DE3212277A1 - Verfahren zum verbrennen von hauptkraftstoff und zuendkraftstoff in dieselmotoren und dieselmotor zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

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D-8500 NÜRNBERG 91 POSTFACH Vl 04 80 LANGE ZEILE 30 TELEFON OV U / 371 47 TELEX Oi / 23 965

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VNR 1o6984 Nürnberg, o1.o4.1982

R/St

Motoren-Werke Mannheim Aktiengesellschaft vorm. Benz Abt. stationärer Motorenbau, Carl-Benz-Straße 5,

6800 Mannheim 1

Verfahren zum Verbrennen von Hauptkraftstoff und Zündkraftstoff in Dieselmotoren und Dieselmotor zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Dieselmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.

Aus der DE-A 28 49 778 ist es bekannt, als Hauptkraftstoff ausschließlich einen zündunwilligen Kraftstoff, nämlich Methanol, und als Zündkraftstoff Dieselöl einzusetzen. Der zündunwillige Hauptkraftstoff wird hierbei von der Mitte aus in den durch die Brennraum-Mulde im Kolben gebildeten Brennraum eingespritzt, während der Zündkraftstoff von der Seite her in diesen Brennraum eingespritzt wird. Die Einspritzung des Zündkraftstoffes erfolgt zeitlich vor der Einspritzung des zündunwilligen Kraftstoffes. Auch wenn dieses bekannte Verfahren und die bekannte Ausgestaltung für einen reinen Zündstrahlbetrieb im wesentlichen zufriedenstellend sein mögen, so sind sie nicht geeignet für einen echten Vielstoffbetrieb, bei dem einerseits Zündkraftstoff, beispielsweise Dieselöl oder veresterte Pflanzenöle, und wahlweise Alkohol, Benzin aber auch Dieselöl als Hauptkraftstoff eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die bekannten Verfahren und Motoren für die Lösung dieser grundsätzlichen Problemstellung ungeeignet sind, da die periphere Zündkraftstoff-Einspritzung beim Einsatz von Benzin oder Dieselöl als Hauptkraftstoff zu einer verstärkten Rußemission führen und da beim reinen Dieselölbetrieb die Unterbrechung der Zündöleinspritzung wegen mangelnder Kühlung der Einspritzdüse durch den Kraftstoff zu einer Verkokung dieser Düse führen würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Dieselmotor der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß ein Betrieb ausschließlich mit Zündöl oder mit einer kleinen Zündölmenge und einer relativ großen Menge weitgehend frei wählbarem zündunwilligem Kraftstoff möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst. Hierbei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß für einen Vielstoffbetrieb mit wahlweise zündunwilligem oder zündwilligem Hauptkraftstoff auszugehen ist vom optimierten Diesel-Verbrennungsverfahren mit Direkteinspritzung, bei dem der Hauptkraftstoff zentral eingespritzt wird. Dies gilt überraschenderweise auch, wenn als Hauptkraftstoff zündunwillige Kraftstoffe eingesetzt werden. Der Zündkraftstoff wird mittig in den Brennraum eingespritzt, was dazu führt, daß einerseits bei Einsatz von zündunwilligem Hauptkraftstoff die Zündung eingeleitet wird, jedoch bei Einsatz von zündwilligem Kraftstoff als Hauptkraftstoff eine verstärkte Rußemission vermieden wird. Weiterhin hat sich überraschenderweise gezeigt, daß optimale Verbrennungsergebnisse erreicht

werden, wenn die Einspritzung des Zündkraftstoffes auf jeden Fall später beginnt als die Einspritzung des Hauptkraftstoffes. Bei Einsatz von klopffestem Kraftstoff als Hauptkraftstoff ist es sogar besonders vorteilhaft, wenn die Einspritzung des Zündkraftstoffes entsprechend Anspruch 2 erfolgt. Wenn dagegen weniger klopffeste Hauptkraftstoffe, wie z. B. Benzin, eingesetzt werden, dann ist es zweckmäßig, den Beginn der Einspritzung des Zündkraftstoffes unter zeitlicher Überlappung mit der Einspritzung des Hauptkraftstoffes zeitlich vorzuverlegen, wobei das Einspritzende für den Zündkraftstoff jeweils unverändert bleibt,und zwar kurz vor o.T.

Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte weitere Maßnahmen an.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilguerschnitt eines erfindungsgemäßen Dieselmotors zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Brennraum,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Brennraum nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Brennraum mit gegenüber Fig. 2 und 3 abgewandelter Zündkraftstoff-Einspritzung,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Brennraum nach Fig. 4 und

Fig. 6 ein die Einspritzung von Hauptkraftstoff und Zündkraftstoff zeigendes Diagramm.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der obere Teil des Kurbelgehäuses 1 eines Dieselmotors dargestellt. Im Kurbelgehäuse 1 ist eine Zylinderlaufbuchse 2 eines Zylinders 3 angeordnet. Zwischen der Zylinderlaufbüchse 2 und dem Zylinder 3 sind Kühlwasserkanäle 4 ausgebildet. In der Zylinderlaufbüchse 2 ist ein in Richtung seiner Mittellängsachse 5 bewegbarer Kolben 6 angeordnet, der üblicherweise mittels Kolbenringen 7 gegenüber der Zylinderlaufbüchse 2 abgedichtet ist. Im Kolbenboden 8 ist eine Brennraum-Mulde 9 ausgebildet.

Der Zylinder 3 ist durch einen Zylinderkopf 1o verschlossen, in dem ein Einlaßventil 11 angeordnet ist. Das Einlaßventil 11 verbindet den durch die Zylinderlaufbüchse 2 den Zylinderkopf 1o und den Kolbenboden 8 begrenzten Brennraum 12 und einen durch den Zylinderkopf führenden Ansaugkanal 13 für Verbrennungsluft miteinander, wenn es geöffnet ist, bzw. trennt die beiden voneinander, wenn es geschlossen ist. In dem Zylinderkopf 1o ist weiterhin eine Einspritzdüse 14 für Zündkraftstoff, also für normalen Dieselkraftstoff oder veresterte Pflanzenöle, angeordnet, die zur Direkteinspritzung dieses Zündkraftstoffes in den Brennraum 12, d. h. in die Mulde 9 im Kolbenboden 8, vorgesehen ist. Wie die Zeichnung erkennen läßt, mündet diese Einspritzdüse 14 mittig in die Brennraum-Mulde 9.

Weiterhin ist im Zylinderkopf 1o eine weitere Einspritzdüse 15 angeordnet, durch die Hauptkraftstoff,und zwar wahlweise ein zündunwilliger Kraftstoff wie Alkohol oder Benzin oder auch Dieselkraftstoff, direkt in die Brennrauin-Mulde 9 eingespritzt wird. Diese Einspritzdüse 15 ist am radial außenliegenden Rand der Brennraum-Mulde 9 angeordnet. Aus Gründen der Verdeutlichung ist der Kolben 6 so dargestellt, daß sein Kolbenboden 8 von der zugeordneten Seite des Zylinderkopfes 1o einen gewissen Abstand hat. Wenn der Kolben 6 sich im oberen Totpunkt (o.T.) befindet, dann ist dieser Abstand praktisch Null, so daß zu Beginn des Verbrennungsvorganges der Brennraum 12 praktisch ausschließlich durch die Brennraum-Mulde 9 gebildet wird.

Seitlich am Kurbelgehäuse 1 ist eine Einspritzpumpe 16 angebracht, deren Saugseite 17 in üblicher Weise über eine Saugleitung 18 mit einem Vorratsbehälter 19 für den Zündkraftstoff verbunden ist. Von der Druckseite 2o der Einspritzpumpe 16 führt eine Druckleitung 21 zur Einspritzdüse 14.

