DE2901211C2

DE2901211C2 - Verfahren zum Betrieb einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2901211C2
Application number: DE2901211A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Dipl.-Ing. Kerkrade Havenith; Franz Prof. Dipl.-Ing. Dr. 5100 Aachen Pischinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-01-13
Filing date: 1979-01-13
Publication date: 1983-12-01
Also published as: FR2446387B1; GB2039607A; GB2039607B; BR8000186A; JPS6316572B2; JPS55112821A; US4463719A; US4370958A; ZA80189B; IT1125944B; IT7928167A0; SU1269745A3; FR2446387A1; DE2901211A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den gattungsgemäßen Merkmalen des ersten bzw. siebten Anspruchs.

Im Rahmen von Abgasbestimmungen und steigender Erdölkosten sowie der Erdölverknappung sind Bemühungen im Gange, das für den Dieselmotor benötigte Gasöl weitgehend zu ersetzen.

Aus der DE-OS 27 49 806 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Dieselmotors mit Beimischung von Mehtanol zur Ansaugluft bekannt. Hierbei wird ein Methanol-Luft-Gemisch im Zylinder verdichtet und zur Einleitung der Zündung Gasöl in das verdichtete Gemisch eingespritzt Bei dieser Ausführung können nur geringe Methanolmengen beigefügt werden, da sonst bei Vollast die Klopf- und bei Teillast die Zündaussetzergrenze überschritten wird. Außerdem steigen im Teillastbereich der Brennstoffverbrauch, die Kohlenmonoxid-, Kohlenwasserstoff- und Aldehydemission stark an. Auch die vorgeschlagene Vorwärmung der Ansaugluft und/oder die Verwendung von Zündbeschleunigungen reicht nicht aus, diese Nachteile zu vermeiden.

Aus der Literaturstelle »Methanol as a substitute fuel in the diesel engine«, ISAF 77 02-4, Wolfburg 1977, ist es bekannt, Gasöl in einer Brennkraftmaschine weitgehend durch Methanol zu ersetzten. Die erste Möglichkeit hierzu besteht darin, durch geeignete Additive die Cetanzahl des Methanols zu steigern, um dadurch eine Selbstzündung in der Dieselbrennkraftmaschine zu erreichen.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, in dem Brennraum der Dieselbrennkraftmaschine eine Zündkerze anzuordnen, um mit deren Hilfe das Methanol zu zünden.

Die dritte Möglichkeit beschäftigt sich mit der Doppeleinspritzung, also der Einspritzung von Dieselbrennstoff und Methanol. Hierzu lehrt die Literaturstelle, das Methanol erst nach der Einspritzung des Gasöls einzuspritzen, um eine Auskühlung der Zylinderladung zu vermeiden und damit das Zünden des Gasöls nicht zu gefährden. Dadurch soll vermieden weraen, daß aufgrund der hohen Verdampfungswärme und der damit kühlenden Wirkung des Methanols die Zylinderladung mit dem noch nicht entzündenden Gasöl auskühlt, weil sonst die Selbstzündungstemperatur des Gasöls nicht mehr erreicht wird. Da das Gasöl hier die Aufgabe der Zündkerze erfüllen soll, d. h. das Gasöl erst entzündet sein muß, damit es das eingespritzte Methanol entzünden kann, ist es erforderlich, zuerst einen wesentlichen Teil des Gasöls und danach das Methanol einzuspritzen.

Durch diesen Literaturstellenteil in Verbindung mit Fie. 8 der Literaturstelle sowie den der Literaturstelle insgesamt entnehmbaren Hinweisen ist das im Patentanspruch 1 Vorausgesetzte als bekannt anzusehen.

Fig.8 dieser Literaturstelle zeigt nämlich ein Oszillogramm des Nadelhubes der Methanoleinspritzdüse, des Nadelhubes der Dieseleinspritzdüse sowie den Druckanstieg in der Brennkammer und der Wmkelmarkierung aus einem Arbeitsspiel Eine genaue Betrachtung dieses Oszillogramms ergibt, daß die Kurve des Nadelhubes der Methanoleinspritzdüse zwei Aussagen aufweist Zum einen ist dort ein relativ starker nahezu waagerechter Strahl aufgezeigt Dies bedeutet, daß kein Nadelhub stattgefunden hat Zugleich ist jedoch ein Nadelhubsignal, welches von einem erfolgten Nadelhub kündet, dargestellt Beides kann zwar nicht in einem Arbeitsspiel stattfinden, damit ist aber geringfügige Überlappung der Einspritzzeiten Tür zündwilligen und zündunwilligen Brennstoff bekannt, wenn auch auf Grund des Textes dieser Literaturstelle mit der Zielrichtung, eine ausgeprägte Überlappung zu vermeiden, da diese — wie Versuche gezeigt haben — keinen alltagstauglichen Motor versprach.

