DE3439892A1 - Verfahren und vorrichtung zur bildung eines gasgemisches fuer einen direkteinspritzungs-verbrennungsmotor - Google Patents

Description

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VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BILDUNG EINES GASGEMISCHES FÜR EINEN DIREKTEINSPRITZUNGS-VERBRENNUNGSMOTOR

Beschreibung

,. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines Gasgemisches für einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6.

_{1 R} Ein sogenanntes "M-Verbrennungssystem" ist als Verbrennungssystem für einen Direkteinspritzungs-Dieselmotor bekannt. Bei diesem System wird ein von einer Brennstoffeinspritzdüse ausgestoßener Brennstoffstrahl auf die Wandung der Verbrennungskammer gerichtet, so daß der Brennstoff an der Wandung haftet und von der Hitze der Wandung • verdampft wird, damit ein Gasgemisch gebildet wird. Die hier geltenden Beziehungen zwischen der zur Verdampfung des Brennstoffs an der Wandung benötigten Zeit und Wandungstemperatur sind in Fig. 1 dargestellt. Man erkennt aus Figur 1, daß der Temperaturbereich, in dem der Kraftstoff in einer kurzen, der unter 10 Millisekunden liegenden Verbrennungszeit im Motor entspricht, bei etwa 32O⁰C liegt. Andererseits liegt bei normalen Betriebsbedingungen die Oberflächentemperatur des Kolbens höchstens zwischen •200 und 25O⁰C. Es läßt sich daher abschätzen, daß die ι

zur Verdampfung des Kraftstoffs durch die Hitze der Wandung der Verbrennungskammer benötigte Zeitdauer relativ groß ist.

Bei dem M-Verbrennungssystem, das ein typisches Beispiel eines herkömmlichen Verbrennungssystemes ist, erfolgt beim

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Start des Motors oder während eines Betriebs desselben bei niedriger Drehzahl keine befriedigende Ausbildung des Gasgemisches. Dies bewirkt, daß der Verbrennungsvorgang unbefriedigend abläuft, daß die Leistungsabgabe des Motors gering ist und daß auch sein Wirkungsgrad niedrig ist. Des weiteren wird eine Menge von schädlichen Auspuffgasen erzeugt, die beispielsweise Schwarzrauch·und HC enthalten.

Andererseits geht das neuerliche Bestreben bei Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge in Richtung auf kleinere Motoren (um die Menge des Auspuffgases zu verringern) und zu erhöhten Drehzahlen. Aus diesem Grunde wurde es notwendig, das Brennstoffeinspritzsystern zu verbessern. Dies bedeutet, daß zwecks Aufrechterhaltung der besten Motorleistung zu jedem Zeitpunkt während eines weiten Bereichs von unterschiedlichen Betriebsbedingungen wie unterschiedlichen Drehzahlen und Lastbedingungen eine Verwendung von Brennstoff einspritzsystemen wesentlich ist, welche unter allen Betriebsbedingungen befriedigend arbeiten.

Ein Brennstoffeinspritzsystem für einen Dieselmotor enthält beispielsweise als wesentliche Bauelemente eine Einspritzpumpe, eine Einspritzleitung sowie eine Brennstoffeinspritzdüse. Es ist auf dem in Rede stehenden technisehen Gebiet wohlbekannt, daß die Sprühcharakteristik der Einspritzdüse die Leistung des Motors direkt beeinflußt.

In einem herkömmlichen Direkteinspritzungs-Verbrennungs-, "motor ist die Brennstoffeinspritzdüse beispielsweise wesentlich in der Mitte einer Ausnehmung angeordnet, die in der Oberseite des Kolbens gebildet ist, so daß eine Mehrzahl von Brennstoffstrahlen von der Mehrzahl der Düsenbohrungen- bzw. löcher ausgestoßen wird. Der Ansaugluftwirbel, der durch das Einlaßventil und den Einlaßkanal während des Ansaughubes gebildet wird, verbleibt am Ende des Kompressionshubes bestehen, so daß die Kraftstoff strahlen in die Richtung des Wirbels fließen und ein

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Gasgemisch gebildet wird. Der Durchmesser der vorgenannten Ausnehmung beträgt im Allgemeinen 40 bis 70 % des Durchmessers des Kolbens oder Zylinders. Aus diesem Grunde·ist in einem kleinen Motor, bei dem der Durchmesser des KoI-bens unter 100 mm liegt, der Durchmesser der Ausnehmung notwendigerweise klein. Falls es notwendig ist das Kompressionsverhältnis zu erhöhen, wird der Durchmesser der Ausnehmung noch weiter herabgesetzt. Die radial von der Mehrzahl der Düsenbohrungen der Einspritzdüse abgestossenen Brennstoffstrahlen stoßen daher gegen die Wandung der Ausnehmung, so daß sie als Flüssigkeitsfilme oder große Tröpfchen an der Wand haften. Der Kraftstoff wird daher nicht vollständig verbrannt. Dies bewirkt, daß die Menge des für den Verbrennungsvorgang wirksamen Gasgemisches abnimmt, daß die Motorausgangsleistung absinkt, während gleichzeitig der Brennstoffverbrauch zunimmt und schädlicher Rauch gebildet wird.

Eine Dralleinspritzdüse, die als eine Möglichkeit für Brennstoffeinspritzdüsen von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen wurde, wurde bei einem Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor verwendet, wobei sich deren Nützlichkeit zeigte. In diesem Zusammenhang fand man heraus,daß es zum Erhalt der besten Motorleistung durch Erzeugung eines erwünschten Gasgemisches unter einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen notwendig ist, die Sprühcharakteristik der Einspritzdüse konform zu den Betriebsbedingungen zu ändern. Dies bedeutet, daß es notwendig ist, Dralleinspritzdüsen zu entwickeln, de-, ren Sprühcharakteristiken entsprechend den Betriebsbedingungen bestimmt sind.

Drei verschiedene, intermittierend arbeitende, Dralleinspritzdüsen A, B und C sind erhältlich. In der Dralleinspritzdüse A , wie sie in Fig. 14 dargestellt ist, ist ein

tangential verlaufender Kanal, nämlich eine tangential verlaufende Nut 104 in der Außenwand des Nadelventiles 101 gebildet. Bei der Dralleinspritzdüse B, wie sie in Fig. 15 gezeigt ist, münden tangential verlaufende Auslässe 106 tangential in eine Wirbelkammer 105. In der Dralleinspritzdüse C, wie sie Figur 16 zeigt, ist ein zylindrisches Trennglied 109 in den Düsenkörper 107 derart eingebracht, daß es in Berührung mit dem Nadelventil 101 und der Innenwandung 108 des Düsenkörpers 107 steht, wobei,-tangential verlaufende Nuten 100 in der Außenwandung des zylindrischen Trennglieds 109 gebildet sind.

Bei jeder der Dralleinspritzdüsen A,B und C wird der Kraftstoff durch die tangential verlaufenden Nuten oder Auslässe verwirbelt und zu feinen Tröpfchen atomisiert, wenn er von der Düsenbohrung austritt, so daß ein Brennstoffsprühstrahl entsteht. Die Einspritzdüsen A,B und C haben einen großen Sprüh- bzw. Zerstäubungswinkel sowie eine hervorragende Atomisierungscharakteristik, wobei entsprechend hierzu die Bewegungsstrecke des Strahls klein ist (d.h. der Strahl weist eine geringe Eindringung auf) im Vergleich mit anderen Kraftstoffeinspritzdüsen wie beispielsweise Locheinspritzdüsen und Drossel-Einspritzdüsen.

Die herkömmliche Dralleinspritzdüse hat wie vorstehend erwähnt einen zu großen Sprühwinkel. Aus diesem Grunde werden die Kraft stofftröpfchen, obwohl der Strahl nicht direkt an die Wandung der Verbrennungskammer anstößt, in der ,"Verbrennungskammer in Ruhe gehalten.

Wenn die Kraft stofftröpfchen in der Verbrennungskammer wie vorstehend beschrieben in Ruhe gehalten werden, sind sie von dem Verbrennungsgas umgeben, was dazu führt, das der Verbrennungsvorgang nicht fortschreitet. Dies bedeutet, daß es notwendig ist, daß die Kraft stofftröpfchen sich in

der Verbrennungskammer bewegen können, bis die Verbrennung zu Ende gekommen ist. Aus diesem Grunde sollte eine Dralleinspritzdüse für einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor derart ausgebildet sein, daß sie den Kraftstoff in befriedigender Weise konform mit den Betriebsbedingungen des Motors abgibt. Ein Verfahren zur Konstruktion oder Herstellung einer derartigen Dralleinspritzdüse wurde jedoch bislang noch nicht vorgeschlagen.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen intermittierend arbeitenden Dralleinspritzdüsen Ä,B und C ist das Nadelventil gleitend verschiebbar in das Ventilloch eingepaßt, das in dem Ventilkörper gebildet ist. Aus diesem Grunde muß

ein vorbestimmter Spalt zwischen dem Nadelventil und der Wandung des Ventillochs bestehen, um zu vermeiden, daß der unter hohem Druck stehende Kraftstoff aus dem Spalt herausläuft, wurde der Spalt bisher extrem klein gewählt, in einem Bereich von etwa 2-5 μιη bzw. es wurde eine Drallein-

spritzdüse derart konzipiert und hergestellt, die von hydrodynamischen Mitteln· Gebrauch machte. Es ist jedoch schwierig, den Spalt mit hoher und gleichmäßiger Genauigkeit herzustellen.

