DE4209163A1 - Mixt. formation method for mixt.-compressing, remotely ignited IC engines - has with load change to non-stationary air mass flow fuel amount measured dependent upon air count - Google Patents
Mixt. formation method for mixt.-compressing, remotely ignited IC engines - has with load change to non-stationary air mass flow fuel amount measured dependent upon air countInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruches 1 auf ein Verfahren zur Bildung eines ho mogenen Brennstoff-Luftgemisches bei äußerer Gemischbil dung für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraft maschinen, insbesondere Hubkolbenmotore.The invention relates to the preamble of Pa claim 1 to a method for forming a ho mogen fuel-air mixture with external mixture bil for mixture-compressing, spark-ignited internal combustion machines, in particular reciprocating piston engines.
Bei einer äußeren Gemischbildung wird bekanntlich der Brennstoff vom jeweiligen Brennraum der Brennkraftma schine entfernt in Abschnitten einer Ansauganlage der An saugluft zugemessen. Entlang des Strömungsweges von der Brennstoff-Zumeßstelle bis in den Brennraum wird eine Ho mogenisierung des Brennstoff-Luftgemisches angestrebt, insbesondere durch strömungstechnische Maßnahmen erzeugte Turbulenzen sowie durch Wärmezufuhr über relativ heiße Maschinenteile im Bereich der Strömungswege. Die homogene Vermischung des Brennstoffes mit dem in der Ansaugluft vorhandenen Sauerstoff fördert die Leistungsausbeute und bewirkt günstige Abgasqualitäten. In the case of an external mixture formation, it is known that Fuel from the respective combustion chamber of the internal combustion engine machine removed in sections of an intake system measured suction air. Along the flow path from the Fuel metering point into the combustion chamber is a Ho mogenization of the fuel-air mixture is sought, generated in particular by fluidic measures Turbulence as well as heat supply over relatively hot ones Machine parts in the area of the flow paths. The homogeneous Mixing of the fuel with that in the intake air Existing oxygen promotes performance and causes favorable exhaust gas qualities.
Mit modernen Gemischbildungs-Einrichtungen wird beim La dungswechsel eines Brennraumes der jeweiligen Gesamt luftmasse zwar eine im wesentlichen luftzahlabhängig kor rekte Brennstoffmenge zugemessen, jedoch bewirkt die im allgemeinen über die Zumeß-Dauer konstant zugemessene Brennstoffmenge relativ zu den zeitlich veränderlichen Luftstrommassen eines im wesentlichen instationären Luft massenstromes eine die Homogenisierung nachteilig beein flussende ungleiche Massenverteilung von Brennstoff und Ansaugluft.The La change of the combustion chamber of the respective total air mass is a cor right amount of fuel metered, but causes in generally constantly measured over the metering time Amount of fuel relative to the time-varying Air flow masses of an essentially unsteady air mass flow adversely affect the homogenization flowing uneven mass distribution of fuel and Intake air.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung eines homogenen Brennstoff-Luftgemisches der art zu verbessern, daß bereits am Ort der Brennstoff-Zu messung im gesamten Betriebsbereich der Brennkraft maschine ein im wesentlichen homogenes Brennstoff-Luftge misch erzeugt wird.The invention has for its object a method to form a homogeneous fuel-air mixture Art to improve that already at the place of fuel-to measurement in the entire operating range of the internal combustion engine machine is a substantially homogeneous fuel air is generated mixed.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Pa tentanspruches 1 dadurch gelöst, daß einem am jeweiligen Lastpunkt beim Ladungswechsel instationären Luftmassen strom eine entsprechend lastabhängige Brennstoffmenge in jeweiligen, momentanen Luftstrommassen im wesentlichen luftmassenstromabhängigen Brennstoffmassen während einer vorbestimmten Zumeß-Dauer zugemessen wird.This task is carried out according to the characterizing part of Pa Tent claim 1 solved in that one at the respective Load point when changing loads unsteady air masses current a corresponding load-dependent amount of fuel in respective current air flow masses essentially Air mass-dependent fuel masses during a predetermined duration of metering is metered.
