DE2753953A1

DE2753953A1 - Verfahren zum betrieb einer luftverdichtenden selbstzuendenden brennkraftmaschine sowie geeignetes einspritzventil

Info

Publication number: DE2753953A1
Application number: DE19772753953
Authority: DE
Inventors: Robert Happel
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1977-12-03
Filing date: 1977-12-03
Publication date: 1979-06-07
Also published as: FR2410744A1; US4284043A; FR2410744B1

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft

Stuttgart-Untertürkheim Daim 11 S1o/4

21 .11 .77

Verfahren zum Betrieb einer luftverdichtenden selbstzündendcn Brennkraftmaschine sowie geeignetes Einspritzventil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer luftverdichtenden selbstzündenden Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein hierfür geeignetes Einspritzventil nach dem Oberbegriff von Anspruch 3.

Iiin solches Doppelnadelvcntil mit konzentrisch ineinandcrliegenden Ventilnadeln und zwei gesonderten Druck räumen, die in eine gemeinsame Abspritzöffnung übergehen, ist durch die DE-PS 1 284 687 bekannt. Es ist ferner bekannt, der zu verdichtenden Verbrennungsluft vor oder wahrend des Komressionshubes eine definierte Turbulenz aufzuprägen. Die relativ geordnete turbulente Strömung innerhalb des Arbeitsraumes tet die Aufgabe, eine verbesserte Verteilung der Kraftstofftröpfchen innerhalb des Arbeitsraumes zu sichern. Durch die Voreinspritzung zunächst nur eines Pilotstrahles wird angestrebt, daß eine kleine Kraftstoffmenge zunächst zur Zündung gebracht wird und daß, nachdem diese Voreinspritzmenge gezündet und

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angehoben durch die Lxplosion die Verdichtungsendtemperatur /und die Verbrennung eingeleitet hat, die natijölgend eingespritzte IIauptkraf tstof fmenge im Zuge ihrer Einspritzung sich ohne großen Zündverzug sofort entzündet und verbrennt, wodurch si di aufgrund der angestrebten sukzessiven Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes sicli insgesamt ein weicher VcrbrennungsabJauf ergeben soll. Insbesondere bei höheren Drehzahlen und bei höheren Einspritzmengen tritt aber dieser Erfolg nur zum Teil ein. Bevor ein flüssiger Kraftstoff verbrennen kann, muß er zunächst einmal verdampfen. Die Verdampfungsgeschvindigkcit des Kraftstoffes ist jedoch geringer als tue Verbrennungsgeschivindigkei t von verdampftem Kraftstoff. Die Verbrennungsgeschwindigkeit wird also durch die Möglichkeit und durch die Geschwindigkeit der Kraftstoff-Verdampfung bestimmt. Insbesondere bei hohen Einspritzmengen und/oder bei hohen Motordrehzahlen wird eine geordnete Verdampfung durch die beginnende Expansion und die damit bedingte Abkühlung des Arbeitsgases überholt, so daß es zu einem Abbruch der Verdampfung zumindest der schwersiedonden Bestandteile des Kraftstoffes kommt. Diese verbrennen nur unvollständig und es entsteht ein hoher Rußanteil in den Abgasen der Brennkraftmaschine. Diese sind zwar nicht unmittelbar giftig, sie stellen jedoch bei Langzeiteinwirkung einen Krebserreger dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmschine der zugrunde liegenden Art und ein geeignetes Einspritzventil anzugeben, welche eine höhere Verbrennungsgeschwindigkeit und einen geringen Zündverzug zulassen, so daß

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mittels einer Stufeneinspritzung auch bei hohen Einspritzmengen und/oder bei hohen Motordrehzahlen eine vollständige, möglichst rußfreie und eine entsprechend der Kraftstoffeinspritzung verzögerungsfrei und sanft ablaufende Verbrennung erzielbar wird.

Diese Aufgabe wird in verfahrensmäßiger Hinsicht durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und in apparativer Hinsicht durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 3 erzielt.

