DE1911177A1 - Verfahren der Gemischichtung im Brennraum von Ottomotoren oder aehnlichen Motortypen - Google Patents

Description

Verfahren zur Gemischschi chtunq im Brennraum von Ottomotoren oder ähnlichen Motoren typen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der Gemischschichtung im Zylinder von Ottomotoren, herbeigeführt durch aufgeteilte Einspritzung des Kraftstoffes mittels einer Einspritzeinrichtung, deren Abgänge durch Leitungen mit den Düsen der Zylinder verbunden sind. Das Verfahren hat den Zweck, einerseits die schädlichen Bestandteile im Abgas der Motoren zu vermindern und gleichzwitig auch den effektiven spezifischen Kraftstoffverbrauch zu verbessern.

Die Luftverunreinigung durch die Abgase der Fahrzeugmotoren ist in letzter Zeit durch das starke Anwachsen der Zahl der Kraftfahrzeuge zu einem sehr ernsten Problem ge worden. Die Hauptbestandteile der schädlichen Komponenten im Abgas von Ottomotoren stellen das Kohlenmonoxyd und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe dar. Sie sind die Produkte einer unvollständigen Verbrennung und treten daher hauptsächlich bei Motorbetrieb mit Luftmangel auf. Es ist zur Zeit noch üblich, Ottomotoren in bestimmten Betriebsbereichen mit Luftmangel zu betreiben. Es sind jedoch sowohl Verwendung der Vergaseranlagen als Gemischbildungsorgan als auch bei Einspritz motoren Bestrebungen im Gange, zu armen Gemischen überzugehen.

Beim Betrieb mit reichem Gemisch wird bei der Verbrennung im Motor die höchste Flammenausbreitungsgeschwindigkeit erreicht. Dies hat zur Folge, daß bei dieser Betriebsweise die den Ottomotor kennzeichnenden guten Eigenschaften, wie höchste Leistungskonzentration, runder Leerlauf, gute Übergänge beim Wechseln des Befriebszustandes, schnelles Beschleunigen u.a. auftreten.

Beim Motorbetrieb mit LuftUberschuß wird hingegen der günstigste spezifische Kraftstoffverbrauch erreicht. Hierbei ist bei herkömmlicher Gemischbildung jedoch bereits bei Luftverhältnissen von ca. 1,4 die Laufgrenze des Motors erreicht, weil bei größerem LuftUberschuß infolge der geringeren Verbrennungsgeschwindigkeit und wegen der stärkeren Auswirkung einer ungleichmäßigen Gemischverteilung ein teilweises Aussetzen der Zündung eintritt. Aus diesen Gründen werden die Werte des spezifischen Kraftstoffverbrauches und der Konzentration der unverbrannten Kohlenwasserstoffe nur bis zu einem Luftverhaitnis von ca. 1,2 geringer und nehmen bei höheren Luftverhältnissen bis zur

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Laufgrenze des Motors wieder stark zu.

Eine Verschiebung der armen Betriebsgrenze des Motors in den Bereich größeren Luftüberschusses erscheint sowohl im Hinblick auf die Erzielung besserer spezifischer Kraftstoffverbrauchswerte als auch geringerer Konzentration der schädlichen Bestandteile im Abgas wünschenswert. Sie ist aus den oben erwähnten Gründen in dem gewünschten und erforderlichen Ausmaße nur durch die Gemischschichtung möglich.

Bei Anwendung der Gemischschichtung können die Grenzen der Luftverhältnisse bei einwandfreier Betriebsweise bis zu den Werten von /I~ 7,0 eingestellt werden. Dieses wird damit erreicht, daß zur Zeit der Zündung an der Kerze eine Zone mit gut zündungsfähigern Gemisch gebildet wird. Das restliche Brennraumvolumen ist dabei mit einem sehr armen Gemisch oder teilweise sogar nur mit Luft gefüllt. Wenn das Gemisch an der Kerze nahe dem stöchiometrischen Verhältnis eingeregelt wird, kann durch die Einleitung der Zündung und Verbrennung in diesem Bereiche, daß im übrigen Brennraum vorhandene sehr arme Gemisch noch genügend schnell zur nahezu vollständigen Verbrennung gebracht werden. FaI Is an der Kerze in allen Betriebsbereichen des Motors eine zündfähige Gemischzone vorhanden ist, gestattet dieses Verfahren einen Motorbetrieb ohne Drosselung der angesaugten Luftmenge bis zum Leerlaufbereich. Hierdurch werden bei sinkender Last hohe Luftverhältnisse erreicht. Mit diesem Verfahren wird nicht nur einen Motorbetrieb mit sehr geringen Konzentrationen schädlicher Abgaskomponenten, insbesondere im Teillastgebiet, sondern auch einen Betrieb mit besseren spez. Kraftstoffverbrauchswerten erreicht, weil bei Gemischregelung die Wirkungsgrade des Motors im Prinzip besser sind, als bei Drosselregelung und mit homogener Gemischbildung.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Möglichkeit, daß höhere Verdichtungsverhältnisse zugelassen werden können, weil arme Gemische weniger stark zum Klopfen neigen als reiche. Dieser Vorteil bietet sich für Betriebsbereiche, in denen der Motor mit armem Grundgemisch betrieben wird.

