EP0036188A2 - Vorrichtung zur Kraftstoff-Zerstäubung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Vorrichtung zur Kraftstoff-Zerstäubung in einem Verbrennungsmotor Download PDF

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EP0036188A2
EP0036188A2 EP81101844A EP81101844A EP0036188A2 EP 0036188 A2 EP0036188 A2 EP 0036188A2 EP 81101844 A EP81101844 A EP 81101844A EP 81101844 A EP81101844 A EP 81101844A EP 0036188 A2 EP0036188 A2 EP 0036188A2
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EP
European Patent Office
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fuel
atomizer
engine
voltage
pulses
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Withdrawn
Application number
EP81101844A
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English (en)
French (fr)
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EP0036188A3 (de
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Valentin Dipl.-Phys. Mágori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP0036188A3 publication Critical patent/EP0036188A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0623—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn
    • B05B17/063—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn having an internal channel for supplying the liquid or other fluent material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B17/00—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/32—Controlling fuel injection of the low pressure type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/041—Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/18—DOHC [Double overhead camshaft]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to a device as specified in the preamble of claim 1.
  • the invention provides for the use of a piezoelectric atomizer, as is known in principle from German patent specification 20 32 433 (70/7034).
  • a piezoelectric atomizer has also been widely used as an atomizer in an inhalation device according to German patent specification 26 37 162 (76 P 7097).
  • electrical alternating voltage with preferably e.g. 100 kHz is operated, a very fine droplet mist e.g. also produce gasoline and similar fuel for internal combustion engines.
  • the atomizer is arranged in the intake pipe of the internal combustion engine such that fuel mist generated by the atomizer is transported together with the intake air into the cylinder of the engine.
  • controllable electronic circuit which is used not only to generate and supply an excitation alternating voltage for the atomizer.
  • This new combined function is particularly noteworthy because an atomizer has not previously been used in a switch function.
  • the fuel supply takes place continuously over time, wherein a rough control of the amount of fuel supplied, which is adapted to the total fuel consumption of the respective load operation, is preferably provided.
  • the fuel supply from the working cycle of the engine, synchronized with this cycle, into the individual cylinders is provided by the atomizer, which is controlled according to one feature of the invention. It is because a certain amount of fuel can be dripped or sprayed onto the atomizer plate of the atomizer (which is not yet vibrating) Maintain wetting layer or accumulate with continuous fuel supply. This accumulated amount of fuel is increased with the onset of the atomizer vibration, i.e. with the application of the excitation alternating voltage to the atomizer, practically suddenly converted into a pulse of a fuel spray.
  • the duration of this pulse is comparatively short to, or at most approximates, the duration of a cycle of the internal combustion engine.
  • a fuel mist pulse generates a comparatively short duration that can, the temporal occurrence of which can be placed in the final phase of the intake stroke of the internal combustion engine.
  • This measure of the invention ensures that only the air last sucked in, ie the air which is ultimately predominantly in the vicinity of the intake valve in the cylinder, contains this fuel mist generated in pulses, whereas air sucked in before the impulse occurs is practically free of fuel mist is.
  • Such pure air is then in the area of the cylinder interior close to the piston.
  • the spark plug is located near the intake valve and thus in the area of the partial cylinder volume in which there is air mixed with the fuel mist in an optimal mixture ratio, and that too. still in the compressed state or at top dead center of the piston when the ignition takes place.
  • control of the motor can be easily adapted to different load operation, namely by / increasing the pulse width of the atomization Berimpulses with optionally adjusted readjusted fuel supply, the control of which, however, as mentioned above, is carried out in a simple manner and, as is known, for example also continuously.
  • the envisaged active partial volume of the cylinder interior always has an optimal gasoline-air quantity ratio and that the remaining partial volume of the cylinder contains practically only pure air filling.
  • FIG. 1 shows an overall view of a device according to the invention together with a partial representation of a cylinder 11 and a piston 12 of an internal combustion engine.
  • 13 is an air filter and 14 denotes the intake duct of the engine.
  • the arrows 15 and 16 denote the air flow in the intake duct.
  • With 17 the atomizer is indicated, which is held by means of the brackets 18 in the air duct 14.