Der Sprühwinkel von jeder der vorstehend beschriebenen intermittierend arbeitenden Dralleinspritzdüsen A,B und C ist, wie bereits vorstehend erwähnt, groß. Aus diesem Grunde können die Brennstofftröpfchen an der Wandung der Verbrennungskammer in dem Verbrennungsmotor haften. Zur Ver-

meidung dieser Schwierigkeit sollte der Sprühwinkel auf einen Wert eingestellt sein, der für die Konfiguration oder Dimension der Verbrennungskammer geeignet ist. Der Sprühwinkel bei der herkömmlichen intermittierenden Dralleinspritzdüse kann jedoch nicht leicht auf einen erwünschten Wert geändert werden.

Wo ein Kraftstoffwiderstand durch einen Strömungsgeschwindigkeitskoeffizienten C wiedergegeben ist und eine Strahlkonfiguration durch einen Sprühwinkel CL wird die Charakteristik der Dralleinspritzdüse A,B oder C von den Faktoren des tangentialen Kanals in der Düse beeinflußt. Es zeigt sich, daß der Durchmesser des Düsenloches, der Querschnitt des tangentialen Kanals, der Winkel zwischen der Mittenlinie der tangentialen Kanäle und der Mittelachse des Nadelventils sowie der Abstand oder Spalt zwischen dem tangentialen Kanal des Nadelventils und der Wandung des Ventilloches in starkem Maße die Charakteristik der Drallein- . spritzdüse beeinflussen. Die Einflüsse des Querschnitts des tangentialen Kanals und des Abstands zwischen dem tangen-

tialen Kanal des Nadelventils und der Wandung des Ventillochs sind in Fig. 17 wiedergegeben. Man erkennt aus Fig. 17, daß von diesen Faktoren der sog. Abstand bzw. Spalt den Sprühwinkel erheblich beeinflußt.

Die Erfinder haben in diesem Zusammenhang verschiedene Versuche und Analysen durchgeführt, um den Spalt, den Sprühwinkel und das Düsenloch der herkömmlichen Dralleinspritzdüse derart zu verbessern, daß eine Sprühcharakteristik erhalten wird, die konform ist mit den Betriebsbedingungen

des Verbrennungsmotors.

Der Spalt war bisher lediglich dahingehend konstruiert, daß er ein Lecken von Kraftstoff verhindert. Andererseits haben die Erfinder in Erwägung gezogen, daß der Spalt der-

' art konzipiert wird, daß er einen wesentlichen Faktor zur Bestimmung der Leistung der Dralleinspritzdüse bildet. Um es zu ermöglichen, daß die Dralleinspritzdüse die meist wünschenswerten charakteristischen Faktoren aufweist, wie den vorgenannten Sprühwinkel·, den Strömungsgeschwindigkeitskoeffizienten, die Bewegungsstrecke, die für die Be-

triebsbedingungen des Verbrennungsmotors geeignet sind, haben die Erfinder ein epochemachendes Verfahren entwikkelt, das wirksam den vorgenannten Spalt verwendet und eine intermittierende Dralleinspritzdüse als Gemischaufbereitungsvorrichtung vorschlägt, die neue Funktionen erfüllen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung eines Gasgemisches für einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem der Brennstoffstrahl nicht an der Wandung der Verbrennungskammer haftet, sondern in der Einlaßluft in der Verbrennungskammer "schwimmt"^ die einer adiabatischen Kompression'unterworfen ist, um eine hohe Temperatur (üblicherweise über 600⁰C) aufzuweisen, so daß ein hervorragendes Gemisch entsteht, zwecks Verbesserung des Wirkungsgrades der Verbrennung. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den darauf rückbezogenen Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines , Gasgemisches für einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor geschaffen, bei dem-die Charakteristiken einer Brennstoffeinspritzdüse, wie der Sprühwinkel, die Eindringung (oder die Bewegungsstrecke) des BrennstoffStrahles und die Einspritzperiode gemäß der Geschwindigkeit der Einlaßluft in die Verbrennungskammer gesteuert werden, so daß unter einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen des Motors der Kraft stoffstrahl daran gehindert wird, an der Wandung der Verbrennungskammer zu haften, so

daß eine gute Verbrennung in der auf eine hohe Temperatur gebrachten Luft der Verbrennungskammer stattfindet. Die Erfindung schafft des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Mit der Erfindung wird des weiteren ein Verfahren zur Bildung eines Gasgemisches für einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor geschaffen, bei dem um die Kraftstofftröpfchen in der Verbrennungskammer schwimmen zu lassen, durch Steuerung der KraftstoffStrahlgeschwindigkeit konform zu der Einlaßwirbelgeschwindigkeit bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Bereich niedriger Drehzahlen der Brennstoffyprühwinkel groß gemacht wird,

χ5 damit er sich nur eine kurze Strecke bewegt, während bei einem Betrieb des Motors in einem Bereich hoher Drehzahlen der Kraftstoffsprühwinkel klein gemacht wird, so daß der Kraftstoffstrahl sich eine große Strecke bewegt. Die Erfindung schafft des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit der Erfindung wird schließlich eine intermittierende Dralleinspritzdüse zur Aufbereitung eines Gasgemisches geschaffen, die eine einfache Konstruktion aufweist, sehr genau ist, eine hervorragende Zerstäubungs- bzw. Atomisierungscharakteristik aufweist, einen verminderten Druckverlust zeigt und die schnell herstellbar und in den Motor einbaubar ist.

,'Die beiliegenden Zeichungen und die folgende'Beschreibung dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem die Oberflächentemperatur in der Brennkammer gegen die

Brennstoffverdampfungszeit aufgetragen ist 35

-.16-

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der relativen Lagen zwischen einer normalen Verbrennungskammer und einer norma-B len Einspritzdüse.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Einspritzperioden gegen die Bewegungsstrecken im Falle einer herkömmlichen Einspritzdüse dargestellt sind.

Die Fig.

bis 6 zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Wirbelluftstrom und einem Kraftstoffstrahl bei der

vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in dem die Drehzahl gegen die Wirbelverhältnisse aufgetragen ist.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung in der die wesentlichen Bauelemente einer Dralleinspritzdüse dargestellt sind.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm, in dem die Einspritzperioden gegen die Bewegungsstrecken des Strahles aufgetragen sind, zwecks Beschreibung des Betriebs der in Fig. 8 gezeigten Düse.

■Fig. 10 und

Fig. 11 zeigen Darstellungen von einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 12 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten

Dralleinspritzdüse.

Fig. 13 zeigt eine Dralleinspritzdüse gemäß einer zweiten Ausführungsforra der Erfindung.

Fig. 14 bis

Fig- 1 6 zeigen herkömmliche intermittierende Drall-Einspritz

düsen, auf deren technisches Konzept die vorliegende Erfindung anwendbar ist.

Fig. 17 zeigt in einem Diagramm den Einfluß einiger

Konstruktionsparameter auf die Charakteristik der Einspritzdüse.

Die Fig.

18 bis 21 zeigen Konstruktionen für intermittierende

Dralleinspritzdüsen einer dritten, vierten und fünften Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 22 bis

Fig. 36 zeigen eine Vielzahl von Modifikationen der

Dralleinspritzdüsen.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines Gasgemisches für einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor geschaffen, der einen Kolben mit einer Ausnehmung aufweist, die einen Verbrennungsraum bildet, eine mit einer Verwirbelungseinrichtung versehene Lufteinlaßeinrichtung, um die dem Verbrennungsraum zugeführte Einlaßluft zu verwirbeln, und eine intermittierende Drallein-," spritzdüse mit zumindest einem tangentiälen Kanal, um

Kraftstoff zu verwirbeln, der durch eine KraftstoffZuführungseinrichtung dem Verbrennungsraum zugeführt wird um Kraftstoff

in einem wesentlich konischen Strahl durch eine Einspritz" öffnung in die wirbelnde Einlaßluft zu spritzen, zwecks Bildung eines Gasgemisches . Dieses Verfahren unEEßt die folgenden Vecfefr-

-18-

rensschritte: Zuführung einer verwirbelten Einlaßluft in den Verbrennungsraum, wobei die wirbelnde Einlaßluft eine Wirbelgeschwidigkeit aufweist, die konform ist der Drehzahl des Verbrennungsmotors und Einspritzen von Kraftstoff von der Dralleinspritzdüse auf die wirbelnde Einlaßluft in dem Verbrennungsraum bei einem Brennstoffsprühwinkel der im Ansprechen auf die Motordrehzahl geändert wird, so daß die Bewegungsstrecke bzw. Laufstrecke des Brennstoffs gesteuert wird und der Brennstoff in dem Verbrennungsraum schwimmt, ohne an einer Wandung des Verbrennungsraums anzuhaften während eines weiten Bereichs von Betriebsbedingungen des Motors.

Wenn bei dem Verfahren der Motor mit einer niedrigen Dreh-15

zahl betätigt wird, wird der Kraftstoff mit einem relativ großen Kraftstoffsprühwinkel eingespritzt, so daß er nur eine kurze Strecke fortschreitet, während bei einem Betrieb des Motors in einem Bereich hoher Drehzahl der Kraftstoff

mit einem relativ kleinen Kraftstoffsprühwinkel einge-20

spritzt wird, so daß er eine großen Strecke fortschreitet.

Bei dem Verfahren wird des weiteren die Wirbelgeschwindigkeit der Einlaßluft im wesentlichen gleich der Kraftstoff 25

Strahlgeschwindigkeit gemacht, so daß der Kraftstoffstrahl in dem Verbrennungsraum schwimmen kann.

Wenn bei Durchführung des Verfahrens der Motor in einem

.Bereich niedriger Drehzahl betätigt wird, und . die .

