CH650836A5 - Kraftstoff-einspritzverfahren fuer direkt einspritzende, selbstzuendende und fremdgezuendete brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzverfahren für direkt einspritzende, selbstzündende und fremdgezündete Brennkraftmaschinen, welche überwiegend mit Kraftstoff-20 Wandanlagerung arbeiten und bei denen im Brennraum ein Luftdrall herrscht, wobei der Kraftstoff durch eine eine veränderliche Düsenöffnungsgeometrie aufweisende, mit einer Düsennadel versehene Einspritzdüse in den rotationskörperför-25 migen Brennraum eingespritzt wird.

Brennkraftmaschinen der vorstehend beschriebenen Art sind bereits hinreichend bekannt. Ebenso bekannt sind auch die Vorteile, die durch Anpassung der Einspritzung an die verschiedenen Betriebszustände der Motoren erreicht werden können. 30 So wurde beispielsweise seit langem festgestellt, dass bei Vollastbetrieb und hohen Drehzahlen ein kompakter Kraftstoffstrahl vorteilhaft ist, der möglichst viel Kraftstoff an die Brennraumwand anlagert oder ihn zumindest in die Nähe derselben befördert. Mit üblichen Einspritzdüsen, wie beispielsweise Lochdü-35 sen, die eine unveränderliche Düsenöffnungsgeometrie aufweisen, bedeutet das eine grosse Einspritzbohrung und eine Einspritzung des Kraftstoffes bei relativ niedrigem Druck. Die Gemischaufbereitung erfolgt hauptsächlich durch den Luftdrall, der den auf die heisse Brennraumwand filmartig angelagerten 40 oder in dessen Nähe gebrachten Kraftstoff erhitzt, verdampft, mit der Luft vermischt und verbrennt.

Bei Leerlauf und im Schwachlastbereich bei niedrigen Drehzahlen hingegen ist ein fein zerstäubter Kraftstoffstrahl von Vorteil, der sich in der Luft auflöst bzw. unmittelbar mit ihr 45 vermischt, so dass er die relativ kalte Brennraumwand gar nicht erst erreicht. Auf diese Weise erfolgt die Gemischaufbereitung und die Verbrennung auch bei den genannten Betriebszuständen schnell und vollständig und es bleiben keine Kraftstoffanteile unverbrannt, die während der Auspuffphase ausgeschoben wer-50 den könnten. Bei Verwendung von Einspritzdüsen mit unveränderlicher Düsenöffnungsgeometrie bedeutet das kleine Einspritzbohrungen, d. h. bei gegebener Förderrate der Pumpe eine verhältnismässig hohe Kraftstoffstrahl-Austrittsgeschwindigkeit bei entsprechend hohem Druck. Die Gemischbildung ist vor-55 nehmlich von der Zerstäubung, d.h. vom Strahlzerfall abhängig, für den die Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftstoff und Luft den Ausschlag gibt. Die letztbeschriebene Kraftstoffeinspritzung gilt übrigens auch für den Kaltstart und für das Hochlaufen eines kalten Motors.

