DE69419354T2 - Vorrichtung und Verfahren für die Brennstoffeinspritzung und Zündung in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren für die Brennstoffeinspritzung und Zündung in einer Brennkraftmaschine

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung und Zündung eines Verbrennungsmotors, der Kraftstoffe wie Benzin, Dieselkraftstoff, Erdgas, Alkohol, Wasserstoff etc. verbrennt und in Energie umwandelt, sowie ein Verfahren hierzu.
  • Um den Kraftstoffverbrauch bei Verbrennungsmotoren zu verbessern ist es notwendig, ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch mit niedriger Kraftstoffkonzentration zu bilden, um den Wärmewirkungsgrad durch Bildung eines hohen Kompressionsverhältnisses und schnelle Verbrennung des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erhöhen.
  • In Fig. 2a bis 2f werden verschiedene Arten von gewöhnlichen Verbrennungsverfahren bei Ottomotoren, wie Benzinmotoren, in schematischen Darstellungen von Verbrennungsabläufen, von oben betrachtet, gezeigt.
  • Fig. 2a zeigt einen allgemeinen Fall von Motoren, bei denen ein Flammenkern in einem Kraftstoff-Luft-Gemisch durch eine Zündkerze 3 gebildet wird, wobei die Flamme sich zum Umfang ausbreitet, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu verbrennen. Dieses Verbrennungsverfahren hat den Nachteil, daß die Flamme während der Verbrennung gelöscht wird, wenn das gasförmige Gemisch mager ist. Weiterhin ist die Flammenausbreitung langsam und der Wärmewirkungsgrad gering.
  • Als Maßnahmen gegen diese Nachteile wird vorgeschlagen, mehrere Zündkerzen, wie in Fig. 2b, vorzusehen, wobei je doch die Anordnung der Zündkerzen aufgrund der Existenz eines Ansaug- und eines Abgasventils (nicht gezeigt) nicht optimiert werden kann.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zur Bildung von Zündquellen durch Mischen von Abgas hoher Temperatur in das Kraftstoff- Luft-Gemisch vorgeschlagen, wie in Fig. 2c gezeigt ist. Die Position der Zündquellen wird jedoch in jedem Motorzyklus geändert, so daß der Wärmewirkungsgrad gering ist.
  • Andererseits wird ein Verfahren zur Verbesserung der Flammenausbreitung durch die Erhöhung der Energie einer Zündkerze 3, um ein Hochtemperaturplasma zu erzeugen, und dessen Blasen in eine Verbrennungskammer, wie in Fig. 2d, vorgeschlagen. Die Durchdringungskraft des Plasmas ist jedoch klein und der Wärmewirkungsgrad ist gering.
  • Weiterhin wird, wie für das in Fig. 2d gezeigte Plasma, ein Verfahren zum Erzeugen eines aktivierten Strahls, wie in SAE Technical Paper 910565 beschrieben, vorgeschlagen, wobei jedoch die Kraft des Strahls klein ist und der Strahl durch den Fluß des Kraftstoff-Luft-Gemisches gelöscht wird, so daß bis jetzt kein ausreichender Effekt erreicht werden konnte.
  • Weiter wird, wie in Fig. 2e gezeigt wird, ein Verfahren zur Verbesserung der Flammenausbreitung vorgeschlagen, bei dem eine Hilfskammer 22 verwendet wird, in der das Kraftstoff- Luft-Gemisch durch eine Zündkerze 3 gezündet wird, und die Zündflamme in eine Verbrennungskammer 21 geblasen wird. Die Oberfläche der Verbrennungskammer 21 wird jedoch größer als die der Hilfskammer 22, so daß der Wärmewirkungsgrad des Verfahrens reduziert wird.
  • Andererseits wird, wie in Fig. 2f gezeigt wird, ein Verfahren zur direkten Zündung des Kraftstoffs vorgeschlagen, der mittels eines Kraftstoffeinspritzventils eingespritzt wird, durch eine Zündkerze 3. Das Mischen des eingespritzten Kraftstoffs mit Luft ist jedoch nicht ausreichend, so daß der Nachteil einer Rußbildung entsteht.
  • Wie vorhin erwähnt wurde, weisen die bekannten Verbrennungsverfahren die Nachteile auf, daß unabhängig von der Art des Kraftstoffs, wie Benzin, Erdgas, Wasserstoff, Alkohol etc. der Wärmewirkungsgrad gering ist und daß Ruß entsteht.
  • Das Dokument EP-A-0 225 637 zeigt ein weiteres Beispiel eines Kraftstoffeinspritzaggregats, das in der Mitte der Verbrennungskammer angeordnet ist und Hauptdüsenöffnungen und eine Hilfsdüse aufweist. Die Hauptdüsenöffnungen sind auf die Umfangswände der Verbrennungskammer gerichtet. Weiterhin ist in der Oberfläche der Umfangswand des Kolbens ein Vorsprung ausgebildet, wobei in der Nähe eines Eckbereichs der Aufströmseite des Vorsprungs eine Zündkerze angeordnet ist. Der Kraftstoff wird durch die Hauptdüsenöffnungen in Richtung auf die Oberfläche der Umfangswand des Kolbens und durch die Hilfsdüsenöffnung in Richtung auf das zündende Ende der Zündkerze eingespritzt. Aufgrund einer vom Vorsprung erzeugten Wälzströmung wird der durch die Hilfsdüsenöffnung gelieferte zerstäubte Kraftstoff in den Eckbereich gebracht und infolgedessen wird eine verdunstete Kraftstoffschicht durch die Wälzströmung in die Nähe des Zündkerzenendes gebracht.
  • Als nächstes werden verschiedene Arten von bekannten Verbrennungsverfahren bei Selbstzündungsmotoren, wie Dieselmotoren, in Fig. 3a bis 3f dargestellt, die schematische Darstellungen der Verbrennungsabläufe, von oben betrachtet, zeigen.
  • Fig. 3a ist ein Beispiel der üblichen Dieselmotoren, bei dem ein von einem Kraftstoffeinspritzventil 2 gelieferter Kraftstoffstrahl durch Selbstzündung gezündet wird, wobei nach einer Zeitverzögerung der Zündung Flammen gebildet werden. Während dieser Zeit entsteht Ruß, wenn das Mischen zwischen dem eingespritzten Kraftstoff und der Luft unzureichend ist.
  • Um diesen Nachteil zu eliminieren wird, wie in Fig. 3b gezeigt ist, ein Verfahren zur Verbesserung der Verbrennung durch Verwendung einer Hilfskammer 22 vorgeschlagen. Die Oberfläche einer Verbrennungskammer 21 wird größer als die Hilfskammer 22 und der Wärmewirkungsgrad wird reduziert.