In der prioritätsälteren, aber nachveröffentlichten DE-OS 28 49 778, die auf den Urheber der genannten Literaturstelle zurückgeht, ist Überlappung der Einspritzzeiten des zündwilligen und des zündunwilligen Brennstoffs nicht ausdrücklich empfohlen, aber auch nicht ausdrücklich ausgeschlossen, denn es ist dort in der Beschreibung ausgesagt, daß die zweiten Einspritzdüsen (zündwilligen) Brennstoff einspritzen, bevor (zündunwilliger) Brennstoff von den ersten Einspritzdüsen eingespritzt wird.

Unter Berücksichtigung dieser Einschränkung zum Merkmal Überlappung der Einspritzzeiten gehört auch durch diese DE-OS das gattungsgemäße Verfahren zum Stand der Technik.

Dementsprechend weist die zu der Durchführung des aus der Literaturstelle bekannten Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine eine Brennraummulde im Kolben auf, arbeitet nach dem Prinzip der Direkteinspritzung, wobei eine mit einem Regler versehene zweite Einspritzpumpe und die zugeordneten zweiten Einspritzdüsen für jeden Zylinder zum Einspritzen des zündwilligen Brennstoffs in der Zone rund um die Mittellinie der Brennraummulde angeordnet sind und eine erste Einspritzpumpe mit einem Regler und den zugeordneten ersten Einspritzdüsen für jeden Zylinder vorgesehen sind, wobei die zweiten Einspritzdüsen zur Schrägeinspritzung des Brennstoffs von der Seite her in die Brennraummulde entgegengesetzt zur Rotation

so Verbrennungsluft angeordnet sind.

Nachteilig hierbei ist, daß das Gasöl entgegen der Rotationsrichtung der Verbrennungsluft und das Methanol derart eingespritzt wird, daß es in vom Gasöl bereits angereicherte Verbrennungsluft gelangt, daß sich also ein gemeinsamer Tröpfchenschleier aus zündunwilligem und zündwilligem Brennnstoff bildet. Deshalb arbeitet eine derartige Brennkraftmaschine nicht zufriedenstellend. ,
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen, mit dem ein Dieselmotor in allen Last- und Drehzahlbereichen mit einem überwiegenden Anteil an Methanol betrieben werden kann, ohne daß Wirkungsgradverluste »intreten.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Erst durch die

Kombination der kennzeichnenden Merkmale ist ein befriedigender Betrieb einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem zündunwilligen, sauerstoffhaltigen Brennstoff möglich. Denn durch die brennraumwandnahe Einspritzung des zündunwilligen Brennstoffs bildet sich in der Brennraummulde, unterstützt durch die kreisende Bewegung der Ansaugluft, ein Brennstoff-Luft-Gemisch-Ring, der nur noch durch das Gasöl entzündet werden muß.

Aufgrund der Art und Richtung der Einspritzung bilden sich getrennte, aber benachbarte Tröpfchenschleier für beide Brennstoffe aus. Dadurch beeinflussen sich die beiden sich ausbildenden Tröpfchenschleier nicht, so daß sich das in Rotationsrichtung der Verbrennungsluft eingespritzte Gasöl entzünden kann und dann aufgrund der Luftrotation als brennende Front gegen den Methanoltröpfchenschleier geweht wird und diesen entzündet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß der Einspritzbeginn des Gasöls zeitlich vor dem des zündunwilligen Brennstoffs liegt. Entgegen der Lehre der Literaturstelle sowie auch der Tendenz der DE-OS 28 49 778 hat sich herausgestellt, daß es sehr wohl möglich ist, den zündunwilligen Brennstoff schon sehr frühzeitig, bereits während der Verbrennung des durch den Gasölstrahl gebildeten Gemisches einzuspritzen. Es ist auch in vorteilhafter Weise möglich, schon vor Brennbeginn des eingespritzten Gasöls zündunwilligen Brennstoff in die Brennraummulde einzuspritzen, ohne daß durch dessen kühlende Wirkung der Zündverzug des Gasöls ungünstig beeinflußt wird. Damit ist auch bei Verwendung von Brennstoffen, die eine hohe Verdampfungswärme haben, ein früher Einspritzbeginn möglich. Dabei ist eine sichere Zündung gewährleistet, ohne die Klopfgrenze zu erreichen.

