 (Intank pump) in one, a fuel filter 14 containing, all fuel injectors I1, I2 common fuel line 15 promoted. The fuel line 15 Branches near the cylinder head 3 to individual, in the figure unspecified supply lines, so that each fuel injector I1, I2 of each cylinder Z1 to Z4 can be supplied with fuel.

Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden durch Öffnen von Gasauslassventilen (nicht dargestellt) in den Abgastrakt 4 ausgestoßen und gelangen nach Reinigung mittels eines oder mehrere Abgaskatalysatoren bekannter Bauart sowie einen Schalldämpfer in die Umgebung. The exhaust gases produced during combustion are released into the exhaust tract by opening gas outlet valves (not shown) 4 ejected and reach after cleaning by means of one or more catalytic converters known type and a silencer in the environment.

Ferner ist eine elektronische Steuerungseinrichtung 16 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuerungseinrichtung 16 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Further, an electronic control device 16 provided, which are assigned to sensors that detect different measured variables and each determine the measured value of the measured variable. The control device 16 determined depending on at least one of the measured variables manipulated variables, which are then converted into one or more control signals for controlling the actuators by means of appropriate actuators.

Die Sensoren sind u. a. ein Fahrpedalstellungsgeber 17, welcher die Stellung eines Fahrpedals 18 erfasst und ein entsprechendes Signal FPW abgibt, der Luftmassenmesser 6, der ein der Last entsprechendes Signal L abgibt, ein Temperatursensor 19, welcher eine Ansauglufttemperatur TAM erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 20, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird und ein weiterer Temperatursensor 21, welcher eine Kühlmitteltemperatur TKW der Brennkraftmaschine 1 erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein, deren Signale in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen ES angedeutet sind. The sensors include an accelerator pedal position transmitter 17 , which indicates the position of an accelerator pedal 18 detected and outputs a corresponding signal FPW, the air mass meter 6 which outputs a signal L corresponding to the load, a temperature sensor 19 , which detects an intake air temperature TAM, a crankshaft angle sensor 20 which detects a crankshaft angle, which is then assigned a speed N and another temperature sensor 21 , which is a coolant temperature TKW of the internal combustion engine 1 detected. Depending on the embodiment of the invention may be present any subset of said sensors or additional sensors whose signals are indicated in the figure generally by the reference numeral ES.

Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 8, die Kraftstoffinjektoren I1, I2 in den Einlasskanälen E1, E2, bei variablem Ventiltrieb die Gaseinlass- und Gasauslassventile, Zündkerzen etc. Weitere Signale für weitere Stellglieder, die zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 nötig, aber nicht explizit dargestellt sind, sind in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen AS gekennzeichnet. The actuators are, for example, the throttle 8th , the fuel injectors I1, I2 in the intake ports E1, E2, with variable valve train, the gas inlet and gas outlet valves, spark plugs, etc. Further signals for other actuators, the operation of the internal combustion engine 1 necessary, but not shown explicitly, are generally indicated by the reference symbol AS in the figure.

Die elektronische Steuerungseinrichtung 16 entspricht einer Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 und kann auch als Motorsteuergerät bezeichnet werden. Solche Steuerungseinrichtungen 16, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten, sind an sich bekannt, sodass im Folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird. The electronic control device 16 corresponds to a device for controlling the internal combustion engine 1 and may also be referred to as an engine control unit. Such control devices 16 , which usually include one or more microprocessors, are known per se, so that in the following only the relevant in connection with the invention structure and its operation will be discussed.