  • Wie in Fig. 3c weiterhin dargestellt wird, werden Versuche unternommen, den Druck in einem Kraftstoffeinspritzventil 2 auf 300 atm oder mehr zu erhöhen, das Mischen mit Gas zu verbessern und die Rußbildung zu verhindern. Jedoch ist der Zeitverlauf der Selbstzündung weder in jedem Motorzyklus noch bezüglich des Raums konstant, so daß der Wärmewirkungsgrad reduziert wird.
  • Wie weiterhin in Fig. 3d dargestellt wird, wird ein Verfahren zur Verbesserung der Zündung des eingespritzten Hauptkraftstoffs durch dessen Einspritzen vorgeschlagen, um einen Flammenkern zu bilden. Jedoch ist der Zeitverlauf der Bildung des Flammenkerns weder in jedem Motorzyklus noch bezüglich des Raums konstant, so daß der Wärmewirkungsgrad reduziert wird.
  • Wie weiterhin in Fig. 3e dargestellt wird, wird ein Verfahren zur Verbesserung der Verbrennung durch Verwendung eines Heizelements 23, wie einer Vorglühkerze, vorgeschlagen. Jedoch ist der Zeitverlauf der Selbstzündung weder in jedem Motorzyklus noch bezüglich des Raums konstant, so daß der Wärmewirkungsgrad reduziert wird.
  • Wie weiterhin in Fig. 3f dargestellt wird, wird ein Verfahren zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels einer Flamme vorgeschlagen, die in einer Hilfskammer oder einer Düse brennt. Jedoch ist der Zeitverlauf der Selbstzündung in der Hilfskammer oder der Düse weder in jedem Motorzyklus noch bezüglich des Raums konstant, so daß der Wärmewirkungsgrad reduziert wird.
  • Wie vorhin erwähnt wurde, verläuft die Verbrennung bei den bekannten Verbrennungsverfahren, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, mit der Ausnahme des Verfahrens gemäß Fig. 2b, bei dem mehrere Zündkerzen vorgesehen sind, nicht konstant, sondern veränderbar in jedem Motorzyklus sowie bezüglich des Raumes, so daß der Wärmewirkungsgrad reduziert wird.
  • Da es aufgrund der Anordnung eines Ansaug- und eines Abgasventils in der Praxis schwierig ist, mehrere Zündkerzen vorzusehen, ist es weiterhin bei dem in Fig. 2b gezeigten Verfahren unmöglich, die Zündkerzen in optimalen Positionen anzuordnen, so daß als Ergebnis das bekannte Verfahren den Nachteil aufweist, daß der Wärmewirkungsgrad gering ist.
  • Wenn mehrere stabile Zündquellen in verschiedenen Positionen in einem Raum innerhalb der Verbrennungskammer ausgebildet werden, ist es möglich, eine schnelle und räumlich gleichmäßige Verbrennung in der Verbrennungskammer zu erreichen, so daß Änderungen, die bezüglich des Raumes und in jedem Motorzyklus auftreten, verringert werden können und als Ergebnis der Wärmewirkungsgrad erhöht werden kann.
  • Wie jedoch oben erwähnt wurde, da ein Ansaug- und ein Abgasventil vorgesehen sind, ist es in der Praxis schwierig, mehrere Zündkerzen vorzusehen, so daß es notwendig ist, Flammenkerne schnell in verschiedene Positionen im Raum innerhalb der Verbrennungskammer zu verteilen.
  • Bei dem oben erwähnten Stand der Technik werden Verfahren (Fig. 2d, 2f, Fig. 3d) zum Blasen der Flamme in die Verbrennungskammer, um sie zu verteilen, oder Verfahren (Fig. 3c, 3d, 3f) zur Selbstzündung nach der Verteilung des Strahls verwendet. Bei den erstgenannten Verfahren ist die Durchdringungskraft der Flamme schwach, während bei den letztgenannten räumliche Änderungen sowie Änderungen des Zündungszeitverlaufs in jedem Motorzyklus auftreten. Infolgedessen kann der Wärmewirkungsgrad nicht erhöht werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren vorzuschlagen, die in der Lage sind, mehrere stabile Zündquellen in verschiedenen Positionen in der Verbrennungskammer zu bilden, um eine schnelle und räumlich gleichmäßige Verbrennung zu erreichen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist innerhalb der Verbrennungskammer des Motors ein Einspritzauslaß eines Kraftstoffeinspritzventils vorgesehen, wobei am Umfang des Einspritzauslasses eine Zündquelle gebildet wird, und wobei während der Zeit der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird und die Energie des Kraftstoffstrahls derart genutzt wird, daß die entstehende Flamme vom Kraftstoffstrahl befördert wird, um die Durchdringungskraft der Flamme zu erhöhen, wodurch die Flamme in der Verbrennungskammer verteilt wird.
  • Weiterhin wird am Einspritzauslaß des Kraftstoffeinspritzventils ein Düsenkörper angeordnet, wobei der Durchmesser der Düsenöffnung 1 mm oder mehr beträgt.
  • Der Kraftstoff wird durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt, wobei nachdem in der Verbrennungskammer ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wurde, die Zündkerze entladen wird, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch anzuzünden, und eine Flamme entsteht. Da die Kraftstoffeinspritzung fortgesetzt wird, wird die Durchdringungskraft der Flamme durch die Energie des Kraftstoffstrahls erhöht, die Flamme bewegt sich innerhalb der Verbrennungskammer und das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird zuverlässig verbrannt. Da das Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb der Verbrennungskammer schnell verbrannt werden kann, wird die Verbrennung stabilisiert und Änderungen, die in jedem Verbrennungszyklus und bezüglich des Raumes auftreten, können ohne Verwendung mehrerer Zündkerzen reduziert werden. Als Ergebnis kann das Kompressionsverhältnis erhöht werden, der Wärmewirkungsgrad wird verbessert und sogar ein mageres Kraftstoff-Luft- Gemisch kann schnell verbrannt werden.
  • Weiterhin, wenn die Größe des Flammenkerns 1 mm oder mehr beträgt, wird das Ausmaß der Wärmeerzeugung, die von der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Nähe des Flammenkerns begleitet wird, größer als das Ausmaß der Wärmeableitung an die Umgebung infolge der Wärmeübertragung, wobei der Flammenkern wächst und nicht gelöscht wird. Dementsprechend, wenn am Einspritzauslaß des Kraftstoffeinspritzventils eine Düse angeordnet ist, und der Durchmesser der Düsenöffnung 1 mm oder mehr beträgt, beträgt die Größe des Flammenkerns 1 mm oder mehr, so daß der Flammenkern vergrößert wird und dessen Löschen verhindert werden kann.
  • Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt durch eine Verbrennungskammer eines oberen Zylinderteiles eines Motors, der eine erste Ausführung der Erfindung darstellt;
  • Fig. 2a bis 2f sind schematische Darstellungen von Verbrennungsabläufen, die Beispiele des Standes der Technik zeigen, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer in Draufsicht dargestellt ist;
  • Fig. 3a bis 3f sind schematische Darstellungen von Verbrennungsabläufen, die Beispiele des Standes der Technik zeigen, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer in Draufsicht dargestellt ist;
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems des Motors, das die erste Ausführung der Erfindung darstellt;
  • Fig. 5 ist ein Flußdiagramm der in einem Steuergerät 8 durchgeführten Steuerung, die die Funktion eines Kraftstoffeinspritzventils 2 betrifft;
  • Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zündeinstellung, der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Position des Gaspedals darstellt;
  • Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Funktionssteuerung einer Zündanlage;
  • Fig. 8 ist eine schematische Darstellung von Verbrennungsabläufen, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt ist;
  • Fig. 9 ist ein Zeitdiagramm, das die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung zeigt;
  • Fig. 10a und 10b sind schematische Darstellungen einer Flamme;
  • Fig. 11 ist ein vertikaler Schnitt durch eine Verbrennungskammer eines oberen Zylinderteiles eines Motors, der eine zweite Ausführung der Erfindung darstellt;
  • Fig. 12a und 12b sind schematische Darstellungen von Verbrennungsabläufen, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt ist;
  • Fig. 13 ist eine schematische Darstellung der Luftstromrichtung, die eine dritte Ausführung der Erfindung darstellt, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt ist;
  • Fig. 14 ist eine vertikale Schnittdarstellung eines Düsenteiles des Kraftstoffeinspritzventils;
  • Fig. 15 ist eine schematische Darstellung von Verbrennungsabläufen, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt ist;
  • Fig. 16 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Zusammensetzung einer Zündquelle darstellt;
  • Fig. 17a und 17b sind schematische Darstellungen von Verbrennungsabläufen, die eine vierte Ausführung der Erfindung zeigen, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt ist;
  • Fig. 18 ist eine vertikale Schnittdarstellung einer Verbrennungskammer eines oberen Zylinderteiles eines Motors, die eine fünfte Ausführung der Erfindung darstellt;
  • Fig. 19 ist eine vertikale Schnittdarstellung einer Verbrennungskammer eines oberen Zylinderteiles eines Motors, die eine sechste Ausführung der Erfindung darstellt;
  • Fig. 20 ist eine schematische Darstellung von Verbrennungsabläufen, die eine siebte Ausführung der Erfindung zeigt, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt ist; und
  • Fig. 21 ist eine vertikale Schnittdarstellung einer Verbrennungskammer eines oberen Zylinderteiles eines Motors, die eine achte Ausführung der Erfindung darstellt.
  • Eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 4 bis 10b erläutert. Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Motorsteuersystem darstellt, das die vorliegende Erfindung beinhaltet. In Fig. 4 werden elektrische Quellen zum Betrieb eines Luftstrommessers 1, eines Kraftstoffeinspritzventils 2, eines Steuergeräts 8, eines Leerlaufdrehzahl-Steuerventils 26, einer Zündanlage 27, einer Luftpumpe 33, eines Heizelementes 36, einer Kraftstoffpumpe 37 von einem Generator 14 und einer Batterie 25 mit Energie versorgt. Die Menge der durch ein Drosselventil 24, das Leerlaufdrehzahl-Steuerventil 26 sowie einen Lader 11 gesteuerten Ansaugluft wird durch den Luftstrommesser 1 gemessen, der an einem Saugrohr 12 angeordnet ist. Die Motordrehzahl wird durch einen Kurbelwinkelsensor 9 ermittelt. Eine Kraftstoffmenge wird gemäß der Ansaugluftmenge und der Motordrehzahl im Steuergerät 8 bestimmt und der Kraftstoff wird in eine Verbrennungskammer 21 jedes Motorzylinders direkt eingespritzt. Dadurch haftet der Kraft stoff nicht an der Innenwand des Saugrohrs 12 und an einem Ansaugventil 4, so daß kein unverbrannter Kraftstoff übrigbleibt, wodurch die Steuerungsgenauigkeit der Kraftstoffmenge verbessert wird.
  • Die Zündeinstellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird im Steuergerät 8 unter Verwendung der Information des Luftstrommessers 1, eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 7, des Kurbelwinkelsensors 9, eines Klopfsensors 16 etc., berechnet, wobei ein Steuersignal zur Zündanlage 27 übertragen wird und das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 21 des Zylinders durch eine Zündkerze 3 gezündet wird.
  • Ein Abgaskatalysator 6, der CO und HC oxidiert und NOx in einer Oxidationsatmosphäre reduziert, ist in einem Abgasrohr 13 angeordnet, wodurch NOx auch dann reduziert werden kann, wenn bei magerer Verbrennung Sauerstoff im Abgas bleibt. Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases wird durch einen im Abgasrohr 13 angeordneten Kraftstoff-Luft- Verhältnis-Sensor 7 ermittelt, wobei das Steuergerät 8 prüft, ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einem gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis entspricht. Wenn das Kraftstoff- Luft-Verhältnis niedriger ist als der gewünschte Wert, wird die vom Kraftstoffeinspritzventil 2 eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht. Weiterhin, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist, wie es unmittelbar nach dem Anlassen des Motors der Fall ist, und die Katalysatorfunktion unzureichend ist, wird die Katalysatortemperatur von einem Temperatursensor 28 ermittelt und ein Heizelement 36 durch ein Heizsteuergerät 35 aktiviert, wodurch der Katalysator auf eine Temperatur erwärmt werden kann, bei der er richtig funktioniert.
  • Weiterhin, da die Funktion des Katalysators auch durch die Sauerstoffkonzentration beeinflußt wird, kann die Luft mittels einer Luftpumpe 33 unter Druck gesetzt und zugeführt werden, indem ein Luftzuführungskanal 32 am Eingang des Katalysators 6 vorgesehen ist, ein Steuerventil 31 geöffnet wird und ein Luftpumpen-Steuergerät 34 aktiviert wird.
