DE102009028077A1

DE102009028077A1 - Mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung ausgerüstete Einspritzanlage

Info

Publication number: DE102009028077A1
Application number: DE102009028077A
Authority: DE
Inventors: Jorgen Grimm; Johannes Ullrich; Thiemo Hohmann; Andreas Kapp; Bernd Friedrichs; Ronny Moenning; Seung Beom Yoo
Original assignee: Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2010-12-09
Also published as: KR20100131223A; KR101135527B1

Abstract

Eine Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, kann umfassen eine Hochdruckpumpe, die Dieselkraftstoff von einem Kraftstofftank bei einem hohen Druck fördert, ein Kraftstoffverteilerrohr, in welchem der Dieselkraftstoff, der von der Hochdruckpumpe geliefert wird, gespeichert wird, ein Einspritzventil, das eine Düse aufweist, die an das Kraftstoffverteilerrohr angeschlossen ist, um den Dieselkraftstoff in einem Zylinder einzuspritzen, ein Heizelement, das an einer Einlassseite des Kraftstoffverteilerrohrs angeordnet ist, um den Kraftstoff zu erwärmen, um dessen Temperatur auf einen bestimmten Temperaturbereich zu erhöhen, so dass die Moleküle des Kraftstoffs gespalten werden, und eine Regelvorrichtung, die ausgelegt ist, die Temperatur des Kraftstoffs zu erfassen und das Heizelement gemäß dessen Temperatur und den Betriebsbedingungen des Motors zu regeln. Demzufolge wird der gewöhnliche Dieselkraftstoff durch das Heizelement erwärmt, um in einem Bereich einer vorbestimmten Temperatur zu sein, so dass der Kraftstoff gespalten (thermisch zersetzt) wird, um dessen Flüchtigkeit zu verbessern, und demzufolge ist es möglich, vollständig verbrannt zu werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2009-0050013 , eingereicht im koreanischen Patentamt am 05. Juni 2009, welche in ihrer Gesamtheit hierin durch Bezugnahme enthalten ist.
HINITERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung ausgerüstet ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung ausgerüstet ist, die ein Verbrennungsverhalten verbessert und Abgasschadstoffe verringert.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Es ist bekannt, dass ein Hauptproblem von heutigen diesel- oder benzinbetriebenen Verbrennungsmotoren im sogenannten ”Russ-Stickoxid-Konflikt” liegt, was bedeutet, dass die Verringerung von einer dieser beiden Schadstoffemissionen üblicherweise zu einer Erhöhung der anderen führt.
Dies trifft insbesondere dann zu und ist sehr nachteilig, wenn eine zukünftige Gesetzgebung in Bezug auf Abgasvor schriften zu berücksichtigen ist, die als Ergebnis sehr geringe NO_x-Werte fordert. Es ist ebenfalls bekannt, dass die Russbildung während einer Verbrennung im Motor stark von der Qualität des Kraftstoff/Luft-Gemisches abhängt, insbesondere von der Menge an ”Flüssigkeit”, welche den nicht verdampften Kraftstoff bezeichnet, trotzdem die Verbrennung bereits begonnen hat.
Flüssiger Kraftstoff (= Tröpfchen), die während einer Verbrennung vorhanden sind, können so sehr heiß werden, dass der Kraftstoff im innersten Bereich des Tröpfchenkerns aufbricht, was zu unverbrannten Kohlenstoff führt, der zum Ende der Verbrennungsphase aufgrund unzureichender Verbrennungstemperaturen nicht mehr verbrennen kann. Als Folge davon kommt unverbrannter Kohlenstoff (Russ/Feinstaub) im Abgas vor. Zudem ist dieser Effekt sogar noch stärker, wenn eine Abgasrückführung zur NO_x-Verringerung verwendet wird.