Grundgedanke der Erfindung ist, bei einem instationären und damit über die Zumeß-Dauer sich verändernden Luft massenstrom den augenblicklichen bzw. momentanen Luft strommassen jeweilige Brennstoffmassen in einem im we sentlichen proportionalen Verhältnis zuzumessen. Erreicht wird damit bereits am Ort der Brennstoff-Zumessung ein weitgehend homogenes Brennstoff-Luftgemisch durch eine vorteilhafte Massenverteilung von Brennstoff und Ansaug luft. The basic idea of the invention is in a transient and thus over the metering time changing air mass flow the current or current air current masses of respective fuel masses in a week substantial proportional ratio. Reached is thus already at the location of the fuel metering largely homogeneous fuel-air mixture through a advantageous mass distribution of fuel and intake air.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die luftmassenstromabhängige Brennstoff- Zumessung in Abhängigkeit der für den jeweiligen Brenn stoff relevanten Luftzahl (λ) gewählt.In a preferred development of the invention Process, the air mass flow dependent fuel Metering depending on the for the particular distillery relevant air number (λ) selected.
Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, bei einem insta tionären Luftmassenstrom eines Ladungswechsels einer zeitbezogenen Luftstrommasse die jeweilige lastpunktab hängige Brennstoffmasse im gewünschten Verhältnis zuzu setzen mit dem weiteren Vorteil, daß Druck- und Ge schwindigkeits-Verhältnisse in jeder zeitbezogenen Luft strommasse Diffusionsvorgänge des zugemessenen Brennstof fes hinsichtlich Gemischhomogenisierung optimal unter stützen.The invention opens up the possibility of an insta tional air mass flow of a gas exchange time-related air flow mass from the respective load point dependent fuel mass in the desired ratio set with the further advantage that pressure and Ge Speed ratios in all time-related air current mass diffusion processes of the metered fuel fes optimally with regard to mixture homogenization support.
Mit der Erfindung kann mit Einsetzen eines Ladungs wechsel-Luftstromes die jeweilige Brennstoffmenge im we sentlichen proportional zugesetzt werden. Da eine Homoge nisierung des jeweiligen Brennstoff-Luftgemisches auch wesentlich von der Strömungsgeschwindigkeit des Luft massenstromes abhängt, wird in weiterer Fortbildung des Verfahrens vorgeschlagen, daß der Beginn der Zumeß-Dauer gegenüber dem Strömungsbeginn eines Luftmassenstromes später gewählt wird. Dies hat für eine Gemischbildungs- Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens den Vorteil, daß deren Brennstoff-Zumeßeinrich tung gemäß einem weiteren Vorschlag nach einer Sprung funktion geöffnet werden kann. Zum einen sind derartige Einrichtungen kostengünstig realisierbar, und zum anderen erfolgt der Beginn der Brennstoff-Zumessung bei einer für die Homogenisierung günstigeren Strömungsgeschwindigkeit des Luftmassenstromes, so daß bereits am Zumeß-Ort eine vorteilhafte Durchmischung gegeben ist.With the invention, with the onset of a charge alternating air flow the respective amount of fuel in the we considerably proportionally added. Because a homogeneous nization of the respective fuel-air mixture significantly from the flow velocity of the air mass flow depends, is in further training of The procedure proposed that the start of the metering period compared to the start of flow of an air mass flow is chosen later. For a mixture formation Device for performing the Ver driving the advantage that their fuel metering device according to another suggestion after a jump function can be opened. For one, there are Facilities can be realized inexpensively, and secondly the fuel metering starts at one for the homogenization of more favorable flow velocity of the air mass flow, so that already at the metering point advantageous mixing is given.
Der bevorzugt verspätete Zumeß-Beginn erzielt als weite ren Vorteil einen beim Ladungswechsel dem mit Brennstoff befrachteten Teil des Luftmassenstromes vorausströmenden brennstofffreien Anteil des Luftmassenstromes, der bei im wesentlichen unwirksamer oder nicht gegebener Ventil- bzw. Steuerorgan-Überschneidung insbesondere der Ver dünnung der im Brennraum verbliebenden Abgasreste dient. Bei gegebener, insbesondere variabler Steuerorgan-Über schneidung kann der brennstofffreie Luftmassenstrom-An teil einer positiven Brennraum-Spülung mit Kühlung von Brennraumbegrenzungen dienen.The preferred late start of metering is achieved as wide Ren advantage when changing loads with fuel part of the air mass flow flowing ahead fuel-free proportion of the air mass flow, which at substantially ineffective or non-existent valve or tax overlap in particular the Ver thinning of the exhaust gas residues remaining in the combustion chamber. Given a given, in particular variable control organ over The fuel-free air mass flow can be cut part of a positive combustion chamber flushing with cooling from Combustion chamber limits.