Aufgrund der taktweisen Vorwärmung der Einspritzmenge für den nächstfolgenden Arbeitstakt auf etwa 3oo - 48o C wird erreicht, daß der in der Aufwärmphase unter hohem Druck stehende, noch flüssige Kraftstoff beim Einspritzen in den Arbeitsraum, in dem ein niedriger/Druck herrscht, verzögerungsfrei in die dampfförmige Phase übergeht, wodurch eine sehr rasche Verbrennung möglich wird. Aufgrund der Verdampfung und aufgrund der Turbulenz im Arbeitsraum wird auch eine gute Zuordnung von Luftsauerstoff und Kraftstoff erzielt, so daß eine rasche und vollständige Verbrennung auch bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten erzielt wird. Dank der sofortigen Verdampfung des Kraftstoffes beim Einspritzen in den Arbeitsraum wird eine hohe Diffusionsgeschwindigkeit zwischen Luft und Kraftstoff bis in den Strahlkernbereich hinein erzielt. Der eingespritzte Strahl löst sich aufgrund der Verdampfung nach Art eines in die Atmosphäre austretenden Sattdampfstrahles auf, wodurch eine vergrößerte Oberfläche des Einspritzstrahles

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erzielt wird. Im Zusammengehen mit der Turbulenz wird dadurch eine bessere und schnellere innere Gemischbildung erzielt, die etwa proportional mit der Verbrennungsgeschwindigkeit verläuft. Da der Kraftstoff quasi in verdampfter bzw. verdampfender Form in den Arbeitsraum eingespritzt wird und der sich solcherart auflösende Kraftstoffstrahl nicht eine so große Reichweite in der stark komprimierten Luft hat, treten aucli nur sehr geringe Kraftstoffansammlungen an den Jirennrauniwünden auf; auch dies ist einer vollständigen und vollkommenen Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes förderlich, da die an den relativ kalten Brennraumwänden haftenden Kraftstoffteile weniger rasch und unvollkommen verbrennen. Dank der besseren Gemischbildung von der Kraftstoffscitc her braucht der Aufwand zur Erzeugung eines Luftdralles innerhalb des Arbeitsraumes nicht so hoch getrieben zu werden. Neben dem bereits erwähnten Vorteil einer rascheren sowie weicheren Verbrennung und der damit einhergehenden Senkung der Verbrennungsgeräusche und neben dem Vorteil einer vollständigen und weitgehend rußfreien Verbrennung ergibt sich noch der weitere Vorteil einer besseren Abgaszusammensetzung, d. h. es sind in den Abgasen weniger Krackprodukte enthalten und die Geruchsbelästigung durch die Abgase ist geringer. Aufgrund der besseren Kraftstoffausnützung wird auch eine höhere Wirtschaftlichkeit sowie eine höhere Motorleistung erzielt.

Die Erfindung ist anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigen:

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Fig. 1 eine schematiche und teilweise Darstellung

einer luftverdichtenden Brennkral tmaschine mit einem Iii nspri tzventi 1 gemäß der Prfindung ,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausfüh-

rungsbeispieles eines Linspritzventi1 es nach der Erfindung,

I-'ig. 3 und 4 jeweils den unteren Teil des Ii nspri t :vcnt i -

lcs nach Fig. ?, einmal während des hinspritzcns des I¹ i lot st rabies (Tig. 5) und zum anderen während der Haupteinspritzung (Fig. 4),

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispi el eines l!in-

spritzventiles für Mehrstoff-Mischbetrieb,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines l'in-

spritzventiles, ausgebildet mit Zapfendüse und

Fig. 7 in Diagrammform den Verlauf des Druckes in

den Druckkammern der beiden Ventilnadeln und des Nadclhubes der beiden Ventilnadeln über dem Kurbelwellenwinkel.

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ΛΌ

Die in 1'ig. 1 dargestellte J'.rcnnkraftmaschine besteht im wesentlichen aus einem Motorblock 1, einem Zylinderkopf 2 mit daran angeordnetem Einspritzventil 3 sowie einem auf und ab gehenden Kolben 4 mit einer Kolbenmulde 5. Das Einspritzventil ist derart angeordnet, daß es unmittelbar in den Arbeitsraum 7 einspritzt (Strah!achsen 8). Zu der Brennkraftmaschine gehört noch eine Einspritzpumpe 0, die von der stilisiert und vergrößert angedeuteten Kurbelwelle aus mit halber Kurbelwellendrehzahl angetrieben wird. Das in Fig. 2 zwar in abgebrochenem Zustand aber hinsichtlich der wesentlichen Teile in Einzelheiten dargestellte Einspritzventil weist zwei konzentrisch ineinanderliegende Venti1 nadeln 9 und 1o auf, die durch jeweils eine gesonderte Schließfeder Il bzw. 12 auf den zugehörigen Ventilsitz 13 bzw. M gedrückt werden. Die Nadelschäfte stellen kleine VentiInadclkolben 15 bzw. 16 dar,die im Durchmesser größer als der zugehörige Ventilsitz sind; dadurch ergibt sich eine ringförmige wirksame KolbcnJlache. Die innenlicgende Ventilnadcl Io ragt mit ihrem äußeren Ende 26 dichtend durch das äußere Ende 25 der äußeren Ventilnadcl 9 hindurch. Oberhalb des Ventilsitzes ist um die jeweilige Ventilnadel herum eine ringförmige Druckkammer 2o bzw. 21 angeordnet. Der einzuspritzende Kraftstoff wird dem Einspritzventil bzw. der oberen ersten Druckkammer 2o von der Einspritzpumpe 6 aus durch die Bohrung 31 zugeführt. Durch den Druck in der Kammer 2o kann die äußere Ventilnadel entgegen dem Druck der Schließfeder 11 und entgegen der Durchströmrichtung 17 von ihrem Ventilsitz 13 nach oben abgehoben werden. In ähnlicher Weise kann die innen-

