DD146079A1 - Luftverdichtende,direkt einspritzende brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung kann bei nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeitenden, direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen angewendet werden. Waehrend das Ziel der Erfindung in einer Verbesserung der Motordaten liegt, besteht die Aufgabe darin, bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und Lastbereich des Motors eine optimale Zerstaeubung des Kraftstoffes und eine unmittelbare Vermischung mit der Verbrennungsluft zu gewaehrleisten, ohne dasz die Betriebsdaten in den oberen Betriebsbereichen des Motors verschlechtert werden. Erfindungsgemaesz ist nunmehr vorgesehen, dasz die Geschwindigkeit der sich drehenden Verbrennungsluft und die Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffstrahles derart aufeinander abgestimmt sind, dasz sie bei Nenndrehzahl des Motors in der Naehe des Kraftstoffstrahles gleich oder nahezu gleich sind, dasz mit abnehmender Motordrehzahl unter Bildung einer Relativgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft wesentlich verringert wird, und dasz der Durchmesser der Einspritzduesenoeffnung je nach dem Drehzahlverhaeltnis des Motors zwischen 5 und 100% groeszer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten, festen Einloch-Einspritzduese gewaehlt wird, wobei die Vergroeszerung der Durchmesser mit dem Drehzahlverhaeltnis des Motors ansteigt.
Description
Berlin, den 20.12.1979 •"7- WP P 02 M/215 592
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Luftverdichtend©, direkt einspritzende Brennkraftmaschine Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine mit einem im Kolben angeordneten, rotationskörperförmigen Brennraum, bei der der einströmenden Verbrennungsluft durch bekannte Mittel eine Drehbewegung um die Brennraumlängsachse erteilt wird und bei der der Kraftstoff mittels einer querschnittgesteuerten Zapfendüse in Richtung der Luftbewegung im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich zum Teil filmartig auf die Brennraumwand -Aufgetragen wird, während im Leerlauf sowie im. unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich des Motors eine möglichst weitgehende unmittelbare Vermischung mit der Verbrennungsluft erfolgt, wobei der Kraftstoff-Einspritzdruck an der Düsenbohrung und dadurch die Austrittsgeschwindigkeit des KraftstoffStrahls durch den Drosselzapfen über dem gesamten Betriebsbereich des Motors konstant oder nahezu konstant gehalten wird. ,
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Nach der DE-OS 27 09 161 ist bereits eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Geniischaufbereitung und damit die Verbrennung bei Leerlauf und im unteren Drehzahl- und Lastbereich dadurch verbessert werden soll, indem der in diesen Bereichen eingespritzte Kraftstoff weitgehend unmittelbar mit der Verbrennungsluft vermischt wird, da die für eine ausreichend schnelle Verdampfung des'filmartig aufgebrachten Kraftstoffes erforderlichen Prozeß- und Brennraumwandtemperaturen nicht vorhanden sinds was sich in den Motorkenn-
U)Ti) , c>
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daten und in einer schlechteren Abgasqualität auswirkt.
Um diesen bekannten Nachteil zu vermeiden, wurden vorher schon viele Versuche unternommen, doch brachten diese immer wieder andere Nachteile mit sich. Entweder die Einrichtung war zu teuer oder zu kompliziert, oder es wurden die dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung im oberen Betriebsbereich des Motors anhaftenden Vorteile zum Teil aufgehoben oder anderes.
Die vorbeschriebene Brennkraftmaschine brachte nun, wie sich herausstellte, mit einfachen Mitteln eine echte Verbesserung, doch zeigte sich, daß die Zerstäubungsfeinheit des Kraftstoffes in den unteren Betriebsbereiten des Motors noch gesteigert werden sollte, um weitere Verbesserungen zu erreichen.
