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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das dazu bestimmt
ist, die Mischung aus mindestens einem gasförmigen Fluid, wie beispielsweise Luft,
und eines Treibstoffes in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors
mit Direkteinspritzung, insbesondere vom Diesel-Typ, sicherzustellen.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor, der ein solches
Verfahren einsetzt.
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Es
ist bei den herkömmlichen
Diesel-Verbrennungsmotoren bereits bekennt, einen besonderen Einlass
des gasförmigen
Fluids, wie beispielsweise Luft oder ein Gemisch aus Luft und rezirkulierten Auspuffgasen,
zu verwenden, um die Mischung zwischen diesem Fluid und dem eingespritzten
Treibstoff zu fördern.
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Gewisse
bekannte Ausführungen
zur Förderung
dieser Mischung bestehen, wie besser in
US 5 906 183 beschrieben, darin eine
Wirbelbewegung, d. h. eine Drehbewegung des gasförmigen Fluids um eine im Wesentlichen
parallele oder mit jener der Brennkammer zusammen fallende Achse,
entweder bei seinem Einlass in die Brennkammer oder bei seinem Eintritt
in diese Kammer hervorzurufen, damit sich das gasförmige Fluid „durch
Rühren" mit dem in Form
feiner Tröpfchen
eingespritzten Treibstoff mischt.
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Diese
Wirbelbewegung des gasförmigen Fluids
kann durch mindestens ein Einlassrohr erzeugt werden, das tangential
und radial zur Brennkammer angeordnet ist, Tangentialrohr genannt.
So wird das gasförmige
Fluid entlang der Wand des Zylinders eingelassen und erzeugt eine
Wirbelbewegung um die Hauptachse der Brennkammer. Sie kann auch
durch mindestens ein Rohr von Spiralform erzeugt werden, Spiralrohr
genannt, das derart ausgebildet ist, dass das gasförmige Fluid
bereits eine Wirbelbewegung bei seinem Eintritt in diese Brennkammer
hat. Es kann auch vorgesehen werden, mindestens ein Tangentialrohr
mit mindestens einem Spiralrohr zu verbinden, um diese Wirbelbewegung zu
erzeugen.
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Diese
Wirbelbewegung des gasförmigen Fluids
ist dem Fachmann unter dem Begriff „swirl" bekannt und gekennzeichnet durch ein
Verhältnis
ND/N, wobei ND durch
Integration der Drehung der eingeführten Elementarlast auf der
Bahn des Kolbens während
des Einlasshubs unter Berücksichtigung
des Hebens des Ventils und der Geschwindigkeit des Kolbens bewertet
wird, gefolgt von einer Division durch die eingeleitete Gesamtluftmenge
(oder Menge an gasförmigem
Fluid), während
N die Drehgeschwindigkeit des Motors ist.
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Der
Swirl hat den Vorteil, dass er das Gemisch des gasförmigen Fluids
mit dem Treibstoff verbessert und gleichzeitig die Schadstoffemissionen, wie
beispielsweise die Rauchgase, verringert. Er ist insbesondere bei
der Funktion mit geringer Drehzahl und geringer Last des Motors
interessant, wenn die interne Aerodynamik der Brennkammer nicht
ausreicht, um das Gemisch des gasförmigen Fluids mit dem Treibstoff
zu gewährleisten.
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Allerdings
wenn eine zu hohe Swirlrate verwendet wird, hat dies den nicht zu
vernachlässigenden
Nachteil, dass am Umfang die Treibstoffstrahlen in der Dampfphase,
die aus der Einspritzdüse
kommen, abgelenkt werden und sich eine Ausführung ergibt, bei der die Treibstoffstrahlen
einander überlagern,
was für
die Rauchgasemissionen schädlich
ist.
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So
besteht bei den herkömmlichen
Diesel-Verbrennungsmotoren für
jeden Funktionspunkt ein Kompromiss zwischen der maximalen Swirlrate, die
es ermöglicht,
die Schadstoffemissionen bei Teillast zu begrenzen, und einer Swirlrate,
die mit den Einspritzeigenschaften vereinbar ist, wie beispielsweise
dem Flächenwinkel
der Treibstoffstrahlen, dem Durchmesser der Löcher der Treibstoffeinspritzdüsen, der
Anzahl von Löchern
dieser Einspritzdüse, dem
Einspritzdruck des Treibstoffes, um die Überdeckung der Strahlen bei
hoher Last zu vermeiden. Ganz allgemein wird immer ein relativ hoher
Swirl gewählt,
der höher
als 3 ist.
