DE2755916A1 - Verfahren zum verbrennen von fremdzuzuendenden kraftstoffen in einer luftverdichtenden, direkt einspritzenden brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum verbrennen von fremdzuzuendenden kraftstoffen in einer luftverdichtenden, direkt einspritzenden brennkraftmaschineInfo
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Description
fo/kr - J-
Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg 275 5916
Aktiengesellschaft
Verfahren zum Verbrennen von fremdzuzündenden Kraftstoffen in einer luftverdichtenden,
direkt einspritzenden Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von
fremdzuzUndenden Kraftstoffen in einer luftverdichtenden, direkt einspritzenden Brennkraftmaschine, bei der der
Kraftstoff vorzugsweise mit einem Strahl zu einem Hauptteil filmartig auf die Wand des im Kolbenboden vorgesehenen, rotatlonskörperförmigen Brennraumes aufgesprltz und von der einströmenden, eine Drehbewegung
ausführenden Luft allmählich in Dampfform abgelöst und mit Ihr vermischt wird, und bei der eine Zündvorrichtung vorhanden ist, die in der oberen Totpunktstellung des Kolbens nahe der am Brennraumrana angeordneten EinepritzdUsenöffnung zwischen dem freien,
den Brennraum durchdringenden Kraftstoffstrahl und der
Brennraumwand in den Brennraum eintaucht.
Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschinen, die nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, sind heute allgemein bekannt. Es ist auch bekannt,
beispielsweise durch die DT-PS 1 576 o2o, derartige Brennkraftmaschinen mit einer Zündvorrichtung wie Zünd-
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oder Glühkerze auszurüsten und sie insbesondere beim Kaltstart oder für den Vielstoffbetrieb als fremdgezündete
Motoren arbeiten zu lassen. Diesbezüglich wurde auch schon vorgeschlagen, die Zündvorrichtung nahe der Einspritzdüsenöffnung
zwischen dem freien, den Brennraum durchdringenden Kraftstoffstrahl und der Brennraumwand in den Brennraum
eintauchen zu lassen, wodurch sich eine sichere Zünr'nng
sowie eine gute Gemischaufbereitung und Verbrennung ergab.
Bei der Verwendung von fremdzuzündenden Krafstoffen,wie
beispielsweise Benzin, hat sich jedoch gezeigt, daß die Motorbetriebsdaten, insbesondere der Kraftstoffverbrauch,
die Abgastemperatur und die Rußemission, durchaus noch verbesserungefähig sind.
Hier setzt bereits die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen
Art in einfacher Weise und bei Verringerung des Kostenaufwandes dahingehend zu verbessern, daß bei der Verbrennung von fremdzuzündenden
Kraftstoffen die für den Ablauf der Verbrennung maßgebliche thermische Gemischbildung den Verhältnissen entsprechend
angepaßt wird, so daß die genannten Nachteile vermieden werden.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Druckniveau im Hochdruckteil des Einspritzsystems und damit
die Einspritzgeschwindigkeit in die Zylinder gegenüber bei einer Verbrennung von selbstzündenden Kraftstoffen um
40 bis 60 %, vorzugsweise um 50 %, verringert und der
Kraftstoff-Einspritzvorgang derart verlängert wird, daß der Kraftstoff-Auftreffpunkt zu Beginn des Einspritzvorganges
gerade noch am oberen Ende der Brennraumwand und in der oberen Totpunktstellung des Kolbens nahezu am unteren
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Ende derselben oder nahe dem Brennraumboden liegt, und daß sich4 der Kraftstoffilm durch die Drehbewegung der Luft annähernd über die gesamte Tiefe des Brennraumes auf der
Brennraumwand ausdehnt.
Es wird also die Einspritzzeit, welche bei derartigen Motoren bei Vollast im Mittel zwischen 30° KW vor OT und CT
liegt, durch Vorverlegung des Einspritzbeginnes verlängert und die Einspritzgeschwindigkeit, die allgemein bei
2 rcg liegt,, verlangsamt bzw. der Einspritzdruck
ο r.'.v. ι
entsprechend verringert. Gleichzeitig wird aber dafür gesorgt, daß sich der Kraftstoffilm nahezu über die gesamte
Tiefe des Brennraumes ausbreitet, was sich für die den Ablauf der Verbrennung bestimmende thermische Gemischbildung
positiv auswirkt.