60 Um den bekannten Tatsachen wenigstens annäherungsweise Rechnung zu tragen, wurde bereits vorgeschlagen, eine Einspritzdüse mit veränderlicher Düsenöffnungsgeometrie, beispielsweise eine Drosselzapfendüse zu verwenden. Dies brachte bereits Vorteile, doch traten sie nur jeweils in einigen Betriebs-65 bereichen des Motors, und zwar unterschiedlich und unkontrolliert auf, so dass von einer gezielten Lösung keine Rede sein konnte. Meist waren die Vorteile nur im oberen und im untersten Lastbereich zu verzeichnen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art die Kraftstoffeinspritzung so an die jeweiligen Betriebszustände des Motors anzupassen, dass die Abgase in bezug auf Kohlenwasserstoffe und Blaurauch je nach dem vorzugsweisen Verwendungszweck in allen Phasen nahezu optimale Werte erreichen sowie der Kaltstart und das Hochlaufen des kalten Motors begünstigt wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das in einem Einspritzmenge-Drehzahl-Diagramm dargestellte Motorkennfeld der Brennkraftmaschine, welches sich im wesentlichen zwischen einer Leerlauflinie und einer Vollastlinie erstreckt, durch Nadelhublinien in mehrere Bereiche eingeteilt wird, welche von der Leerlauflinie bis zur Vollastlinie verlaufen und jeweiligen Reihen des Nadelhubs bzw. des Ausflussquerschnittes der Einspritzdüse entsprechen, wobei die Einspritzdüse in jedem einzelnen Bereich festgelegte Kraftstoffstrahlcharakte-ristika und einen jeweiligen maximalen wirksamen Ausflussquerschnitt aufweist, und dass das Steuern des Ausflussquerschnittes der Einspritzdüse durch eine Federvorrichtung mit entsprechender Charakteristik derart erfolgt, dass die Vergrösserung des Ausflussquerschnittes in Abhängigkeit des Nadelhubs in den einzelnen Bereichen verschieden ist, wobei in den unteren Nadelhubbereichen eine wesentlich langsamere Vergrösserung als in den anderen Bereichen vorgesehen ist.

Die Einteilung der einzelnen Bereiche kann dabei zweckmässigerweise einer besonderen Verwendungsart des Motors durch die Wahl der Düsencharakteristiken derart angepasst sein, dass in einem Gebiet des Motorkennfeldes, in welchem sich die häufigeren Betriebszustände befinden, die jeweiligen Bereiche in Richtung der Drehzahlen breiter gewählt werden. Breitere Bereiche im unteren Drehzahlbereich bedeuten eine Verschiebung in Richtung höherer Drehzahlen und Motorbelastungen der überwiegend luftverteilten Gestaltung der Gemischaufbereitung. Dabei kann in den unteren Bereichen der stark verengte Querschnitt der Austrittsöffnung den hohen Druck vor der Düsenöffnung und deshalb die hohe Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffes erzeugen. Die grosse Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftstoffstrahl und der bei den niedrigen Drehzahlen im Brennraum langsam drehenden Luft begünstigt den Zerfall des Kraftstoffstrahles, der sich mit der Luft vermischt, verdampft und verbrennt, bevor er die Brennraumwand erreicht. Unter diesen Umständen wird die vollständige Verbrennung begünstigt mit minimaler Bildung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Blaurauch.

Es kann praktisch eine Drosselzapfendüse verwendet und ihre veränderlichen hydraulischen Eigenschaften derart dem Motor angepasst werden, dass sie in allen Betriebszuständen die gestellten Forderungen erfüllen.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die während einer Einspritzung erreichte maximale Grösse des Ausflussquerschnittes der Einspritzdüse im unteren Nadelhubbereich zwischen 3 und 15 % des für die Höchstleistung maximalen Ausflussquerschnittes beträgt und dass die Grössen der Ausflussquerschnitte der Einspritzdüse zwischen Leerlauf und Nenndrehzahl um etwa eine Zehnerpotenz auseinanderliegen. Wichtig ist dabei, dass der Ausflussquerschnitt in dem genannten Bereich nun so weit vergrössert wird, dass ein genügend hoher Einspritzdruck an der Düsenöffnung zum Erzeugen eines gut zerstäubten Kraftstoffstrahles vorhanden ist. Mit ansteigender Drehzahl und/oder Last wird der Ausflussquerschnitt durch die Düsennadel dann allmählich derart vergrössert, dass der Einspritzdruck an der Düsenöffnung zunehmend geringer ansteigt und ein gut gebündelter Kraftstoffstrahl entsteht.

Vorzugsweise liegt der Einspritzdruck an der Düsenöffnung im Nennleistungspunkt 2 bis 3 mal höher als im unteren Leerlauf.