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Im
Falle von Diesel-Motoren, die mit homogener Verbrennung funktionieren,
entzündet
sich ein mehr oder weniger homogenes Gemische zwischen dem gasförmigen Fluid
und dem Treibstoff selbst, und es ist somit wichtig, die Mischung
des gasförmigen
Fluids und des Treibstoffes zu fördern.
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Um
den Erhalt dieser homogenen Mischung zu fördern, werden der Treibstoff
und das gasförmige Gemisch
vorzeitig in den Zyklus gebracht. Eine hohe Swirlrate wäre theoretisch
auf Grund des Durchrührens
zwischen dem gasförmigen
Fluid und dem Treibstoff, das sie hervorruft, günstig, aber die Treibstofftröpfchen können zur
Wand des Zylinders projiziert werden und sich so im Öl verdünnen.
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Diese
Treibstoffprojektion führt
nicht nur zu einer Verschlechterung der Haltbarkeit des an dieser Wand
vorhandenen Schmiermittels sowie zur Bildung von Ruß mit einer
Gefahr des Kolbenfressens im Zylinder, sondern auch zu einer Erhöhung der Schadstoffemissionen
und einer Verringerung der Motorleistungen.
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Die
vorliegende Erfindung soll die oben erwähnten Nachteile danke eines
Verfahrens und eines Motors beseitigen, die es ermöglichen,
eine bessere Mischung des gasförmigen
Fluids mit dem in die Brennkammer eingespritzten Treibstoff zu erzielen, wobei
gleichzeitig die homogene Verbrennung bei geringer Last und die
herkömmliche
Verbrennung bei hoher Last ermöglicht
werden.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Sicherstellen
der Mischung aus mindestens einem gasförmigen Fluid in der Brennkammer
eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung, umfassend mindestens
einen Zylinder, einen Zylinderkopf, einen Kolben, der in diesem
Zylinder gleitet, eine Treibstoffeinspritzdüse, eine Brennkammer, die auf
einer Seite von der Oberseite des Kolbens begrenzt ist, umfassend
einen zum Zylinderkopf zeigenden Zapfen und angeordnet in einem
konkaven Behälter,
und Einlassmittel für
mindestens ein gasförmiges
Fluid, wobei die Einlassmittel derart ausgeführt sind, dass sie das gasförmige Fluid
in die Brennkammer in einer Wirbel- oder Swirlbewegung einlassen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff mit einer Einspritzdüse mit einem
Flächenwinkel kleiner
oder gleich 2Arctg CD / 2F eingespritzt wird, wobei DC der Durchmesser des
Zylinders und F der Abstand zwischen dem Ausgangspunkt der Treibstoffstrahlen,
die von der Einspritzdüse
kommen, und der Position des Kolbens entsprechend einem Kurbelwellenwinkel
von 50° zum
oberen Totpunkt (PMH) ist, und dass das gasförmige Fluid mit einer Swirlrate kleiner
oder gleich 1,7 eingelassen wird.
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Das
gasförmige
Fluid kann in einer Wirbel- oder Swirlbewegung koaxial zu jener
des Behälters eingelassen
werden.
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Der
Treibstoff kann mit einem Flächenwinkel kleiner
oder gleich 120° eingespritzt
werden.
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Der
Treibstoff kann mit einem Flächenwinkel zwischen
40° und
100° eingespritzt
werden.
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Es
kann ein Kolben mit einem Zapfen verwendet werden, so dass der Winkel
an der Spitze des Zapfens im Wesentlichen mit dem Flächenwinkel
der Einspritzdüse übereinstimmt,
und ein Behälter
verwendet werden, dessen Wand derart ausgebildet ist, dass der eingespritzte
Treibstoff zum Äußeren derselben
gleitet und verdampft wird, ohne die Wände des Zylinders zu erreichen,
und zwar für
jede Position des Kolbens bis zu ±30° zum oberen Totpunkt (PMH).