Bei der Steuerung des Motorprozesses mit Gemischschichtung sind bisher grundsätzlich zwie Wege beschritten worden, nämlich erstens die mehr oder weniger starke Unterteilung des Brennraumes in eine meist vorkammeröhnliche Zelle zur Aufnahme des ZUndgemisches und in eine Hauptkammer zur Aufnahme des homogenen armen Grundgemisches und zweitens die Schaffung einer zündfähigen Gemischzone im offenen, nicht unterteilten Brennraum meistens

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in Verbindung mit einem geordneten Wirbel der Zylinderfüllung.

Bei der ersten Gruppe wird der Zündkraftstoff bzw. das Zündgemisch sowohl durch Direkteinspritzung oder durch einen besonderen Vergaser in die Zündkammer oder Zündzelle eingebracht und dort gezündet.

Die hierbei verwendeten Direkteinspritzanlagen bzw. Zündvergaser sind so eingestellt, daß in der Zündkammer bei allen Lasten stets ein nahezu stöchiometrisches Mischungsverhältnis herrscht.

Nach Einsetzen der Zündung expandiert die heiße Flamme in den übrigen Brennraum, wo sie das der jeweiligen Laststufe entsprechende homogene Grundgemisch entzündet und zur Verbrennung führt.

Das Grundgemisch im Hauptbrennraum wird entweder durch Vergaser oder durch Saugrohreinspritzung hergestellt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahren liegt in der Unterteilung des Brennraumes, weil damit die Brennraumoberfläche vergrößert wird, was sich aus den vorher erwähnten Gründen unmittelbar ungünstig auf die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe auswirkt. Femer treten an dem Austrittsquerschnitt der Zündkammer Drossel Verluste auf, durch die Leistungsverlust in Kauf genommen werden müssen. Weiterhin besteht die Gefahr der örtlichen Überhitzung am Austritt aus der Zündkammer, weil hier das brennende Zündgemisch mit sehr hoher Temperatur hindurchströmt. Diese dadurch bedingte Überhitzung kann zu Oberflächenzündungen und zu Zerstörungen des Materials führen.

Bei den Verfahren, diemit zwei Vergasern arbeiten kommt der Nachteil hinzu, daß zur Einbringung des Zündgemisches in die ZUndkammer ein besonderes Einlaßventil erforderlich ist, so daß hier der zusätzliche Aufwand entsteht, der mit der Verwendung zweier Einlaßventile verschiedener Größe, Lage und mit verschiedenen Steuerzeiten verbunden ist.

Bei den Motoren mit Gemischschichtung im offenen, nicht unterteilten Brennraum wird sowohl mit Benzindirekteinspritzung als auch mit zwei Vergasern gearbeitet. Bei den Verfahren mit zwei Vergasern wird, wie bei den ähnlichen Verfahren mit unterteiltem

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Brennraum, durch einen Vergaser ein Zündgemisch gebildet, das am Schluß des Einlaßhubes durch eine Bohrung im Einlaßventil in Richtung der Kerze geblasen wird. Da hierbei der Kurbelwinkel zwischen Einbringen des Zündgemisches und Zündzeitpunkt relativ groß ist, besteht die Gefahr der zu starken Verteilung des Zündgemisches im Brennraum, wodurchder Effekt der Schichtung geschwächt würde. Ferner wird bei dieser Konstruktion der Kanal für das Zündgemisch auch bei Beginn des Öffnens des Einlaßventils freigegeben, wodurch bei Ventilüberschneidung Kraftsroffverluste in Kauf genommen werden müssen.

Bei den Methoden mit Benzindirekteinspritzung wird der Kraftstoff mit oder gegen einen Luftwirbel gespritzt, der die Verteilung des Kraftstoffes in der Luft beschleu-

k nigt, und eine reiche Gemischzone an die Kerze bewirkt, wodurch die Zündung

und die Einleitung der Verbrennung gefördert wird. Eine gewisse Schwierigkeit besteht in der Änderung des Einspritzzeitpunktes über einen verhältnismäßig großen Kurbelwinkelbereich in Abhängigkeit von der Last. Bei Leerlauf muß der Kraftstoff sehr kurz vor dem Zündzeitpunkt und bei Vollast in den Saughub eingespritzt werden, weil im ersten Fall extreme Schichtung mit lokalem Gemisch in der Luft erforderlich ist und bei Vollast ein möglichst homogenes Gemisch im ganzen Brennraum mit einem Luftverhältnis von 0,85 bis 0,9 gewünscht wird. Diese extremen Forderungen sind nur durch entsprechend frühe bzw. späte Einspritzungszeitpunkte zu verwirklichen, weil sich bei zu früher Einspritzung bei Leerlauf die Kraftstoff menge auf die Luftmenge zu stark verteilt und die Zündung des dadurch zu armen Gemisches beeinträchtigt und weil sich bei zu später Einspritzung bei Vollast kein homogenes Gemisch im gesamten Brennraum bilden kann, so daß auch keine vollständige Verbrenn ung der eingespritzten Vollastkraftstoffmenge erfolgen kann. Eine Verstellung des Einspritzzeitpunktes aus dem Bereich des Kompressionshubes, also mehr oder weniger kurz vor dem Zündzeitpunkt (Leerlauf), in den Bereich des Ansaughubes (Vollast) oder umgekehrt hat nach einer jüngeren Untersuchung beim Durchgang durch den unteren Totpunkt einen starken Leistungsabfall zur Folge, weil bei Einspritzung in der Nähe des unteren Totpunktes die Gemischbildung sehr schlecht ist.

