DE19920516C2

DE19920516C2 - Method for reducing emissions when cold starting an internal combustion engine

Info

Publication number: DE19920516C2
Application number: DE1999120516
Authority: DE
Inventors: Timothy John Whiskerd
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1999-05-05
Filing date: 1999-05-05
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2019-05-06
Also published as: DE19920516A1

Abstract

Zur Verringerung der Emissionen beim Kaltstart einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Einspritzung in die Einlaßkanäle vor den Einlaßventilen wird zumindest während der Kaltstartphase in jedem Einlaßkanal vor dem Einlaßventil ein Unterdruck erzeugt, durch den in der Wand des Einlaßkanals kondensierte Kraftstofftröpfchen abgesaugt und beispielsweise in den Kraftstoffbehälter zurückgefördert werden.In order to reduce the emissions during the cold start of an internal combustion engine with fuel injection into the inlet ducts in front of the inlet valves, a vacuum is generated in each inlet duct in front of the inlet valve, at least during the cold start phase, by means of which fuel droplets condensed in the wall of the inlet duct are sucked off and, for example, returned to the fuel tank .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Emissionen beim Kaltstart einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Einspritzung in die Einlaßkanäle vor den Einlaßventilen, und eine nach diesem Verfahren arbeitende Brennkraft maschine.The invention relates to a method for reducing emissions in Cold start of an internal combustion engine with fuel injection into the inlet channels upstream of the intake valves, and an internal combustion engine operating according to this method machine.

Beim Kaltstart einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung kondensieren an den noch kalten Wänden der Einlaßkanäle Kraftstofftröpfchen, die ohne Vermischung mit der Luft in die Brennräume gelangen und einen abnormal hohen Schadstoffanteil im Abgas verursachen. Um dieses Problem zu verringern, ist es bekannt (DE 196 38 323 A1), in jedem Einlaßkanal vor dem Einlaßventil eine Strahlungsquelle vorzusehen, deren Strahlung Flächen im Bereich des Ein laßventils bestrahlt und dadurch erwärmt, so daß die Tendenz, daß dort Kraft stofftröpfchen kondensieren, verringert ist. Die Anordnung einer solchen Strah lungsquelle in jedem Einlaßkanal ist jedoch aufwendig. Da außerdem für eine ausreichende Aufheizung durch Strahlung eine gewisse Zeitspanne benötigt wird, müssen besondere Maßnahmen für eine Vorheizung getroffen werdenCondense when starting an internal combustion engine with intake manifold injection droplets of fuel on the still cold walls of the inlet ducts without Mixing with the air get into the combustion chambers and an abnormally high Cause pollutant content in the exhaust gas. To lessen this problem, it is known (DE 196 38 323 A1), one in each inlet channel before the inlet valve Provide radiation source, the radiation areas in the area of the one lassventils irradiated and thereby heated, so that there is a tendency that force condensate droplets, is reduced. The arrangement of such a beam However, the source of supply in each inlet channel is complex. Since also for a sufficient heating by radiation is required for a certain period of time, special measures for preheating must be taken

Weiterhin ist aus der DE 42 09 684 A1 eine Einrichtung zur Beeinflussung der Strömung in Gaswechselkanälen einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der mittels Ventilen gesteuerte Druckgasleitungen in den Einlaß- bzw. Auslaßkanal münden. Die Ventile werden in Abhängigkeit von Betriebsparametern so ange steuert, daß eine Abgasrückführung, eine Sekundärlufteinblasung oder eine Absaugung von verlustbehafteten Verwirbelungen möglich ist.Furthermore, DE 42 09 684 A1 describes a device for influencing the Flow in gas exchange channels of an internal combustion engine is known in the compressed gas lines controlled by valves into the inlet and outlet channels flow out. The valves are activated depending on the operating parameters controls that exhaust gas recirculation, secondary air injection or Extraction of lossy eddies is possible.