Wirbelgeschwindigkeit der Einlaßluft nicht mehr als 40m/sek, beträgt, dann ist der Kraftstoffsprühwinkel der Dralleinspritzdüse auf 20° bis 75° eingestellt , so daß der Kraftstoffstrahl eine relativ geringe Strecke fortschreitet · Wenn jedoch der Motor in einem Bereich hoher Drehzahl gefahren

wird, und die Wirbelgeschwindigkeit der Einlaßluft

mehr als 40 m/s beträgt, wird der Kraftstoff Sprühwinkel auf einen Wert von 10° bis 30° eingestellt, so daß der Kraftstoffstrahl eine relativ große Strecke fortschreitet bzw. sich ausdehnt.

Des weiteren wird bei dem Verfahren im Falle eines Betriebs des Motors mit geringer Drehzahl die Kraft stoffeinspritzperiode der Düse auf einen Wert von 2-3 msec eingestellt, -IQ während die Kraft stoff einspritzperiode bei einem Betrieb des Motors mit hoher Drehzahl auf einen Wert zwischen und 1 msec eingestellt wird.

Des weiteren wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zur

-,,- Erzeugung eines Gasgemisches für einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor geschaffen, welche enthält: Einen Kolben mit einer Ausnehmung, welche einen Verbrennungsraum bildet; eine Lufteinlaßeinrichtung mit einer Luftverwirbelungseinrichtung, welche dazu dient eine mit einem Drall

PQ versehene bzw. einen Wirbel bildende Einlaßluft brennungsraum mit einer Wirbelgeschwindigkeit zuzuführen, die konform ist zu der Drehzahl des Verbrennungsmotors; eine intermittierende Dralleinspritzdüse, die dazu dient Kraft stoff auf die wirbelnde Einlaßluft in dem Verbren-

2g nungsraum mit einem Kraftstoffsprühwinkel einzuspritzen, der im Ansprechen auf die Motordrehzahl variiert, wobei die Dralleinspritzdüse enthält: Einen Ventilkörper mit einer darin gebildeten Ventilöffnung und einem Bodenbereich mit einem Ventilsitz und einer Einspritzöffnung;

„Q ein Nadelventil, das gleitend in die Ventilöffnung eingepaßt ist, um die Einspritzöffnung zu öffnen und zu verschließen; zumindest einen tangentialen Kanal um Brennstoff, der dem Verbrennungsraum zugeführt werden soll, zu verwirbeln, wenn das Nadelventil angehoben ist; und eine

„ρ- Einrichtung zur Änderung des Bereichs bzw. des Querschnittes von einem Düsenspalt zwischen dem Ventilkörper und

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dem Nadelventil zur Änderung.der Menge des durch den Ventilspalt zuzuführenden Kraftstoffs relativ zur Menge des Brennstoffs, der durch den tangentialen Kanal zugeführt werden soll im Ansprechen auf die Drehzahl, wobei der Ventilspalt in der Ventilöffnung und/oder dem Nadelventil nahe des tangentialen Kanales vorgesehen ist und an einem

eil, bei dem das Nadelventil gleitend in die Ventilöffnung eingepaßt ist, so daß der Kraftstoff in dem Ver- IQ brennungsraum während eines weiten Bereichs von Betriebsbedingungen des Motors "schwimmen" kann, ohne an einer Wandung des Verbrennungsraumes zu haften.

Des weiteren wird mit der Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, in der die Mittel zur Änderung des Bereichs des Düsenspaltes eine Einrichtung enthält, die dazu dient, den Bereich des Düsenspalts zu vergrößern, damit die Menge des durch den Düsenspalt strömenden Kraftstoffs größer ist als die Menge des Kraftstoffs , die durch den tangentialen Ka-2Q nal fließt, wodurch erreicht wird, daß der Kraftstoffsprühwinkel der Dralleinspritzdüse beim Betrieb mit niedriger Drehzahl groß wird, um dem Kraftstoffstrahl eine relativ kurze Strecke fortschreiten zu lassen, während der Kraftstoff sprühwinkel der Dralleinspritzdüse beim Betrieb mit hoher Drehzahl klein wird, um den Kraftstoffstrahl eine relativ große Strecke fortschreiten zu lassen.

Bei der intermittierenden Dralleinspritzdüse ist die Ventilöffnung und/oder das Nadelventil so ausgebildet, daß QQ /es den Bereich des Düsenspalts an dem Bereich des Ventilkörpers, an dem das Nadelv-entil gleitend in die Ventilöffnung eingepaßt ist, . vergrößern oder verkleinern kann, wenn das Nadelventil angehoben wird.

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Gasgemisches wird beim Anheben des Kolbens der Wirbel der Einlaßluft, der von einem Verwirbelungsmechanismus einschließlich eines Saugventils und einer Saugöffnung im Ansaughub des Verbrennungsmotors erzeugt würde, geeignet in die Ausnehmung geführt, die den Verbrennungsraum bildet, so daß er darin glatt und stabil fließt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden des weiteren zur wirksamen Verwendung des Einlaßluftstromwirbels der Sprühwinkel, die Eindrigkraft sowie die Sprühperiode des von der Xraitstoffeinspritzdüse ausgestoßenen Kraftstoffstrahles derart gesteuert, daß der Kraftstoffstrahl von dem Einlaßluftstromwirbel tatsächlich gezwungen wird, in dem Verbrennungsraum zu schwimmen, während gleichzeitig verhindert wird, daß er an der Wandung, welche den Verbrennungsraum begrenzt, anhaftet, so daß ein hervorragendes Gasgemisch entsteht.

Der von der Kraftstoffeinspritzdüse ausgehende Kraftstoffstrahl bildet das Gasgemisch indem er in der vorstehend beschriebenen Weise wirksam den mit einem Wirbel versehenen Einlaßluftstrom verwendet. Der Kraftstoffstrahl beeinflußt den Wirbel des Einlaßluftstroms nicht nachteilig, und dauert an, bis der Wirbel geschwächt ist. Dies bedeutet, daß der Kraftstoffstrahl über eine lange Periode andauert. Aus diesem Grunde wird die Verbrennung beschleunigt, die Verbrennungsperiode verringert und der Wirkungsgrad des Verbrennungsvorgangs bemwerkenswert verbessert. Diese Wirkungen dürften sich beim praktischen Einsatz der Erfindung als äußerst nützlich erweisen.

Das Verfahren zur Erzeugung eines Gasgemisches gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch beim Motor mit Direkteinspritzung angewendet worden, auch wenn das typische

Beispiel für die Anwendung der Erfindung ein kleiner niederdrehender Dieselmotor ist, mit einem Zylinderdurchmesser von 100 mm oder darunter. Das herkömmliche M-Verbrennungsverfahren kann auf einen Motor dieser Art angewandt werden. Die Anwendung des Verfahrens ist jedoch nicht praktisch, da es schwierig ist, die Temperatur der Wandung der Verbrennungskammer zu steuern.

Andererseits wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein

Anhaften des BrennstoffStrahles an der Wand der Verbrennungskammer verhindert und der Kraftstoffstrahl wird in die Einlaßluft ausgestoßen, deren Temperatur durch adiabatische Kompression des Kolbens erhöht ist, so daß die Verbrennung rasch stattfindet. Um zu verhindern, daß der

Kraftstoffstrahl an der Wandung der Verbrennungskammer anhaftet ist das Verhältnis zwischen der Eindringkraft des Kraft stoffStrahles und der Geschwindigkeit des mit einem Wirbel versehenen Einlaßluftstromes, der auf den Brennstoffstrahl wirkt bevor die Zündung des KraftstoffStrahls

stattfindet, wesentlich. In entsprechender Weise werden bei dem erfindungsgemäßenVerfahren zur Erzeugung eines Gasgemisches diese Faktoren geeignet geregelt und gesteuert.

Im allgemeinen ist bei einer Einspritzdüse, die in einem kleinen hochdrehenden Dieselmotor verwendet wird, die Zündverzögerungszeit des KraftstoffStrahls in der Größenordnung von 1 msec. Es ist daher wesentlich, daß die Strecke, die vom Kraftstoffstrahl zurückgelegt ist, klei-

ner als der Abstand zwischen der Einspritzöffnung der Ein-

spritzdüse und der Wandung der Verbrennungskammer. Bei einem kleinen hochdrehenden Dieselmotor mit Zylindern, die einen Durchmesser von 100 mm oder darunter aufweisen, auf welche das technische Konzept der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, wird im allgemeinen die Verbrennungskammer C als halbsphärische Ausnehmung in dem Kolben B gebildet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Wo die Verbrennungskammer

C in einem Zylinder gebildet ist, dessen Durchmesser in.

der oben beschriebenen Weise begrenzt ist, beträgt der Abstand L zwischen der Einspritzöffnung N der Brennstoff- _ einspritzdüse V und der Wandung der Verbrennungskammer

nicht mehr als 30 mm. Andererseits ändert sich im Falle einer Locheinspritzdüse die in großem Umfange als Dieselmotoreinspritzdüse verwendet wird, der von dem Strahl durchlaufene Weg mit der Zeit, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Strahl innerhalb 1 msec nach Beginn der Einspritzung, was der vorstehend genannten Zündverzögerungszeit entspricht, über mehr als 40 mm fortschreitet. Die von dem Strahl zurückgelegte Strecke ist somit länger als 30 mm. Aus diesem

Grund trifft der Strahl auf die Wand der Verbrennungs-15

kammer C auf. Dies bewirkt, daß es für das herkömmliche Verfahren schwierig ist, ein Auftreffen des Strahles an die Wand der Verbrennungskammer zu verhindern, und daß es damit auch schwierig ist, den im Strahl enthaltenen

Kraftstoff i_n d_er hocherhitzten Luft befriedigend zu ver-20

brennen, wie dies von der vorliegenden Erfindung angestrebt wird.