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Um die genannten Nachteile und Schwierigkeiten, die mit den verschiedenen Gemischschichtungsverfahren verbunden sind, zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein Verfahrer vorgeschlagen, bei dem durch aufgeteilte Einspritzung eine Gemischschichtung auch bei offenem, nicht unterteilten Brennraum erreicht werden kann.

Hierbei wind durch Saugrohreinspritzung oder Direkteinspritzung in den Ansaughub ein homogenes Grundgemisch erzeugt, durch dessen Mischungsverhältnis die Lastregelung des Motors eventuell ausschließlich durchgeführt wenden kann. Die zweite Einspritzung kann z.B. direkt in den Zylinder erfolgen, und zwar in den Kompressionshub, so daß sich die hierdurch erzeugte reiche Zündgemischzone zur Zeit der Zündung an der Zündkerze befindet. Durch ein Schirmventil im Einlaßkanal wird ein Wirbel in der Zylinderfüllung erzeugt, durch den die Gemischbildung beider Einspritzungen begünstigt das durch die zweite Einspritzung erzeugte örtliche reiche Zündgemisch unter dem Einfluß der Wirbelvorgänge im Zylinder in den Bereich der Kerze getragen wird, so daß die Einleitung der Zündung und Verbrennung beschleunigt wird.

Da einerseits die Vorzündung aus den bekannten Gründen in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert werden muß und da sich die Winkelgeschwindigkeit des Wirbels der Zylinderfüllung in der Größenordnung proportional mit der Motordrehzahl verändert, muß der Spritzbeginn der direkt in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge, in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert wenden. Nur durch eine Anpassung des Zeitpunktes des zweiten Efnspntzvorganges z.B. einer Direkteinspritzung in den Zylinder an den Zeitpunkt der Zündung und an die Wirbelgeschwindigkeit der Zylinderfüllung wird eine wirkungsvolle Anreicherung des homogenen Grundgemisches an der Kerze zum Zeitpunkt der Zündung durch die Kraftstoffemenge des zweiten Einspritzvorganges gewährlei stet. Zur Erfüllung dieser Aufgabe kann zusätzlich zur Regelung des Spritzbeginns auch die Spritzdauer der Eipleitung der Zündung und Verbrennung direkt eingespritzten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert wenden. Hierdurch wird eine optimale Verteilung des eingespritzten Kraftstoffes auf die anzureichernde Zone der Zylinderfüllung erreicht, womit die Zündung der angereicherten Gemischzone weiterhin positiv beeinflußt wenden kann.

Bei der Lastregelung des Motors durch reine Gemischregelung, also z.B. durch ausschließliche Veränderung der Last durch die in den Saughub unter dem Einfluß der Wirbelvorgange im Zylinder in den Bereich der eingespritzten Kraftstoffmenge, in die angesaugte

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Luftmenge lastunabhängig. Das bedeutet, daß der Motor von Vollast bis Teillast mit offener Drosselklappe betrieben werden kann.Dieses Verfahren, bei dem der Motor ausschließlich durch Veränderung der Gemischzusammensetzung, also durch Veränderung des Luftverhältnisses geregelt wird (reine Gemischregelung), hat im Teillastbereich bessere Wirkungsgrade, bzw. tiefere spez. Kraftstoffverbrauchswerte zur Folge als das Verfahren der reinen Drosselregelung (Tl ^const.)> weil bei den höheren Luftverhöltnissen bei Teillast der Wirkungsgrad des Motors prinzipiell höher ' ist als bei den für Drosselregelung im Teillastbereich infrage kommenden niedrigen Luftverhältnissen.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine kombinierte Regelung der Last durch Regelung sowohl der Luft als auch der Kraftstoff menge vorzunehmen. Diese Methode kann im sehr tiefen Lastbereich und im Leerlauf für einen einwandfreien Motorbetrieb günstiger als die Regelung durch alieinige Änderung der Kraftstoff menge (reine Gemischregelung) sein, weil dabei das Temperaturniveau des Motors höher gehalten werden kann als bei reiner Gemischregelung. Hierdurch verbessern sich die Zünd- bzw. die Laufeigenschaften des Motors; aber auch die Konzentration der unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas kann im Bereich des Kohl enoxydg ehalt es des Motors durch Drosselung der angesaugten Luftmenge niedriger gehalten wenden als bei reiner Gemischrege-I ung, da das Temperaturniveau des Motorprozesses sich unmittelbar auf die Emission de r unverbrannten Kohlenwasserstoffe auswirkt.

Bei der kombinierten Regelung des Motors durch die angesaugte Luft- und die eingespritzte Kraftstoffmenge bieten sich für die Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmenge an die angesaugte Luftmenge die bekannten Möglichkeiten entweder über die Einbringung der Drosselklappenstellung in das Regelgerät oder über die Messung des Druckes in der Ansaugleitung an. Durch beide Regelgrößen können Luft- und Kraftstoffmengen in |eder gewünschten Art und Weise über entsprechend ausgebildete mechanisch oder elektronisch arbeitende Zwischenglieder aufeinander abgestimmt werden.