Gemäß einem weiteren Vorschlag wird das Ende der Zumeß dauer gegenüber dem Strömungsende eines Luftmassenstromes früher gewählt. Erreicht ist damit in vorteilhafter Weise ein dem mit Brennstoff befrachteten Teil des Luftmassen stromes nachströmender, brennstofffreier Anteil des Luft massenstromes bei einem Ladungswechsel. Dieser nach strömende, brennstofffreie Luftpfropfen wirkt einem mög lichen Zurückschieben eines Brennstoff-Luftgemisches in die Ansauganlage entgegen und verringert andererseits die Gefahr der Bildung oder des Vorliegens zündfähiger Brenn stoff-Luftgemische in der Ansauganlage.According to another proposal, the end of the metering duration compared to the end of the flow of an air mass flow chosen earlier. This is advantageously achieved a part of the air mass loaded with fuel post-flow, fuel-free portion of the air mass flow during a charge change. This one after flowing, fuel-free air plugs are possible pushing back a fuel-air mixture in the intake system and on the other hand reduces the Risk of formation or the presence of ignitable flames Substance-air mixtures in the intake system.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mögliche Unter teilung eines ladungsbezogenen Luftmassenstromes in brennstofffreie Anteile zu Anfang und zu Ende und einem Teil dazwischen mit im wesentlichen luftmassenstromab hängig zugemessenem Brennstoff ist besonders vorteilhaft bei gasförmig zugegebenen Brennstoffen, wie z. B. Wasser stoff.The possible with the inventive method division of a charge-related air mass flow into fuel-free portions at the beginning and end and one Part in between with essentially air mass flow Pending fuel is particularly advantageous with gaseous fuels, such as. B. water material.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens können Beginn und/oder Ende der Zumeß-Dauer lastpunktabhängig veränder bar gewählt werden. Dadurch können die Massen der brenn stofffreien Anteile eines ladungsbezogenen Luftmassen stromes hinsichtlich Restgasverdünnung, Brennraum-Küh lung, Brennraum-Spülung und Freispülen der Ansauganlage von Gemischresten optimiert werden.In a further embodiment of the process can begin and / or change the duration of the metering depending on the load point bar can be selected. This allows the masses of the focal substance-free portions of a cargo-related air mass current with regard to residual gas dilution, combustion chamber cooling tion, combustion chamber flushing and flushing of the intake system of mixture residues can be optimized.
Schließlich kann eine am Zumeß-Ort eingeleitete Homogeni sierung des Brennstoff-Luftgemisches vorteilhaft unter stützt werden durch einen während der Zumeß-Dauer konti nuierlich und/oder diskontinuierlich wählbaren, im wesent lichen luftmassenstromabhängig gesteuerten Zumeß-Quer schnitt der Zumeß-Einrichtung.Finally, a homogeneity initiated at the metering location sation of the fuel-air mixture advantageous under are supported by a continuous during the metering period nuably and / or discontinuously selectable, essentially metering cross controlled by air mass flow cut the metering device.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet mit der im wesent lichen massenproportionalen Zuordnung von Brennstoff und Ansaugluft vom Zumeß-Ort bis zur Zündung im Brennraum einen relativ langen Strömungsweg zur Homogenisierung, wobei strömungsgegebene Turbulenzen sowie durch Druck/Geschwindigkeit und Temperatur beeinflußbare Dif fusionen des Brennstoffes in der Ansaugluft eine gleich mäßige Verteilung des Brennstoffes in der Ansaugluft zu sätzlich unterstützen. Somit erübrigt sich ein soge nanntes Überfetten des Gemisches zur Erzielung einer ein wandfreien Zündung, und die Gefahr eines heterogenen Ge misches mit selbstzündenden Bereichen ist vermieden. Weiter erübrigt der relativ lange Strömungsweg auch zu sätzliche Maßnahmen der Turbulenzerzeugung.The method according to the invention essentially provides Allocation of fuel and Intake air from the metering point to the ignition in the combustion chamber a relatively long flow path for homogenization, whereby flow-induced turbulence as well as Pressure / speed and temperature influenceable Dif fuses the fuel in the intake air the same moderate distribution of the fuel in the intake air additional support. Thus, a so-called called over-greasing of the mixture to achieve a wall-free ignition, and the risk of a heterogeneous Ge mixing with self-igniting areas is avoided. Furthermore, the relatively long flow path is also unnecessary additional measures of turbulence generation.