DE2739319B2

DE2739319B2 - Kolbenbrennkraftmaschine mit Luftverdichtung und anschlieBender Brennstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE2739319B2
Application number: DE2739319A
Authority: DE
Inventors: Karl 7990 Friedrichshafen Schier
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1977-09-01
Filing date: 1977-09-01
Publication date: 1981-01-15
Also published as: FR2402065B3; FR2402065A1; DE2739319A1; DE2739319C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine mi< Luftverdichtung und anschließender Brennstoffeinspritzung mit je einem, jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Nebenraum, der durch ein zwischen dem Verbrennungsraum des Zylinders und dem Nebenraum angeordnetes Ventil mit dem Verbrennungsraum verbunden oder von diesem abgesperrt werden kann, wobei das Ventil den Nebenraum vom Verbrennungsraum beim Starten und bis zu mittleren Belastungen der Brennkraftmaschine durch eine Steuerung dauernd absperrt.

Zweck einer derartigen Steuerung ist es, das zum sicheren Anlassen und im Teillastbetrieb notwendige Verdichtungsverhältnis derartiger Kolbenbrennkraftmaschinen bei mittlerer bis maximaler Belastung abzusenken, um das Auftreten von übermäßig hohen Verbrennungsdrücken zu vermeiden. ·■**.'

Eine Kolbenbrennkraftmaschine gemäß d£m Oberbegriff des Anspruchs 1, bei der das zwischen dem Verbrennungsraum des Zylinders und dem Nebenraum angeordnete Ventil beim Starten geschlossen wird, um eine hohe Verdichtung und damit die zum Starten notwendige Zündtemperatur zu erreichen, ist aus der DE-PS 6 26 471 bekannt Ober eine Steuerung wird

ίο dieses Ventil mit zunehmender Drehzahl immer weiter geöffnet und infolge der damit verbundenen nachlassenden Drosselwirkung des Ventils der Nebenraum in zunehmendem Maße an den Zylinderraum angeschlossen, bis schließlich bei maximaler Drehzahl und damit

!5 voller Belastung der Brennkraftmaschine der Nebenraum bei ganz geöffnetem Ventil vollständig mit dem Zylinderraum in Verbindung steht und damit bei diesem Betriebszustand das niedrigste Verdichtungsverhältnis erreicht ist

Mit dieser Maßnahme wird jedoch gleichzeitig der Brennraum stetig verändert und erhält mit zunehmender Belastung immer ungünstigere geometrische Abmessungen und Strömungsverhältnisse für die Einführung und Verwirbelung des Kraftstoffes. Außerdem dringt bei geöffnetem Ventil ein Teil des zugeführten Brennstoffes auch in den Nebenraum ein, so daß durch die dort stattfindende Verbrennung unzulässig hohe Drücke in dem Neberiraum entstehen. Durch die dabei auftretenden hohen Temperaturen und Verbrennungs rückstände wird auch das Ventil und der Ventilsitz in Mitleidenschaft gezogen, so daß die für das nächste Anlassen erforderliche dichte Absperrung des Nebenraumes nicht mehr gewährleistet ist Aufgabe der Erfindung ist es, die durch den Anschluß des Nebenraumes bei mittleren bis maximalen Belastungen bedingte nachteilige Veränderung der Brennraumgeometrie in erster Linie im Augenblick des Zündvorganges zu vermeiden und ein Eindringen von Kraftstoff in den Nebenraum zu verhindern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Ventil durch die Steuerung auch abhängig von den Arbeitsspielen des jeweiligen Zylinders betätigt wird und daß diese Steuerung bei höheren Belastungen der Brennkraftmaschine durch Schließen des Ventils mindestens während der Einspritzung und Zündung des Brennstoffes die während des Verdichtungshubes in den Nebenraum eingebrachte Luft von der Verbrennung zunächst ausschließt und durch öffnen des Ventils im Lauf der Verbrennung diese Luft in den Verbrennungs raum zurückströmen läßt, wo sie zur vollständigen Verbrennung der in den Verbrennungsraum eingespritzten Brennstoffmenge zur Verfügung steht.

Durch die Erfindung ist in den für den optimalen Verlauf des Prozesses wichtigen Phasen, nämlich beim Einspritzen des Kraftstoffes, während des Zündvorganges und über einen wetten Bereich des Verbrennungsablaufes in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine die gleiche Brennraumgeometrie vorhanden, weil das Ventil hierbei immer geschlossen ist Dadurch wird gleichzeitig auch der Nebenraum kraftstofffrei gehalten. Während des Zündvorganges befindet sich das Ventil auf seinem Sitz und bleibt dadurch mit dem Sitz vor der Flammenfront verschont. Aufgestaute Wärmemengen werden über den Sitz abgeleitet Durch das öffnen dos Ventiles gegen Ende der Verbrennung kann die mit dem Verdichtungsdruck vor Brennstoffeinspritzung vorgespannte Luft des Nebenraumes in den Verbrennungsraum ausströmen und trägt dort zur Verbesserung