Als Anhaltspunkt zur Durchführung des Verfahrens kann dienen, dass die Einspritzrate, das ist die Einspritzmenge pro °KW, im Leerlaufbereich 1 ± 0,5 mmVKW und Liter Hubraum

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und bei Vollast und Nenndrehzahl 2 ± 1 mm3/° KW und Liter Hubraum beträgt. Ebenfalls wird empfohlen, dass auch der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt mit geregelt wird, und zwar dreh-zahl- und lastabhängig.

Die Spritzbeginnverstellung wird vorzugsweise bei Nenndrehzahl vom Nennlastbereich bis zum Leerlauf in den Grenzwerten zwischen 20 und 50 % des Regelungsbereichs der drehzahlabhängigen Spritzbeginnverstellung geregelt, wobei diese Grenzwerte über den gesamten Drehzahlbereich von Nenndrehzahl bis zum Leerlauf gleich gross bleiben.

Vorzugsweise wird noch vorgeschlagen, dass im konstanten Geschwindigkeitsbetrieb die lastabhängige Spritzbeginnverstellung von 100 % bis 50 % der Nenneinspritzmenge des Kraftstoffs beginnt und bis zum Leerlauf in einer Abhängigkeit geregelt wird, die sowohl linear (41) als auch nicht linear (44) sein kann.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Motor mit der Einteilung nach dem erfindungsge-mässen Verfahren;

Fig. 2 ein Diagramm über das Verhältnis des Düsennadelhubes zum Ausflussquerschnitt der Einspritzdüse;

Fig. 3 den unteren Teil einer zur Durchführung des erfindungs-gemässen Verfahrens geeigneten Einspritzdüse;

Fig. 4 bis 8 verschiedene Kennlinien, wie das Öffnen der Düsennadel erfolgen kann;

Fig. 9 den Verlauf des Einspritzdruckes und des Nadelhubes in den verschiedenen Bereichen;

Fig. 10 die Spritzbeginnverstellung in Abhängigkeit von der Drehzahl;

Fig. 11 die Spritzbeginnverstellung in Abhängigkeit von der Last.

In dem Diagramm in Fig. 1 ist auf der Ordinate 1 die Kraftstoff-Einspritzmenge q in % der Vollastmenge und auf der Abszisse 2 die Drehzahl n in % der Nenndrehzahl aufgetragen. Durch eine strichlierte Linie 3 wird angezeigt, welche Einspritzmenge erforderlich ist, damit der Motor im Leerlauf noch durchzieht und der Punkt 4 zeigt die üblich eingestellte Leerlaufdrehzahl an. Unterhalb der Linie 3 liegt der sogenannte Schleppbereich, in dem der Motor nicht mehr selbständig läuft. Weiter ist zu erkennen, dass der Motor zum Starten etwa 50 % mehr Kraftstoff als bei Vollast benötigt.

Das Motorkennfeld wird durch Linien 5,6,7 schematisch in vier Bereiche I, II, III, IV eingeteilt, in welchen die Einspritzdüse jeweils verschiedene Kraftstoffstrahlcharakteristika geben soll. Die Einteilung erfolgt dabei so, dass der Motor mit einer seinen häufigeren bzw. von der Gesetzgebung für die Homologation vorgeschriebenen Betriebszuständen angepassten Gemischbildung fahren kann. Die dargestellte Bereichswahl zeigt, dass der zu optimierende Motor hauptsächlich für Fahrzeuge gedacht ist, die überwiegend Stadtfahrten durchführen. Würde der Motor beispielsweise viel im Vollastbereich betrieben, so würde man die Linien 5,6,7 nach links verschieben. In jedem Falle werden die Bereiche I bis IV in Abhängigkeit der Drehzahlspanne des jeweiligen Motors und der verschiedenen, gestellten Abgasemis-sions- und Leistungsanforderungen entsprechend gewählt. Das Schema bleibt schliesslich auch qualitativ gleich, wenn man beispielsweise höhere Anforderungen bezüglich unverbrannter Kohlenwasserstoffe und Blaurauch stellt. In diesem Falle werden zweckmässigerweise die Bereiche I und II breiter und die Bereiche III und IV schmäler gewählt.