Es ist ebenfalls bekannt, dass die chemische Zusammensetzung des zu verbrennenden Kraftstoffs einen sehr großen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Verbrennung und die Emissionseigenschaften hat. Unglücklicherweise besitzt der am Markt verfügbare Kraftstoff keine sehr guten chemischen Verbrennungseigenschaften um ein gutes Abgasverhalten zu erreichen, weil die meisten der Kraftstoffeigenschaften (z. B. Flüchtigkeit), die positiv für eine Schadstoffemission sind, nicht für Dieselmotoren verwirklicht werden können, weil sie einen negativen Einfluss auf andere Leistungsfaktoren des Motors wie zum Beispiel Schmierung oder eine unkontrollierte Emission von Kohlenwasserstoffen (HC) von dem Tank haben. Kraftstoffe mit besseren Verbrennungseigenschaften werden gegenwärtig untersucht, aber werden jedoch innerhalb der nächsten Jahre in ausreichender Menge nicht am Markt verfügbar sein.
Die obige in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen beinhalten, die nicht den Stand der Technik bilden, welcher bereits einem Fachmann in diesem Land bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Bestreben gemacht, um eine Motorsteuerung bereitzustellen, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung ausgerüstet ist, um damit Verbrennungseigenschaften zu verbessern und Abgasschadstoffe zu verringern.
Eine Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, kann ein Heizelement umfassen, das den Kraftstoff erwärmt, um dessen Temperatur auf einem bestimmten Temperaturbereich anzuheben, um damit die Kraftstoffmoleküle aufzuspalten.
Die Motorsteuerung kann ferner eine Hochdruckpumpe umfassen, die Diesel von einem Kraftstofftank bei einer hohen Temperatur fördert, ein Kraftstoffverteilerrohr, in welchem der Dieselkraftstoff gespeichert wird, der von der Hochdruckpumpe geliefert wird, und ein Einspritzventil, das eine Düse umfassen kann, die an das Kraftstoffverteilerrohr angeschlossen ist, um den Dieselkraftstoff in einen Zylinder einzuspritzen, wobei ein Heizelement an einer Einlassseite des Kraftstoffverteilerrohrs angeordnet ist.
Der vorbestimmte Temperaturbereich kann von 450 bis 600°C reichen.
Das Heizelement kann als Glühkerze ausgebildet sein.
Der Innendruck des Kraftstoffverteilerrohrs kann von 1500 bis 2500 bar reichen.
Ein Kühler kann auf dem Kraftstoffverteilerrohr angeordnet sein, um die Temperatur des Kraftstoffs zu regeln.
Ein Isolationselement kann auf dem Kraftstoffverteilerrohr oder in dem Heizelement montiert werden.
Die Motorsteuerung kann ferner eine Regelvorrichtung umfassen, die ausgelegt ist, die Temperatur des Kraftstoffs zu erfassen und regelt das Heizelement entsprechend dessen Temperatur und der Betriebsbedingungen des Motors.
Bei der Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wie oberhalb angegeben ausgerüstet ist, wird üblicher Diesel kraftstoff durch das Heizelement aufgeheizt, um sich in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu befinden, so dass der Kraftstoff aufgespaltet (thermisch zersetzt) wird, um die Flüchtigkeit zu verbessern, und demzufolge ist es möglich, dass der Kraftstoff vollständig verbrannt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.