Aus der DE-PS 3 79 453 ist ein Verfahren zur unmittelbaren Einspritzung schwer entzündlicher Brennstoffe in Brennkraftmaschinen bekanntgeworden. Hierbei wird durch eine gemeinsame Einspritzdüse ein Zündöl, beispielsweise Gasöl, und ein Treiböl, welches ein schwer entzündlicher Brennstoff ist, eingespritzt. Bei diesem Treiböl ist zu beachten, daß es sich — aufgrund des Alters der Patentschrift — entweder um Schweröl oder um Teeröl handelt. Diese Brennstoffe sind von Hause aus hoch viskos, aber selbstzündungsfähig. Aufgrund der hohen Viskosität bestehen Schwierigkeiten bei der Verwirbelung der Verbrennungsluft mit diesem Treiböl im Brennraum einer Brennkraftmaschine, wenn das Treiböl in derartigen Mengen zugeführt wird, daß ein Betrieb der Brennkraftmaschine nicht nur im Leerlauf, sondern auch im Teillast- und Vollastbereich möglich sein soll- Würde man die erforderlichen Mengen Treiböl alleine in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzen, so würde es sich in der Tat aufgrund seiner hohen Viskosität nicht entzünden und ein Betrieb der Brennkraftmaschine wäre unmöglich. Um dies zu verhindern, spritzt man ein leicht entzündliches Zündöl zusätzlich in den Brennraum und zwar üblicherweise so, daß der Zündölstrahl auf den Umfang des Treibölstrahles auftritt und ihn entzündet Dadurch brennt das Zündöl auf dem Treibölstrahl gleichsam wie eine Fackel, wodurch erreicht wird, daß sich die Grenzschichten des Treiböls auflösen und sich mit der Verbrennungsluft mischen, so daß ein zündfähiges Gemisch entsteht Sobald dies erreicht ist kann das Treiböl sich selbst entzünden und weiter verbrennen.

Die Erfindung benutzt jedoch als Hauptbrennstoff keinen schwer entzündbaren Brennstoff, sondern einen zündunwilligen Brennstoff, bei dem jedoch Gemischbildungsprobleme nicht auftreten. Die Lehre der bekannten DE-PS 3 79 453 geht also entgegen der Lehre der Erfindung dahin, als »Zerstäubungshilfe« leicht entzündungswilligen Brennstoff einzuspritzen und zwar derart, daß dieser, unterstützt durch die Luftbewegung, unmittelbar auf das Treiböl auftrifft. Auf diese Weise wird erreicht, daß zum Zeitpunkt der Zündung eine genügende Menge selbstzündenden Brennstoffs in guter Gemischaufbereitung im Brennraum vorliegt.

Werden zündunwillige, sauerstoffhaltige Brennstoffe verwendet, die trotz der Fremdeinleitung der Verbrennung selbst nicht die Verbrennung aufrechterhalten können, so ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, das Gasöl während der gesamten Dauer der Einspritzung des zündunwilligen Brennstoffs einzuspritzen. Dadurch ist auch die Verwendung sehr hoher Volumenanteile des zündunwilligen, sauerstoffhaltigen Brennstoffs möglich. Darüber hinaus kann es auch zweckmäßig sein, die Gasöleinspritzdauer bis über die Einspritzdauer des zündunwilligen, sauerstoffhaltigen Brennstoffs hinaus zu verlängern. Hierdurch ist eine erhebliche Absenkung der Emission gasförmiger Schadstoffe möglich.