  • the position of the atomizer 17 in the intake duct 14 is essentially selected so that the intake air flow receives virtually no fuel from the atomizer and from the supply line, as long as the atomizer 17 does not oscillate with its intended amplitude.
  • the fuel is supplied to the atomizer 17 via the pipeline 19 with the aid of a fuel delivery pump 20 which delivers an especially controllable amount of fuel.
  • 21 denotes an optionally provided baffle plate for supplied fuel, and for the sake of clarity, fastening devices in the intake duct 14 for the baffle plate 21 are not shown.
  • a power supply line for the piezoelectric atomizer 17 is designated.
  • the second power supply conductor lying against the mass of the intake duct 14 is draws.
  • the atomizer 17 is connected to a terminal, for example via its support 18, 14 in this mass of the air duct at 24 is a total of the electronic formwork 'tung specified, from which the excitation AC voltage for the sprayer 17, with, for example 100 kHzeans the voltage U, the vehicle.
  • this excitation alternating voltage is also converted into pulses which can be controlled with regard to time and duration.
  • the circuit 24 receives synchronous signals from the camshaft 26 of the intake valve 27 via a connection 25 which is only shown in principle. Corresponding synchronous control can also be carried out by the crankshaft, taking into account the working sequence of the 4-stroke principle. Basically, the invention can also be used accordingly in 2-stroke engines.
  • 28 denotes a supply line via which a control signal of the circuit 24 is supplied which corresponds to the throttle lever position, ie the load operation of the engine desired by the driver.
  • the signal supplied via the line 28 essentially controls the pulse width 29 of the pulse 30 of the periodically generated pulse excitation alternating voltage 30.
  • the pulse time of the pulse 30 is. Synchronized with the clock phase of the piston 12 in the cylinder 11 via the connection 25 already mentioned.
  • the mode of operation of the device according to the invention is that when the piston 12 goes down during the suction phase, first pure air corresponding to the flows 15 and 16 is sucked into the cylinder volume.
  • the pulse voltage 30 is not supplied to the atomizer 17 until the end of the intake stroke, whereby in the meantime fuel accumulated between the atomizing plate 117 and the baffle plate 21 is suddenly atomized by this atomizing plate 117 into a fine fuel mist which is then carried along by the air stream 16. Since this only takes place towards the end of the intake phase, essentially only the upper portion 32 of the entire inner volume of the cylinder is enriched with the fuel mist.
  • the partial volume 31 is an air buffer, which is also advantageously effective.
  • the atomizer 17 provided it is expedient to allow the atomizer 17 provided to oscillate with a small amplitude in the times between the atomization processes or shortly before the start of the atomization pulse. This enables the atomizer to swing even faster and to reach the maximum amplitude. This "small" amplitude is so small that it does not lead to any noteworthy fuel atomization and does not disturb the fuel accumulation mentioned in the meantime.
  • An internal combustion engine equipped with a device according to the invention operates in partial load operation and in idle operation, for which the invention is primarily intended, practically like an engine with a considerably smaller cylinder volume, which is operated at more or less full load.
  • the pulse duration 29, ie the duration of the generation of a force Fabric mist (with a correspondingly increased fuel supply 20), controllably stretchable to the total length of the intake stroke can be easily achieved with the invention that the partial volume 32 with a homogeneously distributed fuel mist a substantial portion of the total volume of the cylinder 11 or even fills the total volume, which corresponds to the full load operation of the engine in question (which then corresponds to the full load operation of a conventional known engine with regard to the fuel distribution in the cylinder).
  • An internal combustion engine equipped with the invention can thus also be operated in the partial load range as if it were full load operation of an engine with a correspondingly smaller volume and a correspondingly smaller maximum output.
  • the invention is not only an essential contribution to better use of the fuel, i.e. to save fuel, but it also brings benefits in terms of environmental protection.
  • the currently customary carburetor engines have the disadvantage that they operate in idle mode and also in push mode, i.e. then when the throttle is withdrawn at a relatively high vehicle speed and the throttle valve is closed, combustion is only very incomplete and therefore unclean.