  • Fig. 1 ist eine vertikale Schnittdarstellung der Verbrennungskammer 21 eines oberen Teiles eines der Motorzylinder. In der Verbrennungskammer 21 des Zylinders 17 ist ein Kolben 15 vorgesehen, wobei im oberen Teil ein Ansaugventil 4, ein Abgasventil 5, das Kraftstoffeinspritzventil 2 und die Zündkerze 3 angeordnet sind. Das Kraftstoffeinspritzventil 2 und die Kraftstoffpumpe 37 sind mittels einer Rohrleitung verbunden, wobei zwischen der Kraftstoffpumpe 37 und einem nicht gezeigten Treibstofftank ein Überlaufventil 38 angeordnet ist. Die Funktion des Überlaufventils 38 und die Zündeinstellung werden vom Steuergerät 8 mittels eines Überlaufventil-Steuergerätes 39 und der Zündanlage 27 elektrisch gesteuert. Nach dem Einschalten der Kraftstoffpumpe 37 steigt der Druck des Kraftstoffs, der nach dem Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils 2 als ein Strahl A und ein Strahl B eingespritzt wird, und in der Verbrennungskammer 21 wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet. Dann wird die Zündkerze 3 gezündet und das Kraftstoff-Luft-Gemisch um den Strahl B wird verbrannt, wodurch ein aus einem Hochtemperaturgas bestehender Flammenkern 40 gebildet wird. Da die Einspritzung des Strahls B fortgesetzt wird, wird der Flammenkern 40 während dieser Zeit von dem Strahl B befördert und in der Verbrennungskammer 21 verteilt, um eine Zündquelle für das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden, und das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das vorher in der Verbrennungskammer 21 gebildet wurde, wird schnell verbrannt. Als nächstes wird während der Zeit, in der der Flammenkern 40 in der Verbrennungskammer 21 verteilt wird, das Überlaufventil ge öffnet, der Druck des von der Kraftstoffpumpe 37 geförderten Kraftstoffs sinkt und die Kraftstoffeinspritzung vom Kraftstoffeinspritzventil 2 wird beendet.
  • Fig. 5 ist ein Flußdiagramm der Steuerung der Funktion des Kraftstoffeinspritzventils 2, die im Steuergerät 8 durchgeführt wird. Im Schritt 61 wird auf Grund eines Kurbelwinkelsignals θ des Motors die Motordrehzahl n berechnet, wonach im Schritt 62 der Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt INJi und der Kraftstoffeinspritz-Endpunkt INJe als Funktionen der Motordrehzahl n und der Position α des Gaspedals unter Verwendung einer vorher abgespeicherten Funktion ermittelt werden. Als nächstes wird bei der Entscheidung im Schritt 63, wenn das Kurbelwinkelsignal θ mit dem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt INJi übereinstimmt, dem Kraftstoffeinspritzventil 2 ein Ansteuersignal ON zugeführt und bei der Entscheidung im Schritt 64, wenn das Kurbelwinkelsignal θ dem Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkt INJe entspricht, wird dem Kraftstoffeinspritzventil 2 ein Signal OFF zugeführt und der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 21 eingespritzt. Die Einspritzzeitdauer wird bei jeder Gaspedalsposition α festgelegt, wie z. B. in Fig. 6 dargestellt ist. Während einer niedrigen Belastung, bei der die Gaspedalsposition α klein ist, entspricht die Einspritzzeitdauer dem oberen Umkehrpunkt des Kompressionshubs und die Zündkerze 3 wird gezündet, bevor der Kraftstoff in der Verbrennungskammer breit verteilt wird und das Kraftstoff- Luft-Gemisch verbrannt wird.
  • Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Steuerung der Funktion der Zündanlage 27, die im Steuergerät 8 durchgeführt wird. Die Zündeinstellung IG ist als eine Funktion der Motordrehzahl n und der Gaspedalposition α angegeben, wie im Schritt 65 von Fig. 7 dargestellt ist, wobei die Zündeinstellung IG im Steuergerät 8 berechnet wird. Wie im Schritt 66 gezeigt ist, wenn das Kurbelwinkelsignal θ mit der Zündeinstellung IG übereinstimmt, wird der Zündanlage 27 ein Ansteuersignal zugeführt und die Zündkerze 3 wird gezündet. Die Zündeinstellung IG wird, wie z. B. in Fig. 6 dargestellt ist, abhängig von der Gaspedalposition α festgelegt. Während einer niedrigen Belastung, bei der die Gaspedalsposition α klein ist, wird die Zündung vor dem Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkt INJe durchgeführt, wobei das Kraftstoff-Luft-Gemisch um den Strahl B, wie in Fig. 1 gezeigt wird, verbrannt wird, um den Flammenkern 40 zu bilden, wonach die Kraftstoffeinpritzenergie zur Verteilung des Flammenkernes 40 in der Verbrennungskammer 21 verwendet wird, so daß im Raum mehrere Zündquellen gebildet werden, wodurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Infolgedessen kann sogar ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem großen Luft- Kraftstoff-Verhältnis vollständig verbrannt werden.
  • Andererseits, wie in Fig. 6 dargestellt ist, wenn der Wert der Gaspedalposition α größer wird, wird die Motordrehzahl n höher und der Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt INJi tritt früher ein, so daß sich die Zündeinstellung IG bezüglich des Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkts INJe verzögert. Da der Flammenkern 40 durch die Verwendung der Einspritzenergie nicht verteilt wird, kann deswegen eine Erhöhung von aufgrund einer schnellen Verbrennung verursachten Vibrationen des ganzen Motors und Geräuschen, die im Betrieb des Motors bei hohen Drehzahlen auftreten können, verhindert werden.
  • In Fig. 8 werden Verbrennungsabläufe in Draufsicht des Innenraums der Verbrennungskammer 21 diagrammatisch dargestellt. Es werden Abläufe gezeigt, bei denen neben dem Strahl B eine Zündkerze 3 angeordnet ist, deren Entladen fortgesetzt wird und der Flammenkern 40 durch die Ver wendung der Energie des Strahls B von dem Kraftstoffeinspritzventil 2 verteilt wird.
  • In Fig. 9 wird ein Zeitdiagramm dargestellt, das die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung zeigt. In Fig. 9 wird, wie durch den Einspritzsignalverlauf (X) dargestellt ist, die Kraftstoffeinspritzung vom Kraftstoffeinspritzventil 2 während der Zeit von t1 bis t5 vor dem oberen Umkehrpunkt des Kompressionshubs durchgeführt, während die Zündkerze 3 in der Zeit von t2 bis t3 entladen wird, in der das Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, wie durch den Zündsignalverlauf (Y) dargestellt ist, um das Gemisch zu zünden. Wie durch den Verlauf (Z) dargestellt wird, werden durch die Zündung des Kraftstoffs Flammenkerne 40 gebildet, die in der Zeit von t4 bis t5 in der Verbrennungskammer 21 verteilt werden. Dann wird das Gemisch in der Verbrennungskammer 21 durch die Flammenkerne 40 gezündet und verbrennt. Wie oben erwähnt wurde, ist die Geschwindigkeit der Verteilung der Flammenkerne 40 höher als die Geschwindigkeit der Flammenausbreitung bei bekannten Motoren, das Gemisch wird schnell verbrannt und der Wärmewirkungsgrad wird verbessert.