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Die
Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor, umfassend mindestens
einen Zylinder, einen Zylinderkopf, einen Kolben, der in diesem
Zylinder gleitet, eine Treibstoffeinspritzdüse, eine Brennkammer, die auf
einer Seite von der Oberseite des Kolbens begrenzt ist, umfassend
einen zum Zylinderkopf zeigenden Zapfen und angeordnet in einem
konkaven Behälter,
und Einlassmittel für
mindestens ein gasförmiges
Fluid, wobei die Einlassmittel derart ausgeführt sind, dass sie das gasförmige Fluid
in die Brennkammer in einer Wirbel- oder Swirlbewegung einlassen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mindestens die Einspritzdüse umfasst,
um Treibstoff mit einem Flächen-Winkel kleiner oder gleich
2Arctg CD / 2F einzuspritzen, wobei DC der Durchmesser des Zylinders und
F der Abstand zwischen dem Ausgangspunkt der Treibstoffstrahlen,
die von der Einspritzdüse
kommen, und der Position des Kolbens entsprechend einem Kurbelwellenwinkel
von 50° zum
oberen Totpunkt (PMH) ist, und dass die Einlassmittel dazu vorgesehen
sind, das gasförmige
Fluid mit einer Swirlrate kleiner oder gleich 1,7 einzulassen.
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Die
Einlassmittel können
mindestens ein Einlassrohr umfassen, das derart ausgebildet ist, dass
es das gasförmige
Fluid mit einer Swirlrate kleiner oder gleich 1,7 einlässt.
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Die
Einlassmittel können
ein Ventilmittel umfassen, und der Motor kann mindestens ein Steuermittel
umfassen, um das Ventilmittel zu betätigen, um eine Swirlrate kleiner
oder gleich 1,7 zu erhalten.
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Der
Flächenwinkel
der Einspritzdüse
kann zwischen 0° und
120° gewählt werden.
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Der
Flächenwinkel
der Einspritzdüse
kann zwischen 40° und
100° gewählt werden.
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Der
Winkel an der Spitze des Zapfens wird größer als der Flächenwinkel
um einen Wert zwischen 0° und
30° gewählt.
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Der
Behälter
kann eine geneigte Seitenwand umfassen, und der Neigungswinkel der
Wand ist kleiner als 45°.
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Die
weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Studie
der nachfolgenden Beschreibung hervor, die nur als nicht einschränkendes Beispiel
angeführt
ist und der beiliegen:
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1,
die schematisch einen Verbrennungsmotor zeigt, der das erfindungsgemäße Verfahren
einsetzt;
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2,
die eine Grafik ist, die die Entwicklung der Verbrennungsfraktion
in der Brennkammer für verschiedene
Swirlraten bei hoher Last zeigt;
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3,
die eine Grafik ist, die die Entwicklung der Leistung und des Verbrauchs
des Motors in Abhängigkeit
von der Veränderung
der Swirlrate an einem Teillastpunkt bei homogener Verbrennung darstellt;
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4,
die eine weitere Grafik ist, die den Gewinn des Motors an Leistung
und Verbrauch bei verschiedenen Swirlraten an einem Punkt hoher
Last darstellt, und
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5,
die eine Grafik ist, die die Temperatur der Auspuffgase und die
Rauchgasqualität
für verschiedene
Swirlraten an einem Punkt hoher Last zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst ein Verbrennungsmotor
vom Typ Diesel mindestens einen Zylinder 10 mit der Achse
XX', einen Zylinderkopf 12,
mindestens ein Einlassrohr 14 für ein gasförmiges Fluid, wie beispielsweise
Luft oder ein Gemisch aus Luft und rezirkulierten Gasen (EGR), mindestens ein
Auspuffrohr 16, wobei die Rohre beim Öffnen oder Schließen durch
ein Verschlussmittel, wie beispielsweise ein Einlassventil 18 bzw.
ein Auslassventil 20, gesteuert werden, einen Kolben 22,
der im Zylinder 10 gleitet, und eine mehrstrahlige Treibstoffeinspritzdüse 24,
die vorzugsweise in der Achse XX' des Zylinders
angeordnet ist und von der Treibstoffstrahlen 26 ausgehen.