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liegende Ventilnadel entgegen der zugehörigen Schließfeder 12 von ihrem Ventilsitz 14 abgehoben werden. In jedem Fall gelangt der durch die Ventilsitze bzw. durch die Ventilnadel hindurchströmende Kraftstoff zu den Lochdüsen 18, die beiden Druckräumen 2o und 21 gemeinsam sind.

Die beiden Druckräume 2o und 21 liegen hydraulisch-funktionell hintereinander und werden vom einzuspritzenden kraftstoff nacheinander durchströmt. Sie stehen beim Ausführungsbeispiel nach den I'ig. 2 bis 4 durch einen Kranz von Bohrungen 27 in Verbindung, die innerhalb des oberen Ventilnadelsitzes 13 ausmünden. Hierdurch ist ein leckfreier Abschluß der unteren Druckkammer 21 nach oben hin durch die äußere Ventilnadel 9 sichergestellt. Nach unten hin ist die zweite Druckkammer 21 durch die innere Ventilnadel 1o sicher und leckfrei verschlossen. Das äußere Ende 26 der inneren Ventilnadel 1o ist in Längs- und Querrichtung hohlgebohrt - Bohrungen 22 und 23 -, wobei die Querbohrung 23 in eine Ringnut 24 ausmündet. Diese Ringnut ist durch die Stirnkante 25 der äußeren Ventilnadel 9 nach Art eines Kolbenschieber übersteuerbar. Die zweite Druckkammer 21 ist zum Innern des Arbeitsraumes 7 exponiert angeordnet; der Zylinderkopf ist im Bereich des unteren Endes des Einspritzventiles freigearbeitet (ringförmige Ausnehmung 4o). Dadurch ergeben sich im Bereich der zweiten Druckkammer 21 Wärmezutrittsflächen 28, die einen Wärmeübergang vom Innern des Arbeitsraumes 7 durch die freigelegten Wandungen hindurch zu dem im Druckraum befindlichen Kraftstoff begünstigen. Das Volumen dieses nach oben und unten sicher und leckfrei abschließbaren Druckraumes

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ist nahezu so groß bemessen wie rl je VoI 1 astci nspri t ziiicnge (etwa Ho - ⁽)o " davon). Die weiter innen im 1inspritzventi!körper liegende erste Druckkammer 2o ist aufgrund der zurückliegenden Anordnung und aufgrund des taktweise hindurch!'] i elenden Kraftstol'fcs einem h'ärmezut ri tt weniger stark ausgesetzt, so daß sich der darin befindliche Kraftstoff weniger stark erwärmt. Die Wandstärke im Hereich der Ivärmczutri t tsflachcn 28 ist so ausgelegt, daß der von der zweiten Druckkammer 2 1 eingeschlossene Kraftstoff während e i η c s .
wärmt.

eines Arbeitszyklus sich darin auf etwa 3oo - Ί8ο C er-

Am oberen linde der beiden Venti lnadcl η sind Zentrierringe bzw. Zentrierte]1 er für die Schließfedern angeordnet. Der untere Zentrierring weist einen ringförmigen Ansatz 34 auf, der alsAnschlagring für den oberen Zentriertcllcr 33 der inneren Ventilnadcl Io dient. Die Axial erst reckung des Anschlagringcs 34 ist so bemessen, da sich für den relativen Hub der äußeren Ventilnadcl gegenüber der inneren Ventilnadel ein bestimmtes maximales Maß 11 ergibt. Dieses Maß Il ist 6o bemessen, daß die Ringnut 24 mit Sicherheit freigelegt w i r d .