In dem Diagramm gemäss Fig. 2 ist auf der Abszisse 45 der Düsennadelhub H in % und auf der Ordinate 46 der wirksame Ausflussquerschnitt F. M- in % des Wertes bei maximalem Hub aufgetragen. F ist dabei der geometrische Querschnitt und Li die Ausflusszahl der Düsenöffnung. Auch hier sind die Bereiche I bis IV eingetragen und die Kennlinie 8 zeigt, dass der Ausflussquerschnitt F. (X in den Bereichen I und II bei einem Düsennadelhub bis etwa 30 % einen Wert zwischen 3 und 15 % desjenigen bei

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maximalem Düsennadelhub aufweist. Die Kennlinie 8 weist zung bei gleichem Druck im gesamten Motorkennfeld erfolgen,

lediglich im Beispiel eine so geschwungene Form auf, sie könnte Der Druck kann sogar, wie es in manchen Fällen vorteilhaft ist,

je nach den gewünschten Verhältnissen unter Umständen sogar bei niedrigen Drehzahlen und Motorbelastungen höher einge-

eine Gerade sein. Falls die von der Düsenart und den Parametern stellt werden als bei hohen Drehzahlen und Belastungen.

ihrer Düsenbohrung 15 abhängige Kennlinie eine andere Form 5 In den Fig. 4 bis 8 sind fünf mögliche Kennlinien 17,18,19,21, hat, nehmen die, die Bereiche I, II und III begrenzenden Linien 22 von auf die Düsennadel wirkenden Federelementen darge-in Fig. 2 eine unterschiedliche Lage an, damit die maximal stellt, die eine Steuerung der Düsennadel im Sinne des Motorerreichbaren Hübe in den entsprechenden Bereichen des Motor- kennfeldes nach Fig. 1 ermöglichen. Auf der Ordinate 23 ist kennfeldes in Fig. 1 die gleichen gewählten Ausflussquerschnitte jeweils die Kraft F aufgetragen, die das Federelement auf die ergeben. 10 Düsennadel ausübt, wobei mit F0 die Kraft bei geschlossener

Fig. 3 zeigt den unteren Teil einer an sich bekannten Zapfen- Düsennadel, d. h. bei einem Düsennadelhub von Null bezeichnet düse, mit der das beschriebene Einspritzverfahren durchführbar ist. Die Abszisse 47 zeigt den Düsennadelhub H an.

ist. In einem Düsenkörper 9 ist eine Düsennadel 11 verschiebbar Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Kennlinien 17,18 ergeben gelagert, die in der gezeigten Schliessstellung mit ihrem Dichtsitz sich aus zwei in Reihe geschalteten Federn, wobei die zweite 12 am Düsenkörper 9 anliegt. Unterhalb des Dichtsitzes 12 weist 15 Feder erst nach einem Düsennadelhub zusätzlich eingesetzt wird, die Düsennadel 11 einen Drosselzapfen 13 auf, der mit einer der beispielsweise 50 % der Überdeckung 14 (Fig. 3) der Düsenbestimmten Überdeckung 14 derart in eine Düsenbohrung 15 bohrung 15 beträgt. Sie tritt also erst am Ende des Bereiches I in hineinragt, dass ein Drosselspalt 16 verbleibt. Der strichliert Tätigkeit. Die strichlierten Linien 24 zeigen die Kraft F der ersten dargestellte Zapfen 13' zeigt den Zapfen 13 bei voll geöffneter Feder an. Der unterschiedliche Verlauf der Kennlinien 17,18, Düsennadel 11. 20 lässt genau erkennen, dass die zweite Feder gemäss Fig. 4 ohne

Entsprechend den in den Fig. 1 und 2 angegebenen Bereichen I und gemäss Fig. 5 mit Vorspannung eingebaut ist.

bis IV hebt sich der Drosselzâpfen 13 wenig. Im Bereich I bleibt In Fig. 6 verläuft die Kennlinie 19 einer Stahlfeder progressiv er noch in der Düsenbohrung 15, sein Hub beträgt ungefähr 50 % bis zum maximalen Düsennadelhub Hmax.