Wenn andererseits ein straker Luftstromwirbel in der Verbrennungskammer gebildet ist, der den Weg des Strahles ab-25

lenkt, kann man unter Umständen das Auftreffen des Strahls an der Wandung der Verbrennungskammer verhindern. Dies bedeutet, daß beispielsweise im Falle der vorgenannten Locheinspritzdüse ein starker Strömungswirbel von einge-.saugter Luft S seitlich auf den Brennstoffstrahl A_n ein-, υ

wirkt, der von der Brennstoffeinspritzdüse V ausgeht, um den Weg des Strahls umzubiegen, damit verhindert wird, daß der Strahl gegen die Wand der Verbrennungskammer C auftrifft und der Brennstoff daran hängen bleibt. Der Grad

der Abbiegung der Richtung des Strahles durch den starken 35

Luftstromwirbel S ist im einzelnen in Fig. 5 und 6 darge-

stellt. Die Strahlgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit des Luftstromwirbels entsprechen der Darstellung von Fig. 5 bei der Betrachtung im vektoriellen Sinne, um zu bewir_c ken, daß der Kraftstoffstrahl A_n längs der Wandung der Verbrennungskammer C fließt (ohne an der Wandung anzuhaften) ist es wesentlich, daß die Strahlgeschwindigkeit wesentlich gleich ist der des Luftstromwirbels. Gemäß Messungen, die mit der Locheinspritzdüse durchgeführt wurden, beträgt die Geschwindigkeit des Strahls etwa 40 m/s. Aus diesem Grunde sollte die Geschwindigkeit des Luftstromwirbels in der Größenordnung von 40 m/s liegen.

Die Geschwindigkeit des Luftstromwirbels in der Verbrennungskammer wird durch ein sog. "Wirbelverhältnis" ausge-15

drückt. Das Wirbelverhältnis wird bezogen auf die Motordrehzahl (Umdrehungen/Minute) ausgedrückt. Aus diesem Grunde sind die Motordrehzahl, das Wirbelverhältnis und die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit so verknüpft, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Das Wirbelverhältnis ist unabhängig von der Motordrehzahl konstant, und die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit nimmt proportional zur Motordrehzahl· zu. Im a^gemeinen nimmt mit zunehmendem Wirbeiverhältnis der Saugwiderstand zu, und

spezieil· die Menge der eingesaugten Luft nimmt im Bereich 25

hoher Drezahl· ab, so daß die Leistungsabgabe des Motors abnimmt. Aus diesem Grunde wird beim praktischen Ausführungsbeispiel· eines Motors das Wirbelverhältnis auf etwa 3,5 eingesteht. Fig. 7 zeigt Wirbelgeschwindigkeiten im •Falle der Einstellung des Wirbelverhältnisses auf 3,5.

Man erkennt aus Fig. 7, daß bei einer Geschwindigkeit von 40 m/s des von der Locheinspritzdüse ausgehenden Strahls in einem Drehzahlbereich über 2500 UpM die Wirbelgeschwindigkeit über 40 m/s liegt, so daß ein Anstoßen des Strahls an die Wandung der Verbrennungskammer 35

verhindert werden kann. In einem Drehzahlbereich unter 2500 Umdrehungen ist es jedoch unmöglich, eine Strömungs-

geschwindigkeit zu erhalten, die groß genug ist, um die Richtung des Strahles abzulenken.

Diese Schwierigkeit läßt sich verhindern, indem man eine Dralleinspritzdüse verwendet, die von den Erfindern in ihrer am 5. September 1984 eingereichten US-Anmeldung beschrieben .ist . Ein typisches Beispiel der Dralleinspritzdüse ist in Fig. 8 gezeigt. Die Einspritzdüse V. hat geneigte Nuten K, die in das Nadelventil η eingeschnitten sind. Auf diese Weise bildet man aus dem Kraftstoff Kraftstoffwirbelströme unter Erhalt der Wirbelgeschwindigkeitskomponente, während der Kraftstoff längs der Nuten K fließt. Die Kraf-tstoffwirbelströme bilden einen konischen Kraftstoffilm B, wenn sie von der Einspritzöffnung N ausgestoßen werden.· In diesem Falle ist die Anfangsgeschwindigkeit des ausgestoßenen Strahls in axialer Richtung klein, so daß die Eindringkraft des Strahles extrem klein wird. Aus diesem Grunde ist die Strecke, welche der Strahl fortschreitet, die auch als Bewegungsstrecke bezeichnet wird, wie in Fig. 9 bemerkenswert kurz im Vergleich zu dem einer Locheinspritzdüse. Die unter Verwendung der Fig. 9 berechnete Strahlgeschwindigkeit beträgt 20 bis 25 m/s. Mit der in Fig. 7 gezeigten Wirbelgeschwindigkeit läßt sich daher selbst im Bereich niedriger Motordrehzahl der Weg des Strahls ausreichend umbiegen, um zu verhindern, daß er gegen die Wandung der Verbrennungskammer anprallt.

In diesem Falle tritt jedoch die folgende Schwierigkeit gO /auf. Im Bereich einer hohen Motordrehzahl ist die Geschwindigkeit des Wirbelsfcroms bemerkenswert hoch. Wenn daher die Eindringkraft des Strahles klein ist, wird der Strahl ganz erheblich aufgefächert bzw. auseinandergerissen. Dies bewirkt, daß der Bereich des brennbaren Luftgpj Kraf tstof fverhältnisses abnimmt und die Verbrennung zum Erliegen kommen kann. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit

ist es notwendig, daß im Bereich einer hohen Motordrehzahl ein Strahl verwendet wird, dessen Eindringkraft konform zu der hohen Geschwindigkeit des Luftstromwirbels ist,

um zu verhindern, daß der Strahl verbreitert bzw. auseinandergerissen wird. Es ist daher zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Luftgemisches beim weiten Bereich von Drehzahlen notwendig, die Eindringkraft des Strahls entsprechend der Geschwindigkeit des IiUf tstromwirbels zu steuern, welcher sich mit..-der Motordrehzahl ändert.

Dies wird im folgenden noch konkreter beschrieben. In der folgenden Tabelle ist der Bereich der Moto"rdrehzahl über 2500 Umdrehungen als Bereich hoher Drehzahl und der Bereich unter 2500 Upm als Bereich niedriger Drehzahl bezeichnet. Die Tabelle gibt für verschiedene Drehzahlbereiche die Eindringkraft des Strahles, den Sprühwinkel und die Einspritzperiode wieder.

Tabelle

Betriebs	Motordrehzahlbereich	mittel	hoch
zustand	niedrig	mittel (20-40 msec)	hoch (höher als 40 msec)
Einlaßwirbel geschwindigkeit	niedrig (10-20 msec)	mittel	groß
Strahleindringkraft (Bewegung s strecke)	klein	mittel (50-20°)	klein (20-10°)
Sprühwinkel	groß * (75-30°)	mittel (1-2 msec)	kurz (O.5-1 msec)
Einspritzperiode	lang (2-3 msec)

Man ersieht aus der vorstehenden Tabelle, daß im Bereich niedriger Drehzahlen die Eindringkraft klein und der Sprühwinkel groß ist und daß daher, obwohl die Geschwindigkeit des Luftstromwirbels nicht so groß ist, der Strahl gezwungen wird, mit dem Luftstrom zu fließen. Dies führt zu dem Ergebnis, daß der Strahl nicht auf die Wandung der Verbrennungskammer auftrifft und daß der Verbrennungsvorgang rasch in der auf hohe Temperatur erhitzten Luft stattfindet. In diesem Bereich ist die Einspritzperiode lang. Aus diesem Grunde können die Mischungsperiode und die Verbrennungsperiode lang genug sein, und der Wirkunsgrad der Verbrennung kann ausreichend gesteigert werden. Aus diesem Grunde können die Menge der schädlichen Abgaskomponenten und während der Verbrennung gebildeter Ruß herabgesetzt werden.

In dem hohen Drehzahlbereich ist der Sprühwinkel klein, und die Eindringkraft des Strahles ist groß. Aus diesem Grunde wird der Strahl selbst dann, wenn die Geschwindigkeit des Luftstromwirbels in der Verbrennungskammer zunimmt, nicht zu sehr verstreut. Dies bedeutet, daß der Strahl sich voll in der Verbrennungskammer ausdehnt und ein geeignetes Gasgemisch bildet. Dies hat zum Ergebnis, daß der Verbrennungsvorgang befriedigend abläuft. Im Bereich hoher Drehzahl ist die Einspritzperiode kurz. Aus diesem Grunde kann die Verzögerung in der Einspritzung des Kraftstoffs verhindert werden, was dazu führt, daß die Motorausgangsleistung erhöht wird. Bei der mit , der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommenden intermittierenden Dralleinspritzdüse weist die Öffnung, die an der Stelle nahe dem tangentialen Kanal gebildet, an dem das Nadelventil gleitbar in Eingriff mit der Ventilöffnung steht, einen bestimmten Bereich oder eine bestimmte Querschnittsfläche auf. Dieser Bereich bzw. diese Querschnittsfläche

" ·" " ^:· *"3"43Ϊ892

wird vergrößert oder verkleinert entsprechend dem Betrag den das Nadelventil angehoben wird.

