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EP 2 013 470 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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06.10.2010 Patentblatt 2010/40 |
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Anmeldetag: 24.08.2007 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2007/058794 |
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Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2008/025728 (06.03.2008 Gazette 2008/10) |
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VERFAHREN ZUR REDUZIERUNG VON ABLAGERUNGEN INNERHALB EINES SPRITZLOCHS EINER KRAFTSTOFFEINSPRITZVORRICHTUNG
METHOD FOR REDUCING DEPOSITIONS WITHIN A SPRAY HOLE OF A FUEL INJECTION DEVICE
PROCÉDÉ POUR RÉDUIRE LES DÉPÔTS DANS UN TROU D'INJECTION D'UN DISPOSITIF D'INJECTION
DE CARBURANT
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Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO
SE SI SK TR |
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Priorität: |
29.08.2006 DE 102006040394
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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14.01.2009 Patentblatt 2009/03 |
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Patentinhaber: Continental Automotive GmbH |
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30165 Hannover (DE) |
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Erfinder: |
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- WEIGAND, Andreas
93053 Regensburg (DE)
- KASTNER, Oliver
93093 Donaustauf (DE)
- ATZLER, Frank
93188 Dettenhofen (DE)
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Entgegenhaltungen: :
WO-A-03/104640 DE-A1- 10 213 011 US-A- 4 213 568
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DE-A1- 3 303 470 US-A- 4 208 014 US-A- 5 853 124
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen innerhalb eines
Spritzlochs einer Kraftstoffeinspritzvorrichutng gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs
des Hauptanspruchs 1.
[0002] Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell
seit vielen Jahren bekannt. Bei einem sogenannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt
die Kraftstoffzuführung in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch Injektoren,
insbesondere durch Piezoinjektoren. Für verschiedene Fahrzustände werden unterschiedliche
Eigenschaften von diesen Systemen gefordert, um Schadstoffemissionsgrenzen, Kraftstoffverbrauchsminimierung
und auch Langlebigkeit des Systems und damit des Fahrzeugs zu gewährleisten.
[0003] Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 13 011 A1 offenbart, bei welcher Kraftstoff mittels einer Einspritzdüse mit mehreren Einspritzbohrungen
direkt in einen Arbeitsraum als Vor- und Haupteinspritzung eingespritzt wird. Um dabei
die Benetzung der Brennraumwände mit Kraftstoff zu minimieren wird neben einer speziellen
Gestaltung des Brennraumes und des Kolbenbodens vorgeschlagen, den Hub einer Düsennadel
der Einspritzdüse derart einzustellen, dass eine Begrenzung der Reichweite der eingespritzten
Kraftstoffstrahlen erzielt wird.
[0004] Weiterhin wird in der US-Patentschrift
US 4,208,014 A eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgestellt, bei der eine spitze Düsennadel in
einem Sackloch des Injektors ein Spritzloch, wahlweise öffnet oder verschließt. Dabei
ist die Düsennadel so geformt und im Sackloch angeordnet, dass ein Öffnungsquerschnitt
am Spritzloch in nahezu allen Positionen der Düsennadel kleiner ist als der Durchtrittsquerschnitt
am Sitz der Düsennadel. Durch die vorgeschlagene Anordnung soll erreicht werden, dass
der Kraftstoffdruck am Spritzloch, unabhängig vom Nadelhub und auch bei sehr geringen
Nadelhüben, dem vollen Systemdruck entspricht.
[0005] Mit zunehmender Leistungsdichte steigt bei modernen Verbrennungsmotoren die Tendenz
zur Bildung von Ablagerungen in wenigstens einem Spritzloch. Auch können höhere Abgasrückführraten
in den Brennraum zu vermehrten Ablagerungen in den Spritzlöchern führen. Diese Ablagerungen
haben über die Laufzeit gesehen eine Reduzierung der eingebrachten Kraftstoffmenge,
insbesondere bei Volllastbetrieb und damit eine Reduzierung der Motorleistung zur
Folge. Weiterhin ergibt sich durch die Ablagerungen eine Erhöhung der Abgasemissionen
durch Verkokung.