100: Kraftstofftank
110: Hochdruckpumpe
115a: Versorgungsleitung
115b: Rückleitung
120: Heizelement
130: Kühler
140: Isolationselement
150: Kraftstoffverteilerrohr
160: Einspritzventil
170: Düse
180: Regelvorrichtung

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ausführlich mit Bezug auf die beigefügte Abbildung beschrieben.
Eine Einspritzanlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung ausgerüstet, mit welcher der Kraftstoff durch Wärme aufbereitet wird, einem Katalysator, oder ein anderes Verfahren, so dass die Moleküle des Kraftstoffs, der von einem Kraftstofftank bereitgestellt wird, chemisch gespalten werden, um kleiner zu werden, und um deren Verbrennungsleistung zu verbessern.
Die Kraftstoffaufbereitungskammer kann an irgendeiner Stelle montiert werden wo der Kraftstoff fließt, jedoch ist der Abstand von dem Verbrennungsraum hinsichtlich Festigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit zum Steuern zu berücksichtigen.
Der Aufbau oder die Lage der Treibstoffaufbereitungsvorrichtung kann verändert werden, um das Spalten der Kraftstoffmoleküle zu garantieren, und die Motorsteuerung, die mit einer Treibstoffaufbereitungsvorrichtung ausgerüstet ist, ist wie folgt in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgelegt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.
Bezug nehmend auf 1 umfasst eine Motorsteuerung einen Kraftstofftank 100, eine Hochdruckpumpe 110, eine Versorgungsleitung 115a, eine Rückleitung 115b, ein Heizelement 120, einen Kühler 130, ein Isolationselement 140, ein Kraftstoffverteilerrohr 150, ein Einspritzventil 160, eine Düse 170, und eine Regelvorrichtung 180.
Der Kraftstofftank 100 ist mit gewöhnlichem Dieselkraftstoff befüllt, die Hochdruckpumpe 110 ist an die Versorgungsleitung 115a angeschlossen, und die Hochdruckpumpe 110 versorgt das Kraftstoffverteilerrohr 150 mit dem Dieselkraftstoff von dem Kraftstofftank 100 bei einem hohen Druck.
Der Innendruck des Kraftstoffverteilerrohrs 150 reicht von 1500 bar bis 2500 bar, und der Kraftstoff innerhalb des Rohrs 150 wird von dem Kraftstoffverteilerrohr 150 an jedes Einspritzventil 160 geliefert.
Das Heizelement 120 ist in der Einlassseite des Kraftstoffverteilerrohrs 150 befestigt, und das Heizelement 120 erwärmt den gewöhnlichen, von der Pumpe bereitgestellten Dieselkraftstoff auf einen Bereich von 450 bis 600°C.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Dieselkraftstoff bei einer Temperatur gespalten, die mehr als 360°C beträgt, und es ist wünschenswert, dass die Prozesstemperatur mehr als 450°C beträgt, damit das Spalten (thermische Zersetzen) des Dieselkraftstoffs sicher erfolgt.
Insbesondere wenn der Dieselkraftstoff bei dem Wärmeprozess auf weniger als 400°C erwärmt wird, wird nur dessen physikalische Viskosität verringert, um die Flüchtigkeit zu verbessern, weil jedoch der Dieselkraftstoff nicht chemisch gespalten wird, ist es schwierig, den technischen Effekt der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
Die Schmierfähigkeit (Viskosität) ist vergleichsweise hoch bevor der Dieselkraftstoff das Heizelement 120 erreicht, und die Flüchtigkeit ist vergleichsweise niedrig, und der Dieselkraftstoff wird durch das Heizelement 120 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, um die Kraftstoffmoleküle chemisch zu spalten, so dass die Flüchtigkeit erhöht wird und die Schmiereigenschaften verringert werden, so dass die Schmierung verringert wird.
Genauer gesagt reicht der Siedepunkt von 170 bis 390°C bevor der Kraftstoff das Heizelement 120 passiert, aber nach dem Passieren des Heizelements 120 reicht der Siedepunkt von 25 bis 210°C und die Schmierung wird verringert.
Der Kühler 130 ist an dem hinteren Endteil des Heizelements 120 des Kraftstoffverteilerrohrs 150 angeschlossen, damit ein Überhitzen des Kraftstoffs verhindert wird, und es ist für die Temperatur des behandelten Kraftstoffs stromabwärts des Heizelements 120 und des Kühlers 130 wünschenswert, weniger als 100°C zu betragen.
Der Dieselkraftstoff wird nach Passieren des Heizelements 120 chemisch umgewandelt, und der Siedepunkt und die Schmierung des behandelten Kraftstoffs unterscheiden sich von dem Kraftstoff des Kraftstofftanks 100, und demzufolge sollte eine Rückführung des behandelten Kraftstoffs zu dem Kraftstofftank 100 minimiert werden.
Gemäß einem anderen Fall kann ein Kühler an der Rückleitung 115b angeordnet werden, um den Dieselkraftstoff wieder in den vorherigen Zustand zu versetzen.
Es ist für die dem Heizelement 120 nahe gelegenen Bauteile wünschenswert, dass sie aus Stahl oder keramischen Werkstoffen hergestellt sind, damit sie die hohe Temperatur aushalten, und das Heizelement 120 kann eine elektrische Glühkerze sein.