Auf diesem Wege werden befriedigende Brennstoffstrahlcharakteristiken wie Sprühwinkel, Strömungsgeschwindigkeit, Bewegungsstrecke und Zerstäubungscharakteristiken erzielt, die konform sind mit den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors. Dementsprechend wird erreicht,

IQ daß der wesentlich konisch von der intermittierenden ..-Dralleinspritzdüse abgestoßene Kraftstoffstrahl nicht auf die Wandung der Ausnehmung in der Brennkammer auftrifft bzw. nicht auf der Oberfläche des Kolbens haftet. Dies bedeutet, daß der Strahl ein befriedigendes Gasgemisch mit Hilfe des Einlaßluftstroms bildet. Die Eindringkraft des Strahls wird ausreichend aufrecht erhalten, so daß die feinen Kraftstofftröpfchen sich in der Brennkammer bewegen bis der Verbrennungsvorgang aufhört. Hierdurch wird der Kraftstoffstrahl effektiv verbrannt, was wiederum dazu führt, daß die Motorleistung erhöht wird, während der Kraftstoffverbrauch abnimmt, und das Problem einer Raucherzeugung gelöst werden kann. Daneben werden die Mengen schädlicher Komponenten im Auspuffgas herabgesetzt, und es läßt sich auch das Verbrennungsgeräusch erheblich verringern.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Gasgemisches gemäß der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf ein erstes Ausführungsbei-QQ · spiel anhand der Fig. 10, 11 und 12 beschrieben.

Bei dem ersten Beispiel ist der Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor ein Dieselmotor. Eine wesentlich sphärische Ausnehmung 3, die als Verbrennungsraum dient, ist in der Oberseite eines gleitend in einem Zylinder 1 eingepassten

Kolbens 2 derart angebracht, daß die Ausnehmung 3 außeraxial zur Mittelachse des Kolbens liegt. Ein Zylinderkopf 4 enthält einen Einlaßkanal 5 mit einem Verwirbelungsmechanismus, wie beispielsweise einem spiralförmigen Einlaß oder einem tangentialen Einlaß der dazu dient, die angesaugte Luft zu verwirbeln. Der Zylinderkopf enthält des weiteren einen nicht gezeigten Auslasskanal und ist auf der Oberseite des Zylinders 1 montiert. Die Einlaßöffnung

¹^ in dem Einlaßkanal 5, der ein Einlaßventil '6 enthält,■und die Auslaßöffnung des nicht gezeigten Auslaßkanals sind so angeordnet, daß sie der Oberseite des Kolbens 2 gegenüberliegen. Der Zylinder 1, der Kolben 2 und der Zylinderkopf 4 bilden eine Verbrennungskammer 9. Ein Dralleinspritzventil 10 ist an dem Zylinderkopf 4 derart befestigt, daß sein Einlaßloch 11 in der öffnung der Ausnehmung 3 liegt, die einen Teil der Verbrennungskammer 9 bildet. Die Achse der Einspritzrichtung verläuft schräg ohne die Mittelachse der. Ausnehmung 3 zu schneiden. Die angesaugte Luft, welche in die Verbrennungskammer 9 durch den Einlaßkanal 5 strömt, der so ausgebildet ist, daß er einen Luftstromwirbel erzeugt, bildet einen Wirbel in der Ausnehmung 3. Die Dralleinspritzdu.se 10, die in Richtung des Wirbels des Hauptstroms in dem Einlaß-

²^ Wirbel S in der Ausnehmung geneigt ist, spritzt Kraftstoff wesentlich in Form eines hohlen konischen und mit einem Drall versehenen Strahls auf den Hauptstrom des Einlaßwirbels.

30. Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer Einspritzdüseneinrichtung bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung, deren Sprühcharakteristik sich entsprechend dem Betrag ändert, um den das Nadelventil 22 angehoben wird, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Einspritzdüseneinrichtung enthält eine Dralleinspritzdüse 21 mit

• 3430892

,

Doppelschlitzen und einen Düsenhalter 22 mit zwei Federn.

Die Einspritzdüse enthält einen ersten Schlitz 23 der einen relativ großen Winkel Θ. mit der Mittelachse der

Ventilnadel einschließt und eine relativ kleine Nutbreite 5

aufweist, sowie einen zweiten Schlitz 24, der einen relativ kleinen Winkel e„ mit der Mittelachse der Ventilnadel einschließt, und eine relativ große Nutbreite aufweist. Der zweite Schlitz 24 erstreckt sich von einer Lage, die in einem Abstand y.. von dem Eingang des ersten Schlitzes 23 liegt wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Der durch einen Kanal 25 zugeführte Kraftstoff wird zu dem Endbereich der Nadel über den ersten Schlitz 23 zugeführt, wodurch die Nadel gegen die elastische Kraft der ersten Feder 2 6 angehoben wird. Die Federkonstante der ^y

ersten Feder ist auf einen kleinen Wert eingestellt.

Selbst wenn daher die Motordrehzahl (die Einspritzpumpendrehzahl) niedrig ist, so daß die Kraftstoffzuführungsrate (pro Stunde) klein ist und der Kraftstoffdruck nicht groß genug ist, wird die Nadel schnell angehoben. Sobald

die Nadel angehoben ist, wird eine erste Druckplatte 2 8 ebenfalls angehoben, so daß eine zweite Druckplatte 29 ergriffen wird. Der Betrag, bei dem hierbei ein Anheben erfolgt, ist kleiner als die vorgenannte Strecke y. .

Eine zweite Feder 2 7 ist auf die zweite Druckplatte 2 9 25

gesetzt, und ihre Federkonstante ist groß. Wenn daher der Kraftstoffdruck klein ist, wird der Anhebevorgang für die Nadel unterdrückt, wenn die erste Druckplatte an die zweite Druckplatte anstößt. Während dieses Vorgangs

. fließt der Kraftstoff durch den ersten Schlitz 23, wobei .

er hierdurch ausreichend /verwirbelt wird.

Mit zunehmender Motordrehzahl (Einspritzpumpendrehzahl·) nimmt die Kraf tstoffzuführungsrate (pro Stunde) zu, und

der Druck in der Düse nimmt ebenfalls zu. Dies führt ·. zu 35

dem Ergebnis, daß die Nadel weiter gegen die elastische

Kraft der zweiten Druckplatte 27 angehoben wird, so daß der zweite Schlitz 24 geöffnet wird und der Kraftstoff durch den auf diese Weise geöffneten zweiten Schlitz strömt. Der Neigungswinkel des Schlitzes 24 ist klein und die Breite der Nut ist groß, wie dies vorstehend bereits beschrieben wurde. Aus diesem Grunde wird der durch den Schlitz 24 strömende Kraftstoff nicht so stark verwirbelt. Dies bedeutet, daß der Kraftstoff in einer Weise ausgestoßen wird, als wenn er von einer Locheinspritzdüse ausgestoßen worden wäre und nicht von einer Dralleinspritzdüse.

Fig. 12 zeigt eine Modifikation der in Fig. 11 gezeigten Einspritzdüse. Bei der in Fig. 11 gezeigten Einspritzdüse

hat der Düsenkörper unterschiedliche Innendurchmesser (d₁> d„). Andererseits sind bei der abgewandelten Ausführungsform die unterschiedlichen Innendurchmesser dadurch vermieden, indem man in den Ventilkörper eine Ausnehmung 30 bildet. Das Ventil kann im Vergleich zu der in Fig.

gezeigten Ausführungsform einfach hergestellt werden.

Man ersieht aus der vorstehenden Beschreibung, daß bei niedriger Motordrehzahl (niedriger Einspritzpumpendrehzahl) die Dralleinspritzdüse derart signifikant arbeitet, daß die Eindringkraft klein ist. Dies bewirkt, daß der Strahl nicht an der Wand der Verbrennungskammer anhaftet, selbst wenn die Geschwindigkeit des Luftstroms in der Verbrennungskammer niedrig ist. Wenn die Motordrehzahl hoch ist, wird die Eindringkraft groß, ähnlich wie in dem

Falle einer Locheinspritzdüse. Dies hat zur Folge, daß die Geschwindigkeit des Kraft stoffStrahles einen Wert annimmt, der konform zu der Einlaßwirbelgeschwindigkeit ist, so daß auf diese Weise der Strahl daran gehindert wird, zu stark auseinandergerissen zu werden. Die Verbrennung wird daher stabil durchgeführt.

Bei der Einspritzdüse, die das wesentlichste Element zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, wird im Gegensatz zu einer Locheinspritzdüse, wie sie allgemein bei Direkteinspritz-Verbrennungsmotoren verwendet wird, der Düsenauslaßteil geeignet derart konzipiert, daß bei einem geringen Anheben der Düse der Treibstoff in Form eines bemerkenswert dünnen Films von der Einspritzöffnung abgegeben wird, daß die anfängliche Ein- -^q spritzgeschwindigkeit des Kraftstoffs vermindert wird/ daß der Kraftstoff befriedigend in feine Treibstofftröpfchen atomisiert wird, daß der Sprühwinkel groß ist und die Bewegungsstrecke des Strahls klein.

•jR Fig. 13 zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung, d.h. eine Anwendung der Dralleinspritzdüse von Fig. 8. Bei dieser Anwendung sind geneigte Nuten 2 3 in dem Endbereich der Düsennadel n„ eingeschnitten. Mit Hilfe der geneigten Nuten 2 3 erhält der Kraftstoff eine Wirbel-

2Q geschwindigkeitskomponente, so daß er am Düsenausgangsteil mit einer hohen Geschwindigkeit als Wirbel austritt. Dies bewirkt, daß der Kraftstoff in Form eines bemerkenswert dünnen, konischen Films D von der Einspritzöffnung N abgegeben wird. Entsprechend ist die Anfaagseinspritzge-

2g schwindigkeit des ..Kraftstoffes klein, der Sprühwinkel groß und die Bewegungsstrecke des Strahles kurz. Diese Wirkungen wurden von den Erfindern bestätigt.

