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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung
und Zündung
eines Verbrennungsmotors, der Kraftstoffe wie Benzin, Dieselkraftstoff,
Erdgas, Alkohol, Wasserstoff etc. verbrennt und in Energie umwandelt.
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Um
den Kraftstoffverbrauch bei Verbrennungsmotoren zu verbessern ist
es notwendig, ein mageres Kraftstoff-/Luftgemisch mit niedriger
Kraftstoffkonzentration zu bilden, um den Wärmewirkungsgrad durch Bildung
eines hohen Kompressionsverhältnisses
und schnelle Verbrennung des mageren Kraftstoff-/Luftgemisches zu
erhöhen.
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In 2a bis 2f werden
verschiedene Arten von gewöhnlichen
Verbrennungsverfahren bei Ottomotoren, wie Benzinmotoren, in schematischen Darstellungen
von Verbrennungsabläufen,
von oben betrachtet, gezeigt.
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2a zeigt
einen allgemeinen Fall von Motoren, bei denen ein Flammenkern in
einem Kraftstoff-/Luftgemisch durch eine Zündkerze 3 gebildet wird,
wobei die Flamme sich zum Umfang ausbreitet, um das Kraftstoff-/Luftgemisch
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.
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Als
Maßnahmen
gegen diese Nachteile wird vorgeschlagen, mehrere Zündkerzen,
wie in 2b, vorzusehen, wobei jedoch
die Anordnung der Zündkerzen
aufgrund der Existenz eines Ansaug- und eines Abgasventils (nicht gezeigt)
nicht optimiert werden kann.
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Weiterhin
wird ein Verfahren zur Bildung von Zündquellen durch Mischen von
Abgas hoher Temperatur in das Kraftstoff-/Luftgemisch vorgeschlagen, wie
in 2c gezeigt ist. Die Position der Zündquellen
wird jedoch in jedem Motorzyklus geändert, so daß der Wärmewirkungsgrad
gering ist.
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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 2d, vorgeschlagen. Die Durchdringungkraft
des Plasmas ist jedoch klein und der Wärmewirkungsgrad ist gering.
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Weiterhin
wird, wie für
das in 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-/Luftgemisches gelöscht wird,
so daß bis
jetzt kein ausreichender Effekt erreicht werden konnte.
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Weiter
wird, wie in 2e gezeigt wird, ein Verfahren
zur Verbesserung der Flammenausbreitung vorgeschlagen, bei dem eine
Hilfskammer 22 verwendet wird, in der das Kraftstoff-/Luftgemisch 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.
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Andererseits
wird, wie in 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.
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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.
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Als
nächstes
werden verschiedene Arten von bekannten Verbrennungsverfahren bei
Selbstzündungsmotoren,
wie Dieselmotoren, in 3a bis 3f dargestellt,
die schematische Darstellungen der Verbrennungsabläufe, von
oben betrachtet, zeigen.
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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.
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Um
diesen Nachteil zu eliminieren wird, wie in 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.
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Wie
in 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.
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Wie
weiterhin in 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.
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Wie
weiterhin in 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.
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Wie
weiterhin in 3f dargestellt wird, wird ein
Verfahren zur Zündung
des Kraftstoff-/Luftgemisches 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 kon stant, so
daß der
Wärmewirkungsgrad
reduziert wird.
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Wie
vorhin erwähnt
wurde, verläuft
die Verbrennung bei den bekannten Verbrennungsverfahren, wie in 2 und 3 dargestellt
ist, mit der Ausnahme des Verfahrens gemäß 2b, bei
dem mehrere Zündkerzen
vorgesehen sind, nicht konstant, sondern veränderbar in jedem Motorzyklus
sowie bezüglich
des Raumes, so daß der
Wärmewirkungsgrad
reduziert wird.
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Da
es aufgrund der Anordnung eines Ansaug- und eines Abgasventils in
der Praxis schwierig ist, mehrere Zündkerzen vorzusehen, ist es
weiterhin bei dem in 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.
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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.
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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.
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Bei
dem oben erwähnten
Stand der Technik werden Verfahren ( 2d, 2f, 3d)
zum Blasen der Flamme in die Verbrennungskammer, um sie zu verteilen,
oder Verfahren (3c, 3d, 3f)
zur Selbstzündung
nach der Verteilung des Strahls verwendet. Bei den erstgenannten
Verfahren ist die Durchdringungkraft der Flamme schwach, während bei
den letztgenannten räumlichen Änderungen
sowie Änderungen
des Zündungszeitverlaufs in
jedem Motorzyklus auftreten. Infolgedessen kann der Wärmewirkungsgrad
nicht erhöht
werden.