  • a complete interruption of the fuel supply can be carried out in a very simple manner, namely by temporarily eliminating the periodic atomization pulses (with a correspondingly throttled or switched-off fuel supply 20), as is the case for diesel engines with an engine brake and corresponding special equipment against diesel is known.

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Abstract

Verwendung eines Kraftstoff-Zerstäubers (17, 117) zusammen mit einer Regelung (20, 24) des Zerstäubungs-Impulsbetriebs derart, daß im Zylindervolumen (31) ein Teilvolumen (32) mit optimalem Kraftstoff-Luftgemisch und ein Teilvolumen mit reiner angesaugter Luft entsteht, wobei das Verhältnis der Teilvolumina entsprechend dem geforderten Lastbetrieb eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, von einem Vergaser oder durch eine Einspritzdüse Benzin in einen feinen Tröpfchennebel überzuführen und diesen Tröpfchennebel zusammen mit. der Verbrennungsluft durch das Einlaßventil hindurch in. den Zylinder eines Verbrennungsmotors eintreten zu lassen. In dem Zylinder liegt dann zum Ende des Ansaugvorgangs bzw. während des Kompressionshubes ein weitgehend über den ganzen Zylinderraum homogenes Benzintröpfchen-Luftgemisch vor, das nach erfolgter Kompression im oberen Totpunkt des Kolbens des Verbrennungsmotors gezündet wird.
  • Verbrennungsmotore speziell für Kraftfahrzeuge mit wie üblich relativ unterschiedlichen Lastbedingungen sind gerade im Teillast-Bereich weit entfernt von einem Zustand optimaler Kraftstoff-Ausnutzung.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, speziell für Betrieb im Teilla.st-Bereich und/oder im Leerlauf des Verbrennungsmotors ein solches Prinzip anzugeben, durch dessen Verwendung eine wesentlich bessere Kraftstoff-Ausnutzung für Teillast-Bereich erreicht . wird.
  • Diese Aufgabe wird mit einer wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens im Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Wie aus dem einen Merkmal des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 ersichtlich, ist bei der Erfindung die Verwendung eines piezoelektrischen Zerstäubers vorgesehen, wie er prinzipiell aus der deutschen Patentschrift 20. 32 433 (70/7034) bekannt ist. Ein solcher piezoelektrischer Zerstäuber ist auch bereits gemäß der deutschen Patentschrift 26 37 162 (76 P 7097) als Zerstäuber in einem Inhalationsgerät verbreitet verwendet worden. Mit Hilfe eines solchen Zerstäubers, der mit elektrischer Wechselspannung mit vorzugsweise z.B. 100 kHz betrieben wird, läßt sich ein sehr feiner Tröpfchennebel z.B. auch von Benzin und ähnlichem Kraftstoff für Verbrennungsmotore erzeugen.
  • Gemäß der Erfindung wird der Zerstäuber im Ansaugrohr des Verbrennungsmotors derart angeordnet, daß vom Zerstäuber erzeugter Kraftstoffnebel mit der angesaugten Luft zusammen in den Zylinder des Motors transportiert wird.
  • Die Erfindung geht aber über diesen Gedanken weit hinaus, denn zu diesem konstruktiven Aufbau kommt noch eine steuerbare Elektronikschaltung hinzu, die nicht nur zur Erzeugung und Zuführung einer Anregungs-Wechselspannung für den Zerstäuber dient. Die steuerbare Schaltung und der Zerstäuber, dem im wesentlichen kontinuierlich Kraftstoff zugeführt wird, haben bei der Erfindung zusammenwirkend die Funktion eines mit hoher Geschwindigkeit zu schaltenden (elektrischen) Ventils zur impulsweisen Steuerung der Kraftstoff-Zufuhr in die einzelnen Zylinder. Diese neuartige kombinierte Funktion ist deshalb besonders hervorzuheben, da ein Zerstäuber bisher nicht in einer Schalterfunktion verwendet worden ist.
