DE4439918C2 - Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches zu einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches zu einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/
Luft-Gemisches in eine Brennkraftmaschine und, insbesondere eine
Vorrichtung, welche abhängig von dem Betriebszustand eine Ver
wirbelung innerhalb einer Brennkammer erzeugt, um die Verbren
nung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu fördern und
das für ein Magerverbrennungs-Motorsystem geeignet ist, welches
das Kraftstoff/Luft-Gemisch mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Ver
hältnis schichtet gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Gemäß dem Stand der Technik ist eine Magerverbrennungs-Motor
technologie bekannt. In dieser wird, um eine Ausgangsleistung zu
erzielen, welche mit Wirtschaftlichkeitsvorgaben in Übereinstim
mung gebracht werden kann, ein Motor in einem Magergemischzu
stand während einem Niederlastzustand betrieben, um den Kraft
stoffverbrauch zu verbessern, und in einem Zustand des theoreti
schen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder dem theoretischen Lei
stungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um die Ausgangsleistung zu stei
gern.
Es sind zwei Hauptverfahren zum Erzielen eines mageren Luft-
Kraftstoff-Verhältnisses bekannt. Das erste Verfahren betrifft das
Erzeugen einer Verwirbelungsströmung innerhalb einer Brennkam
mer während einer Magerverbrennung, um eine bessere Verbren
nung sogar dann sicherzustellen, wenn ein gleichförmiges Mager
gemisch vorliegt. Dies wird durch ein Fördern der Flammenfort
pflanzung bzw. -ausbreitung erzielt. Das zweite Verfahren betrifft ei
ne Variation der Mischverteilung, d. h. die Verteilung des Luft-
Kraftstoff-Verhältnisses soll einerseits insgesamt mager verbleiben,
sowie andererseits ein Zünden des Gemisches ermöglichen, was als
Schichtverbrennung bezeichnet wird.
Der Aufbau entsprechend des eine Verwirbelung verwendenden er
sten Verfahrens ist derart, daß eine der beiden Einlaßöffnungen ei
nes Motors bei einer Zweiventilausführung eine gerade Öffnung mit
einem Saugsteuerventil und die andere eine Spiralöffnung mit einem
Beipaßströmungskanal ist, welcher durch das Saugsteuerventil ge
öffnet wird. Eine derartige Technik ist z. B. in der Japanischen Offen
legungsschrift Nr. 61-58 921 (1986) oder der EP 01 137 393 A2 ge
zeigt. In diesem Aufbau wird während einem Niederlastbetrieb des
Motors eine starke Verwirbelung in der Brennkammer erzeugt, und
zwar durch das Einsaugen des Gemisches nur über die Seite der
spiralförmigen Öffnung, und zwar durch das Schließen des Saug
steuerventils. Andererseits wird während einem Hochlastbetrieb des
Motors die Verwirbelung abgeschwächt, um die Ausgangsleistung
hoch zu halten, wobei die Einlaßluftmenge durch das Öffnen des
Saugsteuerventils erhöht wird, so daß die Luft durch die spiralför
mige Öffnung und die gerade Öffnung strömen kann; zusätzlich
steht der Beipaß-Strömungskanal in Verbindung mit der geraden
Öffnung und der spiralförmigen Öffnung.
Eine ähnliche Anordnung mit einem spiralförmigen Beipaß-Strö
mungskanal zeigt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 57-68 519.
Bei der Verwendung der Schichtverbrennung gemäß dem zweiten
Verfahren, wie in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 3-185 213
(1991) beschrieben, wird während einem Niederlastbetrieb des
Motors die Verteilung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch eine
Veränderung der Kraftstoffströmungsrate durch die Einlaßöffnung
variiert, während eine Art von Verwirbelung erzeugt wird, und zwar
eine Taumelströmung (tumble flow) innerhalb der Brennkammer,
unter Verwendung einer Einlaßöffnung, die zu einer üblichen Öff
nung eine unterschiedliche Form aufweist.
In der Brennkraftmaschine, welche diese Verfahren verwendet, wird
vorzugsweise eine Optimalverteilung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ses und eine optimale Verwirbelungsstärke in Abhängigkeit von dem
Betriebszustand des Motors erzeugt. Insbesondere während einem
Niederlastbetrieb des Motors ist es wünschenswert, ein Magerge
misch durch die Schichtverbrennung zu fördern und die Verwirbe
lungsstärke zu erhöhen, um die Zündfähigkeit zu verbessern. Ande
rerseits ist es während einem Hochlastbetrieb des Motors zum Er
höhen der Ausgangsleistung notwendig, den Ausnutzungsgrad der
Verbrennungsluft dadurch zu erhöhen, daß das Gemisch in der
Brennkammer vergleichmäßigt, die Verwirbelung abgeschwächt und
eine große Luftmenge eingesaugt wird.
Die wie oben beschrieben aufgebaute Brennkraftmaschine weist die
folgenden Nachteile auf.
Da der Verwirbelungsmechanismus in dem Hauptluftströmungska
nal angeordnet ist, ist es schwierig die Verwirbelung während einem
Hochlastbetrieb des Motors abzuschwächen und der Strömungswi
derstand des Einlaßluftströmungskanals wird verglichen mit dem
einer konventionellen Brennkraftmaschine größer. Daher vermindert
sich die Einlaßluftströmungsmenge und die Ausgangsleistung des
Motors.
Ein die Schichtverbrennung verwendender Motor weist wiederum
den Nachteil auf, daß die Gemischverteilung sogar während einem
Hochlastbetrieb des Motors nicht gleichmäßig eingestellt werden
kann. Dadurch wird der Ausnutzungsgrad der Luft verglichen mit
einer konventionellen Brennkraftmaschine abgesenkt, was zu einer
Verminderung der Ausgangsleistung des Motors oder zu einer Ver
schlechterung der Abgaszusammensetzung führt.
Der Motor weist ferner den Nachteil auf, daß der an der Wand des
Einlaßkanals oder an der Wand der Brennkammer anhaftende
Kraftstoffsprühnebel oder der Kraftstoffsprühnebel selbst aufgrund
der Verwirbelungsströmung in einen Brennkammerabschnitt beför
dert wird, so daß dieser Kraftstoff nahe der Zylinderwand in einem
unverbrannten Zustand ausgestoßen wird. Dies führt zu einem An
steigen der unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas und zu ei
nem Ansteigen des Kraftstoffverbrauchs.
Die GB 2 242 228 A zeigt eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraft
stoff/Luft-Gemisches mit zwei in den Hauptluftkanal vor den Ein
laßventilen ausmündenden Nebenluftkanälen zur Erzeugung eines
Wirbelstroms in der Brennkammer der Brennkraftmaschine.
In der CH 445 945 werden Steuerventile in den Nebenluftkanälen
vorgesehen, um die Menge der durch die Nebenluftkanäle strömen
den Luft und damit eine Rotationsströmung in der Brennkammer zu
steuern.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Zuführen
eines Kraftstoff/Luft-Gemisches zu einer Brennkraftmaschine zu
schaffen, die es ermöglicht, eine möglichst flexible, an die Betriebs
bedingungen des Motors angepaßte Gemischbildung zu realisieren.
Die Erfindungsaufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Die abhängigen Patentansprüche kenn
zeichnen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen
der Erfindung.