Schließlich ist aus der DE 41 22 124 C2 eine Brennkraftmaschine mit einem an der Innenwand einer Ansaugleitung angeordneten Widerstandsheizelement bekannt. Das Widerstandsheizelement dient während der Warmlaufphase zur Ansaugluftvorwärmung und zur Verdampfung von an der Wandung kondensierten Kraftstoff.Finally, from DE 41 22 124 C2 an internal combustion engine with one the inner wall of an intake pipe arranged resistance heating element known. The resistance heating element is used during the warm-up phase Intake air preheating and for the evaporation of condensed on the wall Fuel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Brennkraft maschine zu schaffen, bei dem bzw. der mit geringerem Aufwand das Eintreten von Kraftstofftröpfchen in die Brennräume weitgehend verhindert wird.The invention has for its object a method or an internal combustion engine to create a machine in which entry occurs with less effort of fuel droplets in the combustion chambers is largely prevented.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 dadurch gelöst, daß zumindest während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine kondensierte Kraftstofftröpfchen durch eine Saugpumpe aus den Einlaßkanälen abgesaugt werden. Dabei kann die Absaugung aus allen Einlaßkanälen durch eine einzige Saugpumpe erfolgen.This task is performed according to the characteristic features of the Claim 1 and of claim 4 solved in that at least during the Cold start phase of the internal combustion engine condensed through fuel droplets a suction pump can be sucked out of the inlet channels. The Suction from all inlet channels is done by a single suction pump.

Um die an den Wänden der Einlaßkanäle kondensierten Kraftstofftröpfchen möglichst vollständig absaugen zu können, ist es zweckmäßig, einen jedes Einlaßventil umgebenden, zu dem zugehörigen Einlaßkanal hin offenen Ringraum vorzusehen, an den die Saugpumpe angeschlossen ist. Beispielsweise kann der Ventilsitzring jedes Einlaßventils mit der Wand des Einlaßkanals einen derartigen Ringraum bilden.Around the fuel droplets condensed on the walls of the inlet ducts To be able to suction as completely as possible, it is advisable to clean each one Inlet valve surrounding annular space open to the associated inlet channel to which the suction pump is connected. For example, the Valve seat ring of each inlet valve with the wall of the inlet channel such Form annulus.

Eine besonders wirkungsvolle Absaugung kann erreicht werden, wenn die Saugpumpe vor dem Kaltstart, z. B. beim Einschalten der Zündung, eingeschaltet wird und einen Unterdruck in einem Speicher erzeugt, der dann beim Starten, also beim Einschalten des Anlassers, durch Betätigung eines Elektroventils an die Einlaßkanäle angeschlossen wird. Dadurch wird mittels des bereits beim Starten im Speicher herrschenden Unterdruckes schlagartig eine kräftige Strömung aus den Einlaßkanälen erzeugt, durch die kondensierte Kraftstofftröpfchen mitgeris sen werden. Um während der Warmlaufphase etwa kondensierte Kraftstoff tröpfchen aufzubereiten, kann vorgesehen werden, daß die Saugpumpe nach der Kaltstartphase auf Druckbetrieb umgeschaltet werden kann, wodurch in dem Speicher befindlicher Kraftstoff über ein Rückschlagventil in den Kraftstoffbehälter befördert und in die Einlaßkanäle Luft eingeblasen wird, die an den Wänden der Einlaßkanäle kondensierte Kraftstofftröpfchen mitreißt und mit dem angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisch vermischt.A particularly effective extraction can be achieved if the Suction pump before cold start, e.g. B. when the ignition is switched on is generated and a negative pressure in a memory, which then when starting, that is when switching on the starter, by actuating an electrovalve to the Inlet channels is connected. This means that when you start a strong current abruptly emerges in the reservoir the inlet channels generated by the condensed fuel droplets will be. To around condensed fuel during the warm-up phase To prepare droplets, it can be provided that the suction pump after the Cold start phase can be switched to print mode, which in the Fuel is stored in the fuel tank via a check valve is conveyed and air is blown into the inlet ducts on the walls of the Inlet channels entrained condensed droplets of fuel and with the sucked Air-fuel mixture mixed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention will now be described with reference to FIG the drawing described. It shows:

Fig. 1 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine, und Fig. 1 shows a partial section of the cylinder head of an internal combustion engine, and

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit den Mitteln zur Verringerung der Emissionen beim Kaltstart. Fig. 2 is a schematic representation of an internal combustion engine with the means for reducing emissions during a cold start.