Ziel der Erfindung ist-die Bereitstellung einer luftverdichtenden, direkt einspritzenden Brennkraftmaschine, die verbesserte Motordaten aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art mit einfachen Mitteln dahingehend weiter zu vervollkommnen, daß bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und Lastbereich des Motors eine optimale Zerstäubung des Kraftstoffes und eine unmittelbare Vermischung, mit der Verbrennungsluft erfolgt, ohne daß die Betriebsdaten in den oberen Betriebsbereichen
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des Motors verschlechtert werden.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit der sich drehenden Verbrennungsluft und die Aus.t;rittsgeschwindigkeit des Kraftstoffstrahles derart aufeinander abgestimmt sind, daß sie bei Nenndrehzahl des Motors in der Nähe des KraftstoffStrahles gleich oder nahezu gleich sind, daß mit abnehmender Motordrehzahl unter Bildung einer Relativgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft wesentlich verringert wird, und daß der Durchmesser der .Einspritzdüsenöffnung je nach dem Drehzahlverhältnis· des Motors zwischen 5 und*100 % größer als tei Verwendung einer optimal ausgelegten, festen Sinloch-Einspritzdüse gewählt wird, wobei die Vergrößerung der Durchmesser mit. dom Drehzablverhältnis des Motors ansteigt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zapfendüse derart ausgebildet bzw. ausgelegt ist, daß der Kraftstoff über den gesamten oder nahezu den gesamten Betriebsbereich des Motors als Hoblstrahl in den Brennraum eingespritzt.wird, und daß der Außendurchmesser des Hohlstrahles an der Einspritzdüsenöffnung konstant bleibt, während sein Innendurchmesser mit steigender Drehzahl des Motors verkleinert wird.
Durch die Gleichsetzung oder annähernde Gleichsetzung der Geschwindigkeit der Verbrennungsluft mit der Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffes bei Nenndrehzahl des Motors tritt praktisch keine Relativgeschwindigkeit auf$ so daß keine den Zerfall des KraftstoffStrahles begünstigende Reibung entsteht. Dadurch ist auch eine sich durch die Ver-
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größerung des Durchmessers der Binspritzdüsenöffnung ergebende größere Berührungsfläche zwischen Kraftstoff and Verbrennungsluft nahezu ohne Einfluß. Die Vorteile, die das Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung in den oberen Betriebsbereichen des Motors bringt, bleiben somit voll erhalten. Es sei noch erwähnt, daß die Vergrößerung des Durchmessers der Sinspritzdüsenöffnung und damit des Düsenquerschnittes, welche eine Verminderung der Strahlgeschwindigkeit und damit des JSinspritzdruckes zur Folge hätte, durch den in die Einspixritzdüsenöffnung eintauchenden Drosselzapfen ausgeglichen wird.
Bei Leerlauf sowie im sinteren Drehzahl- und Lastbereich bleiben der Sinspritzdruck und damit die Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffes aus der Düsenöffnung konstant, während sich die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft überprop'ortional zur Motor&rehzehl verringert. Dies hat zur Folge, daß eine nennenswerte Eelativgeschwindigkeit und damit Reibung zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft entsteht, die eine feine Zerstäubung des Kraftstoffes bewirkt. Begünstigt wird diese Zerstäubung durch die erfindungsgemäß^e Vergrößerung des Kraftstoffstrabldurchmessers und damit seiner Oberfläche.
Durch die Auslegung eines Motors nach der beschriebenen Art werden optimale Verhältnisse erreicht, d. b., es erfolgt über den gesamten Betriebsbereich eine gute Gemischaufbereitung und dadurch auch eine vollständige Verbrennung mit entsprechend guter Abgasqualität.
Als Weiterbildung der Erfindung wird schließlich noch vorgeschlagen, daß bei Motoren mit Drehzahlverhältnissen bis
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zu. 2,5 <ier Durchmesser der Einspritzdüsenöffnung zwischen 5 und 50 % und mit Drehzahlverbältnissen über 2,5 zwischen 40 und 100 % größer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten, festen Einloch-Einspritzdüse gewählt wird.
Ausführungsbeispiel .
