DE3007664A1 - Verfahren zum betreiben einer mit homogenem gas betriebenen fremdgezuendeten brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 918/4

Stuttgart-Untertürkheim 22. Febr.1980

Verfahren zum Betreiben einer mit homogenem Gas betriebenen fremdgezündeten Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfaliren zum Betreiben einer mit homogenem Gas betriebenen frsmdgezündeten Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei benzingetriebenen Brennkraftoiaschinen liegt das Leistungsmaximum im Luf tmangelgebie t.; deshalb wird heute bei allen Brennkraftmaschinen dieser Art im Bereich der Volllast zur Leistungssteigerung das Luft/Kraftstoffgemisch gegenüber dem Teillastbereich angefettet. Außerdem werden für Beschleunigungsvorgänge kurzzeitig wirksame sogenannte Vollast-Anfettungssysteme verwendet.

Für stationäre Betriebszustände ist es möglich, die Gemischaufbereitung am Vergasermotor so abzustimmen, daß in einem großen Betriebsbereich mit relativ magerem Gemisch gefahren werden kann, wodurch in diesem Bereich ein günstiges Verbrauchs- und Emmissionsverhalten erreicht wird.

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In allen übrigen Fällen, wie z.B. Start, Farmlauf, Beschleunigen und Vollast kommen jedoch. Zusatzsysteme, wie z.B. direkte Einspritzung in das Saugrohr, zur Anwendung, mit deren Hilfe jeweils über eine entsprechende Anfettung des Luft/Kraftstoffgemisches ein einwandfreier Betrieb des Fahrzeuges sichergestellt wird. Als sehr nachteilig an dieser Anfettung erweist sich aber, daß die ¥erte des Kraftstoffverbrauches und der Abgasemission beträchtlich verschlechtert werden.

Demgegenüber gelangt bei einer mit homogenem Gas betriebenen Brennkraftmaschine über einen Gas/Luftmischer gasförmiger Kraftstoff in die Zylinder. Durch die feine Verteilung der Gasmoleküle ist das Gemisch sehr zündwillig, so daß es sehr stark abgemagert werden kann, ohne daß Zündaussetzer auftreten.

Der Volumenanteil des gasförmigen Kraftstoffes, z.B. Alkohol, am Gemisch ist groß. Außerdem sind die Heizwerte von Alkoholen niedriger als die der üblichen Kraftstoffe. Deshalb ist aucii die Literleistung derartiger Motoren im Vergleich zu mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschinen geringer. Für die gleiche Leistung wird bei Alkoholbetrieb etwa das 1,5 bis 2-f"ache an Kraftstoffvolumen benötigt.

Die Aufgabe der· vorliegenden Erfindung ist es, den ¥irkungsgrad einer mit homogenem Gas (Alkohol) betriebenen Brennkraftmaschine zu verbessern und eine höhere Literleistung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

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Im Bereich, der Quantitätsregelung, nämlich, im unteren Teillastbereich., kann die Brennkraftmaschine sehr mager, d.h. mit hohem Luftüberschuß betrieben werden; sie arbeitet dort sehr sparsam. Beim Übergang zur Qualitätsregelung - oberer Teillastbereich und Vollastbereich - wird lastabhängig Kraftstoff im flüssigen Zustand in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht und lastabhängig mehr und mehr angefettet.

Durch die flüssige Einbringung des zusätzlichen Kraftstoffes entsteht kein Püllungsverlust, so daß eine höhere Literleistung als bei reinem Gasbetrieb erreicht wird.

Da die Verdampfungswärme des im flüssigen Zustand eingespritzten Alkohols groß ist, werden die effektiven Verdichtungsenddrücke und -temperaturen bei gleichem geometrischem Verdichtungsverhältnis gegenüber dem reinen Gasbetrieb abgesenkt (Oktanzahlerhöhung), so daß eine entsprechende Erhöhung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses durchgeführt werden kann. Dadurch wird insbesondere im Quantitätsregelbereich ein besserer Kraftstoffverbrauch erzielt und es tritt gleichzeitig eine Erhöhung des ¥irkungsgrades im Vollast- als auch im Teillastbetrieb ein. Auch bei Teillast kann trotz hohen Verdichtungsverhältnissen kein Klingeln auftreten, weil bei mageren Gemischen die Klingelgefahr gering ist.

Bei Anwendung der Qualitätsregelung entfallen außerdem Drosselverluste, was sich günstig auf den Wirkungsgrad und den Verbrauch auswirkt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Bereich der rein gasförmigen Kraftstoffzufuhr bis etwa 60$

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der maximalen Leistung der Brennkraftmaschine reichen. Dadurch ist der Regelbereich mit der Drosselklappe und somit die Drosselverluste relativ klein.

Bei einer mit homogenem Gas betriebenen Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 3 kann zur Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe hinsichtlich des apparativen Aspektes in unmittelbarer Nähe eines jeden Einlaßventiles je ein Einspritzventil für flüssigen Kraftstoff vorgesehen sein und es kann in der gemeinsamen Zufuhrleitung dieser Einspritzventile ein Steuerventil zur last- und/oder drehzahlabhängigen Einsteuerung einer entsprechend großen Kraftstoff menge vorgesehen sein.