Die Brennkraftmaschine ist damit in der Lage sein, den Ausnut
zungsgrad der Luft zu erhöhen und eine hohe Ausgangsleistung mit
einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu halten, wobei die
Zündfähigkeit bei einem Schichtgemisch während einem Niederlast
betrieb des Motors ebenfalls erhalten bleiben. Zudem kann eine gro
ße Gemischmenge in die Brennkammer während einem Hochlastbe
trieb des Motors eingeführt werden.
Die Brennkraftmaschine kann weiterhin ein Gemisch erzeugen, wel
ches Abgase der Komponenten HC, NOx dadurch unterdrückt, daß
ein Anhaften des Kraftstoffsprühnebels an die Wände des Einlaß
rohrs oder die Brennkammer während der Schichtverbrennung
vermieden wird.
Zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschi
nen kann eine Vorrichtung vorgesehen sein mit einem Einlaßkanal,
welcher in eine Brennkammer eines Zylinders öffnet, einem Einlaß
ventil, welches in Verbindung mit dem Einlaßkanal und der Brenn
kammer vorgesehen ist, einem Kraftstoffeinspritzventil zum Ein
spritzen von zumindest einem Sprühnebel in Richtung auf das Ein
laßventil, Verwirbelungserzeugungsmitteln zum Erzeugen einer Wir
belströmung in dem Gemisch der Brennkammer, durch ein Steuern
einer Drosselung des Einlaßkanals, wobei die Verwirbelungserzeu
gungsmittel einen Hauptkanal enthalten, welcher den Einlaß bildet,
zumindest einem Nebeneinlaßkanal, der zur Bildung eines Beipaß
kanals des Hauptkanals vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß
die Gesamtsumme der Querschnittsflächen kleiner ist als die Quer
schnittsfläche des Hauptkanals, einem Einlaßsteuerventil zum
Steuern des Drosselns des Hauptkanals, Ventilmitteln zum Durch
führen der Steuerung des Drosselns in zumindest einem der Ne
beneinlaßkanäle, Mitteln zum Durchführen der Steuerung zum Vari
ieren der Anzahl der zu verwendenden Nebeneinlaßkanäle, wobei die
Querschnittsfläche eines jeden der Nebeneinlaßkanäle dem Be
triebszustand der Brennkraftmaschine entspricht, und Mitteln zum
Durchführen einer Steuerung zum Variieren der Richtung der
Kraftstoffeinspritzung und der Anzahl der Kraftstoffeinstpritzungen,
entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine.
Weiterhin kann die Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Ge
mischs zu einer Brennkraftmaschine eine Einlaßkanalöffnung zu ei
ner Brennkammer in einem Zylinder enthalten, auch kann vorgese
hen sein ein Einlaßventil, welches in Verbindung mit dem Einlaßka
nal und der Brennkammer vorgesehen ist, ein Kraftstoffeinspritz
ventil zum Einspritzen von zumindest einem verzweigten Sprühnebel
in Richtung auf das Einlaßventil, Verwirbelungserzeugungsmittel
zum Erzeugen einer Wirbelströmung in dem Gemisch der Brenn
kammer, durch ein Steuern der Drosselung des Einlaßkanals, wobei
die Verwirbelungserzeugungsmittel einen Hauptkanal enthalten,
welcher den Einlaßkanal bildet, zumindest einen Nebeneinlaßkanal,
der zum Ausbilden eines Beipaßkanals des Hauptkanals vorgesehen
und derart ausgebildet ist, daß die Gesamtsumme der Quer
schnittsflächen kleiner ist als die Querschnittsfläche des Haupt
kanals, ein Einlaßsteuerventil zum Steuern der Drosselung des
Hauptkanals, Ventilmittel zum Durchführen der Steuerung der
Drosselung von zumindest einem Nebeneinlaßkanal, und Mittel ent
hält, zum Erzeugen der Verwirbelung
mit variierender Stärke, entsprechend der Be
triebsbedingung der Brennkraftmaschine.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau kann die Erfindung fol
gende Betriebsverfahren durchführen.
Zuerst kann die Querschnittsfläche des Einlaßkanals mit meh
reren Schritten dadurch variiert werden, daß die Anzahl der
verwendeten Nebeneinlaßkanäle variiert wird. Weiterhin kann
die Verwirbelung in der Brennkammer derart eingestellt wer
den, daß dieselbe eine geeignete Stärke in einem Betriebsbe
reich des Motors aufweist, welcher größer ist als der Be
reich unter Verwendung einer konventionellen Vorrichtung.
Dadurch kann der gesamte Verbrennungswirkungsgrad bei ver
schiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ver
bessert werden.
Da die durch den Nebeneinlaßkanal gesaugte Einlaßluftmenge
durch den Trägheitseffekt der Einlaßströmung in den Neben
einlaßkanal vergrößert werden kann, ist es möglich, daß sich
der Betriebsbereich mit der erzeugten Verwirbelung durch
diesen Effekt aufweitet.
Es können mehrere Verwirbelungen in der Brennkammer unter
Verwendung von mehreren Nebeneinlaßkanälen erzeugt werden.
Dadurch kann die Verwirbelung in der Brennkammer bei der
gleichen Einlaßluftströmungsluftmenge erhöht werden, im Ver
gleich mit einem Fall von einem Wirbel und folglich kann der
Verbrennungswirkungsgrad durch eine Förderung der Vermi
schung zwischen dem Kraftstoff und der Luft verbessert wer
den.
Da die Mittel zum Variieren der Anzahl von Kraftstoffein
spritzungen und der Richtung der Kraftstoffeinspritzung vorgesehen
sind, kann eine geschichtete Einlaßströmung durch
eine Änderung der Kraftstoffströmung in der Brennkammer wäh
rend einem Niederlastbetrieb der Brennkraftmaschine dadurch
gebildet werden, daß die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen
vermindert wird und/oder die Richtung der Kraftstoffein
spritzung verändert wird. Andererseits kann der Ausnutzungs
grad der Luft während einem Hochlastbetrieb der Brennkraft
maschine erhöht werden und die hohe Ausgangsleistung der
Brennkraftmaschine kann dadurch gehalten werden, daß ein
gleichförmiges Gemisch über eine ansteigende Anzahl von
Kraftstoffeinspritzungen erzeugt wird und durch das Ausrich
ten der Kraftstoffeinspritzrichtung derart, daß das Gemisch
in der Brennkammer vergleichmäßigt wird.