Eine intermittierende Dralleinspritzdüse gemäß einer OQ dritten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 18 gezeigt. Ein Nadelventil 201 ist gleitend in ein Ventilloch 200 eingepaßt, das in die Endfläche eines Düsenkörpers 207 eingeschnitten ist. Eine Spiralfeder wirkt elastisch auf die Basisendfläche des Nadelventils. Ein gr konischer Sitz 213 ist in dem Endbereich des Ventillochs 200 gebildet, derart, daß der konische Endbereich 212 des Nadelventils 201 in Kontakt mit dem Ventilsitz 213

gebracht ist. Des weiteren erstreckt sich eine Einspritzöffnung 214 von der konischen Ventildichtung 213 in einer Weise, daß er in der Endfläche des Ventilkörpers 207

mündet. Eine kreisförmige Wirbelkammer 205 ist in dem 5

Ventilkörper 207 derart gebildet, daß sie sich längs der Grenznie zwischen dem zylindrischen Körper und dem konischen Endbereich 212 des Nadelventils 201 erstreckt. Tangentiale Öffnungen 206, welche tangentiale Kanäle sind, die sich längs tangentialer Richtungen der Aussenwandung der Wirbelkammer 20 5 erstrecken, sind zwischen der Außenwandung der Wirbelkammern und den Enden der Zuführungskanäle 215 gebildet, welche in dem Ventilkörper 207 angebracht sind. Durch die Zuführungskanäle 215 und die tangentialen

Öffnungen 206 wird Kraftstoff in die Wirbelkammer 20 5 zu-15

geführt. Sobald der Druck des auf diese Weise zugeführten

Kraftstoffs zunimmt, gerät das Nadelventil 201 aus seinem Eingriff von dem Ventilsitz 213 in dem Ventilloch 200, wobei es gegen die elastische Kraft der Spiralfeder verschoben wird. Dies bewirkt, daß ein Abstand oder Spalt 20

zwischen dem Endbereich 212 des Nadelventils 201 und dem Ventilsitz 213 gebildet wird, der eine Verbindung zwischen der Wirbelkammer 205 und dem Einspritzloch 214 herstellt. Die Zuführungskanäle 215, die tangentialen

Öffnungen 206, die Wirbelkammer 205 und der Spalt zwischen 25

dem Endbereich 212 und des Nadelventils 201 und dem Ventilsitz 213 des Ventillochs 200 bilden einen Kanal, der Brennstoff in Form von Wirbeln oder Spiralen der Einspritzöffnung 214 zuführt, wenn das Ventil geöffnet ist.

. Das vorstehend beschriebene intermittierend wirkende -

Dralleinspritzventil hat einen Spalt 221 nahe den tangentialen Öffnungen 206 und an dem Teil 220 des Ventilkörpers , wo das Nadelventil 201 gleitend verschiebbar in das Ventilloch 200 eingepaßt ist. Der Spalt 221 hat einen ringförmigen Durchlaß 222, der größer ist als der Spalt.

Dies bedeutet, daß das Dralleinspritzventil so konstru-

iert ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffes, der zu dem Einspritzloch 214 durch den Spalt 221 ohne Verwirbelung fließt, mit dem Anheben S des Nadelventils 201 geändert wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen intermittierenden Dralleinspritzventil kann der Sprühwinkel in erwünschter Weise konform zu dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors erhalten werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Dralleinspritzdüse bei der dritten Ausführungsform der Erfindung eine Düse vom Kanaltyp ist, wobei die tangentialen Kanäle, die in dem Düsenkörper 207 gebildet sind zur Verwirbelung des Brennstoffs verwendet werden. Demgegenüber ist bei der intermittierenden Dralleinspritzdüse gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung die Düse vom Schraubentyp, so daß, wie in Fig. 19 gezeigt, tangentiale Nuten 304 in das Nadelventil

eingeschnitten sind, die dazu dienen, den Brennstoff zu verwirbeln. Die vierte Ausführungsform stimmt ansonsten, zumindest im wesentlichen, mit der dritten Ausführungsform überein.

Die Dralleinspritzdüse von Fig. 19 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung ist so konstruiert, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes, der in die Einspritzöffnung direkt (ohne Verwirbelung) durch den Spalt 321 (C, und C„) zwischen den Bereich ' 320 (Außendurchmesser d„ ) des Nadelventils 301 fließt,bei dem die Tangentialnuten 304 gebildet sind,und das Ventilloch 302 (Innendurchmesser d,) sich mit dem Anheben S des Nadelventils 301 ändert.

Fig. 20 zeigt eine intermittierende Dralleinspritzdüse einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Bei der

fünften Ausführungsform der Erfindung ist die Dralleinspritzdüse im wesentlichen die gleiche, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, mit der Ausnahme das ein Unterteilungsglied 409 zwischen der Innenwandung 408 eines Düsenkörpers 407 und eines Nadelventils 401 vorgesehen ist, daß tangentiale Nuten 410 in der Außenwandung des Unterteilungsgliedes 409 angebracht sind,und daß die Innenwandung des Unterteilungs glieds ein Ventilloch 402 bildet,und daß das Nadelventil 401 gleitbar eingepaßt ist. Bezüglich der anderen Punkte ist das Dralleinspritzventil der fünften Ausführungsform im wesentlichen gleich wie das der vierten Ausführungsform.

Wenn bei dem Dralleinspritzventil der Fig. 20 das Nadelventil 401 angehoben wird, erfolgt eine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des durch den Spalt 4 21 ohne Verwirbelung strömenden Kraftstoffs und der Sprühwinkel ÖL- nimmt allmählich ab.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht eine Beziehung zwischen dem Anheben (S) des Nadelventils und dem Sprühwinkel &£-* , wie sie in Fig. 21 wiedergegeben ist.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Dies bedeutet, daß verschiedene Abwandlungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die im folgenden beschrieben werden sollen.

," Bei den folgenden verschiedenen Modifikationen sind diejenigen Bauelemente, die vorstehend bereits beschrieben worden sind mit den gleichen Bezugszeichen oder Buchstaben versehen wie in den vorstehenden Ausführungen, und eine ins einzelne gehende Beschreibung dieser

gc Bauelemente und deren Wirkung ist weggelassen.

Bei einer Dralleinspritzdüse, wie sie in Fig-. 22 gezeigt ist, ändert sich der Innendurchmesser eines Teils eines Ventillochs 502, das in Kontakt mit einem Teil 520 eines Nadelventils 501 gebracht ist, allmählich von einem Wert d, zu einem Wert d_ , so daß eine Art Verjüngung entsteht. Bei einer Dralleinspritzdüse, wie sie in Fig. 23 gezeigt ist, ändert sich der Innendurchmesser eines Ventillochs 502, das von einem festen Unterteilungsglied 509 definiert ist, allmählich von einem Durchmesser d, zu einem Durchmesser d~ nach Art-' einer Verjüngung. Bei jeder der Dralleinspritzdüsen der Fig. 22 und 23 nimmt bei einem Anheben (S) des Nadelventils 501 der Spalt 521 allmählich zu und die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Spalt strömenden Kraftstoffs wird erhöht, so daß der Sprühwinkel o^y allmählich abnimmt, wie dies in Fig. 24 gezeigt ist.

Eine Dralleinspritzdüse, wie sie in den Fig. 25 und 26 gezeigt ist, ist derart konstruiert, daß eine reliefartige Nut 623 zusätzlich zur tangential verlaufenden Nuten 604 in der Außenwandung des Nadelventils 601 geformt ist. Die reliefartige Nut 623 steht in Verbindung mit einer Einspritzöffnung 614. Wenn das Anheben des Nadelventils 601 den Wert S, erreicht, stellt die reliefartige Nut 623 eine Verbindung mit einem Kraftstoffkanal 624 her, so daß der Kraftstoff durch die reliefartige Nut 623 strömt. Die reliefartige Nut 623 ist nicht gekrümmt. Aus diesem Grunde wird in dem genannten Fall der Kraftstoff nicht verwirbelt, . und der Sprühwinkel οό wird klein.

Bei einer Dralleinspritzdüse, wie sie in Fig. 27 gezeigt ist, hat das Nadelventil 701 eine reliefartige Nut 723 in einem Teil desselben, der einer tangential verlaufenden Nut 710 gegenüber liegt, welche in einem Unterteilungsglied 709 gebildet ist. Wenn das Nadel-

ventil 701 um einen Wert S, angehoben ist, tritt die reliefartige Nut 723 in Verbindung mit einem Kraftstoffkanal 724. Dies bewirkt, daß der durch die reliefartige • Nut 723 strömende Kraftstoff ohne verwirbelt zu werden mit dem Kraftstoff zusammenfließt, der durch die tangentiale Nut 710 strömt, welche in das Unterteilungsglied 709 eingeschnitten ist, so daß er verwirbelt wird, und man erhält auf diese Weise einen kleinen Sprühwinkel o£s . In den Fällen der in den Fig. 2 5 bis 27 dargestellten Dralleinspritzdüsen ergibt sich ' eine Beziehung zwischen dem Anheben (S) des Nadelventils und dem Sprühwinkel ^ , wie sie in Fig. 28 dargestellt ist.