der Überdeckung. Ein hoher Druck ist am Drosselspalt 16 noch Die Fig. 7 und 8 zeigen Kennlinien 21,22, wie sie aus einer auf vorhanden und damit wird der ringförmige Kraftstoffstrahl gut die Düsennadel wirkenden Feder und einem zusätzlichen zerstäubt. Im Bereich II gelangt das untere zylindrische Ende des hydraulischen, federnden Element entstehen, welches eine dem Drosselzapfens 13 bereits bis zum Ende der Überdeckung 14, der Kraftstoff-Einspritzdruck proportionale Kraft auf die Düsenna-Kraftstoffstrahl wird noch gut zerstäubt. Der Bereich III bedeu- del ausübt. In diesem Falle bekommt das Diagramm der Kraft F tet, dass der Drosselzapfen 13 vom Ende der Überdeckung 14 bis eine dem Einspritzdruck während der Düsennadelöffnung ähnli-zur maximalen Offenstellung 13' wandert. Der zur Verfügung 30 chen Verlauf, der auch von der Drehzahl und von der Einspritzstehende freie Ausflussquerschnitt wird dadurch immer grösser menge abhängt. Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, folgt die Kraft F und damit der Kraftstoffstrahl gebündelter. Im Bereich IV während des Öffnens und Schliessens der Düsennadel einem befindet sich der Drosselzapfen 13 während des grössten Teils unterschiedlichen Verlauf. Ähnlich wie bei der Anordnung von der Einspritzzeit in maximaler Offenstellung. Der Kraftstoff- zwei Federn greift hier das hydraulische Element erst ein, wenn strahl bleibt kompakt und gelangt zum überwiegenden Teil an die die Düsennadel beispielsweise 50 % der Überdeckung 14 (Fig. 3) Brennraumwand. Der maximale Öffnungsquerschnitt der Ein- zurückgelegt hat. Dieser Punkt, der in den Fig. 4 bis 8 immer spritzdüse wird nach der Einspritzdauer und dem Einspritzdruck gleich gewählt wurde, kann natürlich vor- oder nachverlegt festgelegt, der bei maximaler Leistung gewünscht wird. Es sei werden, und zwar bis nahezu zum Ende der Überdeckung 14, noch erinnert, dass der Zerstäubungsgrad des Kraftstoffstrahls d. h. bis zum Ende des Bereiches II. Er ist jeweils von Fall zu Fall nicht allein von der absoluten Austrittsgeschwindigkeit aus der 40 festzulegen.