  • Wenn im Laufe der Verteilung der Flammenkerne 40 deren Temperatur sinkt, können die Flammenkerne 40 das Kraftstoff- Luft-Gemisch nicht anzünden. Um dieses Phänomen zu verhindern und die Flammenkerne 40 aufrechtzuerhalten ist es notwendig, daß das Ausmaß der Wärmeerzeugung größer ist als das Ausmaß der Wärmeableitung. Wie in Fig. 10a dargestellt ist, werden durch den Strahl B von dem Kraftstoffeinspritzventil 2 Sekundärstrahlen C gebildet, durch die die Flammenkerne 40 befördert und verteilt werden. Wie in Fig. 10b dargestellt ist, weist der Strahl B in diesem Fall einen Kernteil D und einen Bereich E auf, in dem Teilchen schweben, der den Teil D umgibt und in dem Kraftstoffteilchen aufgelöst sind, wobei die Flammenkerne 40 auf die Teilchen wirken, die im Bereich E verteilt sind, während durch die Verbrennung der Teilchen das Ausmaß der Wärmeerzeugung größer ist als das Ausmaß der Wärmeableitung, so daß ein Löschen der Flammenkerne 40 verhindert werden kann.
  • Fig. 11, 12a und 12b entsprechen nicht der beanspruchten Erfindung. Fig. 11 ist eine vertikale Schnittdarstellung einer Verbrennungskammer des oberen Zylinderteiles 17 des Motors, ähnlich der Fig. 1. Die Verbrennungskammer 21 und ein Kolben 15 sind innerhalb des Zylinders 17 angeordnet. Ein Ansaugventil 4 und ein Abgasventil 5 sind im oberen Teil der Verbrennungskammer 21 angeordnet, um ein Ansaugrohr 12 und ein Abgasrohr 13 zu öffnen bzw. zu schließen. Ein Einspritzauslaß des Kraftstoffeinspritzventils 2 und eine Elektrode einer Zündkerze 3 sind in einer Kammer 18 innerhalb eines Düsenkörpers 30 angeordnet, der Öffnungen 19, 20 aufweist. Weiterhin sind die Fig. 12a und 12b schematische Darstellungen von Verbrennungsabläufen, die in Draufsicht des Innenraumes der Verbrennungskamer 21 gezeigt sind.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise der in Fig. 11, 12a und 12b dargestellten Ausführung erläutert. In den Fig. 11 und 12a werden Strahlen des vom Kraftstoffeinspritzventil 2 eingespritzten Kraftstoffs durch die Öffnungen des Düsenkörpers 30 direkt ins Innere der Verbrennungskammer 21 eingeführt, wobei in der Verbrennungskammer 21 ein Kraftstoff- Luft-Gemisch gebildet wird. Ein Strahl F kann nicht durch die Öffnung 20 hindurchströmen und bleibt in der Kammer 18. Andererseits strömt Frischluft G aus der Verbrennungskammer 21 in die Kammer 18 durch die Öffnung 19, durch die die Strahlen A des Düsenkörpers 30 nicht hindurchströmen, da der Druck in der Kammer 18 niedriger als der Druck in der Verbrennungskammer 21 ist.
  • Das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das angezündet werden kann, wird in der Kammer 18 durch die zugeführte Luft G und den Strahl F des oben erwähnten Kraftstoffs gebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zündkerze 3 gezündet und das Kraftstoff- Luft-Gemisch in der Kammer 18 wird verbrannt, um, wie in Fig. 12b gezeigt ist, ein Verbrennungsgas H mit hoher Temperatur zu erzeugen. Da der Strahl A weiter strömt, kann das Hochtemperatur-Verbrennungsgas bei einem Hub nicht in die Verbrennungskammer 21 ausströmen und wird durch die Strahlen A zerteilt, wobei aus mehreren Flammenkernen 40 Zündquellen entstehen und in der Verbrennungskammer 21 verteilt werden. Das vorher in der Verbrennungskammer gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird schnell verbrannt. Unter der Annahme, daß der Einspritzdruck zu diesem Zeitpunkt 49 MPa beträgt, beträgt die Strahlgeschwindigkeit cca 50 m/s, was im Vergleich mit der Verbrennungsgeschwindigkeit einer laminaren Strömung von 0,9 m/s sehr hoch ist. Weiterhin entspricht die Geschwindigkeit einer turbulenten Strömung ca dem 20fachen der Verbrennungsgeschwindigkeit der laminaren Strömung, d. h., 18 m/s. Die Strahlgeschwindigkeit ist viel höher als die Geschwindigkeit der turbulenten Strömung. Dementsprechend kann sämtliches Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 21 gezündet und schnell verbrannt werden. Die Richtung jedes Strahls A wird weder bezüglich des Raums noch in jedem Motorzyklus geändert und ist stabil, so daß der Wärmewirkungsgrad nicht sinkt.
  • Weiterhin wenn in Fig. 11 die Größe jedes der Flammenkerne 40 mindestens 1 mm beträgt, wird das Ausmaß der Wärmeerzeugung, die von der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Umgebung begleitet wird, größer als das Ausmaß der Wärmeableitung an die Umgebung aufgrund der Wärmeübertragung, so daß der Flammenkern 40 wächst und nicht gelöscht werden kann. Dementsprechend beträgt der Durchmesser jeder Öffnung 20 des Düsenkörpers 30, die um den Einspritzauslaß des Kraftstoffeinspritzventils 2 angeordnet ist, mindestens 1 mm, wobei die Größe des Flammenkernes 40 mindestens 1 mm beträgt, der Flammenkern 40 wächst und nicht gelöscht werden kann.
  • Bei Kraftstoffen, wie Dieselkraftstoff, bei denen eine Selbstzündung möglich ist, ist der eingespritzte Kraftstoff in der Lage, selbst zu zünden, wobei in jedem Motorzyklus Änderungen auftreten, wie bei bekannten Dieselmotoren. Um dies zu verhindern beträgt das Kompressionsverhältnis in der Verbrennungskammer 21 höchstens 20, während das Kompressionsverhältnis des Dieselmotors mindestens 20 beträgt, wodurch die Selbstzündung unterbunden wird.
  • Ein Kraftstoff mit einer niedrigen Oktanzahl ist in der Lage, selbst zu zünden und verursacht Klopfen; da jedoch bei der vorliegenden Erfindung die Zündquellen an verschiedenen Stellen in der Verbrennungskammer 21 verteilt sind, wird die Verbrennung vor der Selbstzündung beendet, so daß das Klopfen verhindert wird.
  • Wenn die Verbrennung zu schnell verläuft, wirkt auf den Kolben 15 sowie den Zylinder 17 eine unangemessen hohe Kraft. Um dies zu verhindern werden die Konzentration des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Düsenkörper 30 und die Zündeinstellung gemäß den Betriebsbedindungen gesteuert, um eine optimale Verbrennungsgeschwindigkeit zu erreichen.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Düsenkörper 30 aus einem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel Keramik, besteht, der nicht gekühlt werden muß, wenn das Hochtemperatur-Verbrennungsgas H durch die Öffnungen 20 hindurchströmt.