In Fig. 1 ist mit 1 der Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit Saugrohr einspritzung bezeichnet, der pro Zylinder zwei Einlaßventile 2 enthält, die jeweils mit einem Ventilsitzring 3 am Ende eines Einlaßkanals 4 zusammenwirken.In Fig. 1, 1 denotes the cylinder head of an internal combustion engine with intake manifold injection, which contains two intake valves 2 per cylinder, each of which cooperate with a valve seat ring 3 at the end of an intake port 4 .

In der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine lagert sich ein Teil des Kraftstoffes in Form von kondensierten Tröpfchen 5 an der noch kalten Wand des Einlaß kanals 4 ab und gelangt so in dem Brennraum 6, wodurch in diesem ein über fettes Gemisch vorhanden ist, das nicht vollständig verbrannt wird und hohe Schadstoffemissionen im Abgas zur Folge hat.In the cold start phase of the internal combustion engine, part of the fuel is deposited in the form of condensed droplets 5 on the still cold wall of the inlet channel 4 and thus reaches the combustion chamber 6 , as a result of which an over rich mixture is present which is not completely combusted and results in high pollutant emissions in the exhaust gas.

Erfindungsgemäß wird eine derartige Überfettung dadurch vermieden, daß die Kraftstofftröpfchen 5 direkt vor dem Ventilsitzring 3 abgesaugt werden. Zu diesem Zweck ist ein den Ventilsitzring 3 umgebender und zum Einlaßkanal 4 hin offener Ringraum 7 vorgesehen, von dem eine Bohrung 8 ausgeht, die über eine Sam melleitung 9, in welche die von allen Einlaßkanälen ausgehenden Bohrungen 8 münden, mit der Saugseite einer Saugpumpe 10 (Fig. 2) in Verbindung steht. Die Druckseite der Pumpe 10 ist im Ausführungsbeispiel durch eine Leitung 11 mit dem Tankstutzen 12 des Kraftstoffbehälters 13 verbunden. Sie könnte jedoch auch mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden werden. Bei oder kurz vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine wird die Saugpumpe z. B. durch Drehen des Zündschlüssels eingeschaltet. Durch den von ihr im Ringraum 7 erzeugten Unterdruck werden bei der folgenden Kraftstoff-Einspritzung an der Wand des Einlaßkanals 4 kondensierte Kraftstofftröpfchen 5 abgesaugt, sobald sie in die Nähe des Ringraumes 7 gelangen, und in den Kraftstoffbehälter 13 zurückgefördert. Durch die Absaugung über den Ringraum 7 werden die Kraft stofftröpfchen über den ganzen Umfang des Einlaßkanals 4 erfaßt.According to the invention, such over-greasing is avoided in that the fuel droplets 5 are sucked off directly in front of the valve seat ring 3 . For this purpose, a valve seat ring 3 surrounding and open to the inlet channel 4 towards the annular space 7 is provided, from which a bore 8 extends, via a Sam line 9 , into which the outgoing holes 8 from all inlet channels open, with the suction side of a suction pump 10 ( Fig. 2) is connected. In the exemplary embodiment, the pressure side of the pump 10 is connected to the filler neck 12 of the fuel tank 13 by a line 11 . However, it could also be connected to the intake system of the internal combustion engine. When or shortly before starting the internal combustion engine, the suction pump is z. B. turned on by turning the ignition key. Due to the negative pressure generated by it in the annular space 7 , condensed fuel droplets 5 are sucked off in the following fuel injection on the wall of the inlet channel 4 as soon as they come into the vicinity of the annular space 7 and conveyed back into the fuel tank 13 . By suction through the annular space 7 , the droplets of fuel are detected over the entire circumference of the inlet channel 4 .