Düsenbohrung 15 bestimmt wird, sondern, wie schon erwähnt, In Fig. 9 sind entsprechend den Bereichen I bis IV (Fig. 1) der auch von der relativen Geschwindigkeit des Kraftstoffstrahls zur Einspritzdruck und der Düsennadelhub H aufgezeichnet. Auf im rotationssymmetrischen Brennraum rotierenden Luft. der Ördinate 25 der Diagramme ist jeweils links der Düsennadel-Die gewünschte Anpassung der Eigenschaften des Öffnungs- hub H in Prozent und rechts das Verhältnis «Einspritzdruck zum querschnittes der Einspritzdüse an die jeweiligen Betriebszu- 45 Düsenöffnungsdruck» p in Prozent angegeben. Die Abszisse 26 stände des Motors, d. h. die Stellung des Drosselzapfens 13 kann stellt den Kolbenweg s in der Nähe des oberen Totpunktes OT in durch die die Düsennadel 11 in Schliessstellung haltende Feder Grad Kurbelwinkel dar. Die Kurven 27 zeigen den Verlauf des erreicht werden. Eine konstante Steifigkeit der Feder ist in Einspritzdruckes und die Kurven 28 den des Düsennadelhubes. manchen Fällen schon ausreichend. Eine sprunghaft oder konti- Im Bereich I entspricht der Düsennadelhub 28 wieder etwa 50 % nuierlich steigende Steifigkeit mit grösser werdendem Düsenna- 50 der Überdeckung 14 und der Einspritzdruck ist verhältnismässig delhub ist notwendig, wenn eine genauere Einhaltung der hoch. Im Bereich II geht der Düsennadelhub 28 bereits bis zum Düsennadelstellungbei kleinen Nadelhüben erforderlich wird Ende der Überdeckung 14 und im Bereich IV ist die Düsennadel oder wenn die rasche Bewegung der Düsennadel nach dem voll geöffnet. Hier steigt der Einspritzdruck 27 wesentlich gerin-Öffnen des Ventils bei niedrigen Motordrehzahlen und -bela- ger an. Im allgemeinen erreicht der Einspritzdruck Werte, die stungen gebremst werden muss. Das gleiche wird auch durch die 55 nur 2 bis 3 mal so hoch sind wie der Öffnungsdruck der Kombination einer mechanischen Feder mit einem hydrauli- Düsennadel, während die Werte des Ausflussquerschnittes der sehen, federnden Element erreicht, welches eine zusätzliche, Einspritzdüse |i.F in Leerlaufund Vollast um ca. eine Zehnerpodem Leitungsdruck proportionale Kraft auf die Düsennadel tenz auseinanderliegen (Fig. 2). Die Einspritzrate beträgt 1 ± ausübt. In all diesen Fällen ist die Bewegung der Düsennadel mit 0,5 mm3/°KW Liter Hubraum im Leerlaufund 2 ± 1 mm3/°KW einer Änderung des Kraftstoff-Einspritzdruckes verbunden. Die 60 Liter bei Vollast und Nenndrehzahl.

Querschnittsänderung der Düsenbohrung wirkt entgegengesetzt Eine Einspritzdüse mit unveränderlicher Öffnungsgeometrie und erlaubt das Einspritzen der kleinsten bis zur grössten Kraft- der Düsenbohrung, die für den Leerlauf ausgelegt wäre, würde stoffmenge bei relativ geringer Druckänderung an der Düsen- bei Vollast und hoher Drehzahl einen Einspritzdruck benötigen,

bohrung 15 im Vergleich zur üblichen Einspritzung mit unverän- der etwa das Zehnfache des Öffnungsdruckes betragen würde,

derlicher Düsenöffnungsgeometrie. Eine weitere Möglichkeit, 65 damit die Einspritzdauer noch kurz genug bleiben könnte,

den gewünschten Düsennadelhub in Abhängigkeit vom Betriebs- Die Änderung der Eigenschaften des Kraftstoffstrahles und zustand des Motors einzustellen, liegt in der Anwendung eines dessen Auflösung in der Verbrennungsluft in Abhängigkeit nicht fremdgesteuerten Stellgliedes. In diesem Falle kann die Einsprit- nurvon der Motordrehzahl, sondern auch von der Last führt

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dazu, dass sich auch der Zündverzug, die Gemischaufbereitung und die Verbrennungsgeschwindigkeit entsprechend ändern. Es ist deshalb möglich und vorteilhaft, den Einspritzzeitpunkt nicht nur drehzahlabhängig, sondern auch lastabhängig zu verstellen und damit die Wärmefreisetzung mit optimalem Wirkungsgrad erfolgen zu lassen. Die Geräuschentwicklung wird dabei im Teillastbereich, bei Schwachlast und im Leerlauf unterdrückt, und zwar zum einen, weil die Einspritzrate zu Beginn der Einspritzung sehr klein und deshalb der selbstzündende Kraftstoffanteil sehr gering ist, zum anderen, weil die bessere Auflösung des Kraftstoffes in der Verbrennungsluft, welche die Gemischaufbereitung beschleunigt, einen späteren Einspritzbeginn erlaubt. Dadurch wird der maximale Verbrennungsdruck gesenkt und, ohne Nachteile für den spezifischen Verbrauch, die Abgasemission hinsichtlich Stickoxidkonzentration bis zu 50 % verbessert.