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Das
Dokument
GB-A-2 233
390 zeigt, daß die
Zündquelle
innerhalb der Kraftstoffstrahlen angeordnet ist, so daß das Risiko
besteht, daß die
Flamme durch die auf die Zündquelle
auftreffenden Kraftstoffstrahlen gelöscht wird. Weiterhin ist gezeigt,
daß die
Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung mit der Erhöhung der
Kraftstoffmenge entsprechend der Motorlast voreilt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
vorzuschlagen, die eine stabile Verbrennung gewährleisten.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
zeigen vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist innerhalb der Verbrennungskammer des Motors ein Einspritzauslaß eines
Kraftstoffeinspritzventils vorgesehen. Am Umfang des Einspritzauslasses
ist eine Zündquelle
ausgebildet, durch die ein Kraftstoff-/Luftgemisch gezündet wird.
Die Energie des Kraftstoffstrahls wird derart genutzt, daß die entstehende Flamme
vom Kraftstoffstrahl befördert
wird, um die Durchdringungkraft der Flamme zu erhöhen, wodurch
die Flamme in der Verbrennungskammer verteilt wird.
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Wenn
weiterhin am Einspritzauslaß des Kraftstoffeinspritzventils
ein Düsenkörper angeordnet
ist, beträgt
der Durchmesser der Düsenöffnung 1 mm
oder mehr.
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Der
Kraftstoff wird durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt,
wobei nachdem in der Verbrennungskammer ein Kraftstoff-/Luftgemisch gebildet
wurde, die Zündkerze
entladen wird, um das Kraftstoff-/Luftgemisch anzuzünden, und
eine Flamme entsteht. Da die Kraftstoffeinspritzung fortgesetzt wird,
wird die Durchdringungkraft der Flamme durch die Energie des Kraftstoffstrahls
erhöht,
die Flamme bewegt sich innerhalb der Verbrennungskammer und das
Kraftstoff-/Luftgemisch wird zuverlässig verbrannt. Da das Kraftstoff-/Luftgemisch
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-/Luftgemisch kann
schnell verbrannt werden.
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Weiterhin,
wenn die Größe des Flammenkerns
1 mm oder mehr beträgt,
wird das Ausmaß der Wärmeerzeugung,
die von der Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemisches 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.
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1 ist
ein vertikaler Schnitt durch eine Verbrennungskammer eines oberen
Zylinderteiles eines Motors, der eine erste Ausführung der Erfindung darstellt;
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2a bis 2f sind
schematische Darstellungen von Verbrennungsabläufen, die Beispiele des Standes
der Technik zeigen, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer in
Draufsicht dargestellt ist;
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3a bis 3f sind
schematische Darstellungen von Verbrennungsabläufen, die Beispiele des Standes
der Technik zeigen, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer in
Draufsicht dargestellt ist;
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4 ist
ein Blockdiagramm eines Steuersystems des Motors, das die erste
Ausführung
der Erfindung darstellt;
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5 ist
ein Flußdiagramm
der in einem Steuergerät 8 durchgeführten Steuerung,
die die Funktion eines Kraftstoffeinspritzventils 2 betrifft;
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6 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zündeinstellung, der Zeitsteuerung
der Kraftstoffeinspritzung und der Position des Gaspedals darstellt;
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7 ist
ein Flußdiagramm
der Funktionssteuerung einer Zündanlage;
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8 ist
eine schematische Darstellung von Verbrennungsabläufen, wobei
der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt
ist;
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9 ist
ein Zeitdiagramm, das die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung
und der Zündung zeigt;
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10a und 10b sind
schematische Darstellungen einer Flamme;
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11 ist
ein vertikaler Schnitt durch eine Verbrennungskammer eines oberen
Zylinderteiles eines Motors, der eine zweite Ausführung der
Erfindung darstellt;
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12a und 12b sind
schematische Darstellungen von Verbrennungsabläufen, wobei der Innenraum der
Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt ist;
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13 ist
eine schematische Darstellung der Luftstromrichtung, die eine dritte
Ausführung
der Erfindung darstellt, wobei der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in
Draufsicht dargestellt ist;
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14 ist
eine vertikale Schnittdarstellung eines Düsenteiles des Kraftstoffeinspritzventils;
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15 ist
eine schematische Darstellung von Verbrennungsabläu fen, wobei
der Innenraum der Verbrennungskammer 21 in Draufsicht dargestellt
ist;
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16 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und
der Zusammensetzung einer Zündquelle
darstellt;
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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;
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18 ist
eine vertikale Schnittdarstellung einer Verbrennungskammer eines
oberen Zylinderteiles eines Motors, die eine fünfte Ausführung der Erfindung darstellt;
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19 ist
eine vertikale Schnittdarstellung einer Verbrennungskammer eines
oberen Zylinderteiles eines Motors, die eine sechste Ausführung der Erfindung
darstellt;
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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
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21 ist
eine vertikale Schnittdarstellung einer Verbrennungskammer eines
oberen Zylinderteiles eines Motors, die eine achte Ausführung der Erfindung
darstellt.