  • Bei der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, daß die Kraftstoff-Zufuhr zeitlich kontinuierlich erfolgt, wobei vorzugsweise eine dem Gesamtkraftstoff-Verbrauch des jeweiligen Lastbetriebes angepaßte Grobregelung der zugeführten Menge des Kraftstoffes vorgesehen ist. Die von der Arbeitstaktfolge des Motors synchron zu dieser Taktfolge erfolgende Kraftstoff-Zufuhr-in die einzelnen Zylinder besorgt der einem Merkmal der Erfindung gemäß gesteuerte Zerstäuber- Es läßt sich nämlich auf der (noch) nicht schwingenden Zerstäuberplatte des Zerstäubers eine gewisse Kraftstoffmenge als Tropfen oder als Benetzungsschicht halten bzw. bei kontinuierlicher Kraftstoff-Zufuhr akkumulieren. Diese akkumulierte Kraftstoffmenge wird mit dem Einsetzen der Schwingung des Zerstäubers, d.h. mit dem Anlegen der Anregungs-Wechselspannung an den Zerstäuber, praktisch schlagartig in einen Impuls eines Kraftstoffnebels umgewandelt.
  • Die zeitliche Dauer dieses Impulses ist vergleichsweise kurz zur oder höchstens angenähert der Zeitdauer eines Taktes des Verbrennungsmotors. Durch die Wahl der Länge des Zerstäubungsimpulses läßt sich unterschiedliche Leistungsabgabe des Motors (Leerlauf - unterschiedlich hohe Teillast - Vollast) stufenlos genau einstellen. Der Zeitpunkt des Auftretens dieses Kraftstoffnebel-Impulses wird entsprechend der Phase der Kolbenbewegung des Verbrennungsmotors gewählt.
  • Mit der Erfindung ist also erreicht, daß ein Kraftstoffnebel-Impuls vergleichsweise kurzer Dauer erzeugt werden kann, dessen zeitliches Auftreten in die Endphase des Ansaugtaktes des Verbrennungsmotors gelegt werden kann. Durch diese Maßnahme der Erfindung wird erreicht, daß erst die zuletzt angesaugte Luft, d.h. die Luft, die sich schließlich vorwiegend in der Nähe des Einlaßventils-im Zylinder befindet, diesen impulsweise erzeugten Kraftstoffnebel enthält, wohingegen vor Auftreten des Impulses angesaugte Luft praktisch frei von Kraftstoffnebel ist. Solche reine Luft befindet sich dann in dem dem Kolben nahen Bereich des Zylinder-Innenraumes. Die Zündkerze befindet sich in der Nähe des Einlaßventils und damit im Bereich des Zylinder-Teilvolumens, in dem sich mit Kraftstoffnebel in optimalem Gemischverhältnis versetzte Luft.befindet, und zwar auch. noch im komprimierten Zustand bzw..im oberen Totpunkt des Kolbens, wenn die Zündung erfolgt.
  • Mit der Erfindung wird nicht nur eine scheinbare Verringerung des Zylindervolumens bzw. eine tatsächliche Verringerung des aktiv wirkenden Zylindervolumens erreicht, sondern die sich im Zylindervolumen.zusätzlich zwischen dem Kolbenboden und diesem aktiven Teilvolumen befindende Luft wirkt außerdem noch als eine Art federndes Luftpolster, das sich günstig auf die Laufruhe des Motors auswirkt und insbesondere die Verwendung auch eines solchen Kraftstoffes zuläßt, der bei derzeit bekannten Motoren zum Klingeln führt. Dieser Vorteil wird im übrigen auch noch dann relevant, wenn das mit Kraftstoffnebel angefüllte Teilvolumen des Zylinder-Innenraumes einen wesentlichen Anteil des Gesamtzylinder-Innenvolumens ausmacht.
  • Bei der Erfindung kann die Steuerung des Motors ohne weiteres unterschiedlichem Lastbetrieb angepaßt werden, nämlich durch/Vergrößerung der Impulsbreite des Zerstäuberimpulses bei gegebenenfalls entsprechend angepaßt nachgeregelter Kraftstoff-Zufuhr, deren Regelung jedoch, wie oben erwähnt, in einfacher Weise und wie bekannt z.B. auch kontinuierlich erfolgt. In jedem Falle läßt sich mit der Erfindung jedoch gewährleisten, daß das vorgesehene aktiv wirkende Teilvolumen des Zylinder-Innenraumes stets ein optimales Benzin-Luftmengen-Verhältnis hat und daß das übrige Teilvolumen des Zylinders praktisch nur reine Luftfüllung enthält.
