DE2849778A1 - Kraftstoffeinspritzung fuer verbrennungskraftmaschinen nach dem dieselprinzip - Google Patents

Kraftstoffeinspritzung fuer verbrennungskraftmaschinen nach dem dieselprinzip

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DE2849778A1 DE19782849778 DE2849778A DE2849778A1 DE 2849778 A1 DE2849778 A1 DE 2849778A1 DE 19782849778 DE19782849778 DE 19782849778 DE 2849778 A DE2849778 A DE 2849778A DE 2849778 A1 DE2849778 A1 DE 2849778A1
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Description

AB Volvo S-405 08 Göteborg, Schweden
Kraftstoffeinspritzung für Verbrennungskraftmaschinen nach
dem Dieselprinzip
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzung für Verbrennungskraftmaschinen nach dem Dieselprinzip mit Direkteinspritzung mit einer Vertiefung auf der Oberseite der
Kolben, mit einer, mit einem Regler versehenen, ersten Einspritzpumpe und zugeordneten, ersten Einspritzdüsen für jeden Zylinder-_veobei_die Einspritzdüsen zum Versprühen des
Kraftstoffe in der Zone rund um die Mittellinie der ent sprechenden Kolbenvertiefung angeordnet sind.
verbrennungskraftmaschinen nach dem Dieselprinzip mit einer Einspritzung dieser Art stfcßen infolge der Tatsache, dafi dies« gewöhnlichen Einspritzungen nicht für beide, ä.L·.. für
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eine niedrige und eine hohe Kompression optimiert werden können,große Mengen schädlicher Stoffe aus. Die Einspritzungen werden für eine hohe Kompression ausgelegt, wodurch bei einer niedrigen Kompression eine sehr hohe Kohlenwasserstoffemission auftritt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung,eine Kraftstoffeinspritzung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Verminderung der Schadstoffemission möglich wird, wobei weiter die Verbrennung eines Kraftstoffs mit einer geringen Zetan-Zahl, z.B. Methanol,ermöglicht wird, wodurch weiter zur Verminderung der Schadstoffemission beigetragen wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine zweite Einspritz pumpe mit einem Regler und zugeordneten zweiten Einspritzdüsen für jeden Zylinder vorgesehen ist, wobei die zweiten Ein spritzdüsen Kraftstoff einspritzen, bevor Kraftstoff von den ersten Einspritzdüsen eingespritzt wird, und die zweiten Einspritzdüsen zur Schrägeinspritzung des Kraftstoffs von der Seite her in die entsprechende Kolbenvertiefung in einer Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung der Einlaßluft angeordnet sind.
Bei einer derartigen Einspritzung kann die erste Einspritzpumpe und die ihr zugeordneten Einspritzdüsen für die hohe Kompression und die zweite Einspritzpumpe und die ihr zugeordneten Einspritzdüsen für eine niedrige Kompression optimiert werden. Durch Schrägeinspritzen von Dieselkraftstoff durch die letztere entgegen der Drehrichtung der Einlaßluft in die Kolbenvertiefung wird eine schnelle Verzögerung des Kraftstoff erreicht, der dadurch mittels der Luft in die Verbrennungskammer bei minimaler Vermischung in der Randzone rund um die Mitte der Kolbenvertiefung getragen wird. Die hohe Konzentration der Kraftstofftröpfchen in dieser Zone schafft infolge der Tatsache, daft das Kraftstoff-
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Luftgemisch während der Zündverzögerungsperiode nicht zu mager wird, besonders gute Bedingungen für die Kompressionszündung. Nur ein kleiner Teil der Randzone wird mit Luft in einem solchen Maße gemischt, daß das Kraftstoff-Luftgemisch außerhalb der Zündkerzen liegt. Dies wird durch die Tatsache verdeutlicht, daß, wenn im Leerlauf nur die zweiten Einspritzdüsen Kraftstoff einspritzen,.die Kohlenwasserstoffemission um 90% unterhalb 50 ppm HC,im Vergleich zur gleichen Maschine mit einer gewöhnlichen Einspritzung, vermindert wird.