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Eine
erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird anhand der 1 und 4 bis 10b erläutert. 4 ist
ein Blockdiagramm, das ein Motorsteuersystem darstellt, das die
vorliegende Erfindung beinhaltet. In 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 Kraftstoff 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.
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Die
Zündeinstellung
des Kraftstoff-/Luftgemisches 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-/Luftgemisch in der Verbrennungskammer 21 des
Zylinders durch eine Zündkerze 3 gezündet wird.
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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.
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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.
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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-/Luftgemisch gebildet. Dann wird die Zündkerze 3 gezündet und
das Kraftstoff-/Luftgemisch 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-/Luftgemisch
zu bilden, und das Kraftstoff-/Luftgemisch, 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
geöffnet,
der Druck des von der Kraftstoffpumpe 37 geförderten
Kraftstoffs sinkt und die Kraftstoffeinspritzung vom Kraftstoffeinspritzventil 2 wird beendet.
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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 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-/Luftgemisch verbrannt wird.
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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 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 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-/Luftgemisch um den Strahl B, wie in 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-/Luftgemisch verbrannt wird.
Infolgedessen kann sogar ein mageres Kraftstoff-/Luftgemisch mit einem
großen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
vollständig verbrannt
werden.
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Andererseits,
wie in 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.
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In 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 Verwendung der Energie des Strahls B von dem Kraftstoffeinspritzventil 2 verteilt
wird.
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In 9 wird
ein Zeitdiagramm dargestellt, das die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung
und der Zündung
zeigt. In 9 wird, wie durch den Einspritzsignalverlauf
(X) dargestellt ist, die Kraftstoffein spritzung 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-/Luftgemisch
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.
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Wenn
im Laufe der Verteilung der Flammenkerne 40 deren Temperatur
sinkt, können
die Flammenkerne 40 das Kraftstoff-/Luftgemisch 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 10a dargestellt ist, werden
durch den Strahl B von dem Kraftstoffeinspritzventil 2 Sekundärstrahlen C
gebildet, wobei auf den Sekundärstrahlen
C die Flammenkerne 40 getragen und verteilt werden. Wie in 10b dargestellt ist, weist der Strahl B in diesem
Fall einen Kernteil D und einen Teilchensuspensionsbereich E auf,
der den Teil D umgibt und in dem Kraftstoffteilchen gehalten sind,
wobei die Flammenkerne 40 von den Teilchen aufgenommen
werden, wenn sie sich durch den Bereich E verteilen, 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.
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11, 12a und 12b stellen
eine zweite Ausführung
der Erfindung dar. 11 ist eine vertikale Schnittdarstellung
einer Verbrennungskammer des oberen Zylinderteiles 17 des
Motors, ähnlich der 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 12a und 12b schematische
Darstellungen von Verbrennungsabläufen, die in Draufsicht des
Innenraumes der Verbrennungskammer 21 gezeigt sind.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der in 11, 12a und 12b dargestellten
Ausführung
erläutert.
In den 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-/Luftgemisch
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 Ver brennungskammer 21 ist.
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Das
Kraftstoff-/Luftgemisch, 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-/Luftgemisch in der Kammer 18 wird verbrannt,
um, wie in 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-/Luftgemisch
wird schnell verbrannt. Unter der Annahme, daß der Einspritzdruck zu diesem
Zeitpunkt 49 MPa beträgt,
beträgt die
Strahlgeschwindigkeit ca. 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-/Luftgemisch 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.