Die Steuerungseinrichtung 16 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 22, die mit einem Programmspeicher 23 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 24 gekoppelt ist. In dem Programmspeicher 23 und dem Wertespeicher 24 sind Programme bzw. Werte gespeichert, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nötig sind. Unter anderem ist in dem Programmspeicher 23 softwaremäßig eine kennfeldbasierte Funktion FKT_I zum Berechnen einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und zum Ansteuern der Kraftstoffinjektoren I1, I2 implementiert. Beispielsweise wird aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1 und gegebenenfalls des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges ein Drehmoment-Sollwert berechnet. Hierzu werden das Lastsignal L, der Fahrpedalwert FPW, die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, die Kühlmitteltemperatur TKW, die Ansauglufttemperatur TAM und ein Zündwinkel als Eingangsgrößen herangezogen. Zum Ermitteln des Drehmoment-Sollwertes TQI können auch nur eine Untermenge der genannten Signale oder zusätzliche Signale von weiteren Sensoren herangezogen werden. Anstelle des Drehmoment-Sollwertes TQI kann auch ein Soll-Drosselklappenöffnungswert berechnet werden. The control device 16 preferably comprises a computing unit (processor) 22 that with a program memory 23 and a value memory (data memory) 24 is coupled. In the program memory 23 and the value memory 24 programs or values are saved, which are responsible for the operation of the internal combustion engine 1 are necessary. Among other things is in the program memory 23 software-implemented a map-based function FKT_I for calculating an amount of fuel to be injected and for driving the fuel injectors I1, I2. For example, from operating parameters of the internal combustion engine 1 and, where appropriate, of the motor vehicle driven by the internal combustion engine calculates a torque setpoint. For this purpose, the load signal L, the accelerator pedal value FPW, the rotational speed N of the internal combustion engine 1 , a vehicle speed, the coolant temperature TKW, the intake air temperature TAM and a firing angle used as inputs. For determining the torque setpoint TQI, only a subset of said signals or additional signals from other sensors can be used. Instead of the torque setpoint TQI, a desired throttle opening value can also be calculated.

Die Berechnung des Drehmoment-Sollwertes kann mit Hilfe eines bekannten Drehmomentenmodells erfolgen, wie es beispielsweise aus der DE 196 12 455 C2 bekannt ist. Dort ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Soll-Drehmomentes an einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, das in Abhängigkeit vom Pedalwert, der Drehzahl der Brennkraftmaschine und einem Stellwert des Fahrgeschwindigkeitsreglers das abgegebene Drehmoment der Brennkraftmaschine berechnet. Zur Berechnung des Soll-Drehmomentes werden Kennfelder verwendet, die das Soll-Drehmoment in Abhängigkeit der oben genannten Parameter bestimmen. The calculation of the torque setpoint can be done by means of a known torque model, as for example from the DE 196 12 455 C2 is known. There, a method for determining a setpoint torque on a clutch of a motor vehicle is proposed, which calculates the output torque of the internal combustion engine as a function of the pedal value, the speed of the internal combustion engine and a control value of the vehicle speed controller. To calculate the setpoint torque maps are used, which determine the target torque depending on the above parameters.

Aus dem Drehmomentsollwert wird, eventuell unter Berücksichtigung einiger Korrekturfaktoren eine entsprechende Kraftstoffmenge bestimmt, was bei konstantem Druck des Kraftstoffes einer bestimmten Einspritzzeitdauer entspricht. Als Ergebnis der Verarbeitung wird entweder der Einspritzbeginn SOI (start of injection) und die Einspritzzeitdauer ti oder das Einspritzende EOI (end of injection) und die Einspritzzeitdauer ti für die Kraftstoffinjektoren I1 und I2 festgelegt. From the torque setpoint, possibly taking into account a few correction factors, a corresponding quantity of fuel is determined, which corresponds to a specific injection duration at a constant pressure of the fuel. As a result of the processing, either the start of injection SOI and the injection period ti or the end of injection EOI and the injection period ti for the fuel injectors I1 and I2 are set.

In 2 sind ein Ausschnitt eines Einlasskanals E1, die Anordnung eines Einspritzventils 25 in diesem Einlasskanal E1 und ein Gaseinlassventil 26 nach dem Stand der Technik gezeigt, welches mit Hilfe eines nicht dargestellten Ventiltriebes den Zugang zu einem Brennraum 27 freigibt oder verschließt. Der Einlasskanal E1 weist eine Einstecköffnung 28 auf, in die das Einspritzventil 25 eingesetzt ist. Die Einstecköffnung 28 ist an einer, einem Zylinder 29 abgewandten Oberseite 30 des Einlasskanals E1 angeordnet. Aufgrund dieser Einbaulage des Einspritzventils 25 an der Oberseite 30 des Einlasskanals E1 ergibt sich bezogen auf die Ventiltellerfläche 31 des Gaseinlassventils 26 und der Längsachse (Längserstreckung) des Einspritzventils 25 ein relativ großer Abspritzwinkel α für den Kraftstoff. Da der Kraftstoff in Form einer einzigen Kraftstoffkeule 32 (Kraftstoffkegelspray) abgespritzt wird, ergibt sich bei einer Kraftstoffeinbringung in das offene Gaseinlassventil 26 eine starke Wandbenetzung und eine starke Benetzung des Schaftes 33 des Gaseinlassventiles 26, was zu einer hohen HC-Emission und einer hohen Partikelemission führt. In 2 are a section of an inlet channel E1, the arrangement of an injection valve 25 in this inlet channel E1 and a gas inlet valve 26 shown in the prior art, which with the aid of a valve drive, not shown, access to a combustion chamber 27 releases or closes. The inlet channel E1 has an insertion opening 28 on, in which the injection valve 25 is used. The insertion opening 28 is at one, a cylinder 29 opposite top 30 the inlet channel E1 arranged. Due to this installation position of the injection valve 25 at the top 30 the inlet channel E1 results based on the valve disk surface 31 of the gas inlet valve 26 and the longitudinal axis (longitudinal extent) of the injection valve 25 a relatively large spray angle α for the fuel. Because the fuel is in the form of a single fuel lobe 32 (Fuel cone spray) is sprayed, resulting in a fuel injection into the open gas inlet valve 26 a strong wall wetting and a strong wetting of the shaft 33 of the gas inlet valve 26 , resulting in high HC emission and high particulate emission.