Der Kohlenoxydgehalt bereitet im LuftUberschußgebiet keine Probleme, da seine Konzentration in diesem Bereich minimal ist. Bei den unverbrannten Kohlenwasserstoffen liegt die Konzentration im Luftüberschußgebiet bei Anwendung dieses Verfahrens erhebliche tiefer als bei herkömmlicher Gemischbildung im Luftmangelgebiet. Auch die Sttckoxydkonzentration liegt hier frfrfrcflfl ίΝ BeceLcfci höchster Emission bei Luftverbaltnissen

unter etwa Tl = 1,05 einerseits ganz gemieden werden kann, andererseits bewirkt die Direkteinspritzung eine Abkühlung der Zylinderfüllung, wodruch der Entstehung NO-Konzentrationen entgegengewirkt werden kann.

Es ist bekannt, daß gerade de unverbrannten Kohlenwasserstoffe zusammen mit den Stickoxyden zu dem gefährlichen smog führen, der in seinen äußerst schädlichen Auswirkungen der Anstoß für die weltweite Bekämpfung der schädlichen Bestandteile der Motorenabgase war .

Bei der lastabhängig geregelten Einspritzmenge, die z.B. in den Saughub erfolgt, ist es gurndsätzlich gleichgültig, ob diese in das Saugrohr oder direkt in den Zylinder eingespritzt wird.

Bei der Saughub-Einspritzung, die direkt in den Zylinder erfolgt, besteht gegenüber der Saugrohreinspritzung u.U. die Möglichkeit , für beide Einspritzvotgänge nur eine Düse zu verwenden.

Letzteres Verfahren hat gegenüber dem Verfahren unter Anwendung zweier Düsen pro Zylinder den Vorteil, daß es kostenmäßig günstiger ist und auch verfahrenstechnisch leichter durchführbar ist. Bei Verwendung zweier Düsen pro Zylinder ist das Einspritzgerät mit zwei Dosiersystemen ausgerüstet, die teilweise mit denselben Organen arbeiten, wovon das eine vorwiegend den lastabhängigen Einspritzvorgang und das andere im wesentlichen den Anreicherungseinspritzvorgang und zwar im wesentlichen in Abhängigkeit von der Drehzahl regelt.

Beide Dosierorgane führen an einem Zylinder zu getrennten Einspritzleitungen und Düsen. Bei der Verwirklichung der auf diese Weise beschriebenen Schichtung des Gemisches im Zylinder kann als Einspriztregelorgan sowohl eine auf elektronischem Wege gesteuerte Einrichtung als auch eine mechanisch arbeitende Einrichtung benutzt werden. Bei Verwendung einer mechanisch arbeitenden Einspritzeinrichtung kann beispielsweise ein an sich bekanntes nach dem Verteilerprinzip arbeitendes Gerät herangezogen werden. Hierdurch kann die aufgeteilte Einspritzung in technischer und kostenmäßiger Hinsicht sehr einfach durch Anordnung zweier Steueröffnungssysteme in den rotierenden und feststehenden Steuerelementen einer einzigen Einspritzeinrichtung verwirklicht wenden. Die Rege-

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lung der Last kann hierbei durch die Dosierung der in den Saughub eingespritzten Kraftstoff menge erfolgen, durch die ein mehr oder weniger armes homogenes Grundgemisch im Zylinder erzeugt wird, wogegen eine weitere, von dieser getrennt eingespritzten Kraftstoff menge ausschließlich oder vorwiegend zur Anreicherung dieses Grundgemisches an der Kerze zur Zeit der Zündung dient. Sie kann direkt in den Zylinder während des Kompressionshubes eingespritzt werden oder unmittelbar vor die Saugventile.

Bei Verwendung einer Düse für beide Einspritzvorgänge hat zwar auch das rotierende Element zwei Öffnungen. Diese geben jedoch im entsprechenden Abstand ein und dasselbe Leitungssystem frei, das mit der Düse verbunden ist, die während des Saughubes die lastabhängige geregelte Kraftstoff menge zur Erzeugung des homogenen Grundgemisches und während des Verdichtungshubes die zur Anreicherung an der Kerze vorgesehene Kraftstoffmenge in den Zylinder spritzt.

Bei Verwendung eines mechanisch gesteuerten Verteilers mit rotierenden Zylinderelementen liegen die Öffnungen bei Verwendung zweier Düsen pro Zylinder auf dem Zylindermantel und sind in Achsen richtung gegeneinander verschoben. Die Kraftstoffversorgung beider Öffnungss/steme kann durch eine Bohrung erfolgen, die konzentrisch zur Zylinderachse verläuft. Die Ausgänge von dem einen Öffnungskanal sind mit den Düsen verbunden, die die Kraftstoff menge zur Erzeugung des Grundgemisches in das Saugrohr oder direkt in den Zylinder einspritzen. Die Ausgänge vom zweiten Öffnungskanal sind mit den Düsen verbunden, die den Kraftstoff zur Anreicherung an der Kerze direkt in den Zylinder spritzen.

Bei Verwendung eines mechanisch gesteuerten Scheibenverte* lersystemes ist der Aufbau sinngemäß der gleiche. Hier sind bei Verwendung zweier Düsen pro Zylinder die zwei Steueröffnungssysteme z.B. auf verschiedenen Radien der Scheiben in Umfangsrichtung entsprechend versetzt angeordnet. Bei Verwendung von nur einer Düse sind die Öffnungsschlitze in der Regel auf einem Radius versetzt angeordnet. Die folgenden Abbildungen sollen den Gegenstand der Erfindung anhand eines Beispieles näher erläutemr

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Abb. 1 zeigt eine schematische Übersicht der Gesamtanlage bei Verwendung zweier Düsen.

