DE2842458C2

DE2842458C2 - Luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2842458C2
Application number: DE2842458A
Authority: DE
Inventors: Alfred 8501 Röthenbach Neitz
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1983-12-01
Also published as: IN152752B; DE2842458A1; FR2437504A1; GB2033473B; GB2033473A; SE437399B; JPS5549524A; DD146079A1; JPS6033975B2; IT1123742B; SE7908088L; AT380069B; CH641874A5; ATA626479A; IT7926029A0; FR2437504B1; HU181907B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, direkteinspritzende 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 ^6C 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.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist bereits durch die Patentanmeldung P 27 09 161.8 bekannt Durch sie soll die Gemischaufbereitung und damit die Verbrennung bei Leerlauf und im unteren Drehzahl- und Lastbereich verbessert werden, 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 sind, was sich in den Motorkenndaten und in einer schlechteren Abgasqualität auswirkt

Um diesen bekannten Nachteil zu vermeiden, wurden vorher schon viele Vorschläge gemacht, 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 vorgeschriebene Brennkraftmaschine brachte nun, wie sich herausstellte, mit einfachen Mitteln eine echte Verbesserung, doch zeigte sich, daß die Zerstäubungsfeinheit des Kraftstoffes in den unteren Betriebsbereichen des Motors noch gesteigert werden sollte, um weitere Verbesserungen zu erreichen.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art mit einfachen Mitteln dahingehend weiterzuvervollkommnen, 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 des Motors verschlechtert werden.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit der sich drehenden Verbrennungsluft und die Austrittsgeschwindigkeit 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 bei nahezu konstanter Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffstrahles die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft etwa im Verhältnis der Motordrehzahlverringerung gesenkt wird, und daß der Durchmesser der Bohrung der zur Verwendung kommenden Zapfendüse bei ansteigendem Drehzahlverhältnis des Motors von seinem minimalsten Wert auf etwa das Doppelte vergrößert 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 die bei Verwendung einer Zapfendüse — aufgrund des größeren Bohrungsdurchmessers verglichen mit einer Lochdüse — (der größere Bohrungsdurchmesser der Zapfendüse wird durch den in die Einspritzdüsenöffnung eintauchenden Drosselzapfen ausgeglichen) sich ergebende größere Berührungsfläche zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft nahezu ohne Einfluß. Die Vorteile, die das Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung in den oberen Betriebsbereichen des Motors bringt, bleiben somit voll erhalten.

Bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und Lastbereich bleibt der Einspritzdruck und damit die Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffes aus der

Düsenöffnung konstant, während sich die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft überproportional zur Motordrehzahl verringert Dies hat zur Folge, daß eine nennenswerte Relativgeschwindigkeit und damit Reibung zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft entsteht die eine feine Zerstäubung des Kraftstoffes bewirkt Begünstigt wird diese Zerstäubung, je größer die Bohrung der Zapfendüse ist d.h. je größer die Oberfläche (Umfangsfläche) des sich ergebenden Kraftstoffstrahles ist Bei Motoren mit Drehzahlverhältnissen bis zu 2,5 legt man den minimalsten Durchmesser der variablen Zapfendüse zugrunde. Dieser wird bei Motoren mit Drehzahlverhältnissen über 2,5 auf etwa das Doppelte vergrößert

Die Zapfendüse ist dabei derart ausgebildet bzw. ausgelegt, daß der Kraftstoff über den gesamten oder nahezu den gesamten Betriebsbereich des Motors als Hohlstrah! in den Brennraum eingespritzt wird, und daß der gewählte Außendurchmesser des Hohlstrahles an der Einspritzdösenöffnung konstant bleibt, während sein Innendurchmesser mit steigender Drehzahl des Motors verkleinert wird.

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 Für die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft in der Nähe des Kraftstoffstrahles werden bei Nenndrehzahl ebenfalls 100 m/sec gewählt Damit ist die Relativgeschwindigkeit im oberen Betriebsbereich des Motors zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft praktisch gleich NuIL Vorausgesetzt werden natürlich wegen der sich ändernden Geschwindigkeit der Kraftstoffstrahlspitze 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 Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft von etwa 5,5, da der Kraftstoff-Einspritzdruck und damit die Einspritzgeschwindigkeit nahezu konstant bleibt Somit ergibt sich bei einer Motordrehzahl von 1000 U/min eine Geschwindigkeit von 18 m/sec und eine Relativgeschwindigkeit zum Kraftstoff von 82 m/sec.

Durch die Auslegung eines Motors nach der beschriebenen Art werden optimale Verhältnisse erreicht, d. h. es erfolgt über den gesamten Betriebsbereich eine gute Gemischaufbereitung und dadurch auch eine vollständige Verbrennung mit entsprechend guter Abgasqualität.

Claims

Patentansprüche:

1. Luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einem im Kolben angeordneten, rotationskörperförmieen 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 Kraftstoffstrahles durch den Drosselzapfen über den gesamten Betriebsbereich des Motors konstant oder nahezu konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der sich drehenden Verbrennungsluft und die Austrittsgeschwindigkeit 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 bei nahezu konstanter Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffstrahles die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft etwa im Verhältnis der Motordrehzahlverringerung gesenkt wird, und daß der Durchmesser der Bohrung der zur Verwendung kommenden Zapfendüse bei ansteigendem Drehzahlverhältnis des Motors von seinem minimalsten Wert auf etwa das Doppelte vergrößert wird.

2. Luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 gewählte Außendurchmesser des Hohlstrahles an der Einspritzdüsenöffnung konstant bleibt, während sein Innendurchmesser mit steigender Drehzahl des Motors verkleinert wird.