Ein weiteres Ergebnis der hohen Kraftstoffkonzentration in einer Zone ist, daß die Verbrennung infolge des Mangels von Sauerstoff schnell verzögert wird. Diese Verzögerung der Verbrennungsgeschwindigkeit hat einen sehr niedrigen Geräuschpegel und die Verminderung der hohen Geräuschfrequenzen zur Folge, die üblicherweise die Verbrennung nach dem Dieselprinzip charakterisieren. Die Verbrennung mit vermindeter Sauerstoffzufuhr erzeugt Ruß, sodaß nur eine begrenzte Kraftstoffmenge über die zweite Einspritzdüse eingespritzt werden kann, um eine zu hohe Rauchentwicklung zu vermeiden.
Diese Zone der heißen Gase und der glühenden Rußteilchen, die aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffs der zweiten Einspritzdüsen erzeugt wird, zündet die Verbrennung des Kraftstoffs von den ersten Einspritzdüsen, wenn diese bei hoher Kompression Kraftstoff einspritzen. Aus diesem Grund kann der zuletzt erwähnte Kraftstoff ein Kraftstoff mit einer niedrigen Zetan-Zahl, z.B. mit Methanol, sein. Die folgende Verbrennung dee Kraftstoffs der ersten Einspritzdüsen, die für eine manimale Verteilung des Kraftstoffs
in der Verbrennungeluft ausgelegt sind, erzeugt eine nie-
drige Stickstoffoxidemisalon, da keine plötzliche Verbrennung großer Mengen: eine» Hraftstoff-Luftgemischs statt-
-^Pt. — 4 —
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findet, das sich während einer Ztindverzögerungsperiode mit sich dadurch ergebenden örtlichen hohen Temperaturen angesammelt hat.
Untersuchungen mit Diesel-Methanol Kraftstoff haben sehr geringe Emissionen von Stickstoffoxiden und schwarzem Rauch zum Ergebnis gehabt. Mit einem Diesel-Diesel Kraftstoff kann die Emission von schwarzem Rauch vermindert werden, wenn kein Kraftstoff über die zweiten Einspritzdüsen bei hoher Kompression eingespritzt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht einer Verbrennungskraftmaschine nach dem Dieselprinzip mit einer Einspritzung gemäß der Erfindung, und
Fig. .2
bis 4 eine Aufsicht und Schnitte von zwei
Seiten des Kolbens, zur Sarstellung der Kolbenvertiefung und der Einspritzrichtungen des Kraftstoffs.
Die in Figur 1 gezeigte Maschine weist eine erste Einspritzpumpe 1 mit einem Regler 2 auf. Die Pumpe ist eine gewöhnliche Reihenpumpe, die über Zuführleitungen 3 Kraftstoff ersten Einspritzdüsen 4 mit vier Düsenlöchern zuführt. Die Pumpe 1 wird auf gewöhnliche Weise von der Maschinenkurbelwelle über ein Getriebe und eine Welle 5 angetrieben.
Die Maschine ist ebenfalls mit einer zweiten Einspritzpumpe 6 mit einem Regler versehen. In dem gezeigten Beispiel ist die Pumpe 6 eine Verteilerpumpe, die über lüführleitungen 7 Kraftstoff «weilten Einspritzdüsen 8 zuführt, die jeweils ein
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Düsenloch aufweisen. Die Pumpe 6 wird ebenfalls durch die Maschinenkurbelwelle über ein Getriebe angetrieben. Ein Gestänge 9 verbindet den Regler der Pumpe 6 mit dem Regler der Pumpe 1 und dem Gaspedal 10. Die Pumpe 6 hat zwei Fördermengeneinstellungen. Das größere Fördermengenvolumen wird nur zum Starten und Aufwärmen verwendet, während das geringere beim normalen Fahrbetrieb verwendet wird. Die Pumpe 6 umfaßt weiter einen drehzahlabhängigen Regler zur Einstellung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes.