Abb. 2 stellt das gleiche wie die vorige Abbildung bei Verwendung von nur einer Düse dar.

Abb. 3 zeigt eine an sich bekannte Regeleinrichtung mit Scheibenverteiler für Gemischschichtung durch aufgeteilte Einspritzung bei Verwendung zweier Düsen. Abb. 4 stellt die Ansicht aus der Richtung C in Abb. 1 auf den dort gezeigten Scheibensatz mit den Scheibenabwicklungen auf den Radien r, und r« dar, wenn der Verteilerdeckel abgenommen ist.

Abb. 5 zeigt einen der Abb. 2 alternativen Scheibensatz mit der entsprechenden Abwicklung, wenn die aufgeteilte Einspritzung durch nur eine Düse erfolgt. Abb. 5 zeigt einen Verteiler mit zylindrischen Steuerelementen, die in Abb. 1 anstelle des Scheibenverteilersatzes treten können.

Bei der Anordnung gemäß Abb. 1 wird der Kraftstoff in bekannter Weise aus dem Kraftstofftank 1 durch die Vordruckpumpe 2 über einen Kraftstoff! Irer 3 zur Kraftstoffhochdruckpumpe 4 gefördert. Die überschüssige Kraftstoff menge fließt über Leitung 5 von der Hochdruckpumpe 4 in den Tank 1 zurück. Die Hochdruckpumpe kann prinzipiell auch im Gehäuse des Verteilers 6 angeordnet sein. Sie versorgt den Verteiler 6 mit Kraftstoff, der unter Druck steht, der durch das Druckregelventil 7 eingeregelt wird. Die dem Verteiler 6 zuviel zugeführte Kraftstoff menge läuft über das Druckregelventil 7 durch die Leitung 8 in den Kraftstofftank 1 zurück. Diese Regelvorgänge können sinngemäß auch auf gleiche Weise auf elektronischem Wege bewerkstell igt werden.

Vom Verteiler 6 gelangt der lastabhängig geregelte Kraftstoff über die Einspritzieitung zur Saugrohreinspritzdüse 10 oder alternativ zu einer Direkteinspritzdüse, die in Abb. nicht gezeigt ist. Die Kraftstoffmenge, die zur Anreicherung des durch die Saugrohreinspritzung erzeugten Grundgemisches an der Kerze zur Zeit der Zündung vorgesehen ist, wird uom Verteiler 6 durch die Einspritzieitung 11 zur Direkteinspritzdüse 12 geleitet.

D ie Abb. 2 entspricht bis auf den vom mechanisch oder elektronisch gesteuerten Verteiler ausgehenden KraftstoffIuß, der zum Motor führt, der Abb«, 1. Hier werden beide erwähnten Einspritzmengen durch eine Einspritzieitung 11 emer Direkteinspritzdüse 12 zugeleitet und durch diese in den Zylinderraum des Motors 13 eingespritzt.

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Beispiel für die Anwendung des Verfahrens bei Verwendung eines Scheibenverteilersystemes

Die Regeleinrichtung mit einem mechanisch gesteuerten Scheibenverteiler für Gemischschichtung entsprechend einer an sich bekannten Einspritzanlage (Abb. 3) enthält, eine Verteilerantriebswelle 14 mit der auf ihr angeordneten Verteilerscheibe 15 und die Regelwelle 16 mit der auf ihr angeordneten Verteilerscheibe 17. Beide rotierenden Scheiben 15 und 17 tragen zum Zwecke der Kraftstoffdosierung und -Zuteilung für die aufgeteilte Einspritzung auf dem kleineren Radius r. die Steuerschlitze 18 und 19 und auf dem größeren Radius r„ ebenfalls zwei entsprechende Steuerschlitze, die in dem Schnittbild der Abb. 3 nicht sichtbar sind, weil sie gegenüber den Schlitzen 18 und 19 auf dem Umfang versetzt angeordnet sein müssen, damit die Einspritzungen im bestimmten zeitlichen Abstand zueinander erfolgen können, nämlich die Einspritzung zur Erzeugung des homogenen Grundgemisches in den Saughub und die Einspritzung zur Anreicherung an der Kerze in den Verdichtungshub. Diese Anordnung und Zuordnung der Steuerschlitze in den Scheiben 18 und 19 für die beiden erwähnten Einspritzungen geht aus der folgenden Abbildung 4 hervor. Tritt der Kraftstoff durch die Öffnung 20, von der Hochdruckpumpe 4 gemäß Abb. 1 gefördert, in den Verteilerraum 21 ein und wird der Druck in diesem noch durch das Druckregelventil 7 gemäß Abb. 1, das mit einer Leitung an die Austrittsöffnung des Verteilergehäuses angeschlossen ist, geregelt, so wird der unter konstantem Druck stehende Kraftstoff im Raum 21 durch die Steuerschlitze der umlaufenden Scheibe 17 durch eine gleichmäßig über dem Umfang angeordnete Anzahl Bohrungen 23 auf dem Radius r, und 24 auf dem Radius r- in dem Zwischenring 25 gefördert.