[0006] Aus der Druckschrift
DE 102 25 683 A1 ist ein Injektor mit wenigstens einem Spritzloch bekannt, welches eine Einrichtung
zur gezielten Erzeugung von Kavitation an der Auslassöffnung des Spritzlochs oder
über die gesamte Spritzlochlänge entfernt werden.
[0007] Die Formgebung des Spritzlochs, die durch Ablagerungen innerhalb des Spritzlochs
und durch die Auslassöffnung bestimmt wird, übt allerdings Einfluss auf die Einspritzstrahlaufbereitung
aus und verschlechtert damit die Abgasemission bei einer Auslegung des Injektors auf
eine Reduktion von Ablagerungen und/oder bei einer Auslegung des Injektors auf Verkoken.
[0008] Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein
Verfahren bereitzustellen, das eine Reduzierung der Ablagerungen ohne Variation der
Formgebung wenigstens eines Spritzlochs ermöglicht.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0010] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine freie
Auslegung der Formgebung des Spritzlochs, unabhängig von der Ablagerungsproblematik,
nach Gesichtspunkten optimaler Emissionen und maximaler Leistung erfolgen kann.
[0011] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass aufgrund eines
variabel einstellbaren Spritzlocheintrittsdrucks innerhalb des Injektors genauere
Einspritzmengen ermöglicht werden.
[0012] Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1: eine schematische Skizze einer Düseneinheit (entspricht einem Ausschnitt
eines Injektors) mit zwei Spritzlöchern und einer Düsennadel,
Figur 2: einen Kraftstoffvolumenstromverlauf durch ein Spritzloch abhängig vom Nadelhub.
[0013] Figur 1 zeigt eine schematische Skizze einer Düseneinheit mit zwei Spritzlöchern
und einer Düsennadel. Dargestellt ist ein Düsenkörpergehäuse 5, innerhalb dessen sich
beispielhaft zwei Spritzlöcher 1 befinden. Die Spritzlöcher 1 verbinden dabei ein
Sackloch 6 mit einem Brennraum (in der Zeichnung nicht dargestellt). Über sie kann
eine vorgebbare Kraftstoffmenge, abhängig vom einstellbaren Spritzlocheintrittsdruck,
aus dem Sackloch 6 in den Brennraum strömen. Weiterhin ist eine Düsennadel 2 dargestellt,
die durch ihre variabel einstellbare vertikale Position den Öffnungsquerschnitt des
zwischen Düsenkörpergehäuse 5 und Düsennadel 2 vorgesehenen Drosselspalts 4 beeinflusst.
[0014] Zur Reduzierung von Ablagerungen innerhalb des Spritzlochs 1 wird der Injektor in
einer Sitzdrosselung gefahren. Sitzdrosselung liegt vor, wenn die Düsennadel 2 in
Bezug auf einen maximalen Hub derart angesteuert wird, dass die kegelstumpfartig ausgebildete
Fläche, die durch den Abstand zwischen Düsennadel und Düsenkörpergehäuse virtuell
bestimmt wird, kleiner ist als die Austrittsquerschnittsfläche eines Spritzlochs 1
oder die Summe der Austrittsquerschnittsflächen mehrerer Spritzlöcher 1. Die kegelstumpfartige
Fläche zwischen der Düsennadel 2 und dem Düsenkörpergehäuse 5 weist dabei senkrecht
auf die Düsennadel 2 und verläuft axialsymmetrisch um die vertikale Achse.
[0015] Durch die aufgrund der Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts des Drosselspalts 4
entstehende Anhebung der turbulenten kinetischen Energie, und die in gewissen Bereichen
entstehende Kavitation können Ablagerungen in den Spritzlöchern 1 vermieden werden.