Zur Last- und Drehzahlregelung der Brennkraftmaschine ist es einmal möglich, die eingespritzte Gasölmenge in allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine konstant zu halten und nur die Einspritzmenge des Hauptbrennstoffs zu verändern. Dies hat sich insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit überwiegend konstanter Last und konstanter Drehzahl als ausreichend erv/iesen.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren hingegen in einer Brennkraftmaschine mit wechselnder Drehzahl und/oder Last, z. B. zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, verwendet, so kann es vorteilhaft sein, sowohl die Gasölmenge als auch die Hauptbrennstoffmenge last- und/oder drehzahlabhängig zu variieren. Hierbei ist eine Mengensteuerung des Gasöls in relativ engen Bereichen ausreichend.

Zum Kaltstart der Brennkraftmaschine ist es in den meisten Fällen ausreichend, die eingespritzte Gasölmenge zu erhöhen, vorzugsweise zu verdoppeln. Gleichzeitig kann eine kleine Menge zündunwilligen Hauptbrennstoffs mit eingespritzt werden.

Bei Vollast hat sich ein Verhältnis von Vol. 1 : 30 von Gasöl zu zündunwilligem, sauerstoffhaltigem Brennstoff als vollkommen ausreichend herausgestellt.

Der Vorteil der im Anspruch 7 angegebenen Vorrichtune besteht u. a. darin, daß eine bisher verwendete Brennkraftmaschine alleine durch Hinzufügen einer zweiten kompletten Einspritzanlage auf das erfindungsgemäße Verfahren umgerüstet werden kann.

Bei einer Brennkraftmaschine mit einer in ihrer Grundform zylindrischen Brennraummulde, deren Länge und Durchmesser etwa in einem Verhältnis von 1 :1 stehen, und die zur Zylinderachse der Brennkraftmaschine geneigt ist wobei der Hauptbrennstoff im Bereich der längsten Mantellinie der Mulde eingespritzt wird, ist eine bevorzugte Ausführungsform dadurch gegeben, daß die zweite Einspritzdüse, ein- oder mehrstrahlig, mit in die Brennraummulde gerichtetem Strahl oder Strahlen im Randbereich der Brennraummulde nahe der ersten Einspritzdüse angeordnet ist Die Einspritzung des zündunwilligen Brennstoffs in eine relativ tiefe Brennraummulde hat u. a den Vorteil, daß

verhindert wird, daß Brennstoff auf die Zylinderwand gelangt und den dort notwendigen Schmierfilm abwäscht.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, insbesondere in Verbindung mit der beschriebenen zylindrischen Brennraummulde, sieht vor, die zweite Einspritzdüse für das Gasöl in dem der ersten Einspritzdüse entgegengesetzten Randbereich der Brennraummulde anzuordnen und die Düsenlochachse der zweiten Einspritzdüse quer durch die Brennraummulde zu richten mit einem Winkel von etwa 45° zur ■ Zylinderachse. Hierdurch entsteht ein Brennstrahl aus Gasöl in der Brennraummulde, an der sich dann der zündunwillige, sauerstoffhaltige Brennstoff entzünden kann.

Eine besonders geeignete Lage der zweiten Einspritzdüse ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einspritzdüse neben der ersten Einspritzdüse in Gegenrichtung zur Luftrotation versetzt angeordnet ist und daß die Düsenlochachse der zweiten Einspritzdüse einen Winkel von etwa 45° zur Zylinderachse aufweist und in Rotationsrichtung der Verbrennungsluft innerhalb der Brennraummulde geneigt ist. Hierdurch wird erreicht, daß durch die Luftrotation die Flamme des Gasölstrahls in Richtung auf das aus zündunwilligem, sauerstoffhaltigem Brennstoff und Luft gebildete und wandnah gelagerte Gemisch abgelenkt wird, wobei die Neigung des Gasölstrahls eine auf der ganzen Tiefe der Brennraummulde vorhandene Zündflamme gewährleistet. Der besondere Vorteil dieser Einspritzstrahlrichtungen besteht darin, daß infolge der drehzahlabhängigen Rotationsströmung die Lagen der beiden Brennstoff-Luft-Gemische entsprechend der jeweiligen Motordrehzahl einander optimal angepaßt werden, wodurch im gesamten Motorkennfeid bei niedrigem Verbrennungsgeräusch ein günstiger Brennstoffverbrauch sowie eine niedrige Emission an Ruß und gasförmigen Schadstoffen erzielt wird.