Die Anzahl der Bohrungen im Zwischenring 25 entspricht der Anzahl der Zylinder des Motors. Nach Durchtritt durch diese Bohrungen geL ϊ der Kraftstoff durch die Steuerschlitze der umlaufenden Scheibe 15 in die entsprechend auf dem Zwischenring 25 angeordneten Bohrungen in der Grundscheibe 26 und von hier aus durch die Abgangskanäle und 28 in die Einspritzleitungen 9 und 11 und Düsen 10 und 12 gemäß Abb. 1 an den einzelnen Zylindern des Motors. Der Zwischenring 25 ist über eis: λ Exzentermechanismus 29 drehbar angeordnet. Ebenso kann die Grundscheibe 26 mit dem Verteilergehäuse 6 verdreht werden.

Jie Regelung der aufgeteilten Einspritzung erfolgt in der Weise, daß sich zwischen den Wellen U und 16 der Fliehkraftregler 30 befindet, dessen beide Fliehgewichte 31 und durch Stangen 33 radial geführt werden. Ihre Fliehkraft wird durch die Federn 34, die

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zum Zwecke einer optimalen Verwirklichung eines gegebenen Motorkennfeldes eine spezielle, drehzahlabhängige Federcharakteristik besitzen, kompensiert. Am Fliehgewicht 31 ist der räumliche Nocken 35 und um Fliehgewicht 32 das Ausgleichsgewicht 36 befestigt. Die Erhebungen des räumlichen Nockens 35 werden durch die mit einer Rückstellfeder versehenen Tastrolle 37 des Taststiftes 38, der auf der Zwischenwelle 39 sitzt, abgetastet und in eine Relativverdrehung der Zwischenwelle 39 gegenüber der Antriebswelle 14 übertragen. Da der Taststift 38 in dem Längsschlitz 40 der Regelwelle geführt wird, wird die Relativverdrehung der Zwischenwelle 39 gleichzeitig auf die Regelwelle 16 übertragen. Auf diese Weise werden die umlaufenden Verteilerscheiben 15 und last- und drehzahlabhängig zueinander verdreht, wodurch durch die in ihnen angeordneten Sfeuerschlitze auf den Radien r. und r« die Kraftstoffmengen bei der aufgeteilten Einspritzung in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl des jeweiligen Motors durch entsprechende Ausbildung des Raumnockens und der Fliehkraftreglerfeder geregelt werden können.

Bei Verwendung einer Düse und einer Einspritzleitung für beide Einspritzungen gemäß Abb. 2 fällt das Steueröffnungssystem auf dem Radius r„ in den rotierenden Scheiben und feststehenden Ringen einschließlich des entsprechenden Abgangs in Abb. 3 fort, da nur durch eine Leitung abgespritzt wird. Hierbei sind in Umfangsrichtung versetzt auf dem Radius r. in den beiden rotierenden Scheiben zwei Steuerschlitzsysteme zwecks aufgeteilter Einspritzung durch ein Abgangssystem angeordnet, wie es auch aus Abb. 5 ersichtlich ist.

DieAbb. 4 zeigt eine Ansicht auf die Scheiben in Richtung C der Abb. 3 bei abgenommenem Deckel sowie einen Schnitt durch die Abwicklung des Teilkreises A-A und einen Schnitt durch die-Abwicklung des Teilkreises B-B. Im Schnitt A-A ist ersichtlich, daß der Spritzbeginn der Düse festgelegt ist, durch das Vorbeistreichen der vorderen Kante (in Drehrichtung gesehen) des Schlitzes in Scheibe 15 an der hinteren Kante der Bohrung in Scheibe 26. Das Spritzende wird bewirkt durch das Vorbeistreichen der hinteren Kante des Schlitzes in der Scheibe 17 an der vorderen Kante der Bohrung in Scheibe 25. Daraus ergibt sich ein Spritzwinkel , der gleich der Überdeckung der beiden Schlitze in

den Scheiben 15 und 17ist. Durch relative Verdrehung der Scheibe 17 gegenüber der Scheibe 15 gegen Drehrichtung wird der Spritzwinkei vergrößert. Über die Regelung des Spritzwinkels, die einer Regelung der Sprirzdauer entspricht, kann über den Regler eine Anpassung der in den Saughub eingespritzten Kraftstoffmenge an die Motorbedingungen erfolgen.
Diese Einspritzung erfolgt über die Düse 10 in Abb. 1 entweder in das Saugrohr oder

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direkt in den Motorzylinder .

Im Schnitt B-B ist die Lage der Abspritzbohrungen und Schlitze für die Einspritzung über die Düse 12 in Abb. 1 direkt in den Zylinder zur Anreicherung an der Kerze ζ υ sehen. Diese Einspritzung erfolgt gegen Ende des Saughubes oder in den Verdichtungshub. Der Spritzbeginn ist festgelegt durch das Vorbeistreichen der vorderen Kante des Schlitzes in Scheibe 15 an der hinteren Kante der Bohrung in Scheibe 26, das Spritzende durch das Vorbeistreichen der hinteren Kante des gleichen Schlitzes an der hinteren Kante der Bohrung in 25. Der Spritzwinkel bzw. die Spritzdauer ist also festgelegt durch denWinkel , .

In Abb. 5 ist eine Ansicht auf den zu wählenden Scheibensatz der Abb. 3 und ein abgewickelter Schnitt A-A durch diesen Scheibensatz angezeigt, wenn das Öffnungssystem auf dem Radius r« in Abb. 3 fortfällt und die zwei Einspritzungen über nur eine Düse 12 in Abb. 2 erfolgen, und zwar in den Saug- und oder Verdichtungshub des Motors. Die erste Einspritzung beginnt, wenn die vordere Kante des Schlitzes 18 in Scheibe 15 an der hinteren Kante der Bohrung auf dem Radius r~ in Scheibe 26 vorbeistreicht und endet, wenn die hintere Kante der Bohrung 23 in Scheibe 25 vorbeistreicht. Daraus ergibt sich ein Spritzwinkel bzw. eine entsprechende Spritzdauer.