Ferner wird der Kraftstoff nicht in die Nähe der Brennkam
merwand geleitet, da die Einspritzeinstellung des Kraft
stoffs, die Zündeinstellung oder die Richtung der Kraft
stoffeinspritzung derart eingestellt werden, daß mehrere
Verwirbelungen um den eingesprühten Kraftstoff erzeugt wer
den und sich der Kraftstoff und die eingesaugte Luft nicht
gegenseitig stören. Dadurch können gefährliche Komponenten
im Abgas, wie HC, vermindert werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezug auf die beiliegenden Figuren näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste erfindungsge
mäße Ausführungsform,
Fig. 2 eine Seitenansicht der ersten erfindungsge
mäßen Ausführungsform,
Fig. 3 eine Ansicht der Betriebsweise der ersten
Ausführungsform während einem Niederlastbe
trieb,
Fig. 4 eine Ansicht der Betriebsweise der ersten
Ausführungsform während einem Nieder- und
Mittellastbetrieb,
Fig. 5 eine Ansicht der Betriebsweise der ersten
Ausführungsform während einem Mittel- und
Hochlastbetrieb,
Fig. 6 eine Ansicht der Betriebsweise der ersten
Ausführungsform während einem Hochlastbe
trieb,
Fig. 7 eine Ansicht der Betriebsweise einer anderen
Ausführung der ersten Ausführungsform während
einem Niederlastbetrieb,
Fig. 8 eine Ansicht der Betriebsweise einer anderen
Ausführung der ersten Ausführungsform während
einem Nieder- und Mittellastbetrieb,
Fig. 9(a), (b) eine Draufsicht und eine Seitenansicht des
Aufbaus und der Betriebsweise einer ersten
Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritz
ventils gemäß der ersten Ausführungsform,
Fig. 10(a), (b) eine Draufsicht und eine Seitenansicht des
Aufbaus und der Betriebsweise einer zweiten
Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritz
ventils gemäß der ersten Ausführungsform,
Fig. 11(a), (b) eine Draufsicht und eine Seitenansicht des
Aufbaus und der Betriebsweise einer dritten
Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzven
tils in der ersten Ausführungsform,
Fig. 12 eine Draufsicht des Aufbaus einer zweiten er
findunsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 13 eine Seitenansicht des Aufbaus der zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 14 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform zum
Einstellen des Öffnungsgrades eines Steuer
ventils,
Fig. 15 eine die Kraftstoffeinspritzeinstellung, die
Zündzeitpunkteinstellung und die Richtung der
Kraftstoffeinspritzung zeigende Darstellung,
wenn keine Verwirbelung erzeugt ist,
Fig. 16 eine Darstellung der Kraftstoffeinspritzein
stellung, der Zündzeitpunkteinstellung und
der Richtung der Kraftstoffeinspritzung wenn
eine Verwirbelung erzeugt ist,
Fig. 17 eine graphische Darstellung des Grenzbereichs
des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und
des möglichen Bereichs des Motorbetriebs,
wenn die Anzahl der zu verwendenden Nebenein
laßkanäle und die Anzahl der Kraftstoffein
spritzungen gemäß dem Flußdiagramm der Fig.
14 unter Verwendung des Aufbaus der ersten
Ausführungsform variiert werden,
Fig. 18 eine graphische Darstellung, die den Grenz
bereich des mageren Kraftstoff/Luft-Gemisches
und den möglichen Bereich des Motorbetriebs
darstellt, wenn die Zahl der Kraftstoffein
spritzungen des Kraftstoffeinspritzventils
unter Verwendung des Aufbaus der ersten Aus
führungsform immer auf zwei eingestellt ist,
Fig. 19 eine graphische Darstellung des Grenzbereichs
des mageren Kraftstoff/Luft-Gemisches und des
möglichen Bereichs des Motorbetriebs eines
konventionellen Motors mit einem Verwirbe
lungserzeugungsmechanismus, und
Fig. 20 eine graphische Darstellung des Grenzbereichs
eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des
möglichen Bereichs des Motorbetriebs eines
konventionellen Motors ohne einen Verwirbe
lungserzeugungsmechanismus.
Im folgenden werden Bauteile, welche die gleiche Funktion
aufweisen, durch dasselbe Bezugszeichen bezeichnet, wobei
eine wiederholte Beschreibung vermieden wird.
Die Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau einer ersten erfindungs
gemäßen Ausführungsform. Ein Hauptkanal 110 eines unabhängi
gen Einlaßrohrs ist mit einer Brennkammer 103 eines Motors
mit zwei Einlaßventilen 102 verbunden und zu derselben ge
öffnet. Ein Einlaßsteuerventil 107 ist in dem Hauptkanal
vorgesehen und Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b sind aus
gehend von der stromaufliegenden Seite des Hauptkanals der
art vorgesehen, daß sie den Hauptkanal 110 umgehen. Weiter
hin sind Verwirbelungssteuerventile 113a und 113b jeweils in
den Nebeneinlaßkanälen vorgesehen. Die Gesamtsumme der Quer
schnittsflächen der beiden Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b
wird derart eingestellt, daß sie 1/5 bis 1/2 der Quer
schnittsfläche des Hauptkanals stromauf dazu aufweist.
Das Kraftstoffeinspritzventil 105 erzeugt zwei Sprühnebel
bzw. Sprays 106a und 106b, welche von dem Hauptkanal 110 auf
die gegenüberliegende innere Seite der Ventilabschnitte der
Einlaßventile 102 gerichtet sind, d. h. in Richtung auf das
Zentrum der Brennkammer. Weiterhin sind Mittel zum Variieren
der Anzahl und der Richtung der Sprühnebel vorgesehen, wel
che später beschrieben werden. Ferner ist eine Zündkerze 104
nahe dem Zentrum der Brennkammer vorgesehen.
Die Ausgänge der Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b öffnen sich
nahe den Einlaßventilen 102. Die durch die Nebeneinlaßkanäle
101a und 101b strömende Luft bildet zwei Strahlen und tritt
in die Brennkammer 103 durch die zwei Spalte zwischen den
Einlaßventilen und den Ventilsitzen der beiden Einlaßventile
102 zur Erzeugung von zwei Verwirbelungen 111a und 111b ein.
Zu dieser Zeit strömt die Luft derart, daß die Verwirbelung
111a den Sprühnebel 106a dreidimensional umschließt und die
Verwirbelung 111b den Sprühnebel 106b umschließt, wobei fer
ner die Luft entlang der Oberfläche eines Kolbens 112 zirku
liert. Dadurch wird ein Bereich 114 mit einem dichten bzw.
reichen Gemisch und ein Bereich 115 mit einem mageren Ge
misch erzeugt. Der Antrieb des Einlaßsteuerventils 107 wird
z. B. durch einen Schrittmotor 201 oder ähnliches durchge
führt. Das Antreiben der Verwirbelungssteuerventile 113a,
113b wird ebenso durch z. B. Schrittmotoren (nicht gezeigt)
durchgeführt. Das Einstellen des Öffnungsrades von jedem
dieser Ventile wird durch einen Computer 202 übernommen.
Die Betriebszustände, ausgehend von einem Zustand einer
kleinen Luftmenge zu einem Zustand mit einer großen Luft
menge, werden untenstehend unter einer Einteilung in vier Zu
stände erklärt; und zwar während einem Niederlastbetrieb,
während einem Nieder- und Mittellastbetrieb, während einem
Mittel- und Hochlastbetrieb und während einem Hochlastbe
trieb, unter Bezug auf die Fig. 3 bis 6.
Die Fig. 3 zeigt den Betriebszustand der ersten Ausführungs
form unter einem Niederlastbetrieb. Der Öffnungsgrad des
Einlaßsteuerventils 107 wird auf einen Öffnungsgrad 81 nahe
einem vollständig geschlossenen Zustand eingestellt, so daß
die in den Hauptkanal durch das Ventil strömende Luft ein
kleiner Teil, wie 1/5 bis 1/10, der Luftströmungsrate sein
kann, welche durch die Nebeneinlaßkanäle strömt, wobei
ebenso das Verschließen des Ventils verhindert werden kann.