Die Wirkungsweise des Ventiles nach den Fig. 2 bis 4 ist nun kurz folgende, wobefyaTxf das Kurbelkreisdiagramm in Fig. 1 und auf die JIuIi- und Druckkurven in Fig. 7 Bezug genommen wird: Gegen Ende des Verdichtungshubes des Kolbens beginnt die Einspritzpumpe 6 zu fördern, wc ;irch Kraftstoff über die

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rung 7>\ in clic erste Druckkammer 2o eingepreßt wird. Da-(Jurch steigt der zunächst entlastete Druck in diesem Raum an - vgl. die ansteigende llunke der Druckkurve .">" in V\v. Mit ansteigendem Druck in der Kammer 2o ist einiiial ein Zustand erreicht, in den die auf die ring Tu na ige wirksame Stirnseite» der äußere η Ventilnadel einwirkende Krall d i e Kraft der !".el 11 ici.'i feder Il j:u überwinden vermag. Der Druck, von dem ab eine Vent i Imide 1 sieb von ihrer S it.: ablud; L, .;ei u I I niingsdruck genannt. Der öffnungsdruck liir die innere \'en t i I nade 1 Io it liöher ausgelegt als der Ol fnuni'^druek f^r"ii d i ..· .'iui'.i n Vcntiluadel. Deswegen bleibt die innen Ven L ι 1 nade 1 .lunäebst noch bei beginnendem Nadel hub der äußeren Ventilnadel geschlossen. Durch das Abheben der äußeren Ventilnadel I¹ werden jetloch die Ringnut 2 4 und mit ihr die Bohrungen 25 und ?.l Ire ige legt, so daß bei noch geschlossener innerer Ventilnadel Io Kraftstoff durch die innere Ventilnadcl Io hindurch an dem unteren Ventilsitz 14 vorbei über die I.ochdüsen l.i e i ngespr i Ι ζ t werden kann. Dieser Kraftstot 1 ist wegen des geringen Tcnpoιaturni vcuu:'. des Vent i 1 korpers im Bereich der oberen ersten Druckkammer 2o relativ kalt. Der Kraftstoff während die;.er Voreinspr i t zphase.' wird in einem stark gebündelten Strahl hobel Reichweite in den Arbeitsraum ⁷, der im wesentlichen lediglich durch die Kolbenmulde f> gdildet ist,

eingespritzt. Die starke Bündelung des St. rallies und die hohe Reichweite sind in wesentlichen auf die geringe Kral tstofftempcratur des Tilotstrahles zurückzuführen.

Die Bündelung und große Reichweite tics Pi lotst rah 1 es ist durchaus beabsichtigt, weil dadurch eine gute Verteilung der Vorcinspritzmcnge in den Kompressionsendraum erreicht werden

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kann. Die Turbulenz in dem Arbeitsraum ^rgcn linde des Verdichtungshubes sorgt im übrigen für eine gute Verteilung der mit dem l'ilotstrahl eingespritzten Kraftstofftröpfchen in dem Verbrennungsraum. Solern nicht se Ii ο η während des Ansaughubes ein geordneter Drall in der einströmenden Luft im Arbeitsraum hervorgerufen wird, kann eine turbulente Strömung auch durch die OuetschVanten , die am Kolbenboden aufgrund der Kolbenmulde gebildet sind, verursacht werden. Del l'j 1 ο ts trail L Leitet im Brennraum den Verbrcnnungsvorgang mit mal' i g er Druck- und Ί 'empe ra t u rs t e i ge rung ein. Ltwaige lvaiidbenet.ungi.-ii clutch kiaitstoff an der Wandung der kolbenmulde; !> werden aufgrund des hohen Temperaturniveaus dieser Wandungen relativ rasch verdampft und verbrennen ebenfalls vollständig, weil noch genügend Zeit verbleibt und günstige Bedingungen zur Verdampfung und Verbrennung - hoher Druck und hohe Temperatur - vorliegen. Der I'i lotstrahl 2\) wird innerhall) einer, 1 as t unabhäng i g etwa gleich-

V
bleibenden Ui nke 1 raunies ' noch vor dem Durchgang des Kolbens durch seine obere Totlage eingespritzt. Der Zustand des 1: i nspr i t ζ ve η t i 1 c während dieser Y oreinspritzung ist in 1 i g. λ da iges teilt.