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Die
Treibstoffeinspritzdüse
ist vom Typ mit geringem Flächenwinkel
a und wird derart gewählt, dass
die Wände
des Zylinders niemals vom Treibstoff befeuchtet werden, und zwar
für jede
Position des Kolbens zwischen +50° und
+ά oder
zwischen –50° und ά, wobei ά den Kurbelwellenwinkel
für die
Einspritzphase, die am oberen Totpunkt (PMH) gewählt wird, wobei dieser Winkel ά größer als
50° und
kleiner oder gleich 180° ist,
um eine Verbrennung homogenen Typs zu erzielen.
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Wenn
DC den Durchmesser des Zylinders 10 (in mm) und F den Abstand
(in mm) zwischen dem Ausgangspunkt der Strahlen der Einspritzdüse 24 und
der entsprechenden Position des Kolbens bei einem Kurbelwellenwinkel
von 50° entspricht,
ist der Flächenwinkel
a1 (in Grad) kleiner oder gleich 2Arctg CD / 2F.
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Eine
für den
Flächenwinkel
a1 typische Winkelschere ist höchstens
120° und
vorzugsweise zwischen 40° und
100°.
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Die
Brennkammer ist von der Innenseite des Zylinderkopfes 12,
der kreisförmigen
Wand des Zylinders 10 und der Oberseite des Kolbens 22 begrenzt.
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Diese
Oberseite des Kolbens umfasst einen konkaven Behälter 28, in dessen
Inneren ein Zapfen 30 angeordnet ist, der sich zum Zylinderkopf 12 erhebt
und sich in der Mitte dieses Behälters
befindet.
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In
dem dargestellten Beispiel fallen die allgemeine Achse des Behälters 28,
die Achse der Einspritzdüse 24 und
die Achse des Zapfens 30 mit der Achse XX' des Zylinders zusammen,
aber natürlich kann
vorgesehen werden, dass die Achsen des Behälters, der Einspritzdüse und des
Zapfens nicht koaxial mit jener des Zylinders sind. Aber es ist
wichtig, dass die Anordnung derart ist, dass die Achse der Fläche von
Treibstoffstrahlen 26, die aus der Einspritzdüse 24 kommen,
die Achse des Zapfens 30 und die Achse des Behälters 28 im
Wesentlichen koaxial sind.
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Der
Zapfen 30 von allgemeiner kegelstumpfartiger Form umfasst
eine Spitze 32, die vorzugsweise abgerundet ist und sich
in Richtung des Bodens 34 des Behälters in einer im Wesentlichen geradlinigen
geneigten Seite 36 und dann ab dem Boden des Behälters 34 in
einer im Wesentlichen geradlinigen geneigten Seitenwand 38 fortsetzt,
die an eine im Wesentlichen horizontale Fläche 40 der Oberseite
des Kolbens 22 anschließt.
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Der
Winkel an der Spitze a2 des Zapfens 30 und
der Neigungswinkel der Seitenwand 38 des Behälters 28 sind
im Wesentlichen an den Flächenwinkel
der Einspritzdüse 24 angepasst,
so dass bei herkömmlicher
Verbrennung mit einer Treibstoffeinspritzung nahe dem oberen Totpunkt
der Verbrennung (PMHc) der Treibstoff im Wesentlichen entlang der Seite 36 des
Zapfens eingespritzt wird und dann entlang der Seitenwand 38 des
Behälters
hochsteigt, wie durch die Pfeile F der 1 dargestellt.
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Vorzugsweise
wird der Spitzenwinkel a2 des Zapfens derart
gewählt,
dass er größer als
der Flächenwinkel
a1 der Treibstoffstrahlen um einen Wert zwischen
0° und 30° ist, und
der Neigungswinkel der Seitenwand 38 des Behälters 28 ist
kleiner als 45°.