Das Verwirbelungssteuerungsventil 113a wird offengehalten
und das Verwirbelungssteuerventil 113b wird verschlossen.
Die stromab des Hauptkanals 110 strömende Luft 108 verläuft
durch den Nebeneinlaßkanal 101a zum Erzeugen einer Verwirbe
lung 111a innerhalb der Brennkammer 103. Da der Durchmesser
der durch den Nebeneinlaßkanal 101a eingespritzten Strömung
verglichen zu der Größe der Brennkammer klein ist, kann die
durch das Einlaßventil 102 eingesaugte Luft ausreichend ab
gelenkt werden, um eine starke Verwirbelung 111a mit einer
geringen Luftströmungsrate zu bilden.
Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt,
daß es nur einen Sprühnebel bzw. Strahl 106b bildet, und
zwar dadurch, daß die Anzahl der Sprühbildungen variiert
werden, wie später beschrieben. Zu dieser Zeit zirkuliert
die Verwirbelung 111a derart, daß sie den Kraftstoffsprühne
bel 106b umgibt bzw. umschließt. Der Sprühnebel wird daher
nicht auf die Wand der Brennkammer 103 zubewegt, wobei der
Bereich mit dem dichten Gemisch während der Verbrennung un
gefähr auf einen kleinen Raum beschränkt werden kann, wie
durch den diagonal schattierten Bereich 114a in der Figur
dargestellt; weiterhin wird das dichte Gemisch nur in der
Nähe der Zündkerze gebildet. Der erzeugte Magergemischbe
reich ist durch die Bezugsziffer 115a angedeutet. Durch das
Schichtgemisch und die Auswirkung der Verbrennungsverbesse
rung wird ein besserer Betrieb des Motors ohne Verbrennungs
schwankungen erzielt, bis zu einem Luft-Kraftstoff-Verhält
nis von ungefähr 30. Weiterhin können der Kraftstoffver
brauch und die Erzeugung von giftigen Abgasen, wie HC, NOx
abgesenkt werden.
Die Fig. 4 zeigt den Betriebszustand der ersten Ausführungs
form während einem Nieder- und Mittellastbetrieb. Der Öff
nungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird auf einen Öff
nungsgrad von θ1 eingestellt, welcher der gleiche ist, wie
beim Niederlastbetrieb. Wie in der Fig. 4 dargestellt ist,
wird das Verwirbelungssteuerventil 113a offengehalten und
das Verwirbelungssteuerventil 113b ist geschlossen. Die
stromauf des Hauptkanals 110 strömende Luft 108 verläuft
durch den Nebeneinlaßkanal 101a zur Erzeugung einer Verwir
belung 111a innerhalb der Brennkammer 103. Da der Durchmes
ser der durch den Nebeneinlaßkanal 101a eingespritzten Strö
mung verglichen zu der Größe der Brennkammer klein ist, kann
die durch das Einlaßventil 102 eingesaugte Luftströmung aus
reichend abgelenkt werden, zur Bildung einer starken Verwir
belung 111a mit einer geringen Luftströmungsrate.
Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt,
daß es zwei Sprühnebel 106a, 106b erzeugt, unter Verwendung
der Mittel zum Einstellen der Anzahl der Sprühnebel, welche
später beschrieben wird. Zu dieser Zeit zirkuliert die Ver
wirbelung 111a derart, daß sie die Kraftstoffsprühnebel
106a, 106b umgibt, wobei der erzeugte Bereich 114b mit dem
fetten Gemisch und der erzeugte Bereich 115b mit dem Mager
gemisch größere Flächen einnehmen als während dem Nieder
lastbetrieb. Zu dieser Zeit werden die durch die Verwirbe
lung 111a umgebenen Kraftstoffsprühnebel 106a, 106b nicht in
Richtung der Wand der Brennkammer 103 gedrückt. Durch die
Ausbildung eines sauberen Schichtgemisches und der Erzeugung
einer Verwirbelung für eine größere Kraftstoffströmungsrate
als während dem Niederlastbetrieb, kann das Luft-Kraftstoff-
Verhältnis auf maximal 26 erhöht werden.
Die Fig. 5 zeigt den Betriebszustand der ersten Ausführungs
form während einem Mittel- und Hochlastbetrieb. Der Öff
nungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird auf einen Öff
nungsgrad 61 eingestellt, welcher der gleiche ist, wie bei
dem Niederlastbetrieb und bei dem Nieder- und Mittellastbe
trieb. Wie in der Fig. 5 dargestellt, werden beide Verwirbe
lungssteuerventile 113a, 113b offengehalten. Die stromauf
des Hauptkanals 110 strömende Luft 108 verläuft durch die
beiden Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b zum Erzeugen von zwei
Verwirbelungen 111a und 111b innerhalb der Brennkammer 103.
Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt,
daß zwei Sprühnebel 106a, 106b erzeugt werden, unter Verwen
dung der Mittel zum Einstellen der Anzahl von Sprühnebel,
welche später beschrieben werden. Zu dieser Zeit zirkulieren
die Verwirbelungen 111a, 111b derart, daß sie die Kraft
stoffsprühnebel 106a, 106b umgeben, wobei der erzeugte Be
reich 114c mit dem reichen Gemisch und der erzeugte Bereich
115c mit dem Magergemisch größere Flächen einnimmt als wäh
rend dem Nieder- und Mittellastbetrieb. Zu dieser Zeit wer
den die Sprühnebel nicht in Richtung der Wand der Brennkam
mer 103 abgelenkt, da die Sprühnebel 106a, 106b durch die
Verwirbelungen 111a, 111b umgeben sind. Daher kann, durch
das Ausbilden eines sauberen Schichtgemisches und durch das
Erzeugen einer Verwirbelung für eine größere Kraftstoffströ
mungsrate als während dem Nieder- und Mittellastbetrieb, das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf maximal 24 erhöht werden.
Als nächstes wird in der Fig. 6 der Betriebszustand der er
sten Ausführungsform während einem Hochlastbetrieb darge
stellt. Der Öffnungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird
auf einen Öffnungsgrad von θ2 eingestellt, bei dem der
Hauptkanal 102 offengehalten ist. Zu dieser Zeit verläuft
die meiste eingesaugte Luft 108 durch den Hauptkanal 110 und
tritt in die Brennkammer 103 ein. In der dargestellten Figur
kann eine große Luftmenge eingesaugt werden, da keine Ver
wirbelungserzeugungsmittel, wie eine spiralförmige Öffnung
oder ähnliches, in den Hauptkanal 110 vorgesehen sind. An
dieser Stelle werden die Zustände der Verwirbelungssteuer
ventile 113a und 113b nicht spezifiziert. Sogar wenn die
Verwirbelungssteuerventile 113a, 113b offengehalten werden,
sind die durch die Nebeneinlaßkanäle 101a, 101b verlaufenden
Luftströmungsraten klein und erzeugen keine Verwirbelung, da
die in jedem Kanal strömende Luftströmungsrate ungefähr pro
portional zu der Querschnittsfläche ist.
Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt,
daß es zwei Sprühnebel 106a, 106b erzeugt, unter Verwendung
der Mittel zum Einstellen der Anzahl von Sprühnebel, welche
später beschrieben werden, wobei der Bereich 115d mit dem
Magergemisch und der Bereich 114d mit dem fetten Gemisch er
zeugt werden. Zu dieser Zeit befindet sich der Magergemisch
bereich 115b nur in der Nähe der Wandfläche mit einem nied
rigen Verbrennungswirkungsgrad, wobei der größte Teil der
Brennkammer durch den Fettgemischbereich 114d eingenommen
wird, mit einem gleichmäßigen Gemisch. Das Luft-Kraftstoff-
Verhältnis wird auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis
von 14,7 eingestellt und wird auf ungefähr 12 ange
hoben, sofern nötig. Da ausreichend Luft eingesaugt wird,
kann die benötigte Ausgangsleistung erhalten werden.
Obwohl in der Ausführungsform nur beschrieben wird, daß das
Eingangssteuerventil 107 in einem An/Aus-Zustand betrieben
wird, was einem Schließen oder Öffnen des Hauptkanals
gleichkommt, ist es selbstverständlich, daß die durch den
Hauptkanal 110 strömende Luftströmungsrate in Abhängigkeit
von der Einlaßluftströmungsrate gesteuert werden kann, wo
durch folglich der Bereich zur Erzeugung einer Verwirbelung
weiter erweitert werden kann.
Die Fig. 7 zeigt den Betriebszustand einer anderen Art der
ersten Ausführungsform während einem Niederlastbetrieb. Der
Öffnungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird in der darge
stellten Figur auf einen Öffnungsgrad von θ1 eingestellt,
welcher der gleiche ist wie in dem Niederlastbetrieb der
vorangehenden Ausführungsform. Das Verwirbelungssteuerventil
113a wird geschlossen und das Verwirbelungssteuerventil 113b
wird offengehalten. Die stromauf des Hauptkanals 110 strö
mende Luft 108 verläuft durch den Nebeneinlaßkanal 101b zum
Erzeugen einer Verwirbelung 111b innerhalb der Brennkammer
103. Da der Durchmesser der aus dem Nebenkanal 101b einge
spritzten Strömung verglichen zu der Größe der Brennkammer
klein ist, kann die durch das Einlaßventil 102 eingesaugte
Luftströmung ausreichend abgelenkt werden, um eine starke
Verwirbelung 111b bei einer geringen Luftströmungsrate zu
bilden.
Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt,
daß nur ein Sprühnebel 106b erzeugt wird, unter Verwendung
der Mittel zum Einstellen der Anzahl von Sprühnebel, wie
später beschrieben. Zu dieser Zeit zirkuliert die Verwirbelung
111b derart, daß sie den Kraftstoffsprühnebel 106b um
gibt. Der Sprühnebel wird daher nicht gegen die Wand der
Brennkammer 103 gebracht, wobei der erzeugte Bereich mit dem
Fettgemisch während der Verbrennung ungefähr auf einen klei
nen Bereich beschränkt werden kann, wie durch die diagonal
schattierte Fläche 114a' in der Figur dargestellt. Weiterhin
wird das fette Gemisch nur in der Nähe der Zündkerze gebil
det. Der erzeugte Bereich mit dem Magergemisch ist durch die
Bezugsziffer 115a' dargestellt. Durch das Schichtgemisch und
die Auswirkung der Verbrennungsverbesserung kann ein besse
rer Betrieb des Motors ohne Verbrennungsschwankungen erzielt
werden, und zwar bis zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von
ungefähr 30, wobei der Kraftstoffverbrauch und die Erzeugung
von giftigen Abgasen, wie HC, NOx abgesenkt werden können.
Die Fig. 8 zeigt den Betriebszustand einer anderen Art der
ersten Ausführungsform während einem Nieder- und Mittellast
betrieb. Der Öffnungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird
auf einen Öffnungsgrad von θ1 eingestellt, welcher der glei
che ist wie beim Nieder- und Mittellastbetrieb in der vor
angehenden Ausführungsform. Die Verwirbelungssteuerventile
113a, 113b werden offengehalten. Die stromauf des Hauptka
nals 110 strömende Luft 108 verläuft durch die beiden Neben
einlaßkanäle 101a und 101b zum Erzeugen von zwei Verwirbe
lungen 111a und 111b innerhalb der Brennkammer 103.
Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt,
daß es einen Sprühnebel 106b erzeugt, unter Verwendung der
Mittel zum Einstellen der Anzahl von Sprühnebel, wie später
beschrieben. Die Verwirbelung um zirkuliert derart, daß
der Kraftstoffsprühnebel 106b umgeben wird und der erzeugte
Bereich 114b' mit dem fetten Gemisch wird erzeugt. Anderer
seits zirkuliert die Verwirbelung 111a derart, daß der er
zeugte Bereich 114b' mit dem fetten Gemisch umgeben wird und
der erzeugte Bereich 115b' mit dem Magergemisch nimmt einen
größeren Bereich auf, als während dem Nieder- und Mittel
lastbetrieb. Zu dieser Zeit wird der Sprühnebel nicht in
Richtung der Wand der Brennkammer 103 gedrückt, da der
Kraftstoffsprühnebel 106b durch die Verwirbelung 111b umge
ben ist. Dadurch, daß ein sauberes Schichtgemisch erzeugt
wird und eine Verwirbelung für eine größere Kraftstoffströ
mungsrate erzeugt wird als beim Niederlastbetrieb, kann das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ungefähr maximal 26 erhöht
werden.
Die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen den Aufbau und die Betriebs
weise einer ersten Ausführungsform eines Kraftstoffein
spritzventils, welches in einer Vorrichtung zur Zufuhr eines
Kraftstoff/Luft-Gemisches gemäß der Erfindung verwendet
wird. Der Kraftstoff 301 wird durch eine Kraftstoffpumpe,
welche nicht in der Figur dargestellt ist, gepumpt. Durch
ein Anheben und Öffnen eines Ventils 304, unter Bewegung ei
nes Kerns 303, wenn Pulsstrom in eine Wicklung 302 strömt,
wird der Kraftstoff 301 aus einer Kraftstofföffnung 306 als
ein Sprühnebel 305 eingespritzt. Die Kraftstoffmenge wird
durch eine Funktion der Strompluszeit in der Wicklung 302
und durch den Durchmesser der Kraftstofföffnung 306 be
stimmt. Der aus der Kraftstofföffnung 306 ausgegebene Kraft
stoff wird in zwei Richtungen durch ein Verzweigungsteil 307
verzweigt. Wenn die erforderliche Anzahl der Kraftstoff
sprühnebelströmungen zwei ist, wird der Sprühnebel 305 in
zwei Strömungen verzweigt, um durch die Kanäle 309a und 309b
in einem Luftzerstäuber 308 zu verlaufen und wird weiterhin
aus den Einspritzdüsen 310a, 310b, wie in der Fig. 9(a) ge
zeigt, eingespritzt. Der Zerstäuber 308 ist an ein Ein
spritzventil 315 durch eine Luftgalerie 314 über einen Iso
lator 313 befestigt.