Falls der Dieselkraftstoff das Heizelement 120 passiert, wird das Heizelement 120 eingeschaltet, um den Kraftstoff auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, so dass die Flüchtigkeit und die Verbrennungseigenschaften verbessert werden.
Hierbei wird die Temperaturverteilung in der Längsrichtung des Heizelements 120 variiert, die Prozesszeit kann gemäß der Kontaktfläche und des Kraftstoffflusses variiert werden, und der Spaltprozess der Kraftstoffmoleküle kann durch Einstellen der Betriebszeit des Heizelements 120 geregelt werden.
Der Kühler 130 ist angeordnet, um damit die Kraftstofftemperatur und das Überhitzen zu regeln, und die Bauteile neben dem Verbrennungsraum werden bis 300°C erwärmt, so dass die Bauteile, die mit dem Überhitzen des Kraftstoffs in Beziehung stehen, gekühlt werden können.
Der gewöhnliche Dieselkraftstoff beginnt bei 170°C zu verdampfen und endet bei 390°C, und während dieser Zeit reicht die Cetanzahl des Dieselkraftstoffs von 50 bis 60 cn, und während der Verbrennung sind die Kraftstofftröpfchen vorhanden, so dass unverbrannter Kohlenstoff, der nicht mehr verbrennen kann, darin ausgebildet wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden wie oberhalb beschrieben, falls der Dieselkraftstoff in dem vorbestimmten Temperaturbereich chemisch gespalten wird, mehr Moleküle des Kraftstoffs schnell bei einer niedrigen Temperatur von weniger als 170°C verdampft und die Cetanzahl nimmt ab.
Falls die Cetanzahl abnimmt, wird die Verzögerungszeit der Verbrennung erhöht, so dass ausreichend Zeit für den Kraftstoff garantiert werden kann, um verdampft zu werden, und es gibt nahezu keinen unverdampften Kraftstoff, und die Luft und der verdampfte Kraftstoff werden gleichmäßig vermischt um zu verbrennen, und demzufolge wird der unverbrannte Kohlenstoff dramatisch verringert.
In der Abbildung ist das Heizelement 120 in dem Einlass des Kraftstoffverteilerrohrs 150 montiert, aber es kann an der Rückseite der Hochdruckpumpe 110, der Versorgungsleitung 115a, dem Einspritzventil 160, der Düse 170, und so weiter gemäß beispielhafter Ausführungsformen angeordnet werden, um damit den Dieselkraftstoff bei einer vorbestimmten Temperatur chemisch zu spalten.
Ferner ist das Isolationselement 140 an dem Kraftstoffverteilerrohr 150 neben dem Heizelement 120 vorgesehen, um damit den Wirkungsgrad der Erwärmung zu verbessern, und ein Temperatursensor oder ein chemischer Sensor kann angeordnet werden, um die Temperatur des behandelten Kraftstoffs in dem Heizelement 120 zu erfassen.
Die Regelvorrichtung 180 regelt das Heizelement 120 gemäß den Betriebsbedingungen des Motors und der Temperatur des behandelten Kraftstoffs, der das Heizelement 120 passiert, so dass die Beschaffenheit des Kraftstoffs gemäß den Betriebsbedingungen des Motors umgewandelt wird (wird chemisch umgewandelt, um die Moleküle zu spalten).
Ferner wird das Heizelement 120 gemäß einer Motortemperatur, einem Verbrennungsgeräusch, und einer Motorleistung geregelt, und es ist wünschenswert, dass der chemisch umgewandelte Kraftstoff zu dem Motor geliefert wird, um damit mit dem Gesamtbetriebszustand des Motors zu übereinstimmen.
Gemäß den Fahrzuständen des Motors kann der Kraftstoff in einer großen Menge oder in einer kleinen Menge umgewandelt werden, und das Heizelement 120 wird nicht betrieben, so dass der Kraftstoff in einem bestimmten Fall nicht erwärmt wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Verzögerungszeit der Zündung nicht durch im Umlauf befindliches Abgas, sondern durch Spalten der Moleküle des Kraftstoffs verlängert, so dass die nicht verbrannten Kohlenstoffteilchen ebenso wie das NO_x gleichzeitig verringert werden können.
Die Flüchtigkeit des Dieselkraftstoffs, der das Heizelement 120 passiert, steigt und die Schmierung nimmt ab, und daher werden die Dauerhaltbarkeit im Betrieb und die Schmiereigenschaften des Einspritzventils 160 oder der Düse 170 erhöht.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Dieselkraftstoff nicht übermäßig erwärmt, um einen erregten Zustand oder einen hypergolen Zustand aufzuweisen, und die Verzögerung der Zündung des Kraftstoffs in dem hypergolen Zustand findet nicht statt, so dass das NO_x nicht in einer großen Menge erzeugt werden kann.
Während diese Erfindung in Zusammenhang mit dem beschrieben worden ist, was derzeit als zweckmäßige beispielhafte Ausführungsformen angesehen wird, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Aus führungsformen beschränkt ist, sondern es im Gegenteil dazu beabsichtigt ist, verschiedenste Änderungen und gleichbedeutende Anordnungen zu umfassen, die innerhalb des Geistes und dem Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- KR 10-2009-0050013 [0001]