Abgesehen davon, daß dadurch eine einfachere, billigere und leichtere Einspritzpumpenkonstruktion Verwendung finden kann,
führt dies auch zu einer Verminderung der Geräuschentwicklung im Einspritzsystem. Wesentlich bezüglich der zu lösenden Aufgabe ist jedoch, daß durch die günstigere thermische Gemischbildung die Motorbetriebsdaten bei der beschriebenen Verwendung bedeutend verbessert werden. So wurde beispielsweise
durch später vorgenommene Versuche nachgewiesen, daß der spezifische . Kraftstoffverbrauch bis zu 10 % senkbar ist, die
Abgastemperatur ist etwa 20 % niedriger und die Rußeraission
fällt um ca. 30 % ab.
Die durch die Erfindung auftretende verlängerte Verweilphase des Kraftstoffes an der Brennraumwand ändert den Ablauf des darauf folgenden Entflammungsvorganges durchaus
nicht in dem Sinne, daß etwa bereits zu viel brennbares Gemisch vorhanden wäre, was bekanntlich zu einer unerwünschten Vergrößerung der Druckanstiegsgeschwindigkeit führen
würde, weil einerseits die Kraftstoffablösung von der Brennraumwand erst durch die Plammenwärme beschleunigt wird und
daher nur wenig zum Entstehen des brennbaren Gemisches vor der Zündung beiträgt und andererseits die weitaus Überwie-• - 909825/0209
gende Menge desselben wie üblich durch sich vom freien
Kraftstoffstrahl ablösende und verdampfende Kraftstoffteilchen gebildet wird.
Die Menge des auf die letztbeschriebene Weise entstehender,
brennbaren Kraftstoff-Luftgemisches wird auch trotz der erheblich verlängerten Einspritzphase nicht zu gr'>e» .-?ejLl
zum einen die Kraftstoff-Einspritzung zu einem Zeltpunkt
beginnt, an dem die Strahlauflösung wegen der verhtt]tniamäuig
niedrigen Luftdichte noch gering ist und zum anderen die Strahlauflösung wegen der niedrigen Drücke in den Kraftstoff
leitungen und daher auch der Einspritzgesehwindigkelt überhaupt geringer ist als bei den üblichen Einspritzverfahren.
Im einzelnen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Kraftstoff-Einspritzvorgang zwischen 50 % und 60 %, vorzugsweise
bei 5^ % KW vor der oberen Totpunktstellung des
Kolbens beginnt, und daß der freie Kraftstoffstrahl den
Brennraum derart durchquert, daß seine durch die Bewegung des Kolbens linienförmig aneinandergereihten Auftreffpunkte
auf der Brennraumwand nahezu diametral gegenüber der Einspritzdüsenöffnung liegen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand
eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines
Kolbens mit einem rotationskörperförmigen Brennraum
sowie angedeutet die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzung
in unterschiedlichen Kolbenstellungen,
Pig. 2 eine Draufsicht auf den Kolben nach Pig. I.
In Fig. 1 ist ein Zylinder I angedeutet, der an seinem oberen
Ende unter Zwischenschaltung einer Dichtung 2 von einem
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ebenfalls nur angedeuteten Zylinderkopf 3 abgeschlossen wird.
Im Zylinder 1 1st ein Kolben 4 in seiner oberen Totpunktstellung gezeichnet« der in seinem Boden 5 einen rotatlonek&rDerförmlgen, beispielsweise gegenüber der Zylindermitte 6 ver&etr:
angeordneten Brennraum 7 mit einem eingeschnürten Brennraumh?*!
8 und einem abgeflachten Boden 9 aufweist.
Schräg im Zylinderkopf 3 1st eine Einspritzdüse 10 derart
angeordnet, daß ihre Einspritzdüsenöffnung 11 etwa in der
Ebene der Unterkante des Zylinderkopfes 3 und am Rande des
Brennraumhalses 8 bzw. in einer Schnaupe 12 (Flg. 2) liegt.
In der Nähe der Einspritzdüsenöffnung Il ist im Zylinderkopf 3 ferner noch eine aus Elektroden 13» 14 bestehende
Zündvorrichtung befestigt. In der oberen Totpunktstellung des Kolbens 4 tauchen diese parallel zueinander verlaufenden Elektroden 13» 14 in den Brennraum 7 ein und zwar» wie
aus Flg. 2 zu ersehen 1st» zwischen dem freien, den Brennraum
7 durchdringenden Kraftstoffstrahl 15 und der Brennraumwand
16. In Fig. 1 sind die Elektroden 13, 14 strichliert dargestellt» weil sie eigentlich in die vordere Hälfte des Brenn
raumes 7 eintauchen.