Andererseits tritt die Luft aus den Luftöffnungen 311 ein,
wenn die erforderliche Anzahl der Kraftstoffsprühströmungen
eins ist. Der Kraftstoffsprühnebel wird durch die Energie
der Luftströmungen aus den Luftöffnungen 311, welche in dem
Luftzerstäuber 308 vorgesehen sind, zerstäubt, und gleich
zeitig durch Strömungen an der Seite des Kanals 309b auf
grund der Luftströmungen. Dadurch wird die Kraftstoffströ
mung ein Sprühnebel in eine Richtung, ausgehend von der Ein
spritzdüse 310b, wie in der Fig. 9(b) gezeigt.
Die Fig. 10(a) und (b) zeigen den Aufbau einer zweiten Aus
führungsform eines Kraftstoffeinspritzventils. Die Kraft
stoffmenge wird in einer gleichen Weise wie in der ersten
Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils durch eine
Funktion der Stromflußzeit in der Wicklung 302 und den
Durchmesser der Kraftstofföffnung 306 bestimmt. In einem
Luftzerstäuber 308 ist ein elliptischer, kegelförmiger Kanal
309 vorgesehen. Der aus der Kraftstofföffnung 306 ausge
brachte Kraftstoff wird in zwei Richtungen verzweigt. Wenn
die erforderliche Anzahl der Kraftstoffsprühströmungen zwei
ist, wird der Sprühnebel 305, wie in der Fig. 10(a) gezeigt,
in zwei Strömungen verzweigt, um durch einen Kanal 309 in
dem Luftzerstäuber 308 zu verlaufen und wird weiterhin durch
eine Einspritzdüse 310 eingespritzt.
In einem Fall, in dem die erforderliche Anzahl der Kraft
stoffsprühströmungen eins ist, tritt die Luft durch Luftöff
nungen 311 ein. Der Kraftstoffsprühnebel wird, wie in der
Fig. 10(b) gezeigt, durch die Energie der Kraftstoffströmun
gen aus den Luftöffnungen 311 zerstäubt, welche in dem Luft
zerstäuber 308 vorgesehen sind und gleichzeitig durch Strö
mungen an der Seite des Kanals 309b aufgrund der Luftströ
mungen. Die Kraftstoffströmung wird dadurch ein Sprühnebel
mit einer Ein-Richtungsströmung ausgehend von der Einspritzdüse
310b und es wird nahe einer Zündkerze 104 in einer
Brennkammer 103 ein fettes Gemisch erzeugt, wie in der Fig.
1 dargestellt.
Die Fig. 11(a) und (b) zeigen den Aufbau einer dritten Aus
führungsform eines Kraftstoffeinspritzventils. In dieser Fi
gur ist der Aufbau stromauf der Kraftstofföffnung 306 der
gleiche, wie in den vorangehenden Ausführungsformen. Inner
halb eines Kraftstoffkanals 309a, welcher einer der Kraft
stoffkanäle 309a und 309b darstellt, ist ein Mikroventil 312
zum Drosseln des Kraftstoffkanals 309a vorgesehen. In einem
Fall, in dem die erforderliche Anzahl der Kraftstoffsprüh
strömungen zwei ist, wird das Mikroventil 312 offengehalten,
wie in der Fig. 11(a) gezeigt und in einem Fall, in dem die
erforderliche Anzahl der Kraftstoffsprühströmungen eins ist,
wird das Mikroventil 312 geschlossen. Durch einen derartigen
Aufbau wird die Kraftstoffsprühung durch die Energie der
Luftströmungen von den Luftöffnungen 311, welche in dem
Luftzerstäuber 308 vorgesehen sind, zerstäubt und gleichzei
tig kann die Anzahl der Sprühströmungen verändert werden.
Außerdem ist es möglich das Erfordernis der Gemischschich
tung in der Brennkammer 103, wie in der Fig. 1 dargestellt,
und einer schnellen Bildung des Gemisches durch die Zerstäu
bung des Kraftstoffsprühnebels zu vereinen. Dadurch kann
eine Magerverbrennung verbessert werden.
Die Fig. 12 und 13 zeigen den Aufbau einer zweiten Ausfüh
rungsform einer Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/
Luft-Gemisches für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfin
dung. Obwohl der Aufbau eines Verwirbelungserzeugungsmecha
nismus im wesentlichen der gleiche ist, wie der Aufbau der
in der Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform, sind in die
ser Ausführungsform die beiden Kraftstoffeinspritzventile
105a, 105b im stromaufliegenden Abschnitt von zwei Einlaßventilen
derart vorgesehen, daß sie eine Ausrichtung auf die
innenliegenden Abschnitte der beiden Einlaßventile ermögli
chen. In einem Fall, in dem die Anzahl der Kraftstoffsprüh
strömungen eins ist, wird das Pulssignal von einem Computer
201 nur zu dem Kraftstoffeinspritzventil 105a geliefert. Da
durch wird der Kraftstoffsprühnebel zur Durchführung der
Schichtverbrennung verändert.
Die Fig. 14 ist ein Flußdiagramm einer Ausführungsform zum
Einstellen der Zustände des Steuerventils und des Kraft
stoffeinspritzventils, wenn die Vorrichtung zur Zufuhr des
Kraftstoff/Luft-Gemisches für eine Brennkraftmaschine gemäß
der. Erfindung für einen in einem Fahrzeug montierten Motor
verwendet wird. Zunächst wird eine Fahrerabsicht erfaßt und
die gewünschte Drehzahl und das gewünschte Motormoment wer
den berechnet. Die Absicht des Fahrers wird durch einen Wert
ausgedrückt, welcher als eine nötige Antriebswellenleistung
aus z. B. dem Grad des Niederdrückens oder der Änderung des
Niederdrückgrads eines Gaspedals berechnet wird. Ein Be
triebszustand des Motors, d. h. die Drehzahl und das erfor
derliche Drehmoment werden nun aus diesem Wert und der In
formation betreffend der Drehzahl des Fahrzeugs der Schalt
stellung berechnet. Dann wird basierend auf dieser Informa
tion eine optimale Verwirbelung und die Anzahl und Richtung
der Sprühnebelströmungen unter den eingestellten Bedingungen
unter Bezug auf eine Tabelle ausgelesen.
Zunächst wird beurteilt, ob die Betriebsbedingung des Motors
in einen Hochlastbereich fällt. Wenn die Betriebsbedingung
in einem Hochlastbereich ist, wird der Öffnungsgrad des
Steuerventils 107 in der Fig. 1 auf θ2 eingestellt und die
Richtung der Sprühnebelströmungen wird auf die zwei Richtun
gen eingestellt, bei einem Vermindern der Derivation (Ablen
kung) durch ein Abschneiden oder ein Vermindern der Luftströmung
durch die Luftöffnungen 311, wie in der Fig. 7 ge
zeigt. Wenn sich der Motor nicht in dem Hochlastbereich be
findet, wird die Öffnung des Steuerventils 107 auf den Win
kel θ1 eingestellt, gezeigt in den Fig. 3 bis 5, wobei dann
die Datenverarbeitung zum Einstellen der Verwirbelung und
des Sprühnebels fortschreitet.
Beim Einstellen der Verwirbelung und des Sprühnebels wird
zunächst beurteilt, ob sich die Betriebsbedingung in einem
Bereich überhalb dem Nieder- und Mittellastbereich befindet.