[0016] Zur Vermeidung von Ablagerungen können daher Reinigungssequenzen während der Laufzeiten
über den Sitzdrosselbetrieb eingeführt werden. Da die Druckdifferenz zwischen dem
Spritzlocheintrittsdruck und dem Spritzlochaustrittsdruck einen wesentlichen Einfluss
auf das Verbrennungsverhalten ausübt, ist eine möglichst genaue Einstellung des Spritzlocheintrittsdrucks
von großer Bedeutung. Die Drosselverluste, die durch den variabel veränderbaren Drosselspalt
4 entstehen und damit einen geringeren Spritzlocheintrittsdruck bewirken, können durch
jeweils einen höheren Systemdruck ausgeglichen werden, ohne dabei Nachteile bei der
Emission in Kauf nehmen zu müssen.
[0017] Weiterhin besteht die Möglichkeit, Betriebspunkte in einem Motorkennfeld als Reinigungspunkte
über einen Sitzdrosselbetrieb zu verwenden. Als besonders geeignet haben sich hier
Betriebspunkte herausgestellt, die bei transientem Betrieb der Brennkraftmaschine
hohe Druckgradienten zwischen Brennraum und Spritzloch durchlaufen. Diese Druckgradienten
zwischen den einzelnen Betriebspunkten können dadurch reduziert werden, dass entsprechend
niedrigere Lasten im Sitzdrosselbetrieb gefahren werden. Die Einstellung des Spritzlocheintrittsdrucks
erfolgt dabei über die Sitzdrosselung, d.h. über den durch die Düsennadel 2 variabel
einstellbaren Drosselspalt 4, bei z.B. konstantem Systemdruck. Weiterhin hat sich
zur Reduzierung der Ablagerungen als besonders vorteilhaft erwiesen, dass Betriebspunkte
mit hohen Lasten und Systemdrücken gefahren werden.
[0018] Figur 2 zeigt einen Kraftstoffvolumenstromverlauf durch ein Spritzloch abhängig vom
Nadelhub. In der Figur 2 ist in vertikaler Richtung der Volumenstrom und in horizontaler
Richtung der Nadelhub aufgetragen.
[0019] Der Volumenstromkennlinienverlauf 1 steigt dabei mit steigendem Nadelhub bis zum
Punkt H1, bei dem der Nadelhub und somit der Drosselspalt maximal sind. Der Kraftstoffvolumenstromkennlinienverlauf
1 weist dabei mit steigendem Nadelhub einen ansteigenden Kennlinienverlauf mit gleichzeitig
fallenden Volumenstromgradienten auf. Eine Sitzdrosselung liegt dabei im Bereich geringer
Nadelhübe mit gleichzeitig starken Volumenstromgradienten vor, während hingegen mit
steigendem Nadelhub und damit fallenden Volumenstromgradienten ein Übergang zu einer
Lochdrosselung erfolgt.
1. Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen an wenigstens einem in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
vorgesehenen Spritzloch (1) mit definierter Austrittsquerschnittsfläche welches ein
im Gehäuse eines Injektors, insbesondere eines Piezoinjektors vorhandenes, die kegelstumpfartig
ausgebildete Spitze einer Düsennadel (2) hohlkegelartig umgreifendes Sackloch (6)
mit einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Reinigung des mindestens einen Spritzlochs (1)an bestimmten Betriebspunkten durchgeführt
wird, indem diese Betriebspunkte in einem Motorkennfeld als Reinigungspunkte definiert
sind, bei denen der Injektor in einem Sitzdrosselbetrieb betrieben wird, wobei der
Sitzdrosselbetrieb definiert ist durch einen vekleinerten Öffnungsquerschnitt eines
zwischen einem Düsenkörpergehäuse (5) und der Düsennadel (2) vorgesehenen Drosselspalts
(4), so dass die Düsennadel (2) in Bezug auf einen maximalen Hub derart angesteuert
wird, dass ein von dem Düsennadelende senkrecht zum Düsenkörpergehäuse (5) weisende
Fläche der virtuellen Mantelfläche eines um die vertikale Düsennadelachse axialsymmetrisch
angeordneten Kegelstumpf entspricht, die kleiner ist als die Austrittsquerschnittsfläche
eines Spritzlochs (1) oder die Summe der Austrittsquerschnittsflächen mehrerer Spritzlöcher
(1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigung des mindestens einen Spritzlochs (1) zu vorgegebenen Zeitpunkten durchgeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselverluste im Drosselspalt (4) durch einen angehobenen Systemdruck ausgeglichen
werden.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzlocheintrittsdruck bei vorgegebenem Systemdruck über die Drosselverluste
im Drosselspalt (4) gesteuert wird.