Die 3 zeigt einen Ausschnitt eines Einlasskanals E1, die erfindungsgemäße Anordnung eines Kraftstoffinjektors I1 in diesem Einlasskanal E1 und ein Gaseinlassventil 26 im geschlossenen Zustand. Das Gaseinlassventil 26 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Ventiltriebes angetrieben, um den Zugang zu einem Brennraum 27 freizugeben oder zu verschließen. Mit dem Bezugszeichen 33 ist dabei der Schaft des Gaseinlassventils 26, mit dem Bezugszeichen 35 der Ventilteller des Gaseinlassventils 26 bezeichnet. Der Einlasskanal E1 weist eine Einstecköffnung 28 auf, in die der Kraftstoffinjektor I1 eingesetzt ist. Die Einstecköffnung 28 ist an einer, einem Zylinder 29 zugewandten Unterseite 34 des Einlasskanals E1 angeordnet. Aufgrund dieser Einbaulage des Kraftstoffinjektors I1 an der Unterseite 34 des Einlasskanals E1 ergibt sich bezogen auf die Ventiltellerfläche 31 des Gaseinlassventils 26 und der Längsachse des Kraftstoffinjektors I1 ein relativ flacher Abspritzwinkel α für den Kraftstoff. Der Kraftstoffinjektor I1 weist dabei gerichtete Austrittsöffnungen A auf, die derart ausgestaltet sind, dass der Kraftstoff in Form von zwei symmetrischen, wenig aufgefächerten Kraftstoffspraykegeln 32 in Richtung der Gaseinlassventile 26 abgespritzt wird (5 und 6). Da die Darstellung nach der 3 eine Seitenansicht zeigt, ist nur ein Kraftstoffspraykegel 32 sichtbar. The 3 shows a section of an intake port E1, the inventive arrangement of a fuel injector I1 in this intake port E1 and a gas inlet valve 26 in the closed state. The gas inlet valve 26 is driven by means of a valve drive, not shown, to access a combustion chamber 27 to release or close. With the reference number 33 is the shaft of the gas inlet valve 26 with the reference number 35 the valve plate of the gas inlet valve 26 designated. The inlet channel E1 has an insertion opening 28 on, in which the fuel injector I1 is inserted. The insertion opening 28 is at one, a cylinder 29 facing bottom 34 the inlet channel E1 arranged. Due to this installation position of the fuel injector I1 at the bottom 34 the inlet channel E1 results based on the valve disk surface 31 of the gas inlet valve 26 and the longitudinal axis of the fuel injector I1 a relatively flat spray angle α for the fuel. The fuel injector I1 here has directed outlet openings A, which are designed such that the fuel in the form of two symmetrical, little fanned fuel spray cones 32 in the direction of the gas inlet valves 26 is hosed ( 5 and 6 ). Since the representation after the 3 a side view is just a fuel spray cone 32 visible, noticeable.

In der 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei geöffnetem Gaseinlassventil 26 gezeigt. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, kann der Kraftstoff aufgrund des wenig aufgefächerten Kraftstoffspraykegels 32 mittig in den durch das Öffnen des Gaseinlassventils 26 entstandenen Spalt 38 in den Brennraum 27 gespritzt werden. Da auch hier eine Seitenansicht dargestellt ist, ist nur ein Kraftstoffspraykegel 32 sichtbar. In the 4 is the device according to the invention with the gas inlet valve open 26 shown. As can be seen from this illustration, the fuel can due to the little fanned fuel spray cone 32 centered in by opening the gas inlet valve 26 resulting gap 38 in the combustion chamber 27 be sprayed. Since a side view is also shown here, only a fuel spray cone 32 visible, noticeable.