Der Einspritzwinkel der ersten Pumpe 1 wird um ungefähr des Drehwinkels der Kurbelwelle später als der' der zweiten Pumpe 6 eingestellt, sodaß der Kraftstoff von der Pumpe 1 nicht die Zündverzögerung und die Zündung des Kraftstoffs von der Pumpe 6 stört. Die zwei Pumpenregler sind über das Gestänge 9 in einer solchen Weise verbunden, daß bei einer niedrigen Kompression (Leerlauf) nur die Einspritzpumpe 6 Kraftstoff einspritzt und daß, wenn die Kompression ansteigt, zuerst die Einspritzpumpe 6 das Fördervolumen bis zu ihrer Grenze steigert (das eingestellte Einspritzvolumen für den Fahrbetrieb) , und daß dann die Einspritzpumpe 1 das Einspritzvolumen steigert, das für die gewünschte Kompression erforderlich ist. Wenn die Kompression vermindert wird, vermindert zuerst die Einspritzpumpe 1 ihr Fördervolumen.
Die hier beschriebene Einspritzung besteht aus zwei unabhängigen Einspritzungen, wobei die zweite zur Einspritzung einer kleinen Kraftstoffmenge mit einer hohen Zetan-Zahl, z.B. Dieselkraftstoff, zur Verminderung der hohen Wasserstoffemission bei niedriger Kompression und zur Einleitung der Verbrennung verwendet wird, während die erste Einspritzung zur Einspritzung des für die in Frage stehende Kompression benötigten Kraftstoffs verwendet wird. Der letztere Kraftstoff kann ein Dieselkraftstoff oder ein Kraftstoff mit einer geringen.Zetan-Zahl, z.B. ein Alkohol in
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Form von Methanol, sein.
Zur Erreichung eines geeigneten Kraftstoff-Luftgeiaischs für die oben erwähnten vorteilhaften Merkmale, muß der von der zweiten Einspritzung eingespritzte Kraftstoff in eine Ringzone um die Mitte eingespritzt werden. Zu diesem Zweck werden die zweiten Einspritzdüsen 8 so angeordnet, daß der Kraftstoff gegen die Rotation der Einlaßluft in die Vertiefung des Kolbens eingespritzt wird. Dies ist in den Figuren 2 bis 4 gezeigt, in denen A eine Vertiefung auf der Oberseite eines Kolbens im Maßstab 1:1 darstellt, B die Einspritzrichtung der zweiten Einspritzdüsen 8, C die Einspritzrichtung der ersten Einspritzdüsen 4 und D die Rotarionsrichtung der Einlaßluft darstellt. Auf der linken Seite in Figur 2 zeigt der gestrichelte Kreis die Anordnung des Einlaßventils und auf der rechten Seite zeigt der gestrichelte Kreis die Anordnung des Auslaßventils an. Die obere Wand der Verbrennungskammer liegt in der Ebene der x-y Achsen.
Figur 2 bis 4 zeigt die Bedingungen einer für Testversuche verwendeten Verbrennungskraftmaschine. Die ersten Einspritzdüsen 4 hatten vier Düsenlöcher, die den Kraftstoff in einer gleichförmigen Verteilung rund um die vertikale: Mittelachse Z der Vertiefung A sprühten, wie dies mittels der Pfeile C angezeigt ist. Die zweiten Einspritzdüsen 8 spritzten den Kraftstoff durch eine Düsenöffnung in eine Richtung ein, die mittels des Pfeils B angezeigt ist.