Wenn sie sich überhalb dem Nieder- und Mittelbetriebsbereich
befindet, wird die Richtung der Sprühströmungen auf die zwei
Richtungen durch ein Öffnen der Verwirbelungssteuerventile
113a, 113b eingestellt. Ferner wird beurteilt, ob sich die
Betriebsbedingung in dem Mittel- und Hochlastbereich befin
det. Wenn sie sich in dem Mittel- und Hochlastbereich befin
det, wird die Richtung der Sprühströmungen auf die zwei
Richtungen eingestellt, und zwar durch ein Absenken der
Luftströmung durch die Luftöffnungen 311 auf die gleiche
Weise, wie im Fall des Hochlastbereichs. Wenn sich der Motor
nicht in dem Mittel- und Hochlastbereich befindet, ist die
Betriebsbedingung folglich in dem Nieder- und Mittellastbe
reich und daher wird die Richtung der Sprühströmung auf eine
Richtung dadurch eingestellt, daß die Luftströmungsrate,
welche durch die Luftöffnungen 311 strömt, angehoben wird.
Wenn der Betriebszustand des Motors nicht in einem Bereich
überhalb des Nieder- und Mittellastbereichs ist, befindet
sich der Motor folglich in dem Niederlastbereich und die
Richtung der Sprühströmung wird auf die Einrichtungsverwir
belung durch das Öffnen des Verwirbelungssteuerventils 113a
und ein Schließen des Verwirbelungssteuerventils 113b einge
stellt. Ferner wird die Luftströmungsrate, welche durch die
Luftöffnungen 311 strömt, angehoben und die Anzahl der
Sprühströmungen wird auf eine solche Strömung eingestellt.
Da die Bedingungen betreffend der Verwirbelung und dem
Kraftstoff bestimmt sind, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Ver
hältnis unter Bezug auf eine Luft-Kraftstoff-Tabelle über
die Drehzahl und das Drehmoment bestimmt. Basierend auf dem
Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird der Öffnungsgrad der Dros
selklappe (nicht gezeigt) bestimmt und die Luftströmungsrate
wird eingestellt. Dadurch wird die Kraftstoffströmungsrate
eingestellt, wobei das Einstellen basierend auf dem Kraft
stoffeinspritztiming und dem Zündtiming durchgeführt wird,
entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, unter Verwen
dung von Mitteln wie einer Tabelle oder ähnlichem. Durch
obige Vorgehensweise kann die Erzeugung einer optimalen Ver
wirbelung und eines optimalen Gemischs in der Brennkammer
entsprechend der Betriebsbedingung realisiert werden.
Die Fig. 15 und 16 zeigen eine Ausführungsform des Betriebs,
bei der die Kraftstoffeinspritzeinstellung, die Zündzeit
punkteinstellung und die Richtung der Kraftstoffeinspritzung
entsprechend der Stärke der Verwirbelung variiert werden.
Als Kraftstoffeinspritzventil 105 wird ein luftgestütztes
Einspritzventil verwendet. Das luftgestützte Einspritzventil
kann die Zerstäubung des Kraftstoffs durch eine Luftströmung
fördern und die Anzahl der Sprühströmungen sowie die Rich
tung der Kraftstoffeinspritzung durch die Luft für die Zer
stäubung ändern. Die Fig. 15 stellt einen Fall dar, bei dem
keine Verwirbelung erzeugt wird. Die Luft 108 tritt von dem
Hauptkanal 110 ein und die Luftgeschwindigkeit ist ver
gleichsweise langsam, bei einer ebenso langsamen Verbren
nungsgeschwindigkeit. Um eine gute Zündung zu erzielen, wenn
sich ein Kolben 112 nahe dem oberen Totpunkt in einem Ver
dichtungshub bewegt, sollte die Kraftstoffeinspritzeinstellung
und ebenso die Zündeinstellung verfrüht werden, die
Richtung des Kraftstoffsprühnebels 106 wird etwas unterhalb
einer Linie eingestellt, welche zwischen dem Kraftstoffein
spritzventil 105 und den beiden Einlaßventilen 102, 102 in
der Figur verläuft, wobei viel Kraftstoff in diese Richtung
eingespritzt wird. Wenn dies derart durchgeführt wird, wird
ein fettes Gemisch nahe der Zündkerze 104 gebildet. Die Fig.
16 stellt einen Fall dar, in dem die Verwirbelung erzeugt
wird. Die Luft 108 tritt aus dem Nebeneinlaßkanal 101 ein
und eine Verwirbelung mit einer großen Geschwindigkeit wird
gebildet. Die Verbrennungsgeschwindigkeit wird ebenso
schnell. Um eine gute Zündung zu erreichen, wenn sich ein
Kolben 112 nahe dem oberen Totpunkt in einem Verdichtungshub
bewegt, sollte die Kraftstoffeinspritzeinstellung verglichen
zu der im Fall der Fig. 15 etwas verzögert sein. Das gleiche
gilt für die Zündeinstellung. Da sich die Kraftstoffströmung
und die eingesaugte Luftströmung nur schwer stören können
ist die Richtung der Kraftstoffsprühnebels 106 derart einge
stellt, daß sie auf die beiden Einlaßventile 102, 102 mehr
direkter gerichtet ist, als im Fall der Fig. 15. Dadurch
wird die Vermischung des Kraftstoffs und der Luft verbessert
und es kann verhindert werden, daß sich der Kraftstoffsprüh
nebel an die Innenwand des Einlaßrohrs 110 und an die Innen
wand des Zylinders 103 anlegt bzw. daran anhaftet.
Die Fig. 17 zeigt den Grenzbereich des mageren Luft-Kraft
stoff-Verhältnisses und den möglichen Bereich des Motorbe
triebs mit den Variablen der Motordrehzahl und dem Motormo
ment, wenn die Anzahl der zu verwendenden Nebeneinlaßkanäle
und die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen gemäß dem in der
Fig. 14 gezeigten Flußdiagramm unter Verwendung des Aufbaus
der ersten Ausführungsform variiert werden. Die Fig. 18
zeigt den Grenzbereich des mageren Luft-Kraftstoff-Verhält
nisses und den möglichen Bereich des Motorbetriebs, wenn die
Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen auf zwei verwendet wird,
unter Verwendung des Aufbaus der ersten Ausführungsform. Die
Fig. 19 zeigt den Grenzbereich des mageren Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses und den möglichen Bereich des Motorbetriebs
für einen konventionellen Motor mit einem Verwirbelungser
zeugungsmechanismus. Die Fig. 20 zeigt den Grenzbereich des
mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und den möglichen Be
reich des Motorbetriebs für einen konventionellen Motor ohne
irgendeinen Verwirbelungserzeugungsmechanismus.
In jeder dieser Figuren gibt der Bereich außerhalb der dia
gonal schattierten Bereiche den Bereich an, in dem der Be
trieb mit jedem der Aufbauten bei der Drehzahl und dem Dreh
moment nicht möglich ist. Die Bezugsziffern in den Figuren
geben die Grenze des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in diesen
Bereichen an. Unter Bezug auf die Fig. 17 wird es ersicht
lich, daß der Betriebsbereich des Motors mit mageren Luft-
Kraftsoff-Verhältnissen gemäß der Erfindung größer ist als
der bei anderen Fällen. Insbesondere ist der Grenzbereich
des Motorbetriebs bei mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen
während dem Niederlastbetrieb groß, was zu einem verminder
ten Kraftstoffverbrauch und weniger Abgasen der Zusammen
setzung HC, NOx führt. Ferner kann der erfindungsgemäße Mo
tor die Maximalleistung auf dem gleichen Niveau halten, wie
der Motor ohne irgendeinen Verwirbelungserzeugungsmechanis
mus.