1. Method for reduction of deposits on at least one injection hole (1) provided in a
fuel injection device with defined outlet cross-sectional surface which connects a
blind hole (6) in the shape of a hollow cone present in the housing of an injector,
especially of a piezoinjector, surrounding the tip of an injection pin embodied as
the base of a cone, to a combustion chamber of a combustion engine, characterised in that
cleaning of the at least one injection hole (1) is carried out at specific operating
points in that these operating points are defined in an engine map as cleaning points at which the
injector is operated in seat throttling mode, with seat throttling mode being defined
by a reduced opening cross section of a throttle gap (4) provided between a needle
body housing (5) and the valve pin (2), so that the valve pin (2) is activated in
relation to a maximum stroke such that a surface pointing from the injection pin end
perpendicular to the needle body housing (5) corresponds to the virtual jacket surface
of a truncated cone arranged axial-symmetrically around the vertical injector pin
axis, which is smaller than the outlet cross-sectional surface of an injection hole
(1) or the sum of the outlet cross-sectional surfaces of a number of injection holes
(1).
2. Method according to claim 1, characterised in that cleaning of the at least one injection hole (1) is carried out at predetermined times.
3. Method according to claim 1 or 2, characterised in that the throttle losses in the throttle gap (4) are compensated for by a raised system
pressure.
4. Method according to one of the previous claims, characterised in that the injection hole inlet pressure at a predetermined system pressure is controlled
via the throttle losses in the throttle gap (4).
1. Procédé destiné à diminuer les dépôts dans au moins un trou d'injection (1), qui est
prévu pour un dispositif d'injection de carburant et possède une surface de section
de sortie définie et par lequel un trou borgne (6), prévu dans le boîtier d'un injecteur,
en particulier un injecteur piézoélectrique, et entourant en forme de cône tronqué
la pointe tronconique d'un pointeau (2), est relié à une chambre de combustion d'un
moteur à combustion interne, caractérisé en ce que
un nettoyage dudit au moins un trou d'injection (1) est effectué à des points de fonctionnement
dynamique déterminés, du fait que lesdits points de fonctionnement dynamique sont
définis en tant que points de nettoyage dans un champ caractéristique du moteur, au
niveau desquels l'injecteur est actionné dans un mode d'étranglement de passage, ledit
mode d'étranglement de passage est défini par une diminution de la section d'ouverture
d'une fente d'étranglement (4) prévue entre un boîtier (5) du corps de buse et le
pointeau (2), de telle sorte que le pointeau (2), par rapport à une course maximale,
est commandé de telle sorte qu'une surface, orientée depuis l'extrémité du pointeau
perpendiculairement au boîtier (5) du corps de buse, corresponde à la surface d'enveloppe
virtuelle d'un tronc de cône disposé en symétrie axiale autour de l'axe vertical du
pointeau, laquelle surface est plus petite que la surface de la section de sortie
d'un trou d'injection (1) ou la somme des surfaces des sections de sortie de plusieurs
trous d'injection (1).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un nettoyage dudit au moins un trou d'injection (1) est effectué à des instants prédéfinis.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les pertes d'étranglement dans la fente d'étranglement (4) sont compensées par une
élévation de la pression du système.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression d'entrée dans le trou d'injection, en présence d'une pression prédéfinie
du système, est commandée par les pertes d'étranglement dans la fente d'étranglement
(4).
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