Um eine gute Gemischbildung für den zündunwilligen, sauerstoffhaltigen Brennstoff zu erreichen, ist es vorteilhaft, die erste Einspritzdüse als Zweilochdüse auszuführen, deren Düsenlochachsen im spitzen Winkel verlaufen, in Rotationsrichtung der Verbrennungsluft geneigt sind und deren Brennstoff strahlen einen solchen

Tröpfchen des zündunwilligen, sauerstoffhaltigen Brennstoffs im wesentlichen einen gemeinsamen Tröpfchenschleier bilden.

Wird die zweite Einspritzdüse im Randbereich außerhalb der Brennraummulde angeordnet, so ist zur Freistellung des Brennstoffstrahles eine Schnaupe an der Brennraummulde vorzusehen. Durch die Entzündung des Gasöistrahies bis zur Strahiwurzei wird ein sicheres Durchbrennen des sich gegen Ende des Verbrennungsvorganges oberhalb des Kolbens befindlichen Brennstoff-Luft-Gemisches erreicht Hierdurch wird eine sehr niedrige Kohlenwasserstoffemission erzielt Außerdem wird durch diese Anordnung der zweiten Einspritzdüse der Vorteil erreicht, daß die Einspritzdüsenöffnung im Bereich niedrigerer Temperaturen liegt, so daß damit Verkokung und Zusetzen des Öffnungsquerschnittes vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung der zweiten Einspritzdüse neben der ersten Einspritzdüse und vor dem Einlaßventil, beides in Gegenrichtung der Luftrotation betrachtet, ist darin zu sehen, daß der in den Brennraum eintretende Frischluftstrom die Spitze der zweiten Einspritzdüse kühlt und somit zusätzlich gegen thermische Überbeanspruchung schützt. Die Anordnung der beiden Einspritzdüsen in unmittelbarer Nachbarschaft bietet zudem den Vorteil, daß die Befestigung der Düsenhalter durch eine gemeinsame Spannpratze erfolgen kann.

Eine Vorrichtung zur Durchführung einer Mengensteuerung zeichnet sich dadurch aus, daß eine kombinierte Betätigung der Verstellhebel der beiden Einspritzpumpen vorgesehen ist. Diese gemeinsame Mengensteuerung kann entweder durch eine Koppelung der beiden Verstellhebel direkt am Fahrhebel erfolgen oder unter Zwischenschalten eines Verstellreglers vorgenommen werden, der an einer oder an beiden Verstellhebeln einzeln oder gemeinsam angreift.

Eine kombinierte Mengensteuerung für die beiden Brennstoffe erlaubt, einen größtmöglichen Anteil des Gasöis durch den zündunwiiligen, sauerstoffhaltigen Brennstoff zu ersetzen, da hierdurch eine lastabhängige Anpassung der Gasölmenge vorgenommen werden kann. Ebenfalls ist dadurch eine weitere Absenkung der Schadstoffemission möglich.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren an kleinbauenden Brennkraftmaschinen angewendet, so kann die Anordnung einer zweiten Einspritzdüse im Zylinderkopf pro Brennraum zu baulichen Schwierigkeiten führen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die beiden Einspritzdüsen in einem einzigen Düsenkörper zusammenzufassen und an der Stelle der ersten Einspritzdüse im Brennraum anzuordnen. Hierbei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß der wesentlich größere Massenstrom an zündunwilligem, sauerstoffhaltigem Brennstoff den gesamten Düsenkörper kühlt, wodurch eine Überhitzungsgefahr der nur mit einer geringen Menge Brennstoff durchströmten Gasöldüse vermieden wird.

Wegen der Trennung der Funktion der Entzündung von der der Gemischbildung des zündunwilligen, sauerstoffhaltigen Brennstoffs ist es möglich, die verschiedensten zündunwiiligen, sauerstoffhaltigen Brennstoffe oder Brennstoffgemische zu verwenden.