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für gas förmige Brennstoffe kann die luftmassenstromabhängige, insbesondere luftzahlabhängige Brennstoff-Zumessung vor teilhaft bei den Zumeß-Querschnitt relativ langsam steuernden Gemisch-Bildungseinrichtungen eingesetzt wer den, da diese nach Baugröße, Gewicht und Leistungsbedarf kostengünstiger sind. Dies schließt die weiter vorn er wähnten Sprungfunktionen bei Beginn und/oder Ende der Zu meß-Dauer nicht aus, wenn die Werte der Sprungfunktionen relativ klein gewählt sind. When using the method according to the invention for gas shaped fuels can the air mass flow dependent, in particular fuel metering depending on the air ratio partly relatively slow in the metering cross-section controlling mixture educational institutions who used the, because this according to size, weight and power requirements are cheaper. This includes the one above mentioned jump functions at the beginning and / or end of the closing Measurement duration is not sufficient if the values of the step functions are chosen to be relatively small.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren beschrie ben.The method according to the invention is described below ben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung eines homo genen Brennstoff-Luftgemisches bei äußerer Gemischbildung für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraft maschinen, insbesondere Hubkolbenmotore, kennzeichnet sich dadurch, daß einem am jeweiligen Lastpunkt der Brennkraftmaschine beim Ladungswechsel instationären Luftmassenstrom eine entsprechend lastabhängige Brenn stoffmenge über eine vorbestimmte Zumeß-Dauer im wesent lichen luftmassenstromabhängig zugemessen wird. Der Zweck des neuartigen Verfahrens ist darin zu sehen, durch im wesentlichen massenproportionale Zumischung des Brenn stoffes zur Ansaugluft am Zumeß-Ort bereits ein im we sentlichen homogenes Brennstoff-Luftgemisch zu bilden. Der wesentliche Vorteil der bei der Gemisch-Bildung ein setzenden Homogenisierung liegt in einem relativ langen Strömungsweg bis zur Zündung im Brennraum, wobei über die Länge des Strömungsweges eine weitere Homogenisierung durch Turbulenzen und Diffusionen des Brennstoffes ange regt wird.The inventive method for forming a homo fuel-air mixture with external mixture formation for mixture-compressing, spark-ignited internal combustion machines, especially reciprocating piston engines the fact that one at the respective load point Internal combustion engine during the charge change transient Air mass flow a corresponding load-dependent combustion Substantial amount over a predetermined metering time essentially is measured depending on the air mass flow. The purpose of the new process can be seen in the im essential proportioning of the distillate to the mass material to the intake air at the metering location already in the we to form a substantial homogeneous fuel-air mixture. The main advantage of a mixture formation setting homogenization lies in a relatively long Flow path up to the ignition in the combustion chamber, whereby over the Length of the flow path a further homogenization due to turbulence and diffusion of the fuel is excited.
Eine die Homogenisierung des Brennstoff-Luftgemisches am Zumeß-Ort besonders unterstützende Maßnahme besteht darin, daß die Brennstoffmenge zumindest über einen Teil der vorbestimmten Zumeß-Dauer relativ zu momentanen Luft strommassen im wesentlichen luftzahlabhängig zugemessen wird. Diese Lambda-konstante Brennstoffzumessung ergibt am Ende des relativ langen Strömungsweges kurz vor der Entflammung durch eine Zündkerze im Brennraum ein im we sentlichen homogenes Brennstoff-Luftgemisch, das neben einer guten Leistungsausbeute auch eine günstige Abgas qualität bewirkt. A homogenization of the fuel-air mixture on A special support measure exists in that the amount of fuel over at least part the predetermined metering time relative to current air flow masses essentially measured depending on the air ratio becomes. This constant fuel metering results in at the end of the relatively long flow path just before Inflammation by a spark plug in the combustion chamber substantial homogeneous fuel-air mixture, which besides a good power output also a cheap exhaust gas quality brings about.