Vorzugsweise, und wie in Fig. 2 dargestellt, ist in der Sammelleitung 9 vor der Saugpumpe 10 ein Elektroventil 14 und ein Speicher 15 angeordnet. Bei dieser Anordnung wird vor dem Kaltstart z. B. beim Einschalten der Zündung, das Elektroventil 14 geschlossen und die Saugpumpe 10 eingeschaltet, so daß in dem Speicher 15 ein Unterdruck erzeugt wird. Sobald nun der Anlasser der Brennkraft maschine eingeschaltet wird, womit gleichzeitig die Kraftstoff-Einspritzung be ginnt, wird das Elektroventil 14 geöffnet, wodurch der im Speicher 15 herrschen de Unterdruck schlagartig im Ringraum 7 zur Wirkung kommt. Die Kraftstoff tröpfchen werden somit abgesaugt, bevor sie das Einlaßventil erreichen. Nach Beendigung der Kaltstartphase wird das Elektroventil 14 geschlossen und die Saugpumpe 10 ausgeschaltet.Preferably, and as shown in FIG. 2, an electrovalve 14 and a store 15 are arranged in the manifold 9 upstream of the suction pump 10 . In this arrangement, z. B. when switching on the ignition, the solenoid valve 14 closed and the suction pump 10 switched on, so that a vacuum is generated in the memory 15 . As soon as the starter of the internal combustion engine is switched on, which simultaneously starts the fuel injection, the solenoid valve 14 is opened, as a result of which the negative pressure prevailing in the accumulator 15 suddenly comes into effect in the annular space 7 . The fuel droplets are thus sucked off before they reach the inlet valve. After the end of the cold start phase, the solenoid valve 14 is closed and the suction pump 10 is switched off.

Um auch in der Warmlaufphase die Zuführung von kondensierten Kraftstoff tröpfchen zum Brennraum 6 zu verhindern, kann vorgesehen werden, daß die Saugpumpe 10 auf Druckbetrieb umgeschaltet werden kann. In diesem Fall ist der Speicher 15 durch eine Leitung 16 mit einem in Richtung auf den Speicher schließenden Rückschlagventil 17 mit dem Kraftstoffbehälter 13 verbunden. Bei dieser Anordnung wird die Saugpumpe 10 nach der Kaltstartphase auf Druck betrieb geschaltet und das Elektroventil 14 geöffnet. Die nun von der Pumpe 10 erzeugte Druckluft fördert im Speicher 15 enthaltenen Kraftstoff bei geschlosse nem Elektroventil 14 durch das sich nun öffnende Rückschlagventil 17 in den Kraftstoffbehälter 13 und gelangt nach Öffnen des Elektroventils 14 über die Sammelleitung 9 und die Bohrungen 8 in die Ringräume 7. Durch diese Luft strömung werden etwa verbliebene kondensierte Kraftstofftröpfchen von der Wand des Einlaßkanals 4 abgelöst und mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum befördert. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die Brennkraftmaschine ihre normale Arbeitstemperatur erreicht hat und keine weitere Kraftstoffkondensa tion möglich ist. Dann wird das Elektroventil 14 geschlossen und die Pumpe 10 ausgeschaltet.In order to prevent the supply of condensed fuel droplets to the combustion chamber 6 even in the warm-up phase, it can be provided that the suction pump 10 can be switched to pressure operation. In this case, the accumulator 15 is connected to the fuel tank 13 by a line 16 with a check valve 17 closing in the direction of the accumulator. In this arrangement, the suction pump 10 is switched to pressure operation after the cold start phase and the solenoid valve 14 is opened. The compressed air now generated by the pump 10 conveys fuel contained in the accumulator 15 when the solenoid valve 14 is closed, through the now opening check valve 17 into the fuel tank 13 and, after opening the solenoid valve 14, passes via the manifold 9 and the holes 8 into the annular spaces 7 . By this air flow, any remaining condensed fuel droplets are detached from the wall of the inlet channel 4 and conveyed into the combustion chamber with the fuel-air mixture. This process continues until the internal combustion engine has reached its normal working temperature and no further fuel condensation is possible. Then the solenoid valve 14 is closed and the pump 10 is switched off.

Die Steuerung der Pumpe 10 und des Elektroventils 14 kann ohne zusätzlichen Aufwand durchgeführt werden, da die entsprechenden Betriebsparameter im Motormanagement einer elektronischen Einspritzanlage bereits programmiert sind.The control of the pump 10 and the solenoid valve 14 can be carried out without additional effort, since the corresponding operating parameters have already been programmed in the engine management of an electronic injection system.