Beispielsweise hat es sich als möglich erwiesen, als sauerstoffhaltigen, zündunwiiligen Brennstoff Methanol mit bis zu 30 Vol.-% Verunreinigungen, beispielsweise Wasser, zu verwenden, so daß auch billiges, wasserhalti trt*c R/thmj»tViannl uprwpnHf^t wprrlgn tanii^

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Verwendung von Flüssiggas als zündunwilligem Brennstoff. Insbesondere die räumliche Trennung der beiden Brennstoffe innerhalb der Brennraummulde als getrennte Tröpfchenschleier ermöglicht hier die Vermeidung von Zündverzugs- bzw. Klopf- und Geräuschproblemen, wie sie bei anderen Verfahren, weiche Flüssiggas als Brennstoff verwenden, vorhanden sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es stellt dar

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Kolben mit einer Anordnung von zwei Einspritzdüsen im angedeuteten Zylinderkopf;

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Kolben in Richtung der Muldenachse;

Fig.3 eine schematische Darstellung der Einspritzmengen in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel für beide Brennstoffe;

F i g. 4 eine schematische Darstellung einer gemeinsamen Mengensteuerung beider Einspritzpumpen für beide Brennstoffe.

Der in Fig. 1 angedeutete Zylinderkopf 1 weist zwei

Einspritzdüsen 2 und 3 auf, deren Strahlen in die Brennraummulde 4 eines Kolbens 5 gerichtet sind. Der Kolben 5 ist hierbei kurz vor seinem oberen Totpunkt dargestellt.

Die Lochachse der Einspritzdüse 3 ist für Gasöl vorgesehen. Ihre Düsenöffnung ist außerhalb der Brennraummulde im Bereich des Brennraummuldenrandes angeordnet. Damit der in Düsenachsrichtung liegende Einspritzstrahl bei jeder Kurbelwinkelstellung unbehindert in die Brennraummulde eintreten kann, weist der Kolbenboden 7 im Bereich der Einspritzdüse 3 eine Schnaupe 8 auf. Weiterhin ist sichtbar, daß der aus der Einspritzdüse 3 austretende Strahl nahezu diagonal und unter einem Winkel von etwa 45° zur Zylinderachse in die Brennraummulde 4 gerichtet ist.

Die erste Einspritzdüse 2 ist in diesem Beispiel eine Zweilochdüse, deren Lochachsen ebenfalls in die Brennraummulde gerichtet sind. Hierbei sind die Brennstoffstrahlen nahezu parallel zur Brennraummuldenwand ausgerichtet und bilden einen solch kleinen Differenzwinkel zueinander, daß die Tröpfchen des aus der Düse austretenden Brennstoffs im wesentlichen einen gemeinsamen Tröpfchenschleier bilden.

Die Brennraummulde weist eine Länge und einen Durchmesser etwa im Verhältnis 1 :1 auf und hat eine nicht drosselnde öffnung im wesentlichen in der Kolbenbodenmitte.

In Fig.2 ist eine Draufsicht auf den Kolben in Richtung der Muldenachse gezeigt. Hierbei ist sichtbar, daß die erste Einspritzdüse 2 den Brennstoff wandnah einspritzt. Ebenso ist aus der Abbildung ersichtlich, daß die Einspritzdüse 3 in der Nähe des Einlaßventils 9 angeordnet ist. Der Pfeil 10 zeigt die Rotationsrichtung der Luft im Zylinder an. Dadurch kann die Düsenöffnung der Einspritzdüse 3 durch die einströmende Frischluft gekühlt werden, so daß ein Verkoken der Düsenöffnungen ausgeschlossen ist.

In F i g. 3 sind schematisch die Einspritzmengen der beiden Brennstoffe über dem Kurbelwinkel aufgezeigt. Hierbei ist in der oberen Diagrammhälfte der zündunwillige, sauerstoffhaltige Brennstoff, welcher als Hauptbrennstoff gemäß der Erfindung verwandt wird, und im unteren Teil des Diagramms das Gasöl, welches gemäß der Erfindung als Zündöl verwendet wird, aufgetragen. Es ist ersichtlich, daß der Einspritzbeginn des Gasöls bei etwa 15° Kurbelwinkel vor oberem Totpunkt und das Einspritzende bei etwa 10° Kurbelwinkel nach oberem Totpunkt liegt. Der zündunwillige Hauptbrennstoff wird etwa im Bereich von 12° Kurbelwinkel vor oberem Totpunkt bis 10° Kurbelwinkel nach oberem Totpunkt eingespritzt. Somit wird zum Einleiten der Verbrennung zuerst Gasöl eingespritzt, welches sich entzündet und dann den Hauptbrennstoff entzündet und diesen bei der weiteren Verbrennung laufend unterstützt.