Das Verfahren, einem instationären Luftmassenstrom eine Brennstoffmenge im wesentlichen luftmassenstromabhängig zuzumessen, eröffnet die Möglichkeiten, sowohl den Beginn als auch das Ende der Zumeß-Dauer gegenüber dem Strömungsbeginn und gegenüber dem Strömungsende des Luft massenstromes variabel zu wählen, wobei der Beginn später und das Ende früher gewählt werden. Dies bewirkt für jeden ladungsbezogenen Luftmassenstrom eine Unterteilung in der Weise, daß der Luftmassenstrom zu Anfang und zu Ende jeweils brennstofffreie Anteile umfaßt. Der dem mit Brennstoff befrachteten Teil des Luftmassenstromes vo rausströmende brennstofffreie Anteil kann der Verdünnung der Restabgase im Brennraum dienen, oder er kann bei ent sprechend gestalteter Ventil- bzw. Steuerorgan-Auslegung auch einer positiven Spülung mit Kühlung brenn raumbegrenzender Wandungen dienen. Der nacheilende, brennstofffreie Anteil des Luftmassenstromes dient als ein Luftpfropfen, der einem Zurückschieben von Brenn stoff-Luftgemisch in die Ansauganlage entgegenwirken kann. Er kann weiter für den nächsten Ladungswechsel zur Freispülung der Ansauganlage von Gemischresten dienen. Das Verfahren kennzeichnet sich weiter dadurch, daß Be ginn und/oder Ende der Zumeß-Dauer lastpunktabhängig ver änderbar gewählt werden.The process of an unsteady air mass flow The amount of fuel depends essentially on the air mass flow to measure, opens up opportunities, both the beginning as well as the end of the metering period compared to that Start of flow and opposite the end of the air flow mass flow variable to choose, with the beginning later and the end be chosen earlier. This does for a subdivision for each charge-related air mass flow in such a way that the air mass flow at the beginning and at End of each includes fuel-free portions. The one with Fuel-loaded part of the air mass flow from outflowing fuel-free portion can dilution the remaining exhaust gases in the combustion chamber, or it can be at ent speaking designed valve or control unit design also a positive rinse with cooling serve to delimit walls. The lagging, fuel-free portion of the air mass flow serves as a plug of air causing a pushing back of burning Counteract the substance-air mixture in the intake system can. He can go on for the next charge change Purge the intake system of mixture residues. The process is further characterized in that Be Ver start and / or end of the metering duration depending on the load point can be selected changeable.
Um weiter die Homogenisierung am Zumeß-Ort durch eine entsprechende Geschwindigkeit im Luftmassenstrom günstig zu beeinflussen, kann ein Zumeß-Querschnitt einer Brenn stoff-Zumeßeinrichtung zu Beginn und/oder Ende der Zumeß- Dauer nach einer Sprungfunktion geöffnet und/oder ge schlossen werden. Bevorzugt sind dabei relativ geringe Werte für die Sprungfunktionen, um durch relativ langsame Querschnittssteuerungen vorteilhafte Zumeß-Einrichtungen einsetzen zu können. Während der Zumeß-Dauer können die luftmassenstromabhängig zugemessenen Brennstoffmassen für momentane Luftstrommassen kontinuierlich und/oder dis kontinuierlich variabel gewählt werden.To continue the homogenization at the metering site by a corresponding speed in the air mass flow cheap can influence a metering cross-section of a focal fabric metering device at the beginning and / or end of the metering device Duration after a jump function opened and / or ge be closed. Relatively small are preferred Values for the jump functions to pass through relatively slow Cross-sectional controls advantageous metering devices to be able to use. During the metering period, the Air mass flow metered fuel masses for instantaneous air flow masses continuously and / or dis continuously variable.
Schließlich wird das Verfahren bevorzugt verwendet bei gasförmigen Brennstoffen und hierbei insbesondere für Wasserstoff.Finally, the method is preferably used for gaseous fuels and in particular for Hydrogen.
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