DE1451639B2

DE1451639B2 - Verfahren zum Betrieb einer Kolben-Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung

Info

Publication number: DE1451639B2
Application number: DE1451639A
Authority: DE
Inventors: Max G. Wayne Pa. Fiedler (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-04-24
Filing date: 1963-10-10
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE1775922A1; US3242913A; DE1451639A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kolben-Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung, bei dem der gesamte flüssige Brennstoff für ein Arbeitsspiel in grober Tröpfchenform im Zeitraum des Zündverzugs vor dem oberen Kolbentotpunkt in die Luft eingespritzt wird, wobei die Einspritzdauer etwa 10° Kurbelwinkel beträgt und die Zündung des komprimierten Brennstoff-Luft-Gemisches nach dem oberen Totpunkt einsetzt.

Ein derartiges Verfahren ist aus DE-PS 9 71 928 für mit Überladung betriebene Dieselmaschinen bekannt. Mit diesem bekannten Verfahren wird erreicht, daß der gesamte Einspritzvorgang mit Sicherheit abgeschlossen ist, bevor die Zündung erfolgt, und daß der Brennstoff zum späteren Zündzeitpunkt mit der Luft gut gemischt ist. Dadurch wird eine sehr gleichmäßige detonationsfreie Verbrennung ohne vorherige Zersetzung des noch unverbrannten Brennstoffs erreicht, d. h. es wird der Nachteil vermieden, daß bei zeitlicher Überschneidung von Einspritzung und Verbrennung eine chemische Zersetzung des noch unverbrannten Brennstoffs stattfindet, wenn dieser der Flammtemperatur ausgesetzt, aber noch ungenügend mit Luft gemischt ist; die Verbrennung solcher Zersetzungsprodukte ergäbe eine detonationsartige Verbrennung mit starken, unerwünschten Druckspitzen.

Bei dem bekannten Verfahren erfolgt die Einspritzung unmittelbar vor dem oberen Kolbentotpunkt, so daß der durch die grobe Tröpfchenform gegebene Zündverzug ausreicht, um die Zündung bis nach Überschreiten des oberen Totpunkts zu verzögern. Wichtig ist insbesondere für die Erzeugung der groben Brennstofftröpfchen eine Einspritzung bei relativ niedrigem Druck. Dies wird bei dem bekannten Verfahren dadurch erreicht, daß insgesamt ein relativ niedriges Verdichtungsverhältnis gewählt wird. Damit ist aber der Nachteil eines relativ niedrigen thermischen Wirkungsgrades verbunden.

Es sind andererseits Dieselmotoren bekannt (DE-PS w» 8 33 731, DE-PS 9 70 407), die mit einem überhohen Verdichtungsverhältnis arbeiten, d. h. mit Verdichtung auf höhere Drücke und damit Temperaturen, als zur Zündung des eingespritzten Brennstoffs nötig wären. Hierbei beginnt aber die Einspritzung des Brennstoffs t>"> erst beim oberen Kolbentotpunkt, und mit der überhohen Verdichtung wird ein möglichst geringer Zündverzug der während des Entspannungshubes erfolgenden Verbrennung angestrebt, so daß diese möglichst gleichmäßig und unter Abrundung der sonst vom Zündverzug verursachten Druckspitzen erfolgt. Der oben geschilderte Nachteil, daß die Verbrennung schon vor Abschluß des Einspritzvorganges einsetzt, wird aber dadurch gerade nicht beseitigt.