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Die
Brennkammer ist derart ausgeführt,
dass sie durch das Einlassrohr 14 mindestens ein gasförmiges Fluid
aufnimmt, wie beispielsweise Außenluft oder
ein Gemisch aus Luft und rezirkulierten Auspuffgasen (EGR), so dass
dieses Fluid in diese Kammer eingeleitet wird und eine Wirbel- oder
Swirlbewegung im Inneren dieser Kammer erzeugt, wie symbolisch durch
die Pfeile A in 1 dargestellt.
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In
dem Beispiel der 1 hat die Wirbelbewegung des
gasförmigen
Fluids eine im Wesentlichen mit der Achse XX' des Zylinders koaxiale Achse und entsteht
durch die tangentiale Anordnung des Rohrs 14, d. h. dass
die allgemeine Richtung dieses Rohrs, projiziert auf eine im Wesentlichen
auf die Achse XX' senkrechte
Ebene, im Wesentlichen tangential zur Wand des Zylinders 10 ist.
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Natürlich ist
eine so genannte spiralförmige Anordnung
des Rohrs 14 möglich,
um diesen Swirl zu verwirklichen, wobei diese Anordnung darin besteht, das
Rohr derart herzustellen, dass es sich spiralförmig um seine allgemeine Achse erstreckt,
die hauptsächlich
vertikal ist. Mehrere Rohre sind auch möglich, sowie Verbindungen von
mindestens einem spiralförmigen
Rohr mit mindestens einem Tangentialrohr.
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Um
das Gemisch des gasförmigen
Fluids und des Treibstoffes herzustellen, ist das Rohr somit derart
ausgeführt,
dass es das gasförmige
Fluid in die Brennkammer mit einer Swirlrate kleiner oder gleich
1,7 einspritzt, wenn das Einlassventil 18 offen ist.
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Bei
einer weiteren Ausführung
ist vorgesehen, dieses Einlassrohr mit einem Ventilmittel, wie beispielsweise
einem Drosselventil 42, zu versehen, dessen Drehung von
einem Steuermittel 44 gesteuert wird, das es ermöglicht,
eine Swirlrate kleiner oder gleich 1,7 zu erzielen.
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Um
somit das Gemisch des gasförmigen
Fluids und des Treibstoffes herzustellen, ist das Einlassventil 16 offen,
und das Ventil 42 wird in Öffnung vom Steuermittel 44,
wie beispielsweise einem elektrischen Mikrometer, derart gesteuert,
dass es in die Brennkammer ein gasförmiges Fluid einlässt, dessen Swirlrate
kleiner oder gleich 1,7 ist.
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Im
herkömmlichen
Verbrennungsmodus wird während
des Einlasses des gasförmigen
Fluids der Treibstoff in Form einer Fläche von Strahlen 26 mit geringem
Flächenwinkel,
wie vorher beschrieben, auf den Zapfen 32 projiziert und
insbesondere entlang seiner Seite 36. Dieser Treibstoff
verdampft im Behälter 28 und
mischt sich mit dem gasförmigen Fluid,
wobei er entlang der Wand 38 zum Ausgang des Behälters aufsteigt.
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Wenn
eine starke Swirlrate des gasförmigen Fluids
verwendet wird, bildet sich eine Art Stöpsel am Ausgang des Behälters, der
ein Hindernis bildet und den Austritt des verdampften Treibstoffes
aus diesem Behälter
stört bzw.
verhindert.
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Die
Tangentialgeschwindigkeiten des gasförmigen Fluids überschreiten
nämlich
die im Wesentlichen axialen Geschwindigkeiten des verdampften Treibstoffes,
und folglich wird das Hochsteigen des Treibstoffes entlang der Wand
durch das wirbelnde gasförmige
Fluid blockiert, und zwar umso stärker, als die Geschwindigkeit
der Strahlen gering ist.
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Es
ist wichtig, dass der Treibstoff aus dem Behälter austreten kann, da, wenn
er im Inneren desselben eingeschlossen bleibt, ein ganzer Teil der
Luft (oder des gasförmigen
Fluids) des Durchsatzes, der sich in der Nähe der Oberfläche 40 des
Kolbens 22 befindet, nicht verwendet wird.
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Aus
diesem Grund wird ein Teil des Treibstoffes nicht mit dem gasförmigen Fluid
gemischt, was einerseits die Möglichkeiten
eines maximalen Reichtums verringert und andererseits die Verbrennung, die
sich daraus ergibt, unperfekt macht, was den Nachteil hat, dass
unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Rauchgase sowie eine Verringerung
der Motorleistung hervorgerufen werden.
