DE4140071A1 - Luftverdichtende einspritzbrennkraftmaschine mit einer einspritzduese zur direkten einspritzung von selbstzuendungsunwilligem kraftstoff, insbesondere methanol - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Einspritzbrenn­ kraftmaschine mit einer Einspritzdüse zur direkten Einspritzung von selbstzündungsunwilligem Kraftstoff, insbesondere Methanol, nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die Maßnahme, eine serienmäßige luftverdichtende Einspritz­ brennkraftmaschine auf den Betrieb mit Methanol umzustellen, um die Abgasqualität von Straßenfahrzeugen weiter zu verbessern, ist allgemein bekannt. Da Methanol selbst nicht zündungsfähig ist, werden Zündstrahlverfahren eingesetzt (ATZ, Automobil­ technische Zeitschrift 81 (1979) 3, Seite 108). Über zwei Ein­ spritzanlagen wird Dieselkraftstoff und Methanol direkt in den Muldenbrennraum eingebracht, wobei beide Einspritzdüsen etwa zu gleicher Zeit zu spritzen beginnen, allerdings spritzt der Me­ thanolstrahl länger.

Eine Ausführung dieser Art ist mit erheblichem Aufwand verbun­ den, da der Einsatz zweier getrennter Einspritzsysteme sowie die Mitführung von zwei verschiedenen Kraftstoffen im Fahrzeug erforderlich ist.

Aus der MTZ Motortechnische Zeitschrift 42 (1981) 12, S. 495 ff ist ebenfalls der Einsatz eines alternativen Energieträgers bekannt. Als Alternativkraftstoff ist selbstzündungsunwilliges Äthanol oder Methanol angesprochen. Um diesen Kraftstoff trotz dessen Selbstzündungsunwilligkeit sicher entflammen zu können, ist neben einem möglichst hohen Verdichtungsverhältnis die Be­ nützung einer fremden Zündquelle in der Art einer Zündkerze notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine mit selbstzündungsunwilligem Kraftstoffbetrieb einfache Maßnahmen durchzuführen, die neben einer Stabilität des Verbrennungsab­ laufes im gesamten Betriebsbereich, insbesondere bei niederer Drehzahl und/oder Last, auch eine Reduzierung der für die Entflammung des Kraftstoffes notwendigen Energiezufuhr zu er­ möglichen.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dienen die im Kenn­ zeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die besondere Maßnahme, vor der eigentlichen Haupteinspritz­ menge eine kleine Piloteinspritzmenge mit dazwischenliegender Einspritzunterbrechung in den Brennraum einzuspritzen und le­ diglich diese relativ kleine Piloteinspritzmenge durch eine Zündunterstützungseinrichtung zu entflammen, führt zu einer beträchtlichen Reduzierung der zuzuführenden elektrischen Energie und zu einer wesentlich verbesserten Zündwilligkeit des Alternativkraftstoffes.

Aus der DE-PS 2 48 406 ist eine für Verbrennungskraftmaschinen vorgesehene Vorrichtung zum Einführen von Kraftstoff bekannt, durch die zwar ein Teil des Kraftstoffes als Zündkraftstoff verwendet wird, durch die aber der Zündkraftstoff beim Öffnen des Einspritzventiles durch den Druck einer auf ihm lastenden Hilfsluftmenge in den Brennraum gespritzt wird. Erst beim weiteren Anheben der Nadel wird Treibstoff durch die Wirkung der vorgelagerten Einblaseluft in den Brennraum eingebracht. Bei Verwendung von selbstzündungsunwilligen Kraftstoffen ist jedoch eine dieselmotorische Verbrennung nicht sichergestellt.

In den Unteransprüchen sind noch vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine magnetventilgesteuerte Einspritzvorrichtung für eine Einspritzbrennkraftmaschine mit einem als Mulde im Kolben angeordneten Brennraum und

Fig. 2 eine Ansicht auf den Kolben mit Kraftstoffein­ spritzung und Glühkerze.

