DE2851504C2 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und variablem Verdichtungsverhältnis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und variablem Verdichtungsverhältnis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine nach dem gattungsgemäßen Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine ist aus der US-PS 10 05118 bekannt. Diese Brennkraftmaschine ist in der Lage, Schweröle vollständig und rauchfrei zu verbrennen. Dabei wird bei noch kalter Maschine zunächst in einem Vergaser Gemisch aufbereitet und dem Hauptbrennraum einschließlich zugeschalteter Nebenkammer zugeführt. Das Gemisch wird mittels einer in der Nebenkammer angeordneten Zündkerze gezündet. Sobald die Wände des Hauptbrennraumes ausreichend erhitzt sind, wird die Kraftstoffzufuhr zum Vergaser abgesperrt und ein Mechanismus in Gang gesetzt, mit dem ein im Zylinderkopf angeordnetes Einspritzventil aktiviert wird, woraufhin die Nebenkammer abgetrennt wird und mit Kompressionszündung gearbeitet wird. Der Mechanismus zum In- und Außerbetriebsetzen des Einspritzventils ist verhältnismäßig kompliziert. Dadurch, daß im betriebswarmen Zustand mit Kompressionszündung gearbeitet wird, ist die spezifische Leistung der Brennkraftmaschine begrenzt.

Aus der DE-PS 6 43 626 ist eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzündung bekannt, die einen Anlaßspeicherraum aufweist, in dem eine Zündhilfe, beispielsweise eine Glühkerze oder eine Zündkerze, angeordnet ist. Mit dieser Zündhilfe wird erreicht, daß bei Stillstand der Maschine und bei vom Anlaßspeicher abgeschaltetem Arbeitsspeicher die eingeschaltete Zündhilfe als Wärmequelle zur Anwärmung des im Anlaßspeicher befindlichen Luftvolumens dient. Beim Anlassen wird der Anlaßspeicher dann dem eigentlichen Brennraum zugeschaltet, wodurch das Kraftstoff-Luftgemisch in eine vorgewärmte Luftmenge gelangt, in der es leichter entzündbar ist. Nach dem Anlassen wird der Anlaßspeicher mit der Zündhilfe vom Arbeitsspeicher getrennt, so daß die Maschine wie ein herkömmlicher Dieselmotor arbeitet.

Aus der GB-PS 5 58 851 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Verdichtungsverhältnis durch einen in den Kurbeltrieb eingreifenden Mechanismus verstellbar ist. Zusätzlich ist für den Vollastbereich eine Nebenkammer mit einer Zündkerze vorgesehen, wobei die Nebenkammer bei niederer Verdichtung durch Öffnen eines Ventils zuschaltbar ist. Bei Betrieb mit niederer Verdichtung durchströmt der Brennkraftmaschine zugeführte Frischluft einen Vergaser, in dem die Kraftstoffzufuhr und Gemischaufbereitung erfolgt. Bei Betrieb mit hoher Verdichtung mit Kompressionszündung im Teillastbereich strömt die Frischluft am

ίο Vergaser vorbei direkt in den Hauptbrennraum, in den Dieselkraftstoff eingespritzt wird. Die Brennkraftmaschine arbeitet somit mit zwei verschiedenen Kraftstoffsystemen und Kraftstoffsorten, was einen hohen baulichen Aufwand erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau der Brennkraftmaschine einen Betrieb mit größtmöglicher Wirtschaftlichkeit gestattet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen aus dem Kennzeichen des Patentanspruchs gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird im Unterschied zum Verfahren gemäß der eingangs gewürdigten US-PS 10 05 118 unter allen Betriebsbedingungen Kraftstoff in den Hauptbrennraum eingespritzt. Dadurch kann ein Vergaser und entsprechend ein Mechanismus zum Umschalten der Kraftstoffzufuhr auf einen Vergaser entfallen. Bei zugeschalteter Nebenkammer, d. h. niederer Verdichtung, erfolgt die Zündung wie bei an sich bekannten Brennkraftmaschinen mit unbeschickter Nebenkammer dadurch, daß ein Teil des Gemisches beim Verdichtungshub des Kolbens in die Nebenkammer gedrückt und dort zu einem zweckentsprechenden Zeitpunkt gezündet wird. Ein weiterer entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine mit Selbstzündung gearbeitet wird, wohingegen im Vollastbetrieb mit Fremdzündung gearbeitet

ίο wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Vorteile des Dieselverfahrens, insbesondere der niedere Kraftstoffverbrauch im Teillasibetrieb, mit den Vorteilen des Ottoverfahrens, insbesondere die große spezifische Leistung durch höhere Drehzahlen, vereint werden. Die Nachteile des Dieselverfahrens, beispielsweise schlechte Abgasqualität bei höheren Drehzahlen im Vollastbetrieb, werden ebenso vermieden wie die Nachteile des Ottoverfahrens, nämlich ungünstiger Verbrauch im Teillastbetrieb.