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Bei
Verwendung einer geringen Swirlrate, wie vorher erwähnt, kann
der verdampfte Treibstoff aus dem Behälter dank der Tatsache austreten,
dass die Axialgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids geringer als
jene des verdampften Treibstoffes ist. Ferner kann sich dieser Treibstoff
leicht mit dem gasförmigen
Fluid dadurch mischen, dass die Umfangsgeschwindigkeit dieses Fluids
derart ist, dass sie ein Durchrühren
zwischen dem Treibstoff und dem gasförmigen Fluid ermöglicht.
So werden die Leistungen bei voller Last bei herkömmlicher
Verbrennung des Motors durch diese Swirlrate nicht verändert.
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Die
gemeinsame Verwendung der Einspritzdüse mit relativ geringem Flächenwinkel
und einer geringen Swirlrate gestattet eine herkömmliche Funktionsweise bei
einer Treibstoffeinspritzung nahe dem oberen Totpunkt, allerdings
in einer größeren Winkelschere
als jener, die üblicherweise
möglich
ist, wenn die Mischung des Treibstoffes mit dem gasförmigen Fluid
nicht gefährdet
werden soll.
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Ferner
ist es möglich,
das Vorhandensein von flüssigem
Treibstoff an den Wänden
des Zylinders zu vermeiden, wobei weitreichende Kontrollmöglichkeiten
der Verschmutzung und der Leistungen der Motoren geboten werden.
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Bei
voller Last und bei hohen Lasten ermöglicht der Motor eine gute
Mitnahme des verdampften Treibstoffes, wobei somit seine Mischung
mit dem gasförmigen
Fluid begünstigt
wird, um eine gute Verbrennungsgeschwindigkeit und hohe Funktionsmöglichkeiten
zu erzielen, die eine gute Verwendung des eingelassenen gasförmigen Fluids
und des eingespritzten Treibstoffes widerspiegeln.
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Zum
Vergleich führte
der Anmelder Tests durch, deren Ergebnisse in 2 dargestellt
sind.
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In
dieser Figur zeigt die Ordinate die Menge der verbrannten Fraktion
des Treibstoffes (in%) und die Abszisse die Winkelverschiebung der
Kurbelwelle (in Grad) entsprechend der Verbrennungsphase des Treibstoffgemisches
in der Brennkammer des Motors bei hoher Last an, wobei diese Verschiebung mit
der linearen Verschiebung des Kolbens 22 übereinstimmt.
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Die
Kurven D und E stellen die verbrannte Fraktion des Treibstoffgemisches
für eine
Swirlrate von 5 bzw. eine Rate von 1,5 des gasförmigen Fluids, hier Außenluft,
dar, das in diese Brennkammer eingelassen wird.
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Wie
beim Lesen dieser Grafik festzustellen ist, ist die verbrannte Fraktion
des Treibstoffes bei einem Treibstoffgemisch, das sich aus einer
Swirlrate von 1,5 (Kurve E) ergibt, höher.
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Diese
zeigt sich in einer Steigerung der Leistung des Motors von ungefähr 10%.
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Zum
Beispiel führte
der Anmelder eine Testreihe durch, deren Resultate in den 4 und 5 dargestellt
sind.
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Für diese
Tests verwendete der Anmelder einen Einspritzmotor vom Diesel-Typ
mit einer Swirlrate von 1,7 und 3,4.
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Nach
den Resultaten der 4, die eine Grafik zeigt, die
in der Ordinate die Leistung des Motors P (als Basis 100)
und seinen Verbrauch C (als Basis 100) und in der Abszisse
die Swirlraten einträgt,
verringerte sich der Verbrauch um ungefähr 5%, und die Leistung erhöhte sich
um ungefähr
4% mit einem Motor, der mit einer Swirlrate von 1,7 im Vergleich
mit diesem selben Motor funktioniert, der mit einer Swirlrate von
3,4 arbeitet.