Eine Dralleinspritzdüse, wie sie in Fig. 29 dargestellt ist, ist derart "konstruiert, daß das Nadelventil 801 eine tangential verlaufende Nut 840 aufweist sowie zumindest zwei tangential verlaufende Nuten 841 und 842, die kürzer sind als die tangential verlaufende Nut 840 und in Verbindung mit der Einspritzöffnung 814 stehen. Aus diesem Grunde strömt der Kraftstoff durch die tangential verlaufende Nut 840 während der Anfangsperiode des Sprühvorgangs, und er strömt durch die tangentiale Nut 841 ebenfalls wenn das Nadelventil 801 um eine Strecke S, angehoben ist. Desweiteren strömt der Kraftstoff durch die tangentialeNut 842 auch dann, wenn das Anheben des Nadelventils 801 einen Wert S~ erreicht. Auf diese Weise wird, wenn das Anheben des Nadelventils den Wart S₁ und den Wert S~ erreicht, der Strömungsbereich , der tangentialen Nuten, durch welche der Kraftstoff durchtritt,erhöht. Dieses "bewirkt, daß die Geschwindigkeit des Kraftstoffes, der durch die tangential verlaufende Nut verläuft, abnimmt, daß die Wirbelgeschwindigkeit abnimmt, und daß der Sprühwinkel ^O ebenfalls abnimmt.

Ein Dralleinspritzventil, wie es in Fig. 30 gezeigt ist, ist derart konstruiert, daß das Nadelventil 901 zumindest zwei Drallnuten 924 und 925 in seinem Bereich aufweist,der der in einem Unterteilungsglied 909 gebildeten tangential verlaufenden Nut 910 gegenüber liegt.

Die Drallnuten 924 und 925 sind kürzer als die tangentiale Nut 910 und stehen in Verbindung mit der Einspritzöffnung 914. In entsprechender Weise wie im Falle der Dralleinspritzdüse von Fig. 29 strömt dann, wenn das Anheben des Nadelventils einen Wert S, erreicht, der -Kraftstoff auch durch die Drallnut 924', und wenn das Anheben des Nadelventils einen Wert S„ erreicht, strömt der Kraftstoff auch noch durch die Drallnut 925. Auf diese Weise nimmt die Geschwindigkeit des durch die Drallnuten strömenden Kraftstoffes ab , und der Sprühwinkelilwird ebenfalls verringert.

Die Beziehungen zwischen dem Sprühwinkel <*£ · und dem Anheben S des Nadelventils 901 sind in Fig. 31 wiedergegeben. Es ist nicht immer notwendig, daß die Bereiche und die Neigungswinkel der zumindest zwei Drallnuten die gleichen sind, wie diejenigen der vorstehend beschriebenen tangential verlaufenden Nuten. Die Wirkung der ersteren ist jedoch im wesentlichen gleich der letzteren.

Die Einstellung des Düsenspaltbereichs ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten begrenzt. So ist es beispielsweise möglich dieses dadurch zu erreichen, daß man flache Oberflächenbereiche 1026 ,'in dem Teil 1020 des Nadelventils 1001 bildet, der gleitend in das Ventilloch 1002 eingesetzt ist, wie dies in den Fig. 32 und 33 dargestellt ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen ringförmigen Absatz 2030 in dem Teil 2020 des Nadelventils 2001 anzubringen, der gleitend in das Ventilloch 2002 eingesetzt ist, wie dies in Fig. 34 dargestellt ist.

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Bei Durchführung der erfindungsgemäßen Lehre wird das Gasgemisch in der vorstehend beschriebenen Weise gebildet. Bei einem Motor, in dem Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt wird, wie beispielsweise in einem kleinen Dieselmotor, wird der Kraftstoffstrahl in die durch

adiabatische Kompression auf hohe Temperaturen erhitzte Luft eingespritzt, ohne daß Kraftstoff an der Wandung der Verbrennungskammer anhaftet, wodurch erreicht wird, daß der Kraftstoff rasch eibbrennt. Demgemäß wird ein
hoher Verbrennungswirkungsgrad erzielt, während gleichzeitig der Betriebsbereich des Motors erweitert wird. Darüberhinaus wird der Kraftstoffverbrauch herabgesetzt, und die Mengen schädlicher Komponenten in den Auspuffgasen werden herabgesetzt.

Wenn die Erfindung auf einen Kraftfahrzeugmotor angewandt wird , steht zu erwarten, daß der Kraftstoffverbrauch erheblich herabgesetzt wird, während gleichzeitig die Ausgangsleistung erhöht wird.

Wenn die Erfindung auf einen kleinen hochdrehenden
Dieselmotor angewendet wird, ergibt sich im Vergleich mit einem Dieselmotor mit Hilfsbrennkammer, wie er
im erheblichen Umfange benutzt wird, ein verringerter Kontraktionsverlust der Hilfskammer, und die Druckzunahmerate ist geeignet. Aus diesem Grunde werden der
Wirkungsgrad und der spezifische Kraftstoffverbrauch
des Motors verbessert.

,' Bei dem vorstehend beschriebenen Direkteinspritzungs-Dieselmotor,der gemäß dem" M-Verbrennungsverfahren betrieben wird, ist es schwierig, die Verdampfung des
Brennstoffs an der Wand zu steuern. Speziell dann,
wenn der Motor gestartet wird und die Last gering

ist, wird eine große Menge von schädlichen Materialien ,

- -40-

wir· bo i f-',ρ i öl 3 we i κπ Ruß, abgegeben. Demgegenüber ergibt sich bei einem Motor, der gemäß dem Verfahren zur Erzeugung eines Gasgemisches nach der vorliegenden Erfindung arbeitet, in dem gesamten Betriebsbereich ein schnelles Verbrennen des in die auf hohe Temperatur erhitzte Luft injizierten Kraftstoffs, so daß die Ausgangsleistung hoch ist und die Mengen schädlicher Materialien, die ausgestoßen werden, klein werden. Aus diesem Grunde sollte der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufbereitung eines Gasgemisches bei der.-praktischen Anwendung sich als besonders vorteilhaft erweisen.

Man ersieht aus der vorstehenden Beschreibung, daß bei der erfindungsgemäßen Dralleinspritzdüse zur Verhinderung oder Herabsetzung der Verwirbelung des Kraftstoffes der Düsenspaltbereich nahe des tangentialen Bereichs und an dem Bereich der Düse, an dem das Nadelventil gleitend in das Ventilloch eingesetzt ist, mit zunehmenden Anheben des Nadelventils vergrößert wird, so daß der Kraftstoff dazu gezwungen wird, durch den Ventilspalt zu strömen, dessen Bereich vergrößert worden ist. Dies bewirkt, daß die Drallgeschwindigkeit des Kraftstoffs abnimmt und der Sprühwinkel ebenfalls abnimmt. Auf diese Weise eignet sich die Dralleinspritzdüse für einen Einsatz, bei dem der Kraftstoffstrahl einen großen Sprühwinkel und eine kleine Eindringkraft haben soll, wenn der Verbrennungsmotor mit niedriger Drehzahl betrieben wird und bei dem der Kraftstoffstrahl , ' einen kleinen Sprühwinkel und eine große Eindringkraft aufweisen sollte, wenn der Motor bei hoher Drehzahl betrieben wird.

Auch in demjenigen Fall, bei dem der Brennstoffstrahl gg einen relativ kleinen Sprühwinkel und eine große Eindringkraft aufweisen sollte, wenn ein Verbrennungsmotor

mit Hilfskammer, Luftkammer oder Wirbelkammer bei niedriger Drehzahl betrieben wird und der Kraftstoffstrahl einen relativ großen Sprühwinkel und eine relativ kleine Eindringkraft haben sollte, wenn er bei hoher Drehzahl betrieben wird, kann die intermittierende Dralleinspritzdüse eingesenzc werden. In diesem Falle ist es jedoch notwendig, sie derart abzuwandeln, daß der Düsenspaltbereich nahe des tangentialen Kanals und an dem Bereich der Düse , an dem das Nadelventil gleitend in das Ventilloch eingesetzt ist, mit einem Anheben des Nadelventils abnimmt. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform, die in den Fig. 35 und 36 dargestellt ist, ergibt sich bei einem zunehmenden Anheben des Nadelventils 3001, daß die Menge des durch den Düsenspalt 3022 hindurchströmenden Kraftstoffes verringert wird, und daß entsprechend der Kraftstoff gezwungen wird, durch den tangentialen Kanal 3004 zu fließen. Dies bewirkt, daß die Wirbelgeschwindigkeit des ausgestoßenen Kraftstoffes erhöht wird, und daß der Sprühwinkel _xoC zunimmt.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erhöht oder verringert das Ventilloch oder das Nadelventil den Düsenspaltbereich an dem Teil der Düse, an dem das Nadelventil gleitend verschiebbar in das Ventilloch eingepaßt ist, wenn das Nadelventil angehoben, wird. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Dies bedeutet, daß die Dralleinspritzdüse so konstruiert sein kann, daß das Ventilloch und das Nadelventil den · Düsenspaltbereich verändern, wenn das Nadelventil angehoben wird.

