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Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit der ein Direktstart durchführbar ist, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die wichtigste Voraussetzung für das Funktionieren eines Direktstartes (Starten eines Benzinmotors ohne Anlasser) ist ein fremdgezündeter, mit Direkteinspritzung arbeitender Verbrennungsmotor. Von diesen sind in den letzten Jahren viele, von unterschiedlichen Fahrzeugherstellern, auf den Markt gekommen. Ein Benzinmotor lässt sich ohne Anlasser starten, wenn in einem Brennraum mit in dem oder kurz nach dem oberen Totpunkt stehenden Kolben Treibstoff eingespritzt wird und anschließend eine Zündung erfolgt. Weil gegen Ende dieses Verbrennungsvorgangs aber ein anderer Kolben am Ende des Verdichtungstraktes ist, und damit einen großen Gegendruck erzeugt, reicht diese Einzelzündung üblicherweise nicht aus, um den Benzinmotor sicher zu starten. Aus diesem Grund ist die Abstimmung von Kolbenstellung, Ventiltriebsstellung, Einspritz- und Zündzeitpunkt extrem schwierig. Der Benzinmotor müsste zum Neustart in einer ganz genau definierten Stellung angehalten werden. Außerdem gilt es, die thermischen Gegebenheiten im zu startenden Benzinmotor zu berücksichtigen. Bei zu kaltem Benzinmotor reicht meist das Startdrehmoment nicht aus für ein sicheres Starten des Benzinmotors, bei zu hohen Temperaturen ergibt sich wegen der zu geringen Luftdichte keine ausreichende Zylinderfüllung für einen sicheren Start.
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So ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 061 568 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine für einen Direktstart bekannt. Bei dieser Brennkraftmaschine wird wenigstens zeitweise Kraftstoff in einem Brennraum entzündet und hierdurch ein Kolben angetrieben. Zeitweise wird komprimierte Luft in einem Druckspeicher gespeichert und der Brennkraftmaschine zeitweise zugeführt. Die Druckluftzuführung erfolgt hierbei durch ein separates Druckluftzuführ-Ventil. Es wird vorgeschlagen, dass die komprimierte Luft der Brennkraftmaschine mindestens zeitweise außerhalb eines Volllastbetriebszustandes zugeführt wird.
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Nachteilig an dieser bekannten Ausgestaltung ist das zusätzliche Druckluftzuführventil, welches in modernen Zylinderköpfen, die meist eine Vierventiltechnik aufweisen, kaum unterzubringen ist.
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Weiter sind aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 22 361 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum verbesserten Startverhalten eines Verbrennungsmotors bekannt. Vorgestellt werden in dieser Offenlegungsschrift Verfahren zum Erzeugen von Füllungen wenigstens eines Brennraumes eines mit Fremdzündung arbeitenden Verbrennungsmotors mit Kraftstoff und Luft, wobei wenigstens eine Brennraumfüllung in einer Abstellphase des Verbrennungsmotors erzeugt wird und erst beim nachfolgenden Start des Verbrennungsmotors gezündet wird. Die Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass während der Abstellphase wenigstens eine Maßnahme zur Erzeugung eines hohen Kraftstoffdampfanteils an der Brennraumfüllung ergriffen wird. Das Einbringen der Luft erfolgt hierbei über ein Gaswechseleinlassventil. Zur Erzeugung eines hohen Kraftstoffdampfanteils wird ein Tankentlüftungsventil beim Abstellen des Verbrennungsmotors geöffnet.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass der Einbringungszeitpunkt des Kraftstoffes in den Brennraum nicht exakt steuerbar ist.
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Weiter ist aus der deutschen Patentschrift
DE 197 52 245 C2 eine Zweistoffdüse von einer Niederdruckzerstäubungsvorrichtung mit mehreren benachbarten Zweistoffdüsen bekannt. Die
DE 197 52 245 C2 offenbart eine Zweistoffdüse mit einer Drallkammer, in die wenigstens eine Zuführleitung für ein flüssiges Medium einmündet und an deren Umfang gleichmäßig beabstandet mehrere Eintrittskanäle einmünden, deren Eintrittsquerschnitte im Bereich einer Wand der Drallkammer liegen, die eine zur Längsachse der Drallkammer tangentiale Komponente aufweisen, wobei die Drallkammer im Bereich der Eintrittskanäle eine zylindrische Form aufweist und dass die Einmündung der Eintrittskanäle ausschließlich tangential erfolgt und dass das Verhältnis des Durchmessers der Drallkammer zum Durchmesser eines aus der Drallkammer ausmündenden Düsenaustritts der Bedingung
3 < DurchmesserDrallkammer / DurchmesserDüsenaustritt < 4 erfolgt.