Claims

1. Verfahren zur Verringerung der Emissionen beim Kaltstart einer Brennkraft maschine mit Kraftstoff-Einspritzung in die Einlaßkanäle vor den Einlaß ventilen, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Saugpumpe zumindest während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine in jedem Einlaßkanal vor dem Einlaß ventil ein Unterdruck erzeugt wird, durch den kondensierte Kraftstofftröpfchen abgesaugt werden.1. A method for reducing the emissions when cold starting an internal combustion engine with fuel injection into the inlet channels before the inlet valves, characterized in that a vacuum is generated by a suction pump at least during the cold start phase of the engine in each inlet channel before the inlet valve, by the condensed fuel droplets are sucked out.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugpumpe vor dem Kaltstart eingeschaltet wird und einen Unterdruck in einem Speicher erzeugt, der beim Starten an den Einlaßkanal angeschlossen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the suction pump before the cold start is switched on and a negative pressure in a memory generated, which is connected to the inlet duct when starting.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Kaltstartphase die Saugpumpe auf Druckbetrieb umgeschaltet wird, bis die Brennkraftmaschine ihre Arbeitstemperatur erreicht hat, und dann ausge schaltet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that according to the Cold start phase the suction pump is switched to pressure mode until the Internal combustion engine has reached its working temperature, and then out is switched.

4. Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Einspritzung in die Einlaßkanäle (4) vor den Einlaßventilen (2), dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Einlaßkanal (7) vor dem Ventilsitz des Einlaßventils (2) eine Bohrung (8) ausgeht, die zumindest während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine an eine Saugpumpe (10) angeschlossen ist, welche kondensierte Kraftstofftröpfchen absaugt. 4. Internal combustion engine with fuel injection into the inlet channels ( 4 ) in front of the inlet valves ( 2 ), characterized in that from each inlet channel ( 7 ) in front of the valve seat of the inlet valve ( 2 ) there is a bore ( 8 ) which at least during the cold start phase the internal combustion engine is connected to a suction pump ( 10 ) which sucks off condensed fuel droplets.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einlaßventil (2) von einem zu seinem Einlaßkanal (4) hin offenen Ringraum (7) umgeben ist, von dem die Bohrung (8) ausgeht.5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that each inlet valve ( 2 ) is surrounded by an towards its inlet channel ( 4 ) open annular space ( 7 ) from which the bore ( 8 ) extends.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (7) von dem Ventilsitzring (3) des Einlaßventils (2) und der Wand des Einlaßkanals (4) begrenzt ist.6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the annular space ( 7 ) of the valve seat ring ( 3 ) of the inlet valve ( 2 ) and the wall of the inlet channel ( 4 ) is limited.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die von den Einlaßkanälen (4) ausgehenden Bohrungen (8) in eine Sammelleitung (9) münden, die mit der Saugpumpe (10) in Verbindung steht.7. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 6, characterized in that the outgoing from the inlet channels ( 4 ) bores ( 8 ) open into a manifold ( 9 ) which is in communication with the suction pump ( 10 ).

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (9) zwischen der Bohrung (8) und der Saugpumpe (10) ein Elektro ventil (14) und ein Speicher (15) angeordnet sind, wobei vor dem Starten der Brennkraftmaschine das Elektroventil (14) geschlossen und die Saugpumpe (10) eingeschaltet ist und in dem Speicher (15) einen Unterdruck erzeugt, und beim Starten das Elektroventil (14) geöffnet wird.8. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that an electric valve ( 14 ) and a memory ( 15 ) are arranged in the line ( 9 ) between the bore ( 8 ) and the suction pump ( 10 ), before starting the internal combustion engine the solenoid valve ( 14 ) is closed and the suction pump ( 10 ) is switched on and generates a negative pressure in the accumulator ( 15 ), and the solenoid valve ( 14 ) is opened when starting.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugpumpe (10) in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine auf Druck betrieb umschaltbar ist und der Speicher (15) über ein in Richtung auf den Speicher schließendes Rückschlagventil (17) mit dem Kraftstoffbehälter (13) in Verbindung steht.9. Internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the suction pump ( 10 ) in the warm-up phase of the internal combustion engine can be switched to pressure operation and the memory ( 15 ) via a check valve closing in the direction of the memory ( 17 ) with the fuel tank ( 13 ) communicates.