Optimale Ergebnisse, mit einer KohlenwasserStoffemissionsverminderung um 90% im Leerlauf z.B. wurden erhalten, wenn die Projektion des Pfeils B (die Richtung der Einspritzung) auf die Querschnittsebene des Kolbens, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, eine Tangente an einem Kreis ist, dessen Radius r ungefähr 4/10 des Radius der Kolbenvertiefung be-
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trug und wobei der Winkel t* mit dieser Ebene ungefähr 15° betrug. Wenn der Kraftstoff näher zur Mitte der Vertiefung (Verminderung von r) eingespritzt wurde, stieg die Rußmenge, während die Kohlenwasserstoffemission bei einer Einspritzung weiter von der Mitte (Zunahme von r) stieg. Abhängig vom Maschinentyp, betrug r das 0,35 - 0,45 -fache von R
und der Winkel «.etwa 10° bis 20°.
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Claims (6)

  1. AB Volvo S-405 08 Göteborg, Schweden
    Kraftstoffeinspritzung für Verbrennungskraftmaschinen nach dem Dieselprinzip
    Pat en tan Sprüche
    (iJ Kraftstoffeinspritzung für Verbrennungskraftmaschinen nach dem Dieselprinzip mit Direkteinspritzung, mit einer auf der Oberseite der Kolben vorgesehenen Vertiefung, mit einer, mit einem Regler versehenen, ersten Einspritzpumpe und zugeordneten, ersten Einspritzdüsen für jeden Zylinder, wobei die Einspritzdüsen zum Versprühen des Kraftstoffs in der Zone rund um die Mittellinie der entsprechenden Kolbenvertiefung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß eine zweite Einspritzpumpe (6) mit einem Regler und zugeordneten zwei-
    909822/0612
    • a·
    ten Einspritzdüsen (8) für jeden Zylinder vorgesehen ist, wobei die zweiten Einspritzdüsen den Kraftstoff einspritzen, bevor Kraftstoff von den ersten Einspritzdüsen (4)eingespritzt wird, und die zweiten Einspritzdüsen zur Schrägeinspritzung des Kraftstoffs von der Seite her in die entsprechende Kolbenvertiefung in eine Richtung (B) entgegengesetzt zur Rotationsrichtung der Einlaßluft angeordnet sind.
  2. 2. Kraftstoffeinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede erste Einspritzdüse (4) zur Einspritzung des Kraftstoffs mit einer großen, gleichförmigen Verteilung rund um die Mittellinie (Z) der Kolbenvertiefung angeordnet ist, während jede zweite Einspritzdüse (8) zur
    Kraftstoffeinspritzung mit einer kleinen Verteilung schräg von der Seite her in die Kolbenvertiefung (A) angeordnet ist.
  3. 3. Kraftstoffeinspritzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einspritzdüsen (4)
    mehrere Düsenlöcher aufweisen, während die zweiten Einspritzdüsen (8) ein einziges Düsenloch aufweisen.
  4. 4. Kraftstoffeinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Einspritzdüse (8) zur Einspritzung des Kraftstoffs von einer Stelle an oder in der Nähe des ümfangs der Kolbenvertiefung so an geordnet ist, daß die Einspritzrichtung (B) einen Winkel
    zwischen 10° und 20°, vorzugsweise etwa 15°, mit der Querschnittsebene des Zylinders bildet und ihre Projektion auf diese Ebene eine Tangente an einem zum Umfang der Kolbenvertiefung konzentrischen Kreis ist, dessen Radius Cr) das 0,35 - 0,45 -fache, vorzugsweise das 0^4 -fache des Radius CR> der Kolbenvertiefung beträgt»
  5. 5. Kraftstoffeinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einspritzpum-
    - .3 - .
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    pe (6) im wesentlichen zur Einspritzung der für den Startvorgang, das Aufwärmen und den Leerlauf benötigten Kraftstoff menge eingestellt wird, wobei die erste Einspritzpumpe (1) im Leerlauf der Maschine nicht arbeitet.
  6. 6. Kraftstoffeinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einspritzpumpe zur Einspritzung des Kraftstoffs um etwa 10° des Kurbelwellendrehwinkels nach der zweiten Einspritzpumpe (6) eingestellt ist.
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