Die zweite Einspritzung erfolgt, wenn die vordere Kante des Schlitzes 43 in Scheibe 15 an der hinteren Kante der Bohrung in Scheibe 26 vorbeistreicht, sie endet, wenn die hintere Kante dieses Schlitzes 43 an der vorderen Kante der Bohrung 23 in Scheibe 25 vorbeistreicht. Der Spritzwinkel ist gl eich. Der Schlitz 44 in Scheibe 17 muß so groß sein, daß eine volle Öffnung des Schlitzes 43 in der Scheibe 15 immer gewährleistet wird. Weiterhin ist in Schnitt A-A die Bohrung 45 dargestellt, über die der Druck in der Einspritzleitung nach Beendigung des Einspritzvorganges abgebaut wird. Dies geschieht, wenn über den Schlitz 18 in Scheibe 15 ein Kurzschluß zwischen den Bohrungen 45 und 46 hergestellt wird und der Kraftstoff über die Entlastungsbohrung 45 in das Kraftstoffniederdrucksystem der Anlage abfließen kann.

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Beispiel für die Anwendung des Verfahrens bei Verwendung eines Verteilersystemes mit zylindrischen Steuerelementen

In Abb. 6 ist ein mechanisch gesteuertes Verteileraggregat mit zylindrischen Steuerelementen dargestellt, das alternativ zum Scheibenverteilersatz in Abb. 3 an das Reglergehäuse in der Form konstruktiv angeordnet werden kann, daß die umlaufende Regelzylinderbüchse 47 von der Regelwelle 16 in Abb. 3 und der umlaufende Regelzylinder 48 von der Verteilerantriebswelle 14 entsprechend Abb. 3 angetrieben wird. Auf diese Weise übernimmt der Verteiler mit zylindrischen Steuerelementen genau die gleichen Funktionen wie der Scheibenverteiler gemäß Abb. 3, wobei der Kraftstoff durch die koaxiale Bohrung 49 von der Hochdruckpumpe 4, gemäß Abb. 1 und 2 gefördert, in das nicht umlaufende aber durch Hebel 50 verdrehbare Hohlzylinderelement 51 eintritt. Entsprechend der Zahl der Motorzylinder ist der Zylinder 51 m* it radialen Bohrungen 52 in zwei verschiedenen Ebenen senkrecht zur Zylinderachse auf dem Umfang gleichmäßig verteilt, versehen. In dieser Abbildung ist der Verteiler für einen 4-Zylindermotor dargestellt, er besitzt nämlich jeweils 4 Bohrungen auf dem Umfang in zwei Ebenen. Das neue Bohrungs- und Sf-eueröffnungssystem dient wieder, wie in Abbildung 3 bei den Scheiben, der Saughub- und der zweite der Verdichtungshubeinspritzung. Wenn das Schlitzsteuerungssystem in den umlaufenden Zylindern 47 und 48 dem Kraftstoff den Weg zu den Bohrungen 53 in dem mit dem Gehäuse 54 verdrehbaren Grundzylinder 53 freigibt, gelangt er zu den Abgangsbohrungen 56 im Gehäuse 54 und von dort in die Einspritzleitungen zu den entsprechendeen Düsen an den einzelnen Motorzyl indem.

In den Schnitten D-D und EtE durch die beiden Öffnungssysteme erkennt man wieder die Versetzung der Steuerschlitze für die Saughubeinspritzung gegenüber der Verdichtungshubeinspritzung, wenn man ihre Anordnung zueinander in den beiden umlaufenden Zylindern 47 und 48 in beiden Schnitten vergleicht.

Sinngemäß kann der Verteiler mit zylindrischen Steuerelementen auch nur mit einem öffnungssystem versehen werden. In diesem Falle werden wiederum beide Einspritzungen durch eine Düse bewerkstelligt. Die Steuerschlitze für die beiden Einspritzungen in den umlaufenden, relativ gegeneinander verdrehbaren Zylindern liegen dann in einer Ebene und sind auf dem Umfang versetzt angeordnet, so daß wieder,, wie bei der Scheibenverteileranordnung gemäß Abb. 5, nacheinander durch ein öffnungssystem und eine Düse eingespritzt werden kann. Hierbei fällt dann ©In Steueröffnungssystem In Abb. 6 fort.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   /erfahren der Gemischschichtung im Zylinder von Ottmotoren, herbeigeführt in an sich bekannterWeise durch aufgeteilte Einspritzung des Kraftstoffes durch eine Einspritzeinrichtung, deren Abgänge durch Leitungen mit den Düsen der ZyI inder verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff durch eine mechanische oder elektronische Einspritzeinrichtung in der Weise geregelt und zugeteilt wird, daß jeweils nacheinander oder auch zeitlich überlappend zwei Einspritzvorgänge derart gesteuert werden, daß der zeitlich zuerst beginnende Einspritzvorgang vorwiegend abhängig von der Last oder einer davon abhängigen Größe geregelt wird, während der zweite Einspritzvoigang im wesent-" liehen drehzahlabhängig geregelt wird.