Durch Einspritzung von flüssigem Alkohol unmittelbar in den Brennraum der Brennkraftmaschine steht das Hubvolumen derselben fast vollständig zur Luftansaugung zur Verfügung, so daß eine Leistungssteigerung bezogen auf das Hubvolumen erzielt werden kann, die etwa einer mit Diesel als Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine mit Turboaufladung entspricht. Darüberhinaus erfolgt als weiterer Vorteil gleichzeitig eine Reduzierung der thermischen Belastung im oberen Lastbereich durch die innere Verdampfung des Alkohols. Dadurch wird u.a. auch das Temperaturniveau im Abgasteil abgesenkt, so daß für kritische Bauteile, wie z.B. Auspuffkrümmer, einfachere und billigere Werkstoffe verwendet werden können.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer mit homogenem Kraftstoff (Alkohol) betriebenen Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung.

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Wie aus der Figur zu entnehmen ist, besteht die Brennkraftmaschine 1 aus einem Zylinderblock 2 mit einem sich zu den einzelnen Zylindern verzweigenden Ansaugrohr 3· Das Ansaugrohr 3 mit einer in diesem angeordneten und mit einem Gashebel 4' gekoppelten Drosselklappe 4 ist unmittelbar mit einem Gasmischer 5 verbunden. Der Gasmischer 5 ist mit einem Ansaugstutzen 6 für Frischluft und mit einer zu einem Verdampfer 7 führenden Verbindungsieitung 8 für die Gaszufuhr verbunden. Der mit Fremd- oder Motorabwärme heizbare Verdampfer wird über eine Kraftstoffzuleitung 9 mittels einer Kraftstoffpumpe 10 von einem Kraftstofftank 11 mit Kraftstoff versorgt. Durch eine mit einem Überströmventil 12 versehene, von der Kraftstoffleitung abzweigende Leitung 13 kann zuviel geförderter Kraftstoff wieder in den Kraftstofftank M zurückfließen.

Die Leitung 13 ist außerdem durch eine Abzweigungsloitung 14 mit einem Steuerventil 15 verbunden, welches einerseits durch an Lastsignal von der Drosselklappe 4 und andererseits durch ein Drehzahlsignal von der Brennkraftmaschine 1 ansteuerbar ist.

Bis zu einer Belastung von etwa 60$> ist das Steuerventil 15 geschlossen, d.h. die Brennkraftmaschine 1 wird in diesem Bereich ausschließlich über die Drosselklappe 4 geregelt (Quantitätsregelung). Bei höherer Belastung fließt je nach Drehzahl und Laststellung durch das sich öffnende Steuerventil 15 mehr oder weniger Kraftstoff im flüssigen Zustand durch eine Zufuhrleitung 16 zu Einspritzventilen 17» wo dieser möglichst unmittelbar in jeden einzelnen Brennraum der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt wird (Qualitätsregelung).

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Durch. hohe Abmagerung (X_ bis etwa 1,8) im unteren Lastbereich und durch, weitgehendes Elliminieren der Drosselverluste im mittleren und oberen Lastbereich, durch. Direkteinspritzen von Kraftstoff im flüssigen Zustand in jeden Brennraum der Brennkraftmaschine 1, wird erfindungsgemäß ein höherer ¥irkungsgrad und eine höhere Literleistung erreicht, während die Gefahr eines Klingeins abgebaut und das Temperaturniveau im Abgasteil gesenkt wird.

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Claims (2)

1. Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 918/4

   Stuttgart-Untertürkheim 22. Febr. 1980

   Ansprüche

   Verfahren zum Betreiben einer mit homogenem Gas betriebenen fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei der flüssiger Kraftstoff vollständig vergast und in einem etwa konstanten relativ mageren Verhältnis mit Luft vermischt wird (Quantitätsregelung), dadurch gekennzeichnet , daß die Qualitätsregelung auf einen unteren Teillastbereich beschränkt bleibt und daß oberhalb davon Kraftstoff im flüssigen Zustand möglichst ohne Kontakt des Einspritzstrahles mit relativ kalten Wandungsteilen in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird (Qualitätsregelung).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich der rein gasförmigen Kraftstoffzufuhr bis etwa 60$ der maximalen Leistung der Brennkraftmaschine reicht.

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   3· Mit homogenem Gas betriebene fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem fremdbeheizten Verdampfer für den Kraftstoff und mit einem Luft/Gasmischer zur Erzeugung eines Luft/Gasgemisches etwa konstanter Zusammensetzung, ferner mit einer Drosselklappe zur lastabhängigen Steuerung der zugeführten Ladungsmenge sowie mit einem zu den einzelnen Brennräumen der Brennkraftmaschine sich verzweigenden Ansaugrohr, ferner mit je einem taktweise geöffneten Ansaugventil für jeden Brennraum und mi b einem wenigstens mittelbar mit der Drosselklappe gekoppelten Gashebel, dadurch gekennzeichnet, daß der Gashebel (V) in der Veise mit der Drosselklappe (4) verbunden ist, daß diese bereits im Teillast;Dereich voll geöffnet ist und bei weiter bewegtem Gashebel (4') in dieser Stellung verharrt, daß in unmittelbarer Nähe eines jeden Einlaßventiles je ein Einspritzventil (17) für flüssigen Kraftstoff vorgesehen ist und daß in der gemeinsamen Zufuhrleitung (i6) dieser Einspritzventile (17) ein wenigstens mittelbar mit dem Gashebel ('V) gekoppeltes Steuerventil I5 zur last- und/oder drehzahlabhängigen Einsteuerung einer entsprechend großen Kraftstoff menge vorgesehen ist.

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