Es versteht sich des weiteren, daß eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine zum Anlassen selbst mit zugeschalteter Nebenkammer betrieben werden kann und erst nach Erreichen der Betriebstemperatur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Damit wird das Kaltlaufnageln von Dieselmotoren vermieden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Es stellt dar:

F i g. 1 ein Schaltschema einer nach dem Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine.

Gemäß Fig. 1 weist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 ein Zylindergehäuse 2, einen Kolben 3 und einen Zylinderkopf 4 auf. Der Kolben 3 ist über ein Pleuel 5 mit einer Kurbelwelle 6 verbunden und begrenzt zusammen mit dem Zylinderkopf 4 und dem Zylindergehäuse 2 einen Hauptbrennraum 7.

Im Zylinderkopf 4 sind in bekannter Weise ein

Abgaskanal mit einem Auslaßventil (im gezeigten Schnitt nicht ersichtlich) und ein Ansaugkanal mit einem Einlaßventil 9 angeordnet In den Hauptbrennraum 7 mündet weiter ein Überströmkanal 10, der mit einer Nebenkammer 11 verbunden ist Die Nebenkammer 11 ist beispielsweise nach Art einer an sich bekannten Wirbelkammer ausgebildet, d. h. der Überströmkanal 10 mündet tangential in die Nebenkammer 11 ein. Im Bereich des Überströmkanals 10 ist in den Zylinderkopf 4 ein Wal7endrehschieber 12 eingesetzt, der eine dem Querschnitt des Überströmkanals 10 entsprechende Bohrung 13(siehe vergrößerte Einzelheit Xder Fig. 1) aufweist. Der Überströmkanal 10 kann somit durch Verdrehen des Walzendrehschiebers 12 um 90° abgesperrt werden. Schließlich ist in der Nebenkammer 11 eine Zündkerze 26 angeordnet, die von einer nicht dargestellten, herkömmlichen Zündanlage gespeist wird.

In den Hauptbrennraum 7 ragt eine Einspritzdüse 14 ein, die über eine Leitung 15 mit einer Einspritzpumpe 16 verbunden ist und über die Dieselkraftstoff in den Hauptbrennraum 7 eingespritzt wird.

An den Ansaugkana' 8 schließt sich ein Saugrohr 17 an. Die zu den einzelnen Kolben-Zylindereinheiten führenden Saugrohre 17 sind zu einem gemeinsamen Saugrohr 18 zusammengefaßt, in dem in an sich bekannter Weise eine den Ansaugquerschnitt steuernde Drosselklappe 19 arbeitet, welche über einen Hebe! 20 und über einen Seilzug 21 von einem Gaspedal 22 her betätigt wird. Über einen weiteren Seilzug 23 wenden Regelstangen 24, 25 zur Verstellung der Fördermenge der Einspritzpumpe 16 betätigt.

Zum Umschalten des Betriebes der Brennkraftmaschine von Selbstzündung auf Fremdzündung ist eine Einrichtung vorgesehen, die im wesentlichen ai!^r, einem Relais 27, einem drehzahl- und/oder sauprohrclruckabhängigen Schalter 28, einem vom Gaspc-Jai betätigten Umschalter 29, einem die Drosselklappe verstellenden Elektromagneten 31, einem den Einspritzzeitpunkt der Einspritzpumpe 16 verstellenden Elektromagneten 32 und schließlich einem den Walzendrehschieber 12 um 90° verdrehenden Stellteil 33 besteht. Die Steuerwicklung 34 des Relais 27 kann über einen Zündschalter 35 an das Pluspotential einer Stromquelle 36 angelegt werden. Des weiteren ist die Steuerwicklung 27 über entsprechende Leitungen mit dem Schalter 28, dem Umschalter 29 und einem Temperaturfühler 37 verbunden und wird bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine, beim Betätigen des Gaspedals 22 über einen bestimmten Weg hinaus oder beim Unterschreiten einer unteren Temperatur der Brennkraftmaschine an Minuspotential gelegt.