In Fig.4 ist schematisch eine Möglichkeit zur kombinierten Mengensteuerung der beiden Brennstoffe dargestellt. Der Fahrhebel 11 wirkt hierbei direkt auf den Verstellhebel 21 zur Mengensteuerung der Einspritzpumpe 22 für den Hauptbrennstoff. An seinem Anlenkpunkl 12 ist er mit einem Hebel 13 starr verbunden, welcher wiederum gelenkig mit einem Steuerhebel 14 verbunden ist. Das freie Ende des Steuerhebels 14 ist über einen Kulissenstein 15 in einer ortsfest angeordneten Kurvenplatte 17 geführt, wobei gleichzeitig durch den Kulissenstein 15 der in 16 schwenkbar gelagerte Regelhebei 18 bewegt wird. Der Regelhebel 18 ist wiederum mit dem Verstellhebel 19 zur Mengensteuerung der Einspritzpumpe 20 für das Gasöl verbunden. Die Kurvenplatte 17 ist derart ausgebildet, daß nach Überschreiten einer niedrigen Leerlaufdrehzahl durch die Verstellung des Fahrhebels die Einspritzmenge des Gasöls mit zunehmender Belastung des Motors zurückgenommen wird, während hierbei die Einspritzmenge des zündunwilligen Hauptbrennstoffs erhöht wird. Die Gasölmenge wird während einer weiteren Verstellung des Fahrhebels 11 im Teillastbereich nahezu konstant gehalten, nur die Hauptbrennstoffmenge wird geändert. Die Kurvenplatte 17 ist weiterhin so ausgebildet, daß bei Lasterhöhung bis zur Vollast die Einspritzmenge des Gasöls wieder leicht erhöht wird, um eine langer bestehende Zündflammenfront zu erzielen, wodurch — gerade bei Methanol als zündunwilligem, sauerstoffhaltigen Brennstoff — ein besseres Durchbrennen des Gemisches gewährleistet ist.

Während des Anlaßvorgangs wird gar kein oder nur eine geringe Menge des zündunwilligen, sauerstoffhaltigen Brennstoffs in den Brennraum eingespritzt, wohl aber zum besseren Anspringen des Motors eine größere Menge Gasöl. Diese Gasöl-Mehrmenge wird durch die entsprechende Wahl des Drehzahlreglers bewirkt, während hierbei der Regler der Hauptbrennstoffpumpe so ausgeführt ist. daß bis zum Anspringen des Motors nur uic je nach Cinsatzzweck vorgegebene Menge an Hauptbrennstoff eingespritzt wird. Das in Fig.4 angegebene Schema eignet sich nur für eine Leerlaufendregelung. 1st diese nicht vorgesehen, so kann an dem Fahrhebel 11 ein für beide Einspritzpumpen gemeinsamer Verstellregler angreifen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem als Mulde im Kolben angeordneten Brennraum, in dem die Verbrennungsluft zum Einspritzzeitpunkt rotiert,