Am Kurbelgehäuse 1 ist eine weitere Einspritzpumpe 22 angebracht. Diese im Prinzip mit der Einspritzpumpe 16 gleiche Pumpe ist auf ihrer Saugseite 23 mittels einer Saugleitung 24 mit einem Vorratsbehälter 25 für den Hauptkraftstoff verbunden. Von der Druckseite 26 der Einspritzpumpe 22 führt eine Druckleitung 27 zur Einspritzdüse 15. Von der Darstellung von Leckleitungen und Rückführleitungen ist Abstand genommen.

Wie sich aus den Darstellungen in den Fig. 2 bis 5 ergibt, ist die Einspritzdüse 14 für den Zündkraftstoff als 4-Lochdüse ausgebildet, aus der vier Zündkraftstoff-Strahlen 28 austreten, die - in der Draufsicht entsprechend Fig. 2 und 4 - in symmetrischer Anordnung verlaufen und die - wie sich aus den Fig. 3 und 5 ergibt - gegenüber der Mittellängsachse 29 der Brennraum-Mulde 9 leicht nach unten zum Boden der Mulde 9 hin geneigt sind. Wie sich aus den Fig. 2 bis 5 ergibt, verläuft die Mittellängsachse 29 der Brennraum-Mulde parallel zur Mittellängsachse 5 des Zylinders 3, ist aber gegenüber letzterer seitlich leicht versetzt. Die Einspritzdüse 14 spritzt zentrisch zur Mittellängsachse 29 der Brennraum-Mulde 9 ein. Die Zündkraftstoff-Strahlen 28 verlaufen selbstverständlich nicht so scharf, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, sondern werden durch den Drall der Verbrennungsluft im Brennraum verweht. Die zeichnerische Darstellung der Zündkraftstoff-Strahlen 28 gibt also primär ihre ursprüngliche Einspritzrichtung an.

Wie sich aus der Darstellung in den Fig. 2 und 3 ergibt, kann die Einspritzdüse 15 als 2-Lochdüse ausgebildet sein, die also zwei Hauptkraftstoff-Strahlen 3o in die Brennraum-Mulde 9 von deren Rand 31 her einspritzt, wobei diese beiden Strahlen 3o in der Draufsicht entsprechend Fig. 2 etwa unter einem Winkel von 6o bis 9o° zueinander gerichtet sind.Wie sich aus Fig. 3 ergibt, sind sie ebenfalls leicht nach unten zum Boden der Brennraum-Mulde 9 hin geneigt. Auch sie werden selbstverständlich vom Drall der Verbrennungsluft verweht.

Wenn die Einspritzdüse 15 als Einlochdüse ausgebildet ist, dann wird dieser eine Kraftstoff-Strahl 3ο¹ ent-

Ο,-

sprechend der strichpunktierten Darstellung in den Fig. 2 und 3 etwa zur Mittellängsachse 29 hin gerichtet sein, und zwar bei gleicher Neigung gegenüber dem Boden der Brennraum-Mulde 9. Diese Lochdüsenausbildung, und zwar insbesondere die 2-Lochdüsenausbildung ist für Alkohol und Benzin als zündunwilligem Kraftstoff geeignet. Wenn nur Alkohol als zündunwilliger Hauptkraftstoff eingesetzt werden soll, dann' kann - entsprechend der Darstellung in den Fig. 4 und 5 - die Einspritzdüse 15 als Zapfendüse ausgebildet sein, die einen Kraftstoff-Kegel 32 vom Rand 31 der Brennraum-Mulde 9 her einerseits in Richtung auf die Mittellängsachse 29 (siehe Fig. 4) und andererseits stark geneigt zum Boden der Brennraum-Mulde 9 hin in letztere einspritzt.

In Fig. 6 ist über dem Kurbelwinkel φ dargestellt, wie zuerst der zündunwillige Hauptkraftstoff gemäß der Kurve 33 und nach Abschluß dieses Einspritzvorganges der Zündkraftstoff gemäß der Kurve 34 eingespritzt wird. Auch dieser zweite Einspritzvorgang ist im wesentlichen abgeschlossen, wenn der Kolben 6 den oberen Totpunkt (o. T.) erreicht. Zusätzlich ist zur Verdeutlichung noch dargestellt, wie sich der Zylinderdruck ρ über dem Kurbelwinkel verhält.