Der später gelegte Einspritzbeginn im Schwachlastbereich bringt weiter noch den Vorteil mit sich, dass keine Kraftstoffteilchen auf den Kolbenboden gelangen und damit der Verbrennung nicht entzogen werden. Insofern wirkt die Spätlegung des Einspritzbeginns in derselben Richtung und komplementär mit der bereits früher vorgeschlagenen Lage der Düsenbohrung zum Brennraum.

Die lastabhängige Spritzbeginnverstellung beträgt 20 bis 50 % der üblichen, drehzahlabhängigen Verstellung bei Vollast.

In Fig. 10 ist nun ein Diagramm dargestellt, welches die Spritzbeginnverstellung in Abhängigkeit von der Drehzahl zeigt. Auf der Ordinate 29 ist die Spritzbeginnverstellung S in Prozent der maximal möglichen Verstellung und auf der Abszisse 31 die Drehzahl n in Prozent der Nenndrehzahl abzulesen. Eine Gerade 32 zeigt die Verstellung, die auf der Vollastkurve notwendig ist, die Linien 33,34 schränken den Bereich ein, in dem sich die Spritzbeginnkurve bei einer Einspritzmenge «Null» befindet. Mit abnehmender Last wird der Spritzbeginn sich in der durch einen Pfeil 35 angedeuteten Richtung bewegen.

In Fig. 11 ist die Gesetzmässigkeit, mit der diese Änderung des Spritzbeginns erfolgt, dargestellt. Auf der Ordinate 36 sind die 5 Verstellwinkel a in Prozent der bei konstanter Drehzahl lastabhängigen, maximalen Spritzbeginnverstellung aufgezeigt. Dabei ist die Ordinate 36 gleich:

10

/ ^Vollast Ct \

100 | j, worin

\ Ct Vollast — Cto I

avoiiast der Spritzbeginnwinkel bei Vollast und a0 der Winkel bei der Einspritzmenge q = 0 ist.

Auf der Abszisse 37 sind die Einspritzmengen q in Prozent der 15 Vollastmenge qvoiiast aufgetragen. Der Weg zwischen der Spritzverstellung «Null» (qvoiiast) und der Spritzverstellung 100 % (q = 0) ist, wie die Linie 38 zeigt, im allgemeinen in etwa linear. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, vorerst bei hohen Einspritzmengen eine geringe oder gar keine Verstellung vorzunehmen, 20 sondern den Spritzbeginn bei aVoiiastzu belassen und erst bei kleineren Einspritzmengen die Verstellung vorzunehmen, wie die Kurve 39 zeigt. Der Verstellweg kann schon bei q > 0, bis 50 % und qvoiiast beendet sein und beispielsweise der Linie 41 folgen. Die möglichen Wege werden somit zwischen einer Linie 25 43 und einer Linie 42 eingeschlossen. Letztere verdeutlicht den Grenzfall, in dem der Spritzbeginn so lange konstant bleibt, bis die Einspritzmenge 50 % der Vollastmenge erreicht hat. Die Linie 43 hingegen stellt den Grenzfall dar, in dem die lastabhängige Verstellung sofort beginnt und bei 50 % der Vollast-Ein-30 spritzmenge beeits beendet ist. Die Kurve 44 schliesslich zeigt einen möglichen Verlauf zwischen den Grenzlinien 42 und 43. Die Änderung des Spritzbeginns kann am Spritzversteller der Einspritzpumpe erfolgen.