1st der Stromkreis der Steuerwicklung 34 geschlossen (gezeichnete Anordnung), so verbindet die Kontaktbrücke 38 des Relais 27 den der Einspritzpumpe 16 zugeordneten Elektromagneten 32 mit dem Pluspotential der Stromquelle 36, wodurch der Einspritzzeitpunkt auf früh verstellt wird. Des weiteren bringt das Stellteil 33 den Walzendrehschieber 12 in eine den Überströmkanal 10 öffnende Stellung, so daß die Brennkraftmaschine nach dem Ottoverfahren mit verminderter Verdichtung arbeitet. Die Einspritzung des Kraftstoffes in den Hauptbrennraum 7 erfolgt dabei so früh, daß vor

ίο oder während des Kompressionshubs Gemisch in die Nebenkammer 11 gedrückt wird und dort vor dem oberen Totpunkt mittels der Zündkerze 26 gezündet wird. Die beschriebene Art der Aufbereitung des Zündgemisches hat den Vorteil, daß auch bei noch nicht vollständiger Gemischaufbereitung im Hauptbrennraum 7 in der Nebenkammer 11 wegen der dortigen intensiven Verwirbelung ein einwandfrei zündfähiges Gemisch entsteht.

Ist der Stromkreis der Steuerwicklung 34 unterbro- eher., so nimmt die Kontaktbrücke 38 die gestrichelt gezeichnete S<ellung ein und verbindet den den Hebel 20 der Drosseikiappe 19 betätigenden Elektromagneten 31 mit Pluspotential, wodurch dieser die Drosselklappe 19 in eine voll geöffnete Stellung zieht. Des weiteren wird der Elektromagnet 32 abgeschaltet, wodurch die Einspritzpumpe 16 wieder auf den für das Dieselverfahren geeigneten Einsoritzzeitpunkt rückschaltet. Das Stellteil 33 wird ebenfalls stromlos, so daß der Walzendrehschieber 11 in seine den Überströmkanal 10 absperrende Lage gedreht wird. Die Maschine arbeitet nun wie eine herkömmliche direkteinspritzende Dieselbrennkraftmaschine.

Das geometrische Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine ist so ausgelegt, daß bei geschlossenem

Überströmkanal 10 ein Verdichtungsverhältnis von beispielsweise 22 und bei geöffnetem Überströmkanal 10 ein Verdichtungsverhältnis von beispielsweise 10 vorliegt. Im Teillastbetrieb, beispielsweise bei Drehzahlen unter 3000 min-', wird die Brennkraftmaschine mit Selbstzündung betrieben. Bei höheren Drehzahlen oder bei Vollast erfolgt der Betrieb mit Fremdzündung. Davon unabhängig erfolgt bei Kühlwassertemperaturen von beispielsweise von unter 60°C ein Betrieb mit Fremdzündung.

Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen kann es vorteilhaft sein, die Umschaltung in wenigstens zwei Zylindergruppen zeitlich verzögert durchzuführen, so daß in Lastübergangszuständen eine Zylindergruppe mit Selbstzündung und die andere Zylindergruppe bereits mit Fremdzündung aibeitet. Eine derartige Umschaltung ist beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine mit einer speziell ausgebildeten Einspritzpumpe möglich, deren Pumpenelemente für je eine Zylindergruppe separat gesteuert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und variablem Verdichtungsverhältnis unter Verwendung einer einzigen Kraftstoffsorte, wobei das Verdichtungsverhältnis durch Zuschalien einer mit einer Zündquelle versehenen Nebenkammer zu einem Hauptbrennraum vermindert wird, und wobei bei hoher Verdichtung mit Kompressionszündung gearbeitet und Kraftstoff in den Hauptbrennraum eingespritzt wird und bei verminderter Verdichtung mit Fremdzündung mit den Betriebsbedingungen angepaßtem Zündzeitpunkt gearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff auch bei Betrieb rr.it verminderter Verdichtung und Fremdzündung in den Hauptbrennraum eingespritzt wird und daß im Teillastbereich mit Kompressionszündung und im Voilastbereich mit Fremdzündung gearbeitet wird.