  • Fig. 13 bis 16 zeigen eine zweite Ausführung der Erfindung. Fig. 13 ist eine schematische Darstellung, die die Luftströmungsrichtung in einer Draufsicht des Innenraums der Verbrennungskammer 21 zeigt. Die Ausführung zeigt ein Verfahren, bei dem in der Verbrennungskammer 21 eines Zylinders 17 ein Wirbel der Ansaugluft gebildet wird, wobei jeder der Flammenkerne 40 durch den Wirbel befördert und verteilt wird. Der Flammenkern 40 kann durch die Anordnung der Zündkerze 3 neben dem Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Nähe des vom Kraftstoffeinspritzventil 2 eingespritzten Strahls gebildet werden, wobei der Strahl zur Bildung von Flammenkernen 40 ausgegeben wird und zum Befördern der Flammenkerne 40 auf dem Wirbel, um sie in der Verbrennungskammer 21 zu verteilen, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn jedoch ein Kraftstoffeinspritzventil 44 verwendet wird, bei dem das Kraftstoffeinspritzventil 2 und die Zündkerze 3 gemäß Fig. 1 in einer Elektrode zu einer Einheit integriert werden, reicht für seine Montage auch ein kleiner Raum und das Ventil kann an einer für die Zündung geeigneten Stelle angeordnet werden. Weiterhin wird bei dieser Ausführung erreicht, daß ein Teil des Kraftstoffstrahls die Bewegung des Wirbels beschleunigt und die Flammenkerne 40 schnell verteilt, so daß die Flammenkerne 40 in der Verbrennungskammer 21 schnell verteilt werden können. Deswegen kann die Rußbildung, wie bei dem in Fig. 2f dargestellten bekannten Verfahren, verhindert werden.
  • In Fig. 13 sind in der Verbrennungskammer 21 zwei Ansaugventile 4a, 4b vorgesehen. Ein Luftstrahl I, der durch das Ansaugventil 4a hindurchströmt, enthält eine Wirbelkomponente und bildet in der Verbrennungskammer 21 einen Wirbel K. Ein Luftstrahl J, der durch das Ansaugventil 4b hindurchströmt, enthält keine Wirbelkomponente, wobei das Ansaugventil 4b bei einer hohen Motordrehzahl geöffnet wird und andererseits geschlossen ist. Wie vorhin erwähnt wurde, da für das Kraftstoffventil 44 mit einer Elektrode lediglich ein kleiner Raum erforderlich ist, kann das Kraftstoffventil 44 mit der Elektrode in der Nähe des Ansaugventils 4a in der Verbrennungskammer 21 angeordnet werden, infolgedessen die Flammenkerne 40 durch den Wirbel K zuverlässig befördert und verteilt werden können.
  • Die Bezugszeichen 5a, 5b bezeichnen Abgasventile, von denen jedes für ein Abgasrohr 13 vorgesehen ist. Die Bezugszeichen 12 und 29 bezeichnen ein Ansaugrohr sowie eine Wirbeleintrittsöffnung.
  • In Fig. 14 ist eine vertikale Schnittdarstellung des Düsenteiles des Kraftstoffventils 44 mit der Elektrode gezeigt. Der Düsenteil weist eine Einspritzdüse 45, einen elektrischen Isolierkörper 46, eine Spitzenelektrode 47, eine Elektrode 48, eine Öffnung 49 und eine Öffnung 50 auf. Ein aus der Öffnung 49 eingespritzter Kraftstoffstrahl A wird durch den Wirbel K im gesamten Raum der Verbrennungskammer 21 verteilt, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden. Zum Zeitpunkt der Bildung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird an die Elektrode 48 eine Hochspannung angelegt, um eine Entladung zwischen der Spitzenelektrode 47 und der Elektrode 48 herbeizuführen, wobei der durch die Öffnung 50 hindurchströmende Kraftstoff durch die Entladung teilweise verbrannt wird, um Flammenkerne 40 zu bilden, die durch den Wirbel K im gesamten Raum der Verbrennungskammer 21 verteilt werden, und die das vorher gebildete Kraftstoff-Luft- Gemisch schnell verbrennen.
  • Die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung kann gemäß der Motordrehzahl, der Belastung und dem Zustand des Wirbels gesteuert werden. Fig. 15 ist eine schematische Darstellung der Verbrennungsabläufe in Draufsicht des Innenraums der Verbrennungskammer 21. Eine Ab weichung gegenüber der in Fig. 9 gezeigten Ausführung besteht darin, daß die Dauer der Entladung der Elektrode 48 länger ist, wodurch, wie in Fig. 15 dargestellt ist, mehrere Flammenkerne 40 gebildet werden können. Weiterhin können mehrere ähnliche Flammenkerne 40 sogar durch unterbrochene Entladung der Elektrode 48 gebildet werden.
  • Fig. 16 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Zusammensetzung der Zündquelle darstellt. Die Zündquelle wird in jeder Ausführung von Fig. 1, 11, wie vorhin erwähnt wurde, durch ein Volumen des Hochtemperaturgases, deren Hauptkörper, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis hoch ist, aus Kohlendioxid besteht, ein Volumen eines Verbrennungszwischenprodukts, d. h., eines aktiven Gases, oder, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis niedrig ist, durch ein Volumen aktiven Gases gebildet, das flüssige Kraftstoffteilchen enthält. Weiterhin, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis niedrig und die Temperatur hoch ist, wird die Zündquelle durch ein Volumen gebildet, das ein Kraftstoffzersetzungsprodukt, wie Kohlenstoff, enthält. Da die Zersetzung jedes Volumens sich in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, ist es erwünscht, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängig von den Betriebsbedingungen festzulegen.
  • Weiterhin wird bei dieser Ausführung ein Wirbel verwendet. Anstelle des Wirbels kann jedoch eine Taumelbewegung verwendet werden, wobei sowohl Wirbel als auch Taumelbewegung verwendet werden können.
  • Die Fig. 17a und 17b entsprechen nicht der beanspruchten Erfindung. Ein dünner, filmähnlicher Strahl L wird, wie in Fig. 17a, 17b gezeigt wird, durch die Verwendung von Umlaufkräften, Fliehkräften etc., zusätzlich zur Düse mit mehreren Öffnungen, wie in Fig. 8, 12 etc. gezeigt ist, ge bildet, um Sekundärstrahlen C zu bilden, die kraftstoffähnliche Strahlen M verteilen, wobei der Strahl L zum Befördern der Flammenkerne 40 auf den Sekundärstrahlen C und zum Verteilen der Strahlen M verwendet werden kann. Da in diesem Falle die Durchdringungskraft der Strahlen L niedrig ist, wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Mitte der Verbrennungskammer 21 fett. Die Flammenkerne 40 werden durch eine Zündkerze 3 gebildet, die, wie in Fig. 17b dargestellt ist, in der Nähe eines Kraftstoffeinspritzventils 2 angeordnet ist, wobei sie durch die Sekundärstrahlen C des Strahls L verteilt werden.