  • Fig.1 zeigt eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einer Teildarstellung eines Zylinders 11 und eines Kolbens 12 eines Verbrennungsmotors. Mit 13 ist ein Luftfilter und mit 14 ist der Ansaugkanal des Motors bezeichnet. Mit den Pfeilen 15 und 16 ist der Luftstrom im Ansaugkanal bezeichnet. Mit 17 ist der Zerstäuber angegeben, der mittels der Halterungen 18 im Luftkanal 14 gehalten ist. Die Lage des Zerstäubers 17 im Ansaugkanal 14 ist im wesentlichen so gewählt, daß der Ansaug-Luftstrom praktisch keinen Kraftstoff vom Zerstäuber und aus der Zufuhrleitung aufnimmt, solange der Zerstäuber 17 nicht mit seiner vorgesehenen Amplitude schwingt.
  • Über die Rohrleitung 19 wird mit Hilfe einer Kraftstoff-Förderpumpe 20, die eine insbesondere steuerbare Kraftstoffmenge fördert, der Kraftstoff dem Zerstäuber 17 zugeführt. Mit 21 ist ein gegebenenfalls vorgesehenes Prallblech für zugeführten Kraftstoff bezeichnet, wobei der Übersichtlichkeit halber Befestigungsvorrichtungen im Ansaugkanal 14 für das Prallblech 21 nicht dargestellt sind. Mit 22 ist die eine Stromzuführungsleitung für den piezoelektrisch arbeitenden Zerstäuber 17 bezeichnet. Mit 23 ist der zweite, an der Masse des Ansaugkanals 14 anliegende Stromzuführungsleiter bezeichnet. Der Zerstäuber 17 liegt mit einem Anschluß, z.B. über seine Halterung 18, an dieser Masse des Luftkanals 14. Mit 24 ist insgesamt die elektronische Schal-' tung angegeben, von der die Anregungs-Wechselspannung für den Zerstäuber 17, mit z.B. 100 kHzeans der Spannung U, des Fahrzeugs, erzeugt. wird. In der Schaltung 24 erfolgt außerdem auch die Umformung dieser Anregungs-Wechselspannung in bezüglich Zeitpunkt und Dauer steuerbare Impulse. Über eine nur prinzipiell dargestellte Verbindung 25 erhält die Schaltung 24 Synchronsignale von der Nockenwelle 26 des Einlaßventils 27. Es kann auch eine entsprechende Synchronsteuerung von der Kurbelwelle vorgenommen werden, und zwar unter Berücksichtigung der Arbeitsfolge des 4-Takt-Prinzips. Grundsätzlich läßt sich die Erfindung auch entsprechend bei 2-Takt-Motoren verwenden. Mit 28 ist eine Zuleitung bezeichnet, über die ein Steuersignal der Schaltung 24 zugeführt wird, das der Gashebelstellung, d.h. dem vom Fahrer gewünschten Lastbetrieb des Motors, entspricht. Das über die Leitung 28.zugeführte Signal steuert im wesentlichen die Impulsbreite 29 des Impulses 30 der periodisch erzeugten Impuls-Anregungs-Wechselspannung 30. Der Impulszeitpunkt des Impulses 30 ist. über die bereits erwähnte Verbindung 25 mit der Taktphase des Kolbens 12 im Zylinder 11 synchronisiert.
  • Im Regelfall entfällt bei Anwendung der Erfindung die bisher übliche Drosselklappe eines Vergasermotors.
  • Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die, daß mit dem Heruntergehen des Kolbens 12 während der Ansaugphase zunächst erst einmal reine Luft entsprechend den Strömungen 15 und 16 in das Zylindervolumen eingesaugt wird. Erst gegen Ende des Ansaugtaktes wird die Impulsspannung 30 dem Zerstäuber 17 zugeführt, womit in der Zwischenzeit zwischen der Zerstäuberplatte 117 und der Prallplatte 21 akkumulierter Kraftstoff schlagartig von dieser Zerstäuberplatte 117 zu einem feinen Kraftstoffnebel zerstäubt wird, der dann von dem Luftstrom 16 mitgeführt wird. Da dies erst gegen Ende der Ansaugphase erfolgt, ist im wesentlichen nur der obere Anteil 32 des gesamten Zylinder-Innenvolumens mit dem Kraftstoffnebel angereichert.