Es sind andererseits Brennkraftmaschinen mit Kompressionszündung bekannt, bei denen bereits während des Verdichtungshubes Luft und dampfförmiger Brennstoff im Zylinder vorliegen und gemeinsam verdichtet werden, indem entweder die Maschine ein Luft-Brennstoffgemisch aus einem Vergaser ansaugt (CH-PS 86 448) oder der Brennstoff vor der Mitte des Kompressionshubes flüssig eingespritzt und sofort verdampft wird (CH-PS 138 401). Ein solches Luft-Dampfgemisch zündet weitgehend verzugsfrei bei Erreichen der Zündtemperatur, und infolgedessen kann die Verdichtung nur so weit getrieben werden, daß im oberen Kolbentotpunkt gerade eben die Zündtemperatur erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art, welches die erwünschte gleichmäßige Verbrennung durch eine vollständig während des Verdichtungshubes in grober Tröpfchenform erfolgende Einspritzung zu erreichen sucht, so zu verbessern, daß dabei auch hohe Verdichtungsverhältnisse und damit ein guter thermischer Wirkungsgrad erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einspritzung bei einem Kurbelwinkel von etwa 115° vor dem oberen Totpunkt beginnt und die Kompression des Brennstoff-Luft-Gemisches auf eine Temperatur und einen Druck erfolgt, die höher liegen als diejenigen Werte, bei denen eine Zündung stattfinden kann.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß das hohe Verdichtungsverhältnis einen sehr guten Wirkungsgrad der Maschine ergibt, daß gleichwohl die Einspritzung bei sehr geringem Verdichtungsdruck und damit sehr problemlos erfolgen kann und daß der Brennstoff bei Beginn des Expansionshubes in sehr guter Mischung mit der komprimierten Luft vorliegt und deshalb sehr gleichmäßig und vollständig verbrennt, wie anhand von Abgasmessungen nachgewiesen werden konnte.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Als Versuchsanordnung zur Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein Zweizylinder-Boxermotor verwendet mit durch den Kolben gesteuerten Einlaß- und Auslaßschlitzen in der Zylinderwandung sowie mit je einer im Zylinderkopf angeordneten wärmeisolierten Verbrennungskammer, in der eine an die nockenwellengesteuerte Einspritzpumpe angeschlossene Einspritzdüse mit einer Anzahl von Einspritzöffnungen angeordnet ist. Diese nur zur Erläuterung angegebenen Konstruktionsmerkmale des Motors sind nicht Gegenstand der Erfindung.

Erfindungsgemäß wurde der Motor derart ausgelegt und betrieben, daß sich die folgende Arbeitsweise ergibt: Die Luft tritt in den Zylinder, wenn der Kolben sich etwa am unteren Totpunkt befindet. Der Kompressionshub beginnt, wenn die Einlaß- und Auslaßschlitze durch den Kolben geschlossen sind, bei einem Kurbelwinkel von etwa 65° nach dem unteren Totpunkt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein grober Brennstoffregen aus der Einspritzdüse durch die Verbrennungskammer hindurch in den Zylinder eingespritzt. Die Einspritzdauer beträgt etwa 10" Kurbelwinkel. Die Einspritzung

erfolgt in die noch nicht komprimierte und verhältnismäßig kalte (93°C) Luft im Zylinder und bei einem verhältnismäßig niedrigen Einspritzdruck (28 bis 42 kp/ cm²). Dadurch wird eine Zersetzung der Kohlenwasserstoffe vermieden. Das Gemisch aus flüssigem Brennstoff und Luft wird durch den Kolben verdichtet auf ein Verdichtungsverhältnis im Bereich von 34:1 des effektiven Hubvolumens. Die gesamte Menge des Brennstoff-Luftgemisches wird dabei in die Verbrennungskammer überführt, wobei eine Kompression erfolgt auf einen Druck (z. B. 123,5 kp/cm²) und eine Temperatur, die höher sind als der Druck und die Temperatur, bei welcher die Oxydation, d. h. die

Verbrennung der Kohlenwasserstoffe erfolgen kann. Infolgedessen findet die Verbrennung nicht statt, bis der Kolben den oberen Totpunkt überschritten hat und das Volumen der Brennstoff-Luftmischung sich zu vergrößern beginnt und Druck und Temperatur in den Bereich abfallen, in welchem die Zündung und Oxydation erfolgen können. Bei weiterer Abwärtsbewegung des Kolbens werden die Auslaß- und Einlaßschlitze wieder geöffnet, und der Zyklus wiederholt sich. Da die Verbrennungsreaktion lediglich von Druck und Temperatur abhängt, ist der Zyklus bezüglich der Drehzahl der Maschine selbstregelnd.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Betrieb einer Kolben-Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung, bei dem der gesamte flüssige Brennstoff für ein Arbeitsspiel in grober Tröpfchenform im Zeitraum des Zündverzugs vor dem oberen Kolbentotpunkt in die Luft eingespritzt wird, wobei die Einspritzdauer etwa 10° Kurbelwinkel beträgt und die Zündung des komprimierten Brennstoff-Luft-Gemisches nach dem oberen Totpunkt einsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung bei einem Kurbelwinkel von etwa 115° vor dem oberen Totpunkt beginnt und die Kompression des Brennstoff-Luft-Gemisches auf eine Temperatur und einen Druck erfolgt, die höher liegen als diejenigen Werte, bei denen eine Zündung stattfinden kann.