Zeitlich unmittelbar an die Yoreinspritzung anschließend wird aufgrund anhaltender Förderung der I- i nspr i t zpumpc 6 auch in der zweiten Druckkammer 2\ einmal der Öffnungsdruck für die innere Ventilnadel Io erreicht sein, so daß auch diese Ventil nadel sich von ihrem Sitz 1Ί abhebt. Wie noch weiter unten zu erläutern sein wird, steht der Kraftstoff in der durch die Ventilnadeln leckfrei verschließbaren Vurwä rink amme r I] unter einem erhöhten Druck auch zwi-

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sehen den liinspritzphasen, was durch den erhöhten Verlauf der strichliert dargestellten Druckkurve 3 8 in I^:ig. 7 angedeutet ist. Nachdem - aufhauend auf dieses erhöhte Drucknivcau - auch in der Vorwürmkammcr ein Druckanstieg zu vorzeichnen ist, beginnt die innere Ventil nadel sich abzuheben, was in dem unteren Diagramm in I^:ig. 7 durch die stri chi i erte Ilubkurve 36 angedeutet ist. Aufgrund der Öffnung des Ventilsitzes 14 kann der vnn der Vorwärmkammcr 21 eingeschlossene Kraftstoff über die Lochdüsen 18 in den Brennraum eintreten. Der dort herrschende Druck liegt tiefer als der Einspritzdruck. Der auf kritische Tcmpcraturwcrtc vorgewärmte Kraftstoff entspannt sich also beim Eintritt in den Brennraum und verdampft dadurch verzögerungsfrei. Es handelt sich dabei um eine Entspannungsverdanpfung, die in kürzesten Zcitintervallen und bis in den Strahlkern hinein erfolgen kann, weil dazu kein Wärmeübergang erforderlich ist. Der verdampfend in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff kann im Maße seiner Einspritzung verzögerungsfrei sich entzünden und rasch verbrennen. Das Brenngesetz kann also dank des äußerst geringen Zündverzuges durch das Einspritzgesetz vorgegeben werden. Hierdurch ist eine weiche und geräuscharme Verbrennung erzielbar. Der beim Einspritzen verdampfende Kraftstoff hat aufgrund seiner plötzlichen Verdampfung und Strahlaufweitung nur eine geringe Reichweite und benetzt die Wandungen des Brennraumes nicht. Aufgrund der Turbulenz und der großen Strahlaufweitung wird eine gute innere Gemischbildung erzielt.

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Dei Lustand des hi nspri t 7.\^rcnt i 1 es während der Ilauptoi nspr i t z-])hase ist jn Fig. 1 dargestellt. Aufgrund des Nadclhubes der inneren \ en t i J iuide J 1o ist durch die Stirnseite 25 der äußeren VentiJ nadel die Ringnut 24 und mit ihr der Voreinspritzkanal durch die innere Ventil nadel versperrt. Der einzuspritzende Kra l't stoff gelangt nun von der ersten Druckkammer Zo über die IJberströnibohrimgen 2 ~! in tue \ orwä rmkammer 21. Der vorgewärmte Kraftstoff u i rd hieraus in den Hrrnnraum verdrängt und nicht vorgewärmter Kraftstoff strömt nach. Das Kamiiicrvü J uinen der VorwärmV.mnrie r Π ist au! etwa Ho - Po 1 der Vo11asteinspritnmongc bemessen, so daß bei Vollast die gesamte Haupt e i nspr i tLiiienge an vorgewärmten Kraftstoff aus der \ orwä rmk amine r verdrängt werden kann. Die mit dem verdampfenden Haupt ei nspri t rs tralil 5o eingespritzte Kraftstoffmenge ist lastabhängig gesteuert; die ] inspritzzeit erstreckt/sich je nach ßelastiingszustand bzw. Lastcinsteucrung an der Brennkraftmaschine über unterschiedliche Kurbelwi nkel räume (-p -, <-j' (j,, im Kurbeldiagramm nacli Fig. 1. Bei Γ i nsteuerung von höheren Lastzuständcn kann die Haupteinspritzung sich über den oberen Tatpunkt OT hinaus erstrecken.