  • -In bezug auf das gesamte Zylinder-Innenvolumen liegt eine stark inhomogene Kraftstoff-Verteilung vor, wobei jedoch innerhalb des Teilvolumens 32, nämlich nahe dem Einlaßventil 27 und nahe der Zündkerze 127, ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch, und zwar mit optimaler Zusammensetzung, vorliegt. Das Teilvolumen 31 ist ein, wie bereits oben erwähnt, Luftpuffer, der zudem vorteilhaft wirksam ist.
  • Es ist zweckmäßig, den vorgesehenen Zerstäuber 17 in den Zeiten zwischen den Zerstäubungsvorgängen oder kurz vor Beginn des Zerstäubungsimpulses mit kleiner Amplitude schwingen zu lassen. Dies ermöglicht ein noch rascheres Anschwingen und Erreichen der Maximal-Amplitude des Zerstäubers. Diese "kleine" Amplitude ist so gering, daß sie nicht zu nennenswerter Kraftstoff-Zerstäubung führt und auch nicht die erwähnte Kraftstoff-Akkumulation in den Zwischenzeiten stört.
  • Ein mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteter Verbrennungsmotor arbeitet imTeillast-Betrieb und am im Leerlauf-Betrieb, für die die Erfindung in erster Linie vorgesehen ist, praktisch wie ein Motor mit erheblich kleinerem Zylindervolumen, der auf mehr oder weniger Vollast betrieben wird. Da jedoch die Impulsdauer 29, d.h. die Zeitdauer der Erzeugung eines Kraftstoffnebels (bei entsprechend gesteigerter Kraftstoff-Zufuhr 20), steuerbar bis zur Gesamtlänge des Ansaugtaktes gedehnt werden kann, läßt sich mit der Erfindung auch ohne weiteres der Zustand erreichen, daß das Teilvolumen 32 mit homogen verteiltem Kraftstoffnebel einen wesentlichen Anteil des Gesamtvolumens des Zylinders 11 bzw. sogar das Gesamtvolumen ausfüllt, was dem Voll-Lastbetrieb des betreffenden Motors entspricht (der bezüglich der Kraftstoff-Verteilung im Zylinder dann dem Voll-Lastbetrieb eines üblichen bekannten Motors entspricht). Ein mit der Erfindung ausgerüsteter Verbrennungsmotor läßt sich somit auch im Teil-Lastbereich so betreiben, als wäre dies ein Voll-Lastbetrieb eines Motors mit entsprechend kleinerem Volumen und entsprechend kleinerer Maximal-Leistung.
  • Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß eine wie erfindungsgemäß vorgesehene mechanische Zerstäubung der Kraftstoff-Flüssigkeit bezüglich der Tröpfchen-Verteilung noch zusätzlich vorteilhaft ist.
  • Ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt es, den Zeitpunkt und/oder die Dauer des Zerstäubungsimpulses (in bezug auf die Phase der Kolbenbewegung) so zu legen, daß im Zusammenwirken mit entsprechend geformter Führung der Ansaugluft im Ansaugkanal, am Einlaßventil und im Zylinder im'Ergebnis im Zylinder eine wiederum erfindungsgemäß inhomogene Verteilung des Kraftstoffes vorliegt, bei der weitgehend kraftstoff-freie Luft im Bereich der Zylinderwandungen und des Kolbenbodens vorhanden ist, und das optimale Kraftstoff-Luftgemisch sich im Mittelraum des Zylinders (und im Bereich der Zündung) befindet. Die inaktive Luft im Bereich der Wände wirkt als ein wie schon oben in etwas anderem Zusammenhang beschriebenes Luftpolster, das der Verringerung solcher Druckmaxima dient, die zu Klopfen des Motors führen-würden. Fig.2 zeigt eine hierzu prinzipielle Verteilung des Teilvolumens 132 mit optimaler Kraftstoff-Luftmischung und 131 mit weitgehend reiner Luft.