in den mittels einer ersten Einspritzeinrichtung zündunwilliger, sauerstoffhaltiger Brennstoff, vorzugsweise Methanol, direkt eingespritzt wird und in den mittels einer zweiten Einspritzeinrichtung zündwilliger Brennstoff, vorzugsweise Gasöl, zur Einleitung der Verbrennung des zündunwilligen Brennstoffs ebenfalls direkt eingespritzt wird und die Einspritzzeiten der beiden Brennstoffe sich überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß der zündunwillige Brennstoff vorwiegend in Wandnähe der Brennraummulde eingespritzt wird, daß der zündwillige Brennstoff in Rotatioräsrichtung der Verbrennungsluft geneigt so eingespritzt wird, daß sich getrennte, aber benachbarte Tröpfchenschleier für beide Brennstoffe ausbilden, und daß die Einspritzzeiten sich zumindest in einem solchen weiten Ausmaß überlappen, daß die Verbrennung des zündunwilligen Brennstoffs aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während der gesamten Einspritzdauer des zündunwilligen Brennstoffs zündwilliger Brennstoff eingespritzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pro Arbeitsspiel eingespritzte Menge an zündwilligem Brennstoff in allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine konstant gehalten wird und daß nur die Einspritzmenge des zündunwilligen Brennstoffs verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eingespritzte Menge an zündwilligem Brennstoff und die eingespritzte Menge an zündunwilligem Brennstoff last- und/oder drehzahlabhängig verändert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an zündwilligem Brennstoff bei Kaltstart erhöht, vorzugsweise verdoppelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von zündwilligem Brennstoff zu zündunwilligem Brennstoff bei Vollast etwa 1 :30 volumetrisch beträgt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem als Mulde im Kolben ausgebildeten Brennraum, wobei die Verbrennungsluft zum Einspritzzeitpunkt in der Mulde rotiert, mit einer ersten Einspritzpumpe und dieser zugeordneten ersten Einspritzdüse, um zündunwilligen, sauerstoffhaltigen Brennstoff, vorzugsweise Methanol, in den Brennraum einzuspritzen, und mit einer zweiten Einspritzpumpe und dieser zugeordneten zweiten &o Einspritzdüse, um zündwilligen Brennstoff, vorzugsweise Gasöl, in die Brennraummulde einzuspritzen, und die Einspritzzeiten der beiden Brennstoffe sich überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenlochachse der Einspritzdüse (2) für den zündunwilligen Brennstoff so ausgerichtet ist, daß dieser Brennstoff vorwiegend in Wandnähe der Mulde etwa parallel zur Muldenwand einspritzbar ist, daß die Düsenlochachsen der Einspritzdüsen (2,3) derart ausgerichtet sind, daß sich unter Berücksichtigung der Rotation der Verbrennungsluft in der Mulde getrennte, aber benachbarte Tröpfchenschleier für beide Brennstoffe bilden, und daß die beiden Einspritzpumpen (20, 22) auf etwa gleichzeitiges Einspritzende eingestellt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit zumindest einstrahliger zweiter Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraurnmulde (4) als eine in ihrer Grundform zylindrische Brennraummulde ausgebildet ist, deren Länge und Durchmesser etwa in einem Verhältnis von 1 :1 stehen, und zur Zylinderachse der Brennkraftmaschine geneigt ist, wobei der zündunwillige Brennstoff im Bereich der längsten Mantellinie der Mulde (4) eingespritzt wird und die zweite Einspritzdüse (3) einen in die Brennraummulde (4} gerichteten Strahl aufweist und im Randbereich der Brennraummulde (4) angeordnet ist

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einspritzdüse (3) für den zündwilligen Brennstoff in dem der ersten Einspritzdüse (2) entgegengesetzten Randbereich der Brennraummulde (4) angeordnet und die Düsenlochachse der zweiten Einspritzdüse quer durch die Brennraummulde (4) gerichtet ist und einen Winkel von etwa 45° zur Zylinderachse aufweist.

'.0. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einspritzdüse (3) neben der ersten Einspritzdüse (2) in Gegenrichtung zur Luftrotation (10) versetzt angeordnet ist und daß die Düsenlochachse der zweiten Einspritzdüse einen Winkel von etwa 45° zur Zylinderachse aufweist und in Rotationsrichtung der Verbrennungsluft (10) innerhalb der Brennraummulde (4) geneigt ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einspritzdüse (2) als Zweilochdüse ausgebildet ist, deren Düsenlochachsen im spitzen Winkel verlaufen, in Rotationsrichtung (10) der Verbrennungsluft geneigt sind und so ausgerichtet sind, daß deren Brennstoffstrahlen einen solchen kleinen Differenzwinkel zueinander bilden, daß die Tröpfchen des zündunwilligen Brennstoffs im wesentlichen einen gemeinsamen Tröpfchenschleier bilden.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rand der Brennraummulde (4) eine Schnaupe (8) ausgeht, deren Lage und Richtung so ausgeführt ist, daß sie mit der zweiten Einspritzdüse (3) in Wirkverbindung steht.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnaupe (8) in Richtung des Luftdralls (10) unmittelbar neben dem Einlaßventil (9) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit je einer separaten Einspritzpumpe für die Brennstoffe für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellhebel (19, 21) der Einspritzpumpen (20, 22) direkt und/oder indirekt an das Fahrpedal gekoppelt sind, wobei die Zuordnung der beiden Verstellhebel durch eine Steuerung (13 bis 18), z. B. eine Kulissensteuerung (14 bis 17), eine last- und/oder drehzahlabhängi-

ge Änderung des Mengenverhältnisses der Brennstoffe bewirkt

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Einspritzpumpen (20, 22) einen gemeinsamen Verstellregler aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einspritzdüsen (2,3) in einem einzigen Düsenkörper zusammengefaßt sind.