Die 5 zeigt eine perspektivische Teil-Draufsicht auf einen Ventilteller 35 des Gaseinlassventils 26 in geschlossener Stellung des Gaseinlassventils 26. Daraus ist deutlich ersichtlich, dass der Schaft 33 des Gaseinlassventils 26 nicht oder nur minimal mit Kraftstoff benetzt wird. Die durch die beiden Kraftstoffspraykegel 32 benetzten Flächen des Ventiltellers 35 sind mit dem Bezugszeichen G gekennzeichnet. The 5 shows a partial perspective plan view of a valve disc 35 of the gas inlet valve 26 in the closed position of the gas inlet valve 26 , It can be clearly seen that the shaft 33 of the gas inlet valve 26 is not or only minimally wetted with fuel. The through the two fuel spray cone 32 wetted surfaces of the valve disk 35 are marked with the reference symbol G.

Der Winkel β zwischen den Symmetrieachsen 37 der beiden Kraftstoffspraykegeln 32 ist vom Abstand zwischen den Austrittsöffnungen A und dem Ventilteller 35 abhängig und liegt bevorzugt im Bereich zwischen 15° und 20°. The angle β between the symmetry axes 37 the two fuel spray cones 32 is the distance between the outlet openings A and the valve plate 35 dependent and is preferably in the range between 15 ° and 20 °.

In der 6 sind drei mögliche Ausführungsformen von Lochblenden bzw. Düsenplatten 36 mit unterschiedlich gerichteten Austrittsöffnungen A der Kraftstoffinjektoren I1, I2 gezeigt, mit denen die beschriebenen Kraftstoffspraykegel 32 erzeugt werden. Die linke Darstellung zeigt eine sogenannte Halbmond-Konfiguration, bei der sich je 4 Austrittsöffnungen A gegenüberliegen und in Form eines Halbmondes im Randbereich der Lochblende 36 angeordnet sind. Die beiden anderen Darstellungen zeigen Lochblenden mit 10 bzw. 12, im Randbereich der Lochblende 36 symmetrisch verteilten unterschiedlich gerichteten Austrittsöffnungen A. In the 6 are three possible embodiments of pinhole or nozzle plates 36 shown with differently directed outlet openings A of the fuel injectors I1, I2, with which the described fuel spray cone 32 be generated. The left-hand illustration shows a so-called half-moon configuration, in which 4 outlet openings A are opposite each other and in the form of a crescent in the edge region of the pinhole 36 are arranged. The other two representations show pinholes 10 respectively. 12 , in the edge area of the pinhole 36 symmetrically distributed differently directed outlet openings A.

Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, bei dem die Brennkraftmaschine ausschließlich mit äußerer Gemischbildung betrieben wird. Es ist aber auch eine Kombination der beschriebenen Vorrichtung mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung möglich, so dass eine Brennkraftmaschine gebildet ist, die sowohl mit äußerer als auch mit innerer Gemischbildung betrieben werden kann. The invention has been explained with reference to an embodiment in which the internal combustion engine is operated exclusively with external mixture formation. But it is also a combination of the described device with a direct fuel injection possible, so that an internal combustion engine is formed, which can be operated with both external and internal mixture formation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010064184 A1 [0006] DE 102010064184 A1 [0006]
DE 19612455 C2 [0033] DE 19612455 C2 [0033]