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Werte aus der Praxis noch kurz verdeutlicht werden:
Die mittlere Geschwindigkeit des KraftstoffStrahles während des Einspritzvorganges beträgt etwa 100 m/sec. Pur die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft in der Mbe des Kraftstoff Strahles werden bei Nenndrehzahl ebenfalls 100 m/sec gewählt. Damit ist die Relativgeschwindigkeit,im oberen Betriebsbereich des Motors zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft praktisch gleich Null«, Vorausgesetzt werden natürlich wegen der sich ändernden Geschwindigkeit der Kraftstoffstrahlspritze gewisse Abweichungen, deren Berücksichtigung jedoch nicht erforderlich ist. Wird die Motordrehzahl verringert, so fällt die Umfangsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft überproportional, d. h., bei einem Drehzahlverhältnis von 4, also bei einer Verringerung von 4000 U/min auf 1000 U/min entsteht ein Geschwin'digkeitsverbältnis zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft von etwa 5,3t da der Kraftstoff-Sinspritzdruck und damit die Einspritzgeschwindigkeit nahezu konstant bleiben. Somit ergibt sich bei einer Motordrehzahl von 1000 U/min eine Geschwindigkeit der Verbrennungsluft von ca. 18 m/sec und eine Eelativgeschwindigkeit zum Kraftstoff von,82 m/sec.
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Abschließend sei noch erwähnt, daß die die Erfindung kennzeichnenden Merkmale ^eden Durcbschnittsfachmann in die Lage versetzen, ohne erfinderische Tätigkeit einen Motor so auszulegen, wie er vorgeschlagen wird.
Claims (4)
1. Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine mit einem im Kolben angeordneten, rotationskörperförmigen Brennraum, bei der der einströmenden Verbrennungsluft durch bekannte Büttel eine Drehbewegung um die Brennraumlängsachse erteilt wird und bei der der Kraftstoff mittels einer querschnittgesteuerten Zapfendüse in Richtung der Luftbewegung im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich zum Teil filmartig auf die Brennraumwand aufgetragen wird, während im Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich des Motors eine möglichst weitgehende unmittelbare Vermischung mit der Verbrennungsluft erfolgt, wobei der Kraftstoff-Einspritzdruck an der Düsenbohrung und dadurch die Austrittsgeschwindigkeit des KraftstoffStrahles durch den Drosselzapfen über den gesamten Betriebsbereich des Motors konstant oder nahezu konstant gehalten wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Geschwindigkeit der sich drehenden Verbrennungsluft und die Austrittsgescbwindigkeit des Kraftstoffstrahles derart aufeinander abgestimmt sind, daß sie bei Uenndrehzahl des Motors in der Nähe des KraftstoffStrahles gleich oder nahezu gleich sind, daß mit abnehmender Motordrehzahl unter Bildung einer Relativgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft wesentlich verringert wird, und daß der Durchmesser der Sinspritzdüsenöffnung je nach dem Drehzahlverhältnis des Motors zwischen 5 un<3- 100 % größer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten, festen EinlocbTEinspritzdüse gewählt wird, wobei die Vergrößerung' der Durchmesser mit dem Drehzahlverhältnis des Motors ansteigt.
in Vi: j α η 7 η , q « > <-> j o -
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2. Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zapfendüse derart ausgebildet bzw. ausgelegt ist, daß der Kraftstoff über den gesamten oder nahezu den gesamten Betriebsbereich des Motors als Hohlstrahl in den Brennraum eingespritzt wird, und daß der Außendurchmesser des Hohlstrahles an der Einspritzdüsenöffnung konstant bleibt, während sein Innendurchmesser mit steigender Drehzahl des Motors verkleinert wird.
3. Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei Motoren mit Drehzahlverhältnissen bis zu 2,5 der Durchmesser der Einspritsdüsenöffnung zwischen 5 üad 50 % größer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten festen Sinloch-Einspritzdüse gewählt wird.
4. Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei Motoren mit Drehzablverhältnissen über 2,5 der Durcb-r messer der Einspritzdüsenöffnung zwischen 40 und 100 % größer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten Einloch-Einspritzdüse gewählt wird.
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