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Diese gattungsgemäße Zweistoffdüse eignet sich insbesondere als Niederdruckzerstäuber für flüssige Brennstoffe in Brennern von Heizvorrichtungen. Diese bekannte Zweistoffdüse eignet sich jedoch nicht für Automobilanwendungen.
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Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 50 931 A1 eine Zweistoffdüse für eine verbesserte Gemischbildung in Verbrennungskraftmaschinen bekannt. In dieser Offenlegungsschrift werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kraftstoffgasgemischen, bei denen Kraftstoff aus einer Austrittsöffnung in einem Zerstäubungsraum eingeführt und zu feinen Tröpfchen zerstäubt wird, vorgeschlagen. Der aus der Austrittsöffnung austretende Kraftstoffstrahl wird von einer mittels einer Lavalle-Düse stetig beschleunigten Gasströmung beschleunigt, bis der im Inneren des Kraftstoffstrahls zunehmende Druck und der in der Gasströmung abnehmende Druck zum Zerplatzen des Kraftstoffstrahls und zur Tröpfchenbildung führt. Auf diese Weise wird eine feine Zerstäubung des Kraftstoffs im Gas erreicht.
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Diese bekannte Zweistoffdüse kann für Verbrennungskraftmaschinen sowohl für Ottomotoren im Zweitakt- oder Viertaktverfahren und in Dieselmotoren, aber auch in Gasturbinen und sonstigen Kraft aus Verbrennungen erzeugende Apparate wie Schubtriebwerke mit inneren Brennkammern eingesetzt werden.
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Diese bekannte Zweistoffdüse ist jedoch nur für die Kraftstoff/Luft-Gemischaufbereitung optimiert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, bei der mit geringstem baulichem Aufwand ein Direktstart für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine darstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Auch wenn ein Ritzelstarter oder Anlasser für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine wegen der Tiefkaltstartfähigkeit zum Starten heute noch unverzichtbar erscheint, wären die vielen Neustarts während einer Fahrt mit einer Motor-Stopp-Automatik vorteilhaft als so genannte Direktstarts ausführbar.
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Es gibt eine Vielzahl von Lösungen, das Kraftstoffspray von Injektoren für flüssigen Kraftstoff mittels Druckluftunterstützung zu verbessern. Ein solcher kombinierter Injektor für Kraftstoff und Luft ist erfindungsgemäß geeignet, einen druckluftunterstützten Direktstart mit einem einzigen Injektor pro Zylinder darzustellen. Damit entfällt in vorteilhafter Weise die Notwendigkeit einer zusätzlichen Öffnung im Zylinderkopf, am Brennraum, für einen separaten Druckluftinjektor. Als Motivatoren für den erfindungsgemäßen Kombi-Injektor werden genannt:
- – ein feines Kraftstoffspray für eine gute Gemischaufbereitung,
- – auch bei zähflüssigen Kraftstoffen,
- – preiswert wegen eines geringen vorzuhaltenden Luftdrucks anstelle eines hohen Kraftstoffdrucks für die Gemischaufbereitung,
- – eine sehr schnelle Gemischbildung im Zweitakt-Prozess,
- – eine zuverlässige Luftversorgung am Zündfunken, auch bei einer hohen Abgasrückführrate (AGR-Rate).