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5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Kraftstoff-Einspritzverfahren, für direkt einspritzende, selbstzündende und fremdgezündete Brennkraftmaschinen, welche überwiegend mit Kraftstoff-Wandanlagerung arbeiten und bei denen im Brennraum ein Luftdrall herrscht, wobei der Kraftstoff durch eine eine veränderliche Düsenöffnungsgeometrie aufweisende, mit einer Düsennadel versehene Einspritzdüse in den rotationskörperförmigen Brennraum eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Einspritzmenge-Drehzahl-Diagramm dargestellte Motorkennfeld der Brennkraftmaschine, welches sich im wesentlichen zwischen einer Leerlauflinie (3) und einer Vollastlinie erstreckt, durch Nadelhublinien (5, 6, 7) in mehrere Bereiche (I, II, III, IV) eingeteilt wird, welche von der Leerlauflinie (3) bis zur Vollastlinie verlaufen und jeweiligen Reihen des Nadelhubs bzw. des Ausflussquerschnittes (16) der Einspritzdüse entsprechen, wobei die Einspritzdüse in jedem einzelnen Bereich festgelegte Kraftstoff-strahlcharakteristika und einen j eweiligen maximalen wirksamen Ausflussquerschnitt aufweist, und dass das Steuern des Ausflussquerschnittes (16) der Einspritzdüse durch eine Federvorrichtung mit entsprechender Charakteristik (17,18,19,21,22) derart erfolgt, dass die Vergrösserung des Ausflussquerschnittes in Abhängigkeit des Nadelhubs in den einzelnen Bereichen (I, II, III, IV) verschieden ist, wobei in den unteren Nadelhubbereichen (I, II) eine wesentlich langsamere Vergrösserung als in den anderen Bereichen vorgesehen ist.
2. 2. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einteilung der Bereiche (I, II, III, IV) einer Verwendungsart des Motors durch die Wahl der Düsencharakteristiken derart angepasst wird, dass in einem Gebiet des Motorkennfeldes, in welchem sich die häufigeren Betriebszu-stände befinden, die jeweiligen Bereiche in Richtung der Drehzahlen breiter gewählt werden.
3. 3. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die während einer Einspritzung erreichte maximale Grösse des Ausflussquerschnittes (16) der Einspritzdüse im unteren Nadelhubbereich zwischen 3 und 15 % des für die Höchstleistung maximalen Ausflussquerschnittes beträgt und dass die Grössen der Ausflussquerschnitte (16) der Einspritzdüse zwischen Leerlauf und Nenndrehzahl um etwa eine Zehnerpotenz auseinanderliegen.
4. 4. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den unteren Nadelhubbereichen der Ausflussquerschnitt (16) durch die Düsennadel (11,13) nur so weit vergrössert wird, dass die durch den entsprechenden Einspritzdruck an der Düsenöffnung (15) erzeugte Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffes so gross ist, dass die Auflösung des Kraftstoffes grösser ist als in den oberen Nadelhubbereichen.
5. 5. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit ansteigender Drehzahl- und/ oder Last der freigegebene Ausflussquerschnitt (16) durch die Düsennadel (11) allmählich derart vergrössert wird, dass die Zunahme des Einspritzdrucks an der Düsenöffnung (15) allmählich kleiner wird und durch die abnehmende Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftstoffstrahl und Luftdrall ein weniger aufgelöster Kraftstoffstrahl entsteht.
6. 6. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck an der Düsenbohrung (15) im Nennleistungspunkt 2 bis 3 mal höher liegt als im niederen Leerlauf.
7. 7. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzrate im Leerlaufbereich 1 ± 0,5 mmTKWund Liter Hubraum und bei Vollast und Nenndrehzahl 2 ± 1 mmTKW und Liter Hubraum beträgt.
8. 8. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt drehzahlabhängig und lastabhängig geregelt wird.
9. 9. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzbeginnverstellung bei Nenndrehzahl vom Nennlastbereich bis zum Leerlauf in den Grenzwerten zwischen 20 und 50 % des Regelungsbereichs der

   5 drehzahlabhängigen Spritzbeginnverstellung geregelt wird, wobei diese Grenzwerte über den gesamten Drehzahlbereich von Nenndrehzahl bis zum Leerlauf gleich gross bleiben.
10. 10. Kraftstoff-Einspritzverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im konstanten Geschwindig-

    10 keitsbetrieb die lastabhängige Spritzbeginnverstellung von 100 bis 50 % der Nenneinspritzmenge des Kraftstoffs beginnt und bis zum Leerlauf in einer Abhängigkeit geregelt wird, die sowohl linear (41) als auch nicht linear (44) sein kann.

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