DE2841972A1 - Einspritz-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürkheim

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22.9.78 Einspritz-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einspritz-Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Diesel-Brennkraftmaschine mit Direkt-Einspritzung über ein Pumpe-Düse-Element.

Die Zusammenfassung von Düse und Pumpe zu einem Element ermöglicht extrem kurze Leitungswege und beseitigt damit die Schwierigkeiten, die insbesondere durch lange Leitungswege bei getrennter Anordnung von Pumpe und Düse gegeben sind, nämlich verhältnismäßig große Unregelmässigkeiten im Einspritzverlauf, die durch druckabhängige Leitungsverformungen, Schwingungen der Flüssigkeit in der Leitung u. dgl. verursacht sind. Das möglichst exakte Einhalten eines vorgegebenen Einspritzverlaufes ist für die Brennkraftmaschinenauslegung und ihre Funktion aber von entscheidender Bedeutung, und zwar sowohl hinsichtlich der Gemischaufbreitung wie auch des Verbrennungsverlaufes, wobei Gemischaufbereitung und Verbrennungsablauf .mit allen sich daraus ergebenden Nachteilen u.a. für die Abgaszusammensetzung_;insbesondere durch verhältnismäßig flache Einspritzverlaufskurven bei Ein-

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spritzbeginn und bei Einspritzende nachteilig beeinflußt werden. Pumpe-Düse-Elemente erbringen insoweit dem Förderverlauf besser angepaßte Einspritzverlaufskurven, auch damit läßt sich aber nicht verhindern, daß der während des Zündverzuges eingespritzte Kraftstoff bei Dieselmotoren schlagartig mit einer hohen Wärmefreisetzungsspitze verbrennt. Diese Wärmefreisetzungsspitze zu Beginn der Verbrennung wirkt sich ungeünstig auf das Geräuschverhalten, auf die Stickoxidemission und auf die Bauteilbelastung des Motores aus. Hinzu kommt, daß es gegen Ende der Verbrennung immer schwieriger wird, den verbleibenden Kraftstoffteilchen den zur Oxydation erforderlichen Sauerstoff zuzuführen, was sich in der Wärmefreisetzungsverlaufskurve durch einen langgezogenen "Verbrennungsschwanz" ausdrückt. Durch diesen ergeben sich zusätzliche Nachteile im Hinblick auf die Kohlenwasserstoffemission und den spezifischen Kraftstoffverbrauch.

Aus .alledem folgt, daß durch die Verwendung eines Pumpe-Düse-Elementes zwar eine bessere Anpassung des Einspritzverlaufes an einen vorgegebenen Förderverlauf erreichbar ist, die grundsätzlich bezüglich des Verbrennungsablaufes, insbesondere bei Direkt-Einspritzung im Hinblick auf Geräuschverhalten, Stickoxidemission und Bauteilbelastung der Maschine gegebenen Nachteile aber nicht beseitigt werden.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Verbrennungsablauf, und damit den Wärme-

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freisetzungsyerlauf bei Maschinen der angesprochenen Art dahingehend zu beeinflussen, daß sich Verbesserungen im Hinblick auf Geräuschverhalten, Stickoxidemission und Bauteirbelastung ergeben.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Einspritz-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art durch die Steuerung der Einspritzmenge über dem Kurbelwinkel proportional zu einem vorgegebenen Wärmefreisetzungsverlauf bei konstantem Druckanstieg und Fremdzündung etwa mit Einspritzbeginn sowie gezielter Luftbewegung erreicht.

Die Verwendung eines Pumpe-Düse-Elementes ergibt hierbei zunächst die Möglichkeit, die Einspritzmenge mit der notwendigen Exaktheit proportional zu einem vorgegebenen Wärmefreisetzungsverlauf zu steuern, wobei durch die angestrebte Proportionalität ein Oberschreiten eines bestimmten, vorgeschriebenen Druckanstieges vermieden wird. Eine zur Einspritzmenge proportional verlaufende Verbrennung ist allerdings nur erreichbar, wenn Zündverzüge einerseits und Verzögerungen des Verbrennungsablaufes andererseits ausgeschlossen werden. Im Hinblick hierauf ist einmal die Fremdzündung vorgesehen, die Zündverzügen entgegenwirkt, und zum anderen eine gezielte Luftbewegung notwendig, um Verschlechterungen der Verbrennungsbedingungen gegen Ende der Verbrennung auszuschließen.