sowohl der Verbrennung als auch der Abgasqualität bei. Es ist eine Kolbenbrennkraftmaschine bekannt geworden, DE-OS 22 27 440, bei der jedem Zylinder sowohl eine Brennkammer als auch ein Luftspeicher zugeordnet ist Bei dieser Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff in die Brennkammer eingespritzt, soll dort und im Zylinderraum nacheinander unter Luftmangel verbrennen und der Inhalt des bei der Kompression mit Luft gefüllten Luftspeichers soll im wesentlichen erst dann für die Verbrennung zur Verfügung stehen, wenn der Druck im Hauptbrennraum etwa auf Kompressicnsdruck bzw. noch weiter abgefallen ist Um das Eindringen brennbarer Bestandteile in den Luftspeicher während der noch mit Drucksteigerungen im Hauptbrennraum verbundenen Verbrennungsphase mit Sicherheit zu vermeiden und um auch eine Einflußnahme auf den Zeitpunkt der Freigabe der im Luftspeicher verdichteten Frischluft für die Verbrennung im Hauptbrennraum zu erzielen, wurde vorgeschlagen, den Luftaustausch zwischen Hauptbrennraum und Luftspeieher zwangsweise tnit einem Ventil zu steuern.

Durch diese Maßnahmen wird jedoch die Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung, nämlich gleichbleibende Brennraumgeometrie bei allen Betriebsbereichen zu erzielen, nicht nahegelegt Außerdem wird das kenn- 2s zeichnende Merkmal, daß bei höheren Belastungen der Brennkraftmaschine der Nebenraum mindestens während der Einspritzung und Zündung des Brennstoffes verschlossen ist, nicht angesprochen.

Durch eine Absperrung des Nebenraumes auch jo währer.d des Ansaug- und Ausstoßhubes des Kolbens wird eine verbesserte Füllung des Zylinders und eine Verbesserung der Qualität der in dem Nebenraum verdichteten Luft erzielt

Aus der FR-PS 13 41030 sind Nebenkammern bekannt, die als Ringräume um den Zylinder herum angeordnet und mit dem Brennraum über vom Kolben gesteuerte öffnungen verbunden sind. Solche Ringräume weisen zunächst den Nachteil der schwierigen Fertigung auf. Als weiterer Nachteil ist das mit Sicherheit zu erwartende Zusetzen der verbindenden Bohrungen durch Verb, ennungsrückstände und Ölkohle zu nennen. Für die Kolbenringe ist außerdem das Überfahren von derartigen Bohrungen nachteilig. Mit derartig gesteuerten Nebenräumen kann die Wahl des Zeitpunktes für das Auf- und Absperren nicht entsprechend den Erfordernissen des Prozesses getroffen werden. Es ist zwar möglich, einen solchen Nebsnraum derart anzuordnen, daß er während des größten Teils des Saug- und Ausstoßhubes geschlossen bleibt. Infolge der Kolbensteuerung bleibt dieser Nebenraum jedoch auch während des größten Tei!s des Verdichtungs- und Arbeitshubes geschlossen, so daß ein nennenswertes Füllen oder Entleeren eines solchen Nebenraumes nicht stattfinden kann.

Eine Steuerung des Ventils kann in einfacher Weise durch den Brennstoffeinspritzdruck und den Druck im Nebenraum erfolgen.

Die Berücksichtigung der Belastung der Kolbenbrennkraftmaschine kann vorteilhaft durch Einwirken der Regelstange für dir. Bemessung der Brennstoffzufuhr oder durch Einwirken des Mittel- oder Spitzendruckes im Verbrennungsraum auf eine entsprechende mit dem Ventil zusammenwirkende Steuereinrichtung erfolgen.

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit Luftverdichtung und anschließender Brennstoffeinspritzung mit je einem, jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Nebenraum, der durch ein zwischen dem Verbrennungsraum des Zylinders und dem Nebenraum angeordnetes Ventil mit dem Verbrennungsraum verbunden oder von diesem abgesperrt werden kann, wobei das Ventil den Nebenraum vom Verbrennungsraum beim Starten und bis zu mittleren Belastungen der Brennkraftmaschine durch eine Steuerung dauernd absperrt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil durch die Steuerung auch abhängig von den Arbeitsspielen des jeweiligen Zylinders betätigt wird und daß diese Steuerung bei höheren Belastungen der Brennkraftmaschine durch Schließen des Ventils mindestens während der Einspritzung und Zündung des Brennstoffes die während des Verdichtungshubes in den Nebenraum eingebrachte Luft von der Verbrennung zunächst ausschließt und durch öffnen des Ventils im Lauf der Verbrennung diese Luft in den Verbrennungsraum zurückströmen läßt, wo sie zur vollständigen Verbrennung der in den Verbrennungsraum eingespritzten Brennstoffmenge zur Verfügung steht

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenraum auch während des Saug- und Ausstoßhubes des Kolbens von dem Verbrennungsraum abgesperrt ist.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil durch den Brennstoffeinspritzdruck und den Druck in dem Nebenraum gesteuert wird.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berücksichtigung der Belastung der Kolbenbrennkraftmaschine durch Einwirken der Regelstange für die Bemessung der Brennstoffzufuhr auf eine entsprechende, mit dem Ventil zusammenwirkende Steuereinrichtung erfolgt

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berücksichtigung der Belastung der Kolbenbrennkraftmaschine durch Einwirken des Mittel- oder Spitzendruckes im Verbrennungsraum auf eine entsprechende, mit dem Ventil zusammenwirkende Steuereinrichtung erfolgt