(legen Jinde der Förderung der Finspri tzpumpe 6 fällt aufgrund des Abströmens von weiteren Kraftstoff aus den Druckräunien 2o und 21 der Druck darin ab. Dabei senkt sicli aufgrund des bohren Üi1nungsdruckes der inneren Ventilnadel zunächst die innere Vcntilnadel 1o auf ihren Sitz 14. Dieses zunächst erfolgende Schließen der inneren Ventilnadel ist in dem Kurvenverlauf h der llubkurve 3d für die innere Ventilnadel durch den steileren Abfall von dem Maximalhub Il angedeutet. Bei weiterem Abströmen von Kraftstoff aus der Vorwärmkammer 21 sinkt darin

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der Druck auch unterhalb des ί)Γ I nungsdridces für die äußere Vent i 1 nadel 9, so daß sich auch diese nuf ihren Ventilsitz 1 " absenkt und verschließt dabei leckfrei die Obers t .römbohrungcn 27. Das Druckniveau in der Vorwä'rinkarniner 21 nach l'.eend i gung der Haupteinspritzung ist durch einen erhöhton WrI.ml" der s t r ich I i crt dargestellten Druckkurve 5S in I ig. .·' angedeutet. Der Druck in der ersten Druckkammer .'o f;i 1 I t b\* auf den l'umpcnzu1aufdruck der 1: i nspr i t zpunipe ah, was durch den S(( ilah lall und das niedrige Niveau der in vollen Linien dargestellten Druckkurve 37 für die Kammer ?o dargestellt i^t. Die Wru'ä niil: amnier 2 1 ist nach beiden 1! i cli t iingcn hin liiffti i durch die Yen t il mide In abgeschlossen und der d.irin eingeschlossene Kraftstoffvorrat steht unter einem dem Öffnungsdruck dor HuCeren Ventil nadel entsprechenden Druck. Dank des hohen Drucl.nivciuis des eingeschlossenen Kraftstoffes kann dieser während des Arbeitszyklus und der daran anschließenden Ladungswechseltakte auf überkritische IVc r te erwärmt werden, ohne il.if, er "ii verdampfen beginnt; er liegt, unter dem erhöhten Druck in lliissiger Phase an. Der W/innre int rag in d i e Vorv;ä rmkammer M richtet sich selbsttätig nach dem Las t zustand der Masthiiu . l'e i holier Lelastung und hohem Kra ftstol fdurchsat ζ wird im Brennraum eine hohe thermische l'nergie freigesetzt, die :⁷.ii einem entsprechend starken Wärme fluß in Richtung auf die thi-i m i scli exponiert angeordnete Vorwärmkammer 2 1 führt. Hei geringeren Lastzuständen, bei denen aufgrund eines ausreichend großen Luituberschusses die Gefahr unvollständiger Verbrennungen und Rußbildung geringer ist, stellt sich selbsttätig eine geringere I.rwärmung des von der Vorwärmkammer eingeschlossenen Kraftstoffes ein, weil die freigesetzten Wärmeenergien und der

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;iui" die V orwärmkamnier einwirkende Uarmeiluß geringer sind. Jedoch kommt es zumindest auch im Bereich von mittlerer und höherer Teillast zu einer spürbaren und im Sinne der Erfindung wirksamen Temperaturerhöhung der in tier Vorwä rmknmmer 21 eingeschlossenen Kra fts tolTmenge. Es ist liierbei vor allen Dingen zu berücksichtigen, daß bei geringeren llaup te inspr i tzmengen die mittlere Verweil rteit lies einzuspritzenden Kraftstoffes in der Vorv.'.M rnkaminc-1 'ich an te L1 smäßig über nielir als einen vollen Arbeitezyklus der Brcnnk r:i ftniasth i nc liinweg erstreckt und dementsprechend aufgrund des größeren Zeiteiη Πusses ein Defizit an Tempera turgela]Ie kompensiert wird.

In I ig. S ist eine i«od i Γ i ι i e rt e Ausίüb rungs form des Einspritzventil es dargestellt, liier fehlen die eine uniiii ttclhare Verbindung der beiden Druckräume 2o und 2 1 herstellenden Obers t römbohrungen 27. Statt dessen ist die Vorwä rmkamiiier 21 über eine gesonderte Druckleitung 32 mit Kraftstoff versorgbar. Das hier dargestellte moil i f i ζ i e r te l.inspr i tzvent i 1 .V ist für gemischten Zweistoffbetrieb ausgelegt. Voraussetzung für die Verwendung, eines solchen I i nspr i t ζ ven t i 1 es ist jedoch, daß auch eine entsprechend für Zweistoffbetrieb ausgelegte Ii i nspr i tzpumpe sowie zwei gesonderte Kraftstoffvorratsbehälter vorgesehen sind. 1ür jeden Arbeitskolben der Brennkraftmaschine müssen in der Einspritzpumpe zwei Eörderkolben und zwei llubnocken vorgesehen sein; es handelt sich gewissermaß um eine doppelte Ausführung einer normalen Einspritzpumpe. Der eine Eörderkolben der Einspritzpumpe ist für die eine Kraftstoffart und der andere Eörderkolben für die andere Kraftstoffart vorgeselien. Bei dem Einspritzventil 7>' nach Eig. 5