Wie schließlich aus Flg. 2 noch eindeutig hervorgeht» besteht die Zündvorrichtung, was allerdings nicht zur Erfindung gehört, aus einer Mittelelektrode 13 und drei miteinander in Verbindung stehenden Einzelelektroden 14, wodurch
eine bessere Zündsicherheit gegeben ist.
Zur Erläuterung der Erfindung stelle man sich vor, daß die
Unterkante des Zylinderkopfes 3 und damit die Einspritzdüsenöffnung 11' in der Ebene 17 liegt, so daß sich der
Kolben 4 noch etwa 54 % KW von seiner oberen Totpunktstellung entfernt befindet. In diesem Augenblick beginnt bereits
die Kraftstoffeinspritzung, wobei der Kraftstoffstrahl 15
derart ausgerichtet ist, daß sein Auftreffpunkt l8* gerade
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noch am oberen Ende der Brennraumwand 16 liegt, ohne daß Kraftstoffteilchen auf den Kolbenboden 5 gelanger.
Bewegt sich der Kolben 4 weiter nach oben und hefindet sich
im dargestellten Beispiel etwa 40 % KW vor OT, so wandert
der Auftreffpunkt l8' des KraftstoffStrahles 15 an dar
Brennraumwand 16 entlang nach unten und liegt bei l8" bereits
unterhalb des Äquators 19· Die Einspritzdüsenöffnung
Il liegt dabei in einer Ebene 20 vom Kolben 4 entfernt.
In der oberen Totpunktstellung des Kolbens 4 schließlich liegt die Einspritzdüsenöffnung Il unmittelbar über dem
Brennraum 7, während der Strahlauftreffpunkt 18 nahe am Brennraumboden 9 angelangt ist. Der auf diese Weise nahezu
über die gesamte Tiefe des Brennratases 7 linlenföraig auf
dessen Wand Io aufgetragene Kraftstoff wird durch die sich
in Richtung des Pfeiles 21 drehende Verbrennungsluft mitgerissen und bildet einen breiten Film, tier schließlich,
wie bekannt, von der Luft allmählich in Dampfform abgelöst,
mit ihr vermischt und letztlich nach der Zündung verbrannt wird*
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Claims (3)
- fo/krMaschinenfabrik Augsburg-NürnbergAktiengesellschaft 2755916Nürnberg, 9. Oais,PatentansprücheVerfahren zum Verbrennen von fremdzuzündenden Kraftstoffen in einer luftverdichtenden, direkt einspritzender Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff vorzugsweise mit einem Strahl zu einem Hauptteil filmartig auf die Wand des in Kolbenboden vorgesehenen, rotationskörperförmlgen Brennraumes aufgespritzt und von der einströmenden, eine Drehbewegung ausführenden Luft allmählich in Dampfform abgelöst und mit ihr vermischt wird, und bei der eine Zündvorrichtung vorhanden ist, die in der oberen Totpunktstellung des Kolbens nahe der am Brennraumrand angeordneten ElnspritzdUsenöffnung zwischen dem freien, den Brennraum durchdringenden Kraftstoffstrahl und der Brennraumwand in den Brennraum eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckniveau im Hochdruckteil des Einspritzsystems und damit die Einspritzgeschwindigkeit in die Zylinder gegenüber bei einer Verbrennung von selbstzündenden Kraftstoffen um 40 bis 60 %, vorzugsweise um 50 #,verringert und der Kraftstoff-Einspritzvorgang derart verlängert wird, daß der Kraftstoff-Auftreffpunkt (I81) zu Beginn des Einspritzvorganges gerade noch am oberen Ende der Brennraumwand (l6) und in der oberen Tot-999825/0209Punktstellung des Kolbens (4) nahezu am unteren Ende (t8) derselben oder nahe dem Brennraussboden (9) liegt, und daS sich der Kraftstoff!lia annähernd über die #e~ safflte Tief« des Brennrauaes (7) auf der Brennrauaswand (16) ausdehnt,
- 2. Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff-Einspritzvorgang zwischen 50° und 60°, insbesondere 54° Kurbel winkel vor der oberen Totpunktsteilung des Kolbens (4) beginnt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffstrahl (15) den Brennraum (7) derart durchquert, daß seine durch die Bewegung des Kolbens (4) linienförmig aneinandergereihten Auftreff punkte (18", 18', 18) auf der Brennraumwand (16) nahezu gegenüber der Einspritzdtisenöffnung (II) liegen.989825/0209
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