  • Fig. 18 zeigt eine dritte Ausführung der Erfindung. Fig. 18 ist eine vertikale Schnittdarstellung einer Verbrennungskammer 21 eines oberen Zylinderteiles eines Motors wie in Fig. 1. Bei dieser Ausführung wird ein Sensor 41 zur Ermittlung des Zylinderinnendrucks in der Nähe eines Düsenkörpers 30 angeordnet, der ein Kraftstoffeinspritzventil 2 beinhaltet, wobei ein Flammenkern 40 durch Entladung zwischen einer Elektrode 42, die anstelle der Zündkerze am Düsenkörper 30 vorgesehen ist, und einer Elektrode 43 entsteht, die an der Spitze des Sensors 41 zur Ermittlung des Zylinderinnendrucks angeordnet ist.
  • Ein Strahl A von Strahlen des vom Kraftstoffeinspritzventil 2 eingespritzten Kraftstoffs wird durch eine Öffnung 20 des Düsenkörpers 30 direkt in die Verbrennungskammer 21 eingeführt, um in der Verbrennungskammer 21 ein Kraftstoff-Luft- Gemisch zu bilden. Ein Strahl B strömt zunächst, ähnlich dem Strahl A, lediglich durch eine Öffnung 23 hindurch. Dann wird jedoch ein Flammenkern 40 durch Entladung zwischen der am Düsenkörper 30 angebrachten Elektrode 42 und der Elektrode 43, die an der Spitze des Sensors 41 zur Ermittlung des Zylinderinnendrucks angeordnet ist, gebildet, wobei der Flammenkern durch die Energie des Strahls B in der Verbrennungskammer 21 verteilt wird und das Kraftstoff- Luft-Gemisch unverzüglich gezündet und verbrannt wird. Im oberen Teil des Düsenkörpers 30 ist eine Öffnung 19 ausgebildet, durch die die Frischluft G aus der Verbrennungskammer 21 in die Kammer 18 strömt, so daß der Strahl A und der Strahl B aus der Kammer 18 ein zündbares Kraftstoff-Luft- Gemisch in der Verbrennungskammer 21 bilden können. Fig. 19 entspricht nicht der beanspruchten Erfindung. Fig. 19 ist eine vertikale Schnittdarstellung eines Kraftstoffeinspritzventils 2 eines oberen Zylinderteiles eines Motors. Bei dieser Ausführung ist ein Hilfs-Kraftstoffeinspritzventil 51 lediglich zur Bildung eines Flammenkernes 40 vorgesehen. Zunächst wird der Kraftstoff von einem Haupt-Kraftstoffeinspritzventil 2 eingespritzt, um in der Verbrennungskammer 21 ein gleichförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden. Dann wird vom Hilfs-Kraftstoffeinspritzventil 51 Kraftstoff in die Kammer 18 eingespritzt, in der aus dem Kraftstoff und der Frischluft aus der Verbrennungskammer 21 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Eine Zündkerze 3 zündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Kammer 18, das verbrennt und dadurch ein Verbrennungsgas bildet. Da zu diesem Zeitpunkt der Strahl A weiterhin strömt, kann das Hochtemperatur-Verbrennungsgas bei einem Hub nicht in die Verbrennungskammer 21 ausströmen. Das Gas wird durch den Strahl A zerteilt, um mehrere Flammenkerne 40 als Zündquellen zu bilden, die in der Verbrennungskammer 21 verteilt werden und die das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 21 schnell verbrennen.
  • Fig. 20 zeigt eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 20 ist eine schematische Darstellung des Innenraums der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht. Bei dieser Ausführung ist auf einer Seite der Verbrennungskammer 21 eine Hilfskammer 22 vorgesehen, die durch einen Düsenkörper 30 gebildet wird, wobei in der Hilfskammer 22 ein Hilfs-Kraftstoffeinspritzventil 51 sowie eine Zündkerze 3 angeordnet sind, um dadurch Flammenkerne 40 in der Hilfskammer 22 zu bilden. Ein Haupt-Kraftstoffeinspritzventil 2 ist in der Verbrennungskammer 21 vorgesehen. Durch die Wirkung der Energie des Strahls aus der Hilfskammer 22 expandiert der Flammenkern 40 in der Verbrennungskammer 21 und wird in der Verbrennungskammer 21 durch den Strahl A verteilt. Bei dem in Fig. 2b dargestellten Beispiel des Standes der Technik wird die Zündflamme aus der Hilfskammer in die Verbrennungskammer 21 eingeführt; bei dieser Ausführung werden jedoch sowohl der Flammenkern als auch das Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Hilfskammer 22 in die Verbrennungskammer 21 eingespritzt und die Energie des aus der Hilfskammer 22 ausströmenden Strahls wird zur Verteilung des Flammenkernes 40 verwendet, so daß die Verteilungsgeschwindigkeit erhöht wird.
  • Die Frischluft strömt in die Hilfskammer 22 durch Öffnungen, die im oberen Teil der Hilfskammer 22 ausgebildet sind, um mit dem vom Hilfs-Einspritzventil 51 eingespritzten Kraftstoff vermischt zu werden.
  • Fig. 21 entspricht nicht der beanspruchten Erfindung. Fig. 21 ist eine vertikale Schnittdarstellung der Verbrennungskammer 21 eines oberen Zylinderteiles eines Motors. Bei dieser Ausführung ist in einem Ansaugrohr 12 ein Haupt- Kraftstoffeinspritzventil 2 vorgesehen, mit dem der Kraftstoff ins Ansaugrohr 12 eingespritzt wird, um die Verbrennungskammer 21 mit dem Kraftstoff zu versorgen. Wenn zunächst das Ansaugventil 4 offen ist, wird der Kraftstoff vom Haupt-Kraftstoffeinspritzventil 2 eingespritzt, um ein gleichmäßiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 21 zu bilden. Als nächstes wird der Kraftstoff ähnlich wie bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführung von einem Hilfs-Kraftstoffeinspritzventil 51 eingespritzt, um in ei ner Kammer 18 ein Gemisch aus Kraftstoff und der aus der Verbrennungskammer 21 durch Öffnungen 19 strömenden Frischluft G zu bilden. Eine Zündkerze 3 zündet das Kraftstoff- Luft-Gemisch in der Kammer 18 und verbrennt es, um ein Hochtemperaturgas zu erzeugen. Da zu diesem Zeitpunkt der Strahl A weiterhin strömt, kann das Hochtemperaturgas bei einem Hub durch Öffnungen 20 nicht in die Verbrennungskammer 21 ausströmen. Das Gas wird durch den Strahl A zerteilt, um mehrere Flammenkerne 40 als Zündquellen zu bilden. Die Flammenkerne 40 werden in der Verbrennungskammer 21 verteilt, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 21 schnell zu verbrennen.