Claims (16)

1. DIEHL & PARTNER

   Paiünianwälte ■ European Patent Attorneys

   Kanzlei/Office:

   Flügcjenstraße 17 ■ D-8000 München

   31. Oktober 1984 D/we T 4308-D

   KABUSHIKI KAISHA TOYOTA CHUO KENKYUSHO No. 41-1, Aza Yokomichi, Oaza Nagakute, Nagakute-chio Aichi-gun, Aichi, Japan

   VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BILDUNG EINES GASGEMISCHES FÜR EINEN DIREKTEINSPRITZUNGS-VERBRENNUNGSMOTOR

   Patentansprüche

   Verfahren zur Bildung eines Gasgemisches für "einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor mit einem Kolben, der mit einer einen Verbrennungsraum bildenden Ausnehmung versehen ist, mit einer mit Verwirbelungseinrichtung versehenen Lufteinlaßeinrichtung, um die dem Verbrennungsmotor zugeführte Einlaßluft zu verwirbeln und mit einer intermittierenden Dralleinspritzdüse, welche zumindest einen tangentialen Kanal aufweist zur Verwirbelung von dem dem Verbrennungsraum durch eine Kraftstoffzuführung zugeleiteten Kraftstoff, um einen

   im wesentlichen konischen Kraftstoffstrahl durch eine Einspritzöffnung derselben in die verwirbelte Einlaßluft einzuspritzen zwecks Bildung eines Gasgemisches, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

   Zuführung von wirbelnder Einlaßluft in den Verbrennungsraum, wobei die wirbelnde Einlaßluft eine Wirbelgeschwindigkeit aufweist, die konform zur Drehzahl des Verbrennungsmotors ist; und

   Einspritzen von Kraftstoff aus der Dralleinspritzdüse in die wirbelnde Eihlaßluft in den Verbrennungsraum bei einem Kraftstoffsprühwinkel der im Ansprechen auf die Motordrehzahl geändert wird,

   so daß die von dem Kraftstoffstrahl zurückgelegte Bewegungsstrecke gesteuert wird und der Kraftstoff in dem Verbrennungsraum "schwimmen" kann, ohne an einer Wandung des Verbrennungsraums anzuhaften über einen weiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Bereich niedriger Drehzahl der Kraftstoff mit einem relativ großen Kraftstoffsprühwinkel eingespritzt wird, so daß die vom Kraftstoffstrahl durchlaufene Bewegungsstrecke relativ kurz ist, und daß bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Bereich hoher Drehzahl , der Kraftstoffstrahl mit einem relativ kleinen Sprühwinkel eingespritzt wird,* so daß die von dem Kraftstoffstrahl durchlaufene Bewegungsstrecke relativ lang wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelgeschwindigkeit in der Einlaßluft im wesentlichen gleich der KraftstoffStrahlgeschwindigkeit

   " ' " * " 3439392

   * gemacht wird, um den Kraftstoff strahl in dem Verbrennungsraum "schwimmen" zu lassen.
4. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ° dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Bereich kleiner Drehzahlen in dem Falle einer Wirbelgeschwindigkeit der Einlaß luft von nicht mehr als 4 0 m/s .,der Kraftstoffsprühwinkel der Dralleinspritzdüse auf einen Wert von 20 bis 75 ,

   ^O vorzugsweise 30 bis 75 eingestellt wird, und daß bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem hohen Drehzahlbereich und bei einer Wirbelgeschwindigkeit der Einlaßluft, die über 40 m/s. liegt, der Kraftstoff strahlsprühwinkel der Dralleinspritzdüse auf einen Wert von 10 bis 30 , vorzugsweise 10 bis 20 , eingestellt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem kleinen Drehzahlbereich die Kraftstoffeinspritzperiode der Dralleinspritzdüse auf einen Wert von 2 bis 3 msek eingestellt wird, und daß bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem hohen Drehzahlbereich die Kraftstoff einspritzperiode der Dralleinspritzdüse auf einen Wert von 0,5 bis lmsek eingestellt wird, so daß man Verbrennungsperioden konform zur Motordrehzahl erhält.
6. 6. Vorrichtung zur Bildung eines Gasgemisches für einen Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor,

   30· gekennzeichnet durch :

   einen Kolben (2), der eine Ausnehmung (3) enthält, welche einen Verbrennungsraum bildet; Lufteinlaßeinrichtung (5), welche Verwirbelungseinrichtungen enthalten, um wirbelnde Einlaßluft dem Verbrennungsraum mit einer Wirbelgeschwindigkeit zuzuführen, die konform ist zur Drehzahl des Verbrennungsmotors; und

   eine intermittierende Dralleinspritzdüse (10), welche dazu dient, Kraftstoff in die wirbelnde Einlaßluft in den Verbrennungsraum einzubringen, mit einem Kraftstoff sprühwinkel (^) , der im Ansprechen auf die Motordrehzahl verändert wird, wobei die intermittierende Dralleinspritzdüse (10) enthält:

   einen Ventilkörper (21) mit einem darin gebildeten Ventilloch und einem Bodenbereich mit einem Ventilsitz und einer Einspritzöffnung (14); einem in das Ventilloch gleitend verschiebbar einge- -■ paßten Nadelventil (22), das dazu dient, <äi^e Einspritzöffnung (14) zu öffnen und zu schliessen;
   zumindest einem tangentialen Kanal (23, 24) zur Verwirbelung von dem Verbrennungsraum zuzuführenden Kraftstoff, wenn das'Nadelventil (22) angehoben ist; und Einrichtungen zur Änderung des Bereichs eines Düsenspaltes zwischen dem Ventilkörper (21) und dem Nadelventil (22) zur Änderung der Menge des durch den Düsenspalt zugeführten Kraftstoffs relativ zu der Menge des durch den tangentialen Kanal zugeführten Kraftstoffs im Ansprechen auf die Motordrehzahl, wobei der Düsenspalt in dem Ventilloch und/oder dem Nadelventil (22) nahe des tangentialen Kanals (23, 24) und an einem Teil vorgesehen ist, wo das Nadelventil (22) in dem Ventilloch gleitend verschiebbar ist, so daß der Kraftstoff in dem Verbrennungsraum,ohne an dessen Wandung anzustoßen, unter einem weiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen "schwimmen" kann.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung des Bereichs des Düsenspaltes Mittel enthält, um den Bereich des Düsenspalts zu vergrößern, so daß die Menge des durch den Düsenspalt strömenden Kraftstoffs größer ist als die Menge des durch den tangentialen Kanals strömenden Kraftstoffs,

   wobei der Kraftstoffsprühwinkel der Dralleinspritzdüse groß gemacht wird bei einem Betrieb mit niedriger Drehzahl, um zu erreichen, daß der Kraftstoffstrahl nur eine relativ kleine Bewegungsstrecke fortschreitet, während der Kraftstoffsprühwinkel der Dralleinspritzdüse bei einem Motorbetrieb mit hoher Drehzahl klein gemacht wird, um zu bewirken, daß der Kraftstoffstrahl eine relativ große Bewegungsstrecke zurücklegt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge-·· kennzeichnet, daß der tangentiale Kanal (23, 24) in der Außenwandung des Nadelventils (22) ausgebildet ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der tangentiale Kanal in dem Ventilkörper ausgebildet ist (Fig. 18).
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein stationäres Unterteilungsglied

    (409) zwischen dem Ventilkörper (407)und dem Nadelventil (401) vorgesehen ist, und daß der tangentiale Kanal

    (410) zwischen dem Unterteilungsglied (409) und dem Ventilkörper (407) ausgebildet ist (Fig. 20).
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Vergrößerung des Bereichs des Düsenspaltes ein mit Ausnehmungen versehener bzw. hinterschnittener ringförmiger Kanal ist, der in der , Innenwandung des Ventilkörpers in einer Weise angebracht ist, daß er sich in einer* Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Einspritzlochs erstreckt, wobei der Kanal einen größeren Durchmesser hat als das Ventil loch, so daß der Bereich des Düsenspalts vergrößert wird, wenn das Nadelventil angehoben wird.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilloch sich in Richtung auf die Einspritzöffnung verjüngt, so daß der Düsenspaltberexch vergrößert wird,

    wenn das Nadelventil angehoben wird (Fig. 22). 5
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Nadelventil (601) einen reliefartigen Kanal (623) aufweist, der mit der Einspritzöffnung (614) zu allen Zeiten in Verbindung steht und der mit dem Ventilloch (602) in Verbindung steht, wenn das Nadel—' ventil (601) angehoben wird, so daß der Bereich des Ventilspalts vergrößert wird, wenn das Nadelventil (601) angehoben wird (Fig. 25,26).
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von tangentialen Kanälen (840, 841, 842) unterschiedlicher Länge in dem Nadelventil (801) derart angebracht ist, daß die tangentialen Kanäle (840, 841, 842) mit dem Ventilloch (802) nacheinander in Verbindung treten, wenn das Nadelventil

    (801) angehoben wird, so daß der Bereich des Ventilspalts zunimmt, wenn das Nadelventil (801) angehoben wird.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung des Bereichs des Ventilspaltes eine Einrichtung enthält, die den Bereich des Ventilspaltes verringert, um die Menge des durch den Ventilspalt fließenden Kraftstoffs kleiner zu machen als die Menge des durch den tangentialen . Spalt strömenden Kraftstoffs, so daß der Kraftstoffstrahlwinkel der Dralleinspritzdüse bei kleinen Drehzahlen klein gemacht wird, um den Kraftstoffstrahl eine relativ große Bewegungstrecke durchlaufen zu lassen, und daß der Kraftstoffstrahlsprühwinkel der Dralleinspritzdüse bei hohen Drehzahlen groß gemacht wird, um dem Kraftstoffstrahl eine relativ kleine Bewegungsstrecke durchlaufen zu lassen.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verringerung des Bereichs des Ventilspalts ein vorstehender ringförmiger

    Kanal (3022) ist, der an der Innenwandung des Ventilen

    körpers derart vorgesehen ist, daß er sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Einspritzöffnung (3014) erstreckt, wobei der Kanal einen kleineren Durchmesser aufweist als das Ventilloch (3002), so daß der Bereich des Düsenspalts abnimmt, wenn das Nadelventil (3001) angehoben wird (Fig. 35).