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ist die Bohrung 31 und die Druckkammer ?o für denjenigen Kraftstoff gedacht, der während der Voreinspritzung in einem l'i lotstrahl 20 eingespritzt werden soll. V.s kann sich dabei z. B. um normalen Dieselkraftstoff handeln , der eine gute Selbstentzündungseigenschaft bei entsprechend stark verdichteter Verbrennungsluft hat. Über die Bohrung 32 und die Vorwiirmkammer 21 kann im Anschluß an die Voreinspritzung, die eine Zündung einleitet, dann weniger zündwilliger Kraftstoff, z. B. Benzin eingespritzt werden. Abgesehen von der Auslegung des liinspri tzvcntiles nach Fig. 5 für gemischten Mehrstoffbetrieb ist im übri-

die gen die Wirkungsweise dieses Ventiles/gleiche wie die des I.in-

spritzventiles 3 nach Pig. 2-4.

Das in Fig. 6 dargestellte Linspritzventil 3" entspricht weitgehend dem für Einstoffbetrieb ausgelegten Einspritzventil nach Fig. 2. Im Unterschied zu dem Lochdüsenventil nach Fig. 2 ist das Einspritzventil 3" als Zapfendüsenventil ausgebildet. Im Anschluß an den Ventilsitz 14 der inneren Ventilnadel 1o ist eine einzige Abspritzöffnung 19 vorgesehen, in die sich gleichachsig ein Nadelzapfen 39 hineinerstreckt. Der Tilotstrahl 29 wird durch das Innere der hohlgebohrten Ventilnadel 1o eingespritzt, wenn die äußere Ventilnadel 9 sich von ihrem Sitz abgehoben hat, wohingegen der Ilaupteinspritzstrahl 3o durch den Ringspalt zwischen Bohrung 19 und Zapfen 39 eingespritzt wird, wenn beide Ventilnadeln von ihrem Sitz abgehoben sind. Das Zapfendüsenventil 3" ist in einer Nische 5a innerhalb des Zylinderkopfes 2 angeordnet, die eine Ausbreitung der gleichachsig zur Ventilachse sich erstreckenden Einspritzstrahlen gestattet.

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- δο ■ Π;ι im 1 1 ί.1υ/4

Im übrigen ist die Anordnung und Wirkungsweise des l.inspritzvcntilcs 3" die gJeiche wie die des I inspritzventiles 3 genial.'; 1 i g. 2 .

T >;i i;l- u(.'i ν ei ^ogerungs Ire i on Vor! rennung der vorgewärmten Haupte ι nsp r i t zinongo nneli Mn Cg al e de. ι I.i nspr i tzunt; kann aucli ohne Vnr!-;ui:ncr rv]₍ ] I i ι Ic 1 kaiiimcr bei direkter IM nspr i t zung ein ueicliei \ e 11.1 ciiiiuiig.sal) 1 au I' erzielt urrden. Allein durch diese Pirek t ei nspr i t ziinj; ergeben sieh .schon spürliare Kra ft sto Γ Γ-1'r spa rnissc^. Dariibei Iiinaus kann aber auch KraftstolT wegen der besseren (ienii se:liaul berei t ung und der vollständigeren Verbrennung, also wegen der besseren Kraitstoifausnützung, gespart werden.

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2Λ

Leerseite

Claims

Üaimler-Benz Aktiengesellschaft

Stuttgart-Untertürkhcim ]?ϋ.ίΐ1__ϋ_ J1L°/1

21.11.77

Ansprüche

Verfahren zum Betrieb einer 1 uftverdi chtenden Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, bei dem der zu verdichtenden Verbrennungsluft spätestens während des Verdichtungsvorganges eine definierte Turbulenz aufgeprägt wird und bei dem gegen linde des Verdichtungsvorganges der llüssigkraftstoff in die auf Selbstentzündungstemperatur verdichtete Luft eingespritzt wird, wobei die einzuspritzende Kraftstoffmenge zunächst in wenigstens einem Voreinspritzstrahl und in wenigstens einen zeitlich unmittelbar daran anschließenden Haupteinspritzstrahl von lastabhängiger üinspritzmenge eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens während des Betriebes der Brennkraftmaschine in ihrem oberen Lastbereich der Kraftstoff lediglich der Haupteinspritzung (ψ, 3ο) zuvor auf eine oberhalb des für eine Verdampfung des Kraftstoffes kritischen Temperaturbereiches liegende Temperatur, vorzugsweise auf etwa 3oo - 48o ⁰C angewärmt wird und daß der Kraftstoff der Voreinspritzung ( V , 2'.' ) unterhalb der kritischen Temperatur gehalten wird.