  • Wie oben erwähnt wurde, werden bei der Erfindung folgende Verfahren zur Bildung von Flammenkernen verwendet:
  • (a) Die Zündung beginnt in der Hälfte der Kraftstoffeinspritzung, die Dauer der Entladung wird verlängert und es werden mehrere Flammenkerne gebildet;
  • (b) Ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bestimmten Volumens wird in der Hilfskammer verbrannt, um ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu erzeugen, wobei das Verbrennungsgas durch den Strahl zerteilt wird, um mehrere Flammenkerne zu bilden.
  • Jedes der Verfahren wird zur Bildung von Flammenkernen verwendet, wobei ein Verfahren zur Verteilung der Flammenkerne in mindestens einem der folgenden Verfahren besteht:
  • (1) Die Flammenkerne werden von den Sekundärstrahlen des Kraftstoff-Luft-Gemisches befördert, das in der Umgebung der Strahlen gebildet ist, wodurch die Flammenkerne verteilt werden;
  • (2) Die Flammenkerne werden durch Wirbel oder Taumelbewegungen im Zylinder befördert, wodurch die Flammenkerne verteilt werden, und
  • (3) Die Flammenkerne werden von den Strahlen des Kraftstoff-Luft-Gemisches befördert, wodurch sie verteilt werden.
  • Wie vorhin erwähnt wurde, können gemäß der Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung und Zündung für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen werden, die ohne Verwendung von mehreren Zündkerzen die Nachteile der bekannten Verbrennungsverfahren darstellende Änderungen des Verbrennungszyklus sowie räumliche Änderungen reduzieren können, und die magere Kraftstoff-Luft-Gemische schnell verbrennen. Infolgedessen kann das Kompressionsverhältnis erhöht werden, der Wärmewirkungsgrad wird verbessert und der Kraftstoffverbrauch kann aufgrund der Verwendung von mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen verbessert werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung und Zündung in einer Brennkraftmaschine mit den Schritten:
- Zuführen von Luft in die Brennkammer (21) des Motors,
- Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer (21) mit einem Kraftstoffeinspritzventil (2) zum Bilden eines Kraftstoff/Luft-Gemisches
und
- Zünden des Kraftstoff/Luft-Gemisches mit einer Zündkerze (3),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zündkerze (3) in einem Mittelteil der Brennkammer (21) in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils (2) angeordnet ist,
ein Kraftstoffstrahl B in die Brennkammer (21) so eingespritzt wird, daß er die Zündkerze (3) passiert und Flammenkerne (40) erzeugt, die mindestens eine Größe von 1 mm haben,
und
bei kleiner Last, wenn die Gaspedalstellung α klein ist, die Zündung von der Zündkerze (3) innerhalb der Kraftstoffeinspritzzeitdauer durchgeführt wird, während der die Energie des Kraftstoffstrahls B verfügbar ist, um die Flammenkerne (40) in der Brennkammer (21) zu streuen, so daß die Flammenkerne (40) von dem Kraftstoffstrahl B befördert werden, um die Durchdringungskraft der Flamme zu erhöhen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des Zündens des Kraftstoff/Luft-Gemisches in der Nähe des Einspritzauslasses des Kraftstoffeinspritzven tils (2) mehrere Flammenkerne (40) gebildet werden, wobei die Flammenkerne von einem Sekundärstrom C des Kraftstoff/Luft-Gemisches befördert werden, der um den Strahl D des vom Einspritzauslaß des Kraftstoffeinspritzventils (2) eingespritzten Kraftstoffs gebildet wird.
3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige Flammenkerne (40) von zumindest einem der wirbelnden und taumelnden Ströme befördert werden, die in dem in die Brennkammer (21) eingeführten Luftstrom gebildet werden.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenkerne durch den Kraftstoffstrom vom Kraftstoffeinspritzauslaß innerhalb der Brennkammer (21) gestreut werden.
5. Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung und Zündung in einer Brennkraftmaschine mit:
- einem Kraftstoffeinspritzventil (2), das einen zu einer Brennkammer (21) des Motors hin offenen Einspritzauslaß hat,
- einer Zündkerze (3) zum Zünden eines Kraftstoff/Luft- Gemisches, das mit eingespritztem Kraftstoff und in die Brennkammer (21) eingeführter Luft bereitgestellt wird, und
- einer Steuereinheit (8) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Zündkerze (3) in einem Mittelteil der Brennkammer (21) in der Nähe des Einspritzventils (2) vorgesehen ist, um einen Kraftstoffstrahl B zu zünden, der in die Brennkammer (21) eingespritzt wird, und um Flammenkerne (40) zu erzeugen, die mindestens eine Größe von 1 mm haben, und
die Steuereinheit (8) die Zündkerze (3) so steuert, daß diese innerhalb der Kraftstoffeinspritzzeitdauer gezündet wird, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch in der Brennkammer (21) bei kleiner Last, wenn die Gaspedalposition α klein ist, zu zünden, wodurch die Energie des Kraftstoffstrahls B verfügbar ist, um die Flammenkerne (40) zu streuen, so daß die Flammenkerne (40) von dem Kraftstoffstrahl B befördert werden, um die Durchdringungskraft der Flamme zu erhöhen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Düsenkörper (30) an der Peripherie des Einspritzauslasses des Kraftstoffeinspritzventils (2) vorgesehen ist, wobei der Düsenkörper (30) mit Bohrungen (19, 20) versehen ist, durch die ein Strahl mit von dem Kraftstoffeinspritzventil (2) eingespritztem Kraftstoff gelangt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrung (19, 20) des Stutzens (30) mindestens 1 mm beträgt.
8. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Bildung eines Flammenkerns (40) durch Anordnen der Zündkerze (3) für das Kraftstoff/Luft-Gemisch an einer derartigen Stelle, daß der Flammenkern von einem Sekundärstrom C des Kraftstoff/Luft-Gemisches befördert wird, der um den Düsenstrom D mit von dem Einspritzauslaß des Kraftstoffeinspritzventils (2) eingespritztem Kraftstoff gebildet wird.
9. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (8) dazu ausgelegt ist, die Zündkerze (3) für die Dauer der Kraftstoffeinspritzung zu betreiben.
10. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (8) dazu ausgelegt ist, die Kraftstoffeinspritzung innerhalb der Zünddauer zu beenden.
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