Claims

Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung ausgerüstet ist, aufweisend ein Heizelement, das einen Kraftstoff erwärmt, um dessen Temperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu erhöhen, um damit Moleküle eines Kraftstoffs zu spalten.
Motorsteuerung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Hochdruckpumpe, die Dieselkraftstoff von einem Kraftstofftank bei einem hohen Druck fördert; ein Kraftstoffverteilerrohr, in welchem der Dieselkraftstoff, der von der Hochdruckpumpe geliefert wird, gespeichert wird; und ein Einspritzventil, das eine Düse aufweist, die an das Kraftstoffverteilerrohr angeschlossen ist, um den Dieselkraftstoff in einen Zylinder einzuspritzen, wobei ein Heizelement an einer Einlassseite des Kraftstoffverteilerrohrs angeordnet ist.
Motorsteuerung nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Temperatur von 450 bis 600°C reicht.
Motorsteuerung nach Anspruch 2, wobei das Heizelement eine Glühkerze umfasst.
Motorsteuerung nach Anspruch 2, wobei der Innendruck des Kraftstoffverteilerrohrs von 1500 bis 2500 bar reicht.
Motorsteuerung nach Anspruch 2, wobei ein Kühler auf dem Kraftstoffverteilerrohr angeordnet ist, um die Temperatur des Kraftstoffs zu regeln.
Motorsteuerung nach Anspruch 2, wobei ein Isolationselement auf dem Kraftstoffverteilerrohr oder in dem Heizelement montiert ist.
Motorsteuerung nach Anspruch 3, ferner aufweisend eine Regelvorrichtung, die ausgelegt ist, die Temperatur des Kraftstoffs zu erfassen und das Heizelement gemäß dessen Temperatur und der Betriebsbedingungen des Motors zu regeln.
Motorsteuerung, die mit einer Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung ausgerüstet ist, aufweisend: eine Hochdruckpumpe, die Dieselkraftstoff von einem Kraftstofftank bei einem hohen Druck fördert; ein Kraftstoffverteilerrohr, in welchem der Dieselkraftstoff, der von der Hochdruckpumpe geliefert wird, gespeichert wird; ein Einspritzventil, das eine Düse aufweist, die an das Kraftstoffverteilerrohr angeschlossen ist, um den Dieselkraftstoff in einen Zylinder einzuspritzen; ein Heizelement, das an einer Einlassseite des Kraftstoffverteilerrohrs angeordnet ist, um den Kraftstoff zu erwärmen, um dessen Temperatur auf einen bestimmten Temperaturbereich zu erhöhen, so dass die Moleküle des Kraftstoffs gespalten werden; und eine Regelvorrichtung, die ausgelegt ist, die Temperatur des Kraftstoffs zu erfassen und das Heizelement gemäß dessen Temperatur und der Betriebsbedingungen des Motors zu regeln.
Motorsteuerung nach Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Temperatur von 450 bis 600°C reicht.
Motorsteuerung nach Anspruch 9, wobei das Heizelement eine Glühkerze umfasst.
Motorsteuerung nach Anspruch 9, wobei der Innendruck des Kraftstoffverteilerrohrs von 1500 bis 2500 bar reicht.