Claims

Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für eine, mindestens einen Zylinder (Z1–Z4) aufweisende, zumindest mit äußerer Gemischbildung arbeitende Brennkraftmaschine (1), wobei – jeder Zylinder (Z1–Z4) der Brennkraftmaschine (1) zwei Einlasskanäle (E1, E2) aufweist, die mittels Gaseinlassventilen (26) geöffnet und geschlossen werden können, – jedem der beiden Einlasskanäle (E1, E2) ein Kraftstoffinjektor (I1, I2) zugeordnet ist, – die Kraftstoffinjektoren (I1, I2) bezogen auf den gleichen anliegenden Kraftstoffdruck und gleicher Ansteuerdauer identische Durchflussraten und Sprayauslegung für den Kraftstoff aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kraftstoffinjektoren (I1, I2) an, dem jeweiligen Zylinder (Z1–Z4) zugewandten Unterseiten (34) der Einlasskanäle (E1, E2) nahe an den Gaseinlassventilen (26) angeordnet sind, so dass sich ein bezogen auf die Ventiltellerflächen (31) der Gaseinlassventile (26) und der Längsachse der Kraftstoffinjektoren (I1, I2) ein flacher Abspritzwinkel (α) für den Kraftstoff ergibt, – die Kraftstoffinjektoren (I1, I2) unterschiedlich gerichtete Austrittsöffnungen (A) für den Kraftstoff aufweisen, die derart ausgestaltet sind, dass der Kraftstoff in Form von zwei symmetrischen, wenig aufgefächerten Kraftstoffspraykegel (32) in Richtung der Gaseinlassventile (26) abgespritzt wird. Device for supplying fuel to an internal combustion engine having at least one cylinder (Z1-Z4) and working at least with external mixture formation ( 1 ), wherein - each cylinder (Z1-Z4) of the internal combustion engine ( 1 ) has two inlet channels (E1, E2), which by means of gas inlet valves ( 26 ) can be opened and closed, - a fuel injector (I1, I2) is assigned to each of the two inlet channels (E1, E2), - the fuel injectors (I1, I2) based on the same applied fuel pressure and the same control duration identical flow rates and spray design for the Have fuel, characterized in that - the fuel injectors (I1, I2) at, the respective cylinder (Z1-Z4) facing lower sides ( 34 ) of the inlet ducts (E1, E2) close to the gas inlet valves ( 26 ) are arranged so that a relative to the valve disc surfaces ( 31 ) of the gas inlet valves ( 26 ) and the longitudinal axis of the fuel injectors (I1, I2) gives a flat spray angle (α) for the fuel, - the fuel injectors (I1, I2) have differently directed outlet openings (A) for the fuel, which are designed such that the fuel in Shape of two symmetrical, slightly fanned fuel spray cones ( 32 ) in the direction of the gas inlet valves ( 26 ) is hosed off.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (A) der Kraftstoffinjektoren (I1, I2) derart ausgestaltet sind, dass der Sauterdurchmesser der Kraftstofftröpfchen des abgespritzten Kraftstoffes im Bereich zwischen 50µm und 80µm liegt. Apparatus according to claim 1, characterized in that the outlet openings (A) of the fuel injectors (I1, I2) are designed such that the Sauter diameter of the fuel droplets of the sprayed fuel is in the range between 50μm and 80μm.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abspritzwinkel (α) zwischen der Ventiltellerfläche (31) eines Gaseinlassventiles (26) und der Längsachse eines Kraftstoffinjektors (I1, I2) im Bereich zwischen 20° und 30° liegt. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the spray angle (α) between the valve disc surface ( 31 ) of a gas inlet valve ( 26 ) and the longitudinal axis of a fuel injector (I1, I2) is in the range between 20 ° and 30 °.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der geometrische Abstand zwischen den Austrittsöffnungen (A) eines Kraftstoffinjektors (I1, I2) und dem Ventilteller (31) im Bereich zwischen 40 mm und 50 mm liegt. Apparatus according to claim 3, characterized in that the geometric distance between the outlet openings (A) of a fuel injector (I1, I2) and the valve disc ( 31 ) is in the range between 40 mm and 50 mm.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (β) zwischen den Symmetrieachsen (37) der beiden Kraftstoffspraykegeln (32) im Bereich zwischen 15° und 20° liegt. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the angle (β) between the symmetry axes ( 37 ) of the two fuel spray cones ( 32 ) is in the range between 15 ° and 20 °.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffspraykegel (32) einen Kegelwinkel zwischen 8° und 12° aufweisen. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel spray cones ( 32 ) have a cone angle between 8 ° and 12 °.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffinjektoren (I1, I2) eine Lochblende (36) aufweisen, in der die Austrittsöffnungen (A) in Form von zwei sich gegenüberliegenden, halbmondförmig angeordneten Reihen von Austrittsöffnungen (A) im Randbereich der Lochblenden (36) eingebracht sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel injectors (I1, I2) a pinhole ( 36 ), in which the outlet openings (A) in the form of two opposite, crescent-shaped arranged rows of outlet openings (A) in the edge region of the pinhole ( 36 ) are introduced.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffinjektoren (I1, I2) eine Lochblende (36) aufweisen, in der die Austrittsöffnungen (A) symmetrisch und unterschiedlich gerichtet im Randbereich der Lochblende (36) eingebracht sind. Device according to one of claims 1-6, characterized in that the fuel injectors (I1, I2) a pinhole ( 36 ), in which the outlet openings (A) symmetrically and differently directed in the edge region of the pinhole ( 36 ) are introduced.