ORIQtNAL INSPECTED 909823/0345

'753953

Daim I 1 81o/4
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kraftstoff unmittelbar in den Arbeitsraum (7) eingespritzt wird.
3. Einspritzventil zur Hochdruckeinspritzung von flüssigem Kraftstoff in einen Arbeitsraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit konzentrisch ineinanderliegend ungeordneten Venti1nndcln, die jeweils durch die Kraft einer gesonderten leder in Schiiettrichtung auf je einen gesonderten Ventilsitz gepreßt werden und die durch hydraulischen Druck im einzuspritzenden Kraftstoff entgegen der beim liinspritzvorgang wirksamen Strömungsrichtung von ihrem Ventilsitz abhebbar sind, wobei für jede der Ventilnadeln ein im Durchmesser größer als der zugehörige Ventilsitz ausgebildeter VentiInadelkolhen und in Strömungsrichtung stromauf vom Ventilsitz jeweils ein mit der wirksamen Seite des entsprechenden Ventilnadelkolbens in Verbindung stehender ringförmiger Druckraum vorgesehen ist, welche beiden Druckräume bei abgehobenen Ventilnadeln in für beide Ventilnadeln gemeinsame Abspritzöffnung(en) übergehen, dadurch gekennzeichne *■ , daß die beiden Druckräume (2o, 21) in Strömung3ilcalung (17) hydraulisch-funktionell hintereinanderliegend angeordnet sind, daß der in Strömungsrichtung (17) an zweiter Stelle liegende hydraulisch-funktionell beidseitig durch die Ventilnadeln (9, 1o) abschließbare Druckraum (21) in Richtung zum Inneren des Arbeitsraumes (7) der Brennkraftmaschine hin wärmeaufnehmend exponiert angeordnet ist (28) , daß

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3 - Da im 11 S1o/4

das Volumen dieses zweiten Druck räumes (?1) annähernd so groß bemessen ist, vic die im Retrieb grüßte über dns Einspritzventil je Arbeitstakt einzuspritzende Kraftstof!"menge ( i/ ,) , vorzugsweise etwa 8o - 9o % davon, und daß das äußerste durch die außenlicgende Ventilnadel (9) dichtend aber gleit.bar hindurchragcnde linde (2d) der innenl legenden Vcntilnadel (1υ) hohlgebohrt ist (22), welche Höhlung (22) mit einer Querbohrung (23) in Verbindung steht, die durch das äußerste linde der außenl icgcnden Venti !nadel ('.'") steuerbar und beim Nadclhub (h) freilegbar ist.
4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. , daß jeder der beiden Driickräumc (2o, 21) mit je einer gesonderten Druckzuführungsl ei t.uiig (31, 32) versehen ist und daß die beiden Druck räume (2o, 21) untereinander ausschließlich über die Höhlung (22, 2~) der inneren Ventilnadel (1o) miteinander verbindbar sind (l'ig. S)
5. Iiinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Druckräume (2o, 21) bei abgehobener äußerer Vcntilnadel (0) über wenigstens eine innerhalb oder unterhalb des Ventilsitzes (13) dieser Ventilnadcl (0) abgehenden Bohrung (27) verbindbar sind.
6. Einspritzventil nach Anspruch 3, 4 oder 5, d a d u r ι Ii gekennzeichnet , daß es unmittelbar in den Arbeitsraum (7) einspritzend an der zugehörigen brennkraftmaschine angeordnet ist.

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- 4 - Daim 11 81o/4
7. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale relative Hub (H) der äußeren (9) gegenüber der inneren Ventilnadel (1o) durch Anschläge, Schultern od. dgl. (33, 54) begrenzt ist.
8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungsdruck der innen]legenden Ventilnadcl (1o) höher ausgelegt ist als der Öffnungsdruck für die außenliegende Ventilnadcl (9).

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