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Nach 5,
die eine Grafik zeigt, die in der Ordinate die Temperatur der Auspuffgase
T (als Basis 100) und den Gehalt an Rauchgasen F (als Basis 100)
und in der Abszisse die Swirlraten einträgt, zeigen die Testergebnisse, dass
sich die Temperatur der Auspuffgase um ungefähr 4% und die Rauchgasemission
um ungefähr
30% bei einen Motor verringert haben, der mit einer Swirlrate von
1,7 funktioniert, im Vergleich mit einem Motor mit einer Swirlrate
von 3,4.
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Im
Falle dieses Diesel-Motors, der mit homogener Verbrennung funktioniert,
entzündet
sich ein mehr oder weniger homogenes Gemisch zwischen dem gasförmigen Fluid
und dem Treibstoff selbst, und es ist somit wichtig, das Gemisch
des gasförmigen
Fluids und des Treibstoffes zu fördern.
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Um
den Erhalt dieses homogenen Gemisches zu begünstigen, werden der Treibstoff
und das gasförmige
Fluid durch vorzeitige Einspritzungen in den Zyklus eingebracht.
Eine hohe Swirlrate wäre theoretisch
günstig
auf Grund des Durchrührens
zwischen dem gasförmigen
Fluid und dem Treibstoff, das sie hervorruft, aber die Treibstofftröpfchen können zu
der Wand des Zylinders projiziert werden und sich somit im Öl verdünnen, was
zu den vorher erwähnten
Nachteilen führt.
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Bei
den Teillasten ermöglicht
ein geringer Flächenwinkel
in Verbindung mit einer geringen Swirlrate einen großen Spielraum
bei den Einstellungen des Einspritzsystems, wobei das Befeuchten
der Wände
des Zylinders vermieden wird und das Gemisch des Treibstoffes mit
dem gasförmigen
Fluid gewährleistet
wird. Ganz allgemein gestattet der geringe Flächenwinkel der Treibstoffstrahlen
einen großen Einstellspielraum,
während
eine geringe Swirlrate ein geringes Zentrifugieren der Treibstofftröpfchen erzeugt.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, die eine Grafik
ist, die in der Ordinate die Leistung des Motors P (als Basis 100)
und seinen Verbrauch C (als Basis 100) und in der Abszisse
die Swirlraten für
einen Motor einträgt,
der an einem Teillastpunkt mit homogener Verbrennung funktioniert.
Diese Swirlraten wurden erzielt unter Verwendung eines Motors, umfassend
ein spiralförmiges
Einlassrohr und ein tangentiales Einlassrohr, wobei eines der beiden
Rohre mit einem Ventilmittel versehen ist, hier mit einem Ventil
vom Typ Drosselventil 42, wie vorher beschrieben. Bei einer Öffnung dieses
Ventils zu 100% (volle Öffnungsposition)
wird eine Swirlrate von ungefähr
1 erzielt, und bei einer Öffnung
dieses selben Ventils von 0% (volle Verschlussposition) beträgt die Swirlrate
ungefähr
3.
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Bei
der Studie dieser Grafik ist festzustellen, dass der Verbrauch im
Wesentlichen konstant bleibt bei einer Verschiebung des Drosselventils
von 100% bis 65%, was einer Swirlrate von ungefähr 1 bis 1,7 entspricht, dann
auf nicht zu vernachlässigende
Weise ab diesem Wert ansteigt. Die Leistung des Motors ihrerseits
bleibt im Wesentlichen auf ihrem Maximum bei einer Swirlrate von
1 bis ungefähr
1,7 und fällt dann über diesen
Wert hinaus stark ab.
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So
kann festgestellt werden, dass es eine Swirlrate kleiner oder gleich
1,7 ermöglicht,
eine Verbrennung zu erzielen, die eine maximale Leistung für den Motor
bei Einschränkung
des Treibstoffverbrauchs und insbesondere seiner Verdünnung mit sich
bringt.
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Es
kann angemerkt werden, dass die Verwendung einer geringen Swirlrate
die Verwendung eines Zylinderkopfes mit starker Durchlässigkeit
ermöglicht.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt, sondern
umfasst alle Varianten, ohne über
den Rahmen der Erfindung hinauszugehen, wie in den beiliegenden
Ansprüchen definiert.