   Anspruch 2

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Bereich des zweiten Einspritzvorganges in Abhängigkeit von der Drehzahl in der Weise verändert wird, daß die Einspritzung bei höherer Drehzahl bezogen auf den Kurbelwinkel früher gelegt wird, und zwar in der Weise, daß unter Berücksichtigung der Wirbelgeschwindigkeit im Zylinder die angereicherte Gemischzone sich zur Zeit der Zündung in der Nähe der Zündkerze befindet.

   Anspruch 3

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend A. ruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastregelung des Motors ausschließlich durch die Mengendosierung der zuerst eingespritzten Kraftstoffmenge erfolgt.

   Anspruch 4

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastregelung des Motors durch eine kombinierte Regelung der eingespritzten Kraftstoffmenge und ainer Regelung der angesaugten Luftmenge erfolgt«

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   Anspruch 5

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastregelung des Motors primär durch die zuerst eingespritzte Kraftstoffmenge geregelt wird und eine Drosselung der angesaugten Luftmenge sekundär für die Regelung zuhilfe genommen wird.

   Anspruch 6

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der zuerst eingespritzten Kraftstoffmenge der absolute Druck im Saugrohr und die Druckdifferenz zwischen Saugrohr- und Außendruck als Regelgröße in an sich bekannter Weise benutzt wird.

   Anspruch 7

   Verfahren der Gemisch sch ichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung eines elektronischen Einspritzsystems die gesamte in einen Zylinder eingespritzte Kraftstoff menge auf die beiden Einspritzvorgänge derart aufgeteilt wird, daß die mit dem ersten Strahl eingespritzte Brennstoffmenge in den sich bekannterweise vom Druck in der Saugleitung und vom Außendruck oder in ebenfalls an sich bekannter Weise unter Zuhilfenahme einer Venturi-Einrichtung geregelt wird, und der zweite Einspritzvorgang nur drehzahlabhängig gesteuert wird.

   Anspruch 8

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektronischer Einspritzregelung die Spritzdauer des zweiten Einspritzvorganges annähernd umgekehrt proportional der Drehzahl verändert wird, und daß der Spritzbeginn mit zunehmender Drehzahl früher gelegt wird.

   Anspruch 9

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einspritzung in Abhängigkeit von der Last durch Veränderung des Kraftstoffdruckes erfolgt, während die zweite Einspritzung in Abhängigkeit von der Drehzahl unter annähernd

   konstantem Kraftsroffdruck durchgeführt wird.

   009838/1110

   Anspruch 10 Jh

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstartanreicherung und der Höheneinfluß mit Hilfe der Regelung der Kraftstoff menge der zweiten Einspritzung und zwar durch Verädnerung des Kraftstoffdruckes erfolgt.

   Anspruch W

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstartanreicherung und der Höheneinfluß durch die Regelung der Kraftstoffmenge der ersten Einsprltztung und zwar durch Veränderung des Kraftstoffdruckes erfolgt.

   Anspruch 12

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstartanreicherung and der Höheneinfluß durch die Regelung der Kraftstoffmenge der ersten Einspritzung, und zwar durch Veränderung der Einspritzdauer erfolgt.

   Anspruch 13

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einspritzvorgäng mit einer Düse zur Zeit des Saughubes in das Saugrohr erfolgt und der zweite Einspritzvorgang über eine zweite Düse, die direkt in den Zylinder zur Zeit des Verdichtungshubes spritzt,erfolgt.

   Anspruch 14

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Einspritzvopgänge über eine einzelne Düse pro Zylinder direkt in den Zylinder erfolgen.

   Anspruch 15

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   beide Einspritzvorgänge über eine einzige Düse pro Zylinder in das Saugrohr erfolgen.

   009838/1110

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lastabhängig geregelte Kraftstoffmenge vorzugsweise in den Saughub eingespritzt wild,

   Anspruch U

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch I₇ dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, im wesentlichen drehzahlabhängig geregelte Kraftstoffmenge bei Direkteinspritzung in den Zylinder vorzugsweise während des Verdichtungshubes eingespritzt wird.

   Anspruch 18

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer mechanisch arbeitenden Verteilereinspritzeinrichtung Spritzbeginn oder Spritzende der Einspritzungen in Abhängigkeit von der Lasr und der Drehzahl durch relative Verdrehung der verdrehbaren aber nicht rotierenden oder durch relative Verdrehung der rotierenden Bauelemente oder durch beides gesteuert werden.

   Anspruch 19

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanisch arbeitende Verteilereinrichtung mit zylindrischen verdrehbaren und rotierenden Elementen verwendet wird.

   Anspruch 20

   Verfahren der Gemischschichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisch arbeitendes Scheibenverteilersystem verwendet wird.

   Anspruch 21

   Verfahren der Gemischschichtung mit Verteilereinrichtung entsprechend der Ansprüche 1, und 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffdruck in der Einspritzleitung unmittelbar nach Beendigung des Spritzvoiganges über eine Entlastungsbohrung durch denSteuerschlitz eines der umlaufenden Steuerelemente abgebaut wird.

   009838/1 1 1 0

   Anspruch 22

   Verfahren der Gemischschichtung mit Verteilereinrichtung entsprechend der Ansprüche 1, 19 und 20, dadurch gekennzeichnet/ daß eines der verdrehbaren aber nicht rotierenden Steuerelemente gegenüber dem anderen zwecks einfacher Einstellung der Leerlaufmenge relativ verdrehbar ist.

   009838/1110

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