Im Hinblick auf die Fremdzündung etwa mit Einspritzbeginn soll erfindungsgemäß spätestens bei etwa 2° nach Ein-

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spritzbeginn gezündet werden.

Die gezielte Luftbewegung, die zur Teilhomogenisierung des Kraftstoffes und zur Steigerung der Brenngeschwindigkeit gegen Brennende vorgesehen wird, und die damit insbesondere zur Vermeidung des langen VerbrennungsSchwanzes beiträgt, kann in Form eines Luftdralls oder durch Quetschströmung erreicht werden.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 ein Diagramm, aus dem die Wärmefreisetzung über dem Kurbelwinkel bei konstantem Druckanstieg und eine daran angepaßte Wärmefreisetzungsverlaufekurve für eine im Hinblick hierauf ausgelegte Hubkolben-Diesel-Brennkraftmaschine ersichtlich ist,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des

Zylinderkopfbereiches einer Hubkolben-Diesel-Brennkraftmaschine mit Dralleinströmung zur Erzielung einer gezielten Luftbewegung,

Fig. 3 eine weiter schematisierte Draufsicht

auf die Darstellung gemäß Fig. 2,

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Fig. 4 eine weiter vereinfachte Schnittdarstellung durch eine Hubkolben-Diesel-Brennkraftmaschine mit dem Kolben zugeordneten Quetschflächen zur Erzielung einer gezielten Luftbewegung und

Fig. 5 eine vereinfachte und schematisierte Draufsicht auf die Darstellung gemäß Fig. 4

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist durch die Strichpunkt linie 1 bei konstantem Druckanstieg die Wärmefreisetzung über dem Kurbelwinkel für einen bestimmten Druckanstieg pro Grad Kurbelwinkelumdrehung, hier für den Druck von 2 bar pro Grad aufgetragen. In Vollinien, also durch den Linienzug 2 ist eine Wärmefreisetzungsverlaufskurve aufgezeigt, bei der dieser Druckanstieg pro Grad Kurbelwinkex/nicht überschritten wird und bei der des weiteren die Wärmefreisetzungsverlaufskurve gegen Verbrennungsende steil abfällt. Bei einem solchen Wärmefreisetzungsverlauf werden einerseits hohe Wärmefreisetzungsspitzen vermieden, was zeigt, diß eine gleichmäßige Durchbrennung erfiLgt und zwar bis praktisch zum Ende des Brennvorganges. Der gleichmäßige Verlauf der Verbrennung und die dadurch bedingte Vermeidung von Wärmefreisetzungsspitzen wirkt sich einerseits auf die Geräuschbildung und andererseits auf die Abgasqualität vorteilhaft aus, und zwar insbesondere hinsichtlich der Stickoxidemission.

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Zu verwirklichen ist ein derartiger Wärmefreisetzungsverlauf zumindest in guter Annäherung bei Hubkolben-Diesel-Brennkraftmaschinen gemäß Fig. 2, 3 bzw. 4, 5.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 und 3 ist der angestrebte, vorgeschilderte Verbrennungsablauf im wesentlichen dadurch zu erreichen, daß als Einspritzelement zur direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum der genannten Maschine ein nur schematisch angedeutetes Pumpe-Düse-Element 4 Verwendung findet, und daß dieses Pumpe-Düse-Element - in Verbindung mit Fremdzündung etwa bei Einspritzbeginn sowie gezielter Luftbewegung - so gesteuert ist, daß die Einspritzmenge über dem Kurbelwinkel proportional der vorgegebenen Wärmefreisetzung bei konstantem Druckanstieg - sh. Diagramm Fig. 1 - ist. Eine solche Einspritzcharakteristik/mit einem Pumpe-Düse-Element, wie es an sich bekannt ist, verhältnismäßig exakt einzuhalten. Zur Fremdzündung ist eire hier nicht dargestellte Zündquelle vorgesehen, die durch eine Zündkerze üblicher, aber entsprechend angepaßter Bauart oder auch durch eine Gleitfunkenkerze od. dgl. gebildet sein kann. Die Zündung wird dabei praktisch im oberen Totpunkt, und zwar spätestens bei etwa 2° nach Einspritzbeginn vorgenommen, so daß der Verbrennungsbeginn mit dem Einspritzbeginn praktisch zusammenfällt, der eingespritzte Kraftstoff entsprechend seiner Zuführung also nahezu unmittelbar gezündet wird. Hierdurch wird die sonst durch Zündverzug bedingte, gegenüber dem Einspritzbeginn zeitlich entsprechend versetzte Entflammung bereits so frühzeitig erreicht, daß'praktisch eine kon-