Die nicht .dargestellten Drehzahlregler der beiden Einspritzpumpen 16 und 22 sind selbstverständlich miteinander gekoppelt. Weiterhin ist die ebenfalls nicht dargestellte Fördermengen-Blockierungseinrichtung der Einspritzpumpe 16 für den Zündkraftstoff so verstellbar, daß zum einen eine maximale Fördermenge eingestellt werden kann, wenn der Zündkraftstoff lediglich zum Zünden eines zündunwilligen Kraftstoffes eingesetzt wird. Ander rseits muß diese Pördormengenblockicrein-

richtung so verstellt werden können, daß - bei vollständiger Abschaltung der Einspritzpumpe 22 - die volle Menge an Zündkraftstoff eingespritzt werden kann, wenn lediglich mit Zündkraftstoff, also im normalen Dieselbetrieb mit normalem Dieselkraftstoff, gefahren wird. In diesem Fall wird also die gesamte Menge an Kraftstoff durch die als Mehrlochdüse und insbesondere 4-Lochdüse ausgebildete Zündkraftstoff-Einspritzdüse in den Brennraum eingespritzt.

Selbstverständlich ist es beim alleinigen Einsatz von normalem Dieselkraftstoff auch möglich, diesen über beide Einspritzdüsen 14, 15 in der obengeschilderten Weise einzuspritzen; in diesem Fall treten aber vermehrte Rauchprobleme auf.

Claims (7)

1. PATENTANWALT ttRfe.-1NG.Dfc:MANFRED RAU

   D-8500 NÜRNBERG 91 POSTFACH 91 04 80 LANGE ZEILE 30 TELEFON 09 11 / 371 47 TELEX 06 / 23 965

   VNR 1o6984 Nürnberg, o1.o4.1982

   R/St

   Motoren-Werke Mannheim Aktiengesellschaft vorm. Benz Abt. stationärer Motorenbau, Carl-Benz-Straße 5, 6800 Mannheim 1

   Ansprüche

   ( 1.) Verfahren zum Verbrennen von Hauptkraftstoff und Zündkraftstoff in Dieselmotoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung, wobei der Zündkraftstoff einerseits und der Hauptkraftstoff andererseits zeitlich gegeneinander versetzt und von verschiedenen Stellen in den Brennraum eingespritzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkraftstoff vom Brennraum-Rand und der Zündkraftstoff zentral in den Brennraum eingespritzt werden und daß die Zündkraftstoff-Einspritzung nach dem Beginn der Einspritzung des Hauptkraftstoffes beginnt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkraftstoff-Einspritzung nach Beendigung der Einspritzung des Hauptkraftstoffes beginnt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkraftstoff mehrstrahlig eingespritzt wird.
4. 4. Dieselmotor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mindestens einem Zylinder,

   in dessen Brennraum eine Einspritzdüse für den Hauptkraftstoff und eine gesonderte Zündkraftstoff-Einspritzdüse zur Direkteinspritzung gerichtet ist, wobei den beiden Einspritzdüsen jeweils eine Einspritzpumpe vorgeordnet ist,, dadurch gekennzeichnet? daß die Einspritzdüse (15) für den Hauptkraftstoff am Brennraum-Rand (31) und die Zündkraftstoff-Einspritzdüse (14) zentral angeordnet ist.
5. 5. Dieselmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ^, daß die Zündkraftstoff-Einspritzdüse (14) als Mehrlochdüse ausgebildet ist.
6. 6. Dieselmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (15)für den Hauptkraftstoff als Zapfendüse ausgebildet ist.
7. 7. Dieselmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (15)für den Hauptkraftstoff als Ein- oder Mehrlochdüse ausgebildet ist»