Der Kolben 1 einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftma­ schine 2 mit magnetventilgesteuerter Direkteinspritzung enthält einen als Mulde ausgebildeten Brennraum 3, in den von einer zentral im Zylinderkopf 4 angeordneten Mehrlochdüse 5 der Al­ ternativkraftstoff Methanol sternförmig eingespritzt wird. Die Mehrlochdüse 5 ist mit einer Pumpe 6 über eine Kurzleitung 7 unter Zwischenschaltung eines Magnetventiles 8 verbunden. Im Zylinderkopf 4 ist eine schräggestellte elektrische Glühkerze 9 angeordnet, die in den Randbereich der Mulde tief hineinragt, derart, daß ein Kraftstoffstrahl die Glühkerze 9 zumindest tangential streift (Fig. 2).

Die Methanoleinspritzung ist hier so getroffen, daß zunächst eine kleine Piloteinspritzmenge und dann nach einer zeitlichen Einspritzunterbrechung die eigentliche Haupteinspritzmenge eingespritzt wird, wobei der Anteil der Piloteinspritzmenge bei etwa 5% liegt.

Der seither unvermeidbare Nachteil, daß selbst bei zugeführten hohen elektrischen Energien die Zündsicherheit nicht immer ge­ währleistet ist, was unter anderem an der hohen Verdämpfungswärme des zündunwilligen Methanol liegt, welche die Temperatur im Brennraum während jeder Einspritzung beträchtlich verringert, ist durch Splitting der Einspritzung während jeden Einspritzvorganges beseitigt, da die Einspritzung einer kleinen Pilotmenge zu vergleichsweise geringer Temperatureinbuße und nach der Umsetzung zu deutlichen Temperaturerhöhungen des Brennraumes führt. In die auf diese Weise erhitzte Brennraum­ ladung wird die Haupteinspritzmenge mit dem Effekt deutlich verbesserter Zündwilligkeit eingespritzt.

Bei den aufeinanderfolgenden Einspritzungen ist die Glühkerze 9 stets eingeschaltet, deren Energiemenge in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie Brennraumdruck, Temperatur, Drehungleichförmigkeit usw. geregelt werden kann. Die Einleitung der Haupteinspritzmenge erfolgt frühestens zu einem Zeitpunkt, wenn die Voreinspritzmenge beginnt zu brennen. Die Glühkerze 9 ist nur eingeschaltet, wenn hierzu eine Not­ wendigkeit besteht. Bei Verlassen des unteren Lastbereiches und bei Vorliegen von Mindesttemperaturen im Brennraum, die bereits zum Entflammen des Methanols ohne externe Zündhilfe ausreichen, ist die Glühkerze 9 unwirksam, d. h. ausgeschaltet. Neben der Abschaltung der Glühkerze ist gegebenenfalls bei hoher Last und/oder Drehzahl bei entsprechenden zündfähigen Brennraumtem­ peraturen auch die Piloteinspritzmenge abschaltbar.

Bei Verwendung einer Zündkerze kann diese in gesteuerter Weise nur beim Einspritzen der Piloteinspritzmenge wirksam sein, aber auch ähnlich wie bei dem Einsatz einer Glühkerze nur so lange, wie hierzu eine Notwendigkeit besteht, d. h., daß mit Über­ schreiten des unteren Lastbereiches und definierter Brenn­ raummindesttemperatur die Zündkerze ausgeschaltet sein kann.

Claims (7)

1. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Ein­ spritzdüse zur Einspritzung von selbstzündungsunwilligem Kraftstoff, insbesondere Methanol, in einen Brennraum und mit einer Zündunterstützungseinrichtung zur Entflammung des zünd­ unwilligen Kraftstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einspritzung des zündunwilligen Kraftstoffes vor einer Haupteinspritzmenge eine von dieser zeitlich getrennte kleine Piloteinspritzmenge bei wirksamer Zündunterstützungseinrichtung in den Brennraum (3) eingebracht wird.

2. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündunterstützungseinrichtung aus einer elektrischen Zündkerze besteht, die nur für die in den Brennraum einge­ brachte Piloteinspritzmenge wirksam ist.

3. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündunterstützungseinrichtung aus einer elektrischen Glühkerze (9) besteht.

4. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahl der Piloteinspritzmenge die Glühkerze (9) zu­ mindest tangential streift.

5. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerze (9) lediglich im unteren Lastbereich wirksam ist.

6. Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Piloteinspritzmenge bei hoher Last und/oder Drehzahl abschaltbar ist.

7. Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Piloteinspritzmenge bezogen auf die Gesamt­ einspritzmenge zwischen 2% und 25% beträgt.