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tinuierliche Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes entsprechend dem Einspritzverlauf erzielt wird. Diese kann dabei im wesentlichen bis zum Ende der Verbrennung dadurch aufrechterhalten werden, daß eine Luftbewegung gegeben ist, durch die sichergestellt ist, daß die jeweils vorhandene Luft für den Verbrennungsvorgang voll erfaßt und in den notwendigen Kontakt zu den Kraftstoffpartikeln gebracht wird. Dies ist dadurch gewährleistet, daß der mit 5 bezeichnete Einlaßkanal als Drallkanal ausgebildet ist, der insbesondere in Verbindung mit der dem Brennraum 3 zugehörigen Kolbenmulde 6 eine sehr intensive, drallartige Luftbewegung bewirkt. Die Luft kreist dabei im wesentlichen um eine zur Achse 7 der Zylinderbohrung, die den Kolben 8 aufnimmt, im wesentlichen parallele Achse. In Fig. 3 ist die Drallbewegung durch den Pfeil 9 symbolisiert.

Während beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 die gezielte Luftbewegung durch einen Luftdrall erreicht wird, ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 und 5 hierfür dem mit 8a bezeichneten Kolben eine Quetschfläche 1o zugeordnet, die durch die um die Kolbenmulde 6a liegende Stirnfläche des Kolbens gebildet ist. Entsprechend der in Draufsicht dreiecksförmigen Gestalt der Kolbenmulde ergeben sich dabei über den Umfang des Kolbens 8a unterschiedlich große Quetschflächenanteile, die die notwendige Abstimmung im Hinblick auf die angestrebte Luftbewegung ermöglichen. Diesbezüglich ist bei der dargestellten Ausführungsform eine Zuordnung zwischen Kolbenmulde 6a und Einspritzdüse 11 gegeben, bei der der Einspritzstrahl gegen die Basis der dreiecksförmigen

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Kolbenmulde gerichtet ist. Entsprechend der Neigung des Düsenstrahles gegenüber dem Kolbenboden vertieft sich dabei die Kolbenmulde 6a gegen die Basis.

Aus Fig. 4 und 5 ist des weiteren ersichtlich, daß für die vorgesehene Fremdzündquelle, hier mit 12 bezeichnet und durch eine Gleitfunkenkerze gebildet, bevorzugt eine Lage vorgesehen ist, bei der ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes unmittelbar in den Bereich der Fremdzündquelle gespritzt wird, so daß eine spontane Entflammung sofort bei Einspritzbeginn erreicht wird.

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Leerseite

Claims (4)

1. Daimler-Benz Aktiengesellschaft
   Stuttgart-Untertürkheim

   Daim 11 655/4 22.0.78

   Ansprüche

   Einspritz-Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolben-Diesel-Brennkraftmaschine mit Direkt-Einspritzung über ein Pumpe-Düse-Element, gekennzeichnet durch die Steuerung der Einspritzmenge über dem Kurbelwinkel proportional zu einer vorgegebenen Wärmefreisetzung bei konstantem Druckanstieg und Fremdzündung etwa mit Einspritzbeginn sowie gezielter Luftbewegung.
2. 2. Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Fremdzündung spätestens bei etwa 2° nach Einspritzbeginn.
3. 3. Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der gezielten Luftbewegung der Einlaßkanal (5) als Drallkanal ausgebildet ist.
4. 4. Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Quetschströmung zur Erzeugung der gezielten Luftbewegung.

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