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Durch die erfindungsgemäße Erhöhung des Luftdrucks im zuerst zündenden Zylinder der Hubkolben-Brennkraftmaschine wird durch den Direktstart genug Energie zum Hochdrehen des Kurbeltriebs bei dem Startvorgang erzeugt. Wegen der Verkürzung des Startvorgangs und der Verringerung der Drehungleichförmigkeit während des Hochdrehens des Kurbeltriebs wird der bei einer Motor-Start-Stopp-Automatik häufigere Startvorgang der Hubkolben-Brennkraftmaschine von den Insassen in angenehmer Weise komfortabel empfunden. Durch das Entlasten der Starterbatterie von dem während einer Fahrt mit Motor-Start-Stopp-Automatik zusätzlich auftretenden vielen Startvorgängen wird deren Lebensdauer in positiver Weise wesentlich erhöht. Verglichen mit dem Direktstart, der aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist, ist der konstruktive und bauliche Aufwand erheblich geringer als bei allen anderen bekannten Konstruktionen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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So sind die Druckluftversorgungsvarianten gemäß Patentanspruch 2 zwei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
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Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Konfiguration gemäß Patentanspruch 3 sowohl für eine Zweitakt- als auch für eine Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine dargestellt werden.
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Die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 4 und 5 sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele, wobei die Ausgestaltung gem. Patentanspruch 5 die Gemischaufbereitung nochmals verbessert.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
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2 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit der ein Direktstart durchführbar ist. Die Hubkolben-Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse 6 mit einem Zylinder 1 auf. In dem Zylinder 1 ist ein Kolben 4 hubbeweglich über einen nicht dargestellten Kurbeltrieb antreibbar angeordnet. Auf dem Kurbelgehäuse 6 ist ein Zylinderkopf 3 montiert, mit zwei Bohrungen, wobei in einer ersten Bohrung ein Kraftstoffinjektor 2 und in einer zweiten Bohrung eine Zündeinrichtung 5 angeordnet ist. Weiter ist eine nicht dargestellte Kraftstoffversorgung vorgesehen, zur Versorgung des Kraftstoffinjektors 2 mit Kraftstoff, zur Einbringung des Kraftstoffes für eine Verbrennung direkt in den Zylinder 1. Ferner ist für einen Direktstart der Hubkolben-Brennkraftmaschine eine nicht dargestellte Druckluftversorgung vorgesehen zur Einbringung der Druckluft in den Zylinder 1 bei einem Start der Hubkolben-Brennkraftmaschine, wenn der Kolben 4 in einer Stellung am oder kurz nach einem oberen Totpunkt (OT) des Kolbens 4 ist. Erfindungsgemäß ist der Kraftstoffinjektor 2 ein Zweistoffinjektor, mit dem erfindungsgemäß zusätzlich die Druckluft in den Zylinder 1 einbringbar ist.
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Die Druckluftversorgung erfolgt bevorzugt über eine nicht dargestellte Pumpe oder einen Drucktank.
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Die Hubkolben-Brennkraftmaschine kann eine Zweitakt- oder eine Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine sein.
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Durch die Verwendung eines Zweistoffinjektors für einen Direktstart der Hubkolben-Brennkraftmaschine ergeben sich weitere Vorteile:
- – ein feines Kraftstoffspray für eine gute Gemischaufbereitung,
- – auch bei zähflüssigen Kraftstoffen,
- – preiswert wegen eines geringen vorzuhaltenden Luftdrucks anstelle eines hohen Kraftstoffdrucks für die Gemischaufbereitung,
- – eine sehr schnelle Gemischbildung im Zweitakt-Prozess,
- – eine zuverlässige Luftversorgung am Zündfunken, auch bei einer hohen Abgasrückführrate (AGR-Rate).
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2 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem mit dem Kraftstoffinjektor 2 Druckluft und Kraftstoff benachbart zueinander in den Zylinder 1 eingebracht werden.
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3 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel bei dem mit dem Kraftstoffinjektor 2 Druckluft und Kraftstoff konzentrisch zueinander in den Zylinder 1 eingebracht werden. Bei dieser Ausführung wird in vorteilhafter Weise die innere Gemischbildung verbessert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 2
- Kraftstoffinjektor
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Kolben
- 5
- Zündeinrichtung
- 6
- Kurbelgehäuse
- OT
- oberer Totpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006061568 A1 [0003]
- DE 10322361 A1 [0005]
- DE 19752245 C2 [0007, 0007]
- DE 10150931 A1 [0009]