  • Die Erfindung ist nicht nur ein-wesentlicher Beitrag zur besseren Ausnutzung des Kraftstoffes, d.h. zur Kraftstoff-Einsparung, sondern sie bringt auch Vorteile im Hinblick auf den Umweltschutz. Die derzeit üblichen Vergasermotore haben den Nachteil, daß in ihnen im Leerlauf-Betrieb und auch im Schiebe-Betrieb, d.h. dann wenn bei relativ hoher Fahrzeuggeschwindigkeit der Gashebel zurückgenommen wird und die Drosselklappe geschlossen wird, eine nur sehr unvollständige und daher unsaubere Verbrennung vorliegt. Die passende Wahl des Zeitraumes der Brennstoff-Zufuhr während des jeweiligen Ansaugtaktes des Motors, zusammen mit optimaler Dosierung, verringert entscheidend den sonst üblichen Schadstoff-Anteil aus insbesondere unvollständig oder gar nicht verbrannten Kraftstoff-Anteilen. Außerdem läßt sich mit der Erfindung in sehr einfacher Weise eine vollständige Unterbre- - chung der Kraftstoff-Zufuhr durchführen, nämlich durch zeitweisen Wegfall der periodischen Zerstäubungsimpulse (bei entsprechend gedrosselter bzw. abgeschalteter Kraftstoff-Zufuhr 20), wie dies für Dieselmotore mit Motorbremse und bei entsprechenden Sonderausrüstungen gegen Nachdieseln bekannt ist.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Kraftstoff-Zerstäubung in einem Verbrennungsmotor, gekennzeichnet dadurch, daß zur zeitlich innerhalb eines Anteils des Ansaugtaktes steuerbaren Kraftstoff-Zufuhr im Ansaugkanal (14) für die Verbrennungsluft (15, 16) ein an sich bekannter. piezoelektrisch anzuregender Zerstäuber (17) vorgesehen ist, auf dessen Zerstäuberplatte (117) der zur Verbrennung vorgesehene Kraftstoff zugeführt (19, 20) wird, und daß eine Elektronikschaltung (24) vorgesehen ist, mit der eine Impulsfolge (30) der Anregungs-Wechselspannung für den Zerstäuber (17) zu erzeugen ist, die mit der Taktfolge des Motors synchronisiert (25, 26) ist, wobei mit der Schaltung (24) der jeweilige Impulszeitpunkt bezogen auf den.Takt des Motors und die Länge (29) der Impulse dem geforderten Lastbetrieb des Motors entsprechend steuerbar einstellbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Zeitpunkt der Impulse (29) in den Zeitraum dess Endes des Ansaugtaktes des Motors gelegt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,: gekennzeichnet dadurch, daß von der Schaltung (24) eine Anregungs-Wechselspannung mit einer Impulsfolge (30) erzeugt wird, bei der diese Spannung zwischen den einzelnen Impulsen (29) einen vergleichsweise zur Spannungshöhe der Impulse geringeren Spannungswert für eine schwache Vor- bzw. Dauerschwingungs-Anregung des Zerstäubers (17) ohne wesentliche Zerstäubungswirkung desselben hat..
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß vor der Zerstäuberplatte (117) in geringem Abstand von dieser eine Prallplatte (21) vorgesehen ist, wobei der Abstand zwischen Zerstäuberplatte (117) und Prallplatte (21) so gewählt ist, daß sich in dem dazwischen vorhandenen Zwischenraum eine Portion zugeführten Kraftstoffes während der Impulspausen hält bzw. ansammeln kann.
EP81101844A 1980-03-13 1981-03-12 Vorrichtung zur Kraftstoff-Zerstäubung in einem Verbrennungsmotor Withdrawn EP0036188A3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3009717 1980-03-13
DE19803009717 DE3009717A1 (de) 1980-03-13 1980-03-13 Vorrichtung zur kraftstoff-zerstaeubung in einem verbrennungsmotor

Publications (2)

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EP0036188A2 true EP0036188A2 (de) 1981-09-23
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