An dieser Stelle sei festgehalten, daß die vorliegende Er
findung nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen be
schränkt ist und daß verschiedene Änderungen des Aufbaus
ohne den Schutzbereich der in den Patentansprüchen angegebe
nen Erfindung zu verlassen möglich sind.
Obwohl in der Ausführungsform zwei Nebeneinlaßkanäle be
schrieben wurden, ist der erfindungsgemäße Aufbau nicht in
der Anzahl dieser Kanäle beschränkt und es ist offensicht
lich, daß irgendeine beliebige Nummer von zumindest einem
Nebeneinlaßkanal eine Verwirbelung erzeugen können. Obwohl
die Fälle beschrieben wurden, bei denen die Verwirbelungsan
zahl eins und zwei ist, können mehrere Verwirbelungen durch
das variable Einstellen der Positionen und der Richtungen
der Nebeneinlaßkanäle für jeden Öffnungsabschnitt erzeugt
werden. Ferner kann die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen
die Anzahl der Verwirbelungen erhöhen, obwohl Kraftstoffein
spritzungen mit der Anzahl eins und zwei beschrieben wurden.
Sogar in einem solchen Aufbau, bei dem die Schichtverbren
nung realisiert werden soll, kann zumindest eine Sprühströ
mung ausreichend sein. In jedem Fall haftet der Kraftstoff
nicht an der Wand der Brennkammer, soweit die Verwirbelung
und der Kraftstoffsprühnebel derart eingestellt sind, daß
die Verwirbelung den Kraftstoffsprühnebel dreidimensional
umgibt, und es kann ein vorteilhaftes Gemisch gebildet wer
den.
In jedem dieser Fälle kann durch ein Variieren der Kraft
stoffeinspritzeinstellung, usw., das Gemisch aus Luft und
Kraftstoff verbessert und es kann eine optimale Verbrennung
erzielt werden.
Aus der obenstehenden Beschreibung soll verständlich werden,
daß erfindungsgemäß mehrere Verwirbelungen in der Brennkam
mer erzeugt werden können, wobei die in der Brennkammer er
zeugten Verwirbelungen auf eine geeignete Stärke über einen
breiten Betriebsbereich eingestellt werden können und wobei
die Magerverbrennungsgrenze ausgeweitet werden kann. Weiter
hin kann der Gehalt an gesundheitsschädlichen Komponenten,
wie HC, NOx, usw., in dem Abgas vermindert werden und es
kann eine Absenkung der Ausgangsleistung durch das Ansaugen
von einer großen Menge von Luft während einem Hochlastbe
trieb dadurch verhindert werden, daß Bauteile vermieden wer
den, welche die Querschnittsfläche des Hauptluftströmungska
nals vermindern.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches in eine
Brennkraftmaschine mit
einem in eine Brennkammer (103) ausmündenden Hauptluftkanal (110),
zwei an der Ausmündung des Hauptluftkanals (110) angeordneten Einlaßventilen (102),
einer Kraftstoffeinspritzdüse (105), die Kraftstoff in Richtung der Einlassventile spritzt,
einer im Hauptluftkanal (110) angeordneten Drosselklappe (107),
mindestens einem in den Hauptluftkanal (110) vor den Einlass ventilen (112) ausmündenden Nebenluftkanal (101a, b) zur Erzeu gung eines Wirbelstroms in der Brennkammer (103),
einer elektronischen Steuereinheit zum Betätigen der Drosselklap pe (107) und der Einspritzdüse (105) auf der Grundlage von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine und
zumindest zwei Nebenluftkanäle (101a, b) vorgesehen sind, deren gesamter Strömungsquerschnitt kleiner als derjenige des Haupt luftkanals (110) ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
in jedem Nebenluftkanal (101a, b) ein Steuerelement (113a, b) vor gesehen ist, mit dem die Art und Intensität der in der Brennkam mer (103) erzeugten Wirbelströmung auf der Grundlage von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbar ist,
die Einspritzdüse (105) zur Ausbildung von mehreren Kraftstoff- Sprühstrahlen ausgebildet ist, deren Anzahl und Richtung unabhängig voneinander auf der Grundlage von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbar ist, und
die Betätigung der Steuerorgane (113a, b) in den Nebenluftkanälen (101a, b) unabhängig von der Steuerung der Anzahl und Richtung der Kraftstoff-Sprühstrahlen lastabhängig erfolgt.
einem in eine Brennkammer (103) ausmündenden Hauptluftkanal (110),
zwei an der Ausmündung des Hauptluftkanals (110) angeordneten Einlaßventilen (102),
einer Kraftstoffeinspritzdüse (105), die Kraftstoff in Richtung der Einlassventile spritzt,
einer im Hauptluftkanal (110) angeordneten Drosselklappe (107),
mindestens einem in den Hauptluftkanal (110) vor den Einlass ventilen (112) ausmündenden Nebenluftkanal (101a, b) zur Erzeu gung eines Wirbelstroms in der Brennkammer (103),
einer elektronischen Steuereinheit zum Betätigen der Drosselklap pe (107) und der Einspritzdüse (105) auf der Grundlage von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine und
zumindest zwei Nebenluftkanäle (101a, b) vorgesehen sind, deren gesamter Strömungsquerschnitt kleiner als derjenige des Haupt luftkanals (110) ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
in jedem Nebenluftkanal (101a, b) ein Steuerelement (113a, b) vor gesehen ist, mit dem die Art und Intensität der in der Brennkam mer (103) erzeugten Wirbelströmung auf der Grundlage von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbar ist,
die Einspritzdüse (105) zur Ausbildung von mehreren Kraftstoff- Sprühstrahlen ausgebildet ist, deren Anzahl und Richtung unabhängig voneinander auf der Grundlage von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbar ist, und
die Betätigung der Steuerorgane (113a, b) in den Nebenluftkanälen (101a, b) unabhängig von der Steuerung der Anzahl und Richtung der Kraftstoff-Sprühstrahlen lastabhängig erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
triebsparameter der Brennkraftmaschine die Drehzahl und das
Drehmoment der Brennkraftmaschine umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
durch die Steuerung der Kraftstoffeinspritzrichtung und der Anzahl
der Kraftstoffeinspritzungen die entstehende Wirbelströmung in der
Brennkammer (103) den eingespritzten Kraftstoff umschließt.
4. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß wenn durch die Nebenluftkanäle (101a, b) zu
mindest zwei Wirbelströmungen mit verschiedenen verwirbelungsbil
denden Oberflächen erzeugt werden und sich der Motor in einem
Niederlastbetriebszustand befindet, zumindest eine der Wirbelströ
mungen in einem Abschnitt gebildet wird, welcher nicht mit dem
Kraftstoffsprühstrahl in eine störende Beziehung tritt.
5. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Zündeinstellung der Brennkraftmaschine
unter Berücksichtigung der Steuerorgane (113a, b) und der Anzahl
und Richtung der Kraftstoff-Sprühstrahlen erfolgt.
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