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Weiterhin
wenn in 11 die Größe jedes der Flammenkerne 40 mindestens
1 mm beträgt,
wird das Ausmaß der
Wärmeerzeugung, die
von der Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemisches 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.
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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.
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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.
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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-/Luftgemisches
im Düsenkörper 30 und
die Zündeinstellung gemäß den Betriebsbedingungen
gesteuert, um eine optimale Verbrennungsgeschwin digkeit zu erreichen.
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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.
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13 bis 16 zeigen
eine dritte Ausführung
der Erfindung. 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-/Luftgemisch 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 1 gezeigt ist. Wenn jedoch ein
Kraftstoffeinspritzventil 44 verwendet wird, bei dem das
Kraftstoffeinspritzventil 2 und die Zündkerze 3 gemäß 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 2f dargestellten be kannten Verfahren, verhindert
werden.
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In 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.
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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.
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In 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-/Luftgemisch
zu bilden. Zum Zeitpunkt der Bildung des Kraftstoff-/Luftgemisches wird
an die Elektrode 48 eine Hochspannung angelegt, um eine
Entladung zwi schen 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-/Luftgemisch schnell
verbrennen.
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Die
Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung kann
gemäß der Motordrehzahl, der
Belastung und dem Zustand des Wirbels gesteuert werden. 15 ist
eine schematische Darstellung der Verbrennungsabläufe in Draufsicht
des Innenraums der Verbrennungskammer 21. Eine Abweichung
gegenüber
der in 9 gezeigten Ausführung besteht darin, daß die Dauer
der Entladung der Elektrode 48 länger ist, wodurch, wie in 15 dargestellt ist,
mehrere Flammenkerne 40 gebildet werden können. Weiterhin
können
mehrere ähnliche
Flammenkerne 40 sogar durch unterbrochene Entladung der Elektrode 48 gebildet
werden.
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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 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 Kraftstoffzerset zungsprodukt, 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.
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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.
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Die 17a und 17b zeigen
eine vierte Ausführung
der Erfindung. Ein dünner,
filmähnlicher Strahl
L wird, wie in 17a, 17b gezeigt
wird, durch die Verwendung von Umlaufkräften, Fliehkräften etc.,
zusätzlich
zur Düse
mit mehreren Öffnungen,
wie in 8, 12 etc. gezeigt
ist, gebildet, 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-/Luftgemisch in der Mitte der Verbrennungskammer 21 fett.
Die Flammenkerne 40 werden durch eine Zündkerze 3 gebildet,
die, wie in 17b dargestellt ist, in der
Nähe eines
Kraftstoffeinspritzventils 2 angeordnet ist, wobei sie
durch die Sekundärstrahlen
C des Strahls L verteilt werden.
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18 zeigt
eine fünfte
Ausführung
der Erfindung. 18 ist eine vertikale Schnittdarstellung einer
Verbrennungskammer 21 eines oberen Zylinderteiles eines
Motors wie in 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.
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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-/Luftgemisch 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-/Luftgemisch
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-/Luftgemisch in der Verbrennungskammer 21 bilden
können. 19 zeigt
eine sechste Ausführung
der Erfindung. 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-/Luftgemisch
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-/Luftgemisch
gebildet wird. Eine Zündkerze 3 zündet das
Kraftstoff-/Luftgemisch 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-/Luftgemisch in der Verbrennungskammer 21 schnell
verbrennen.
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20 zeigt
eine siebente Ausführung
der vorliegenden Erfindung. 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 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 Flammen kern als auch das Kraftstoff-/Luftgemisch
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.
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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.
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21 zeigt
eine achte Ausführung
der Erfindung. 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-/Luftgemisch
in der Verbrennungskammer 21 zu bilden. Als nächstes wird der
Kraftstoff ähnlich
wie bei der in 11 gezeigten Ausführung von
einem Hilfs-Kraftstoffeinspritzventil 51 eingespritzt,
um in einer 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-/Luftgemisch 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-/Luftgemisch in der Verbrennungskammer 21 schnell
zu verbrennen.
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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-/Luftgemisch 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.
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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-/Luftgemisches 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-/Luftgemisches
befördert,
wodurch sie verteilt werden.
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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-/Luftgemische schnell verbrennen. Infolgedessen
kann das Kompressionsverhältnis
erhöht
werden, der Wärmewirkungsgrad
wird verbessert und der Kraftstoffverbrauch kann aufgrund der Verwendung
von mageren Kraftstoff-/Luftgemischen verbessert werden.