DE102015015518A1

DE102015015518A1 - Fuel / air injection system for internal combustion engines

Info

Publication number: DE102015015518A1
Application number: DE102015015518.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: EP3380709A1; DE102015015518B4; WO2017089581A1

Abstract

Die Einspritzverfahren für Diesel- und DI-Ottomotoren basieren heute ausschließlich auf einer rein hydraulischen Strahlzerstäubung, beim D-Otto-Verfahren gibt es Ansätze zu einer luftunterstützten Vorkammer. Um die Zerstäubungsgüte zu verbessern, werden die Systemdrücke immer höher getrieben, bei der Dieseleinspritzung über 2500 bar. Das stößt an mechanische und physikalische Grenzen. Die neue Lösung besteht in der Zuführung von Druckluft oder anderen gasförmigen Stoffen in eine Luft/Gas-Nut (4), die im Düsenkörper (1) oder der Kegelspitze (3) der Düsennadel (2) direkt am brennraumseitigen Ende der Einspritzdüse angeordnet sind. Das Aufbrechen der Kraftstoffmoleküle wird durch die Druckluft wirksam unterstützt bis zu der Möglichkeit, einen ständigen Luftstrom durch die Düsenlöcher (9) zu blasen. Zu dieser Lösung gehört auch eine Pumpeneinheit aus Kraftstoffpumpe (20) und Druckluftpumpe (21). Die Erfindung wird am Besten durch 1 und 4 charakterisiert.The injection methods for diesel and DI gasoline engines are based today exclusively on a purely hydraulic jet atomization, in the D-Otto process, there are approaches to an air-assisted antechamber. In order to improve the atomization quality, the system pressures are driven higher and higher, with the diesel injection over 2500 bar. This encounters mechanical and physical limits. The new solution consists in the supply of compressed air or other gaseous substances in an air / gas groove (4) in the nozzle body (1) or the cone tip (3) of the nozzle needle (2) are arranged directly on the combustion chamber end of the injection nozzle. The breaking up of the fuel molecules is effectively assisted by the compressed air up to the possibility of blowing a steady stream of air through the nozzle holes (9). This solution also includes a pump unit of fuel pump (20) and compressed air pump (21). The invention is best characterized by FIGS. 1 and 4.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem, bei welchem der Kraftstoff nicht ausschließlich durch die hydraulische Strahlzerstäubung unter hohem Druck aufbereitet wird. Vielmehr soll durch die Zuführung von Druckluft, gegebenenfalls weiterer Stoffe, die Verringerung der Partikelemission, z. B. auch in Verbindung mit einer Reduzierung der NOx-Schadstoffe, erreicht werden. Die heutigen, mit rein hydraulischer Zerstäubung arbeitenden Einspritzsysteme für Diesel- und Ottomotoren werden derzeit mit immer höheren Systemdrücken betrieben. Bei den Diesel-Common Rail-Systemen (CR) ist man bei 2700 bar angekommen, die Otto-Direkteinspritzung (DI) arbeitet zz. mit 350 bar. Dabei ist die Kraftstoffzerstäubung mittels Druckluft die ursprüngliche und eine sehr emissionsarme Methode gewesen. Bis in die 1920iger Jahre beherrschte dieses Verfahren die großen Dieselmaschinen; der Luftkompressor war jedoch ein großes zusätzliches Bauteil. Sein Wegfall durch die Pionierarbeiten der Firmen Vickers, Bosch, MAN, Junkers leitete die Ära der hydraulischen Zerstäubung ein und damit den Siegeszug des Fahrzeugdiesels. Im LKW-Bereich setzte sich bald die Direkteinspritzung durch, die härtere Dieselverbrennung wurde akzeptiert. Im PKW-Bereich blieb die Luft ein guter Partner für die Kraftstoffzerstäubung durch die Pionierarbeiten von Prosper L'Orange. Sein Vorkammermotor mit der vom Hauptbrennraum abgeschnürten Vorkammer, „in welcher eine Teilverbrennung erfolgt, die den gesamten restlichen Brennstoff unter dem Überdruck der Teilverbrennung ähnlich dem Einblaseverfahren mit den dabei entstehenden Verbrennungsgasen in den Hauptbrennraum einbläst und einwirbelt”, ermöglichte die für den PKW-Diesel erforderlichen hohen Motordrehzahlen und damit ein geringeres Motorgewicht. Die Firma Daimler Benz, im Besitz der Vorkammerpatente, hat bis in die 1960iger Jahre am Vorkammermotor für den PKW-Diesel wegen der weicheren Verbrennung festgehalten. Andere „Kammerverfahren” setzten ebenfalls auf die gute Vormischung von Kraftstoff und Luft. Insbesondere der Wirbelkammermotor nach den Patenten Oberhänsli, 1930/31 von der Firma Vomag AG Plauen/V. unter Vomag-Oberhänsli zunächst für den LKW zur Serienreife gebracht, war später in den meisten PKW-Dieselmotoren vorherrschend, eigentlich bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Schweizer M. Ganser seine CR-Einspritzung vorstellte und damit eine neue Ara des Dieselmotors einleitete.The invention relates to an injection system in which the fuel is not treated exclusively by the hydraulic jet atomization under high pressure. Rather, by the supply of compressed air, optionally other substances, the reduction of the particle emission, z. B. also in conjunction with a reduction of NOx pollutants can be achieved. Today's purely hydraulic atomization injection systems for diesel and gasoline engines are currently operated at ever higher system pressures. With the diesel common rail systems (CR) one arrives with 2700 bar, the gasoline direct injection (DI) works zz. with 350 bar. Here, the fuel atomization by compressed air was the original and a very low-emission method. Until the 1920s, this process dominated the large diesel engines; however, the air compressor was a big additional component. His departure from the pioneering work of the Vickers, Bosch, MAN and Junkers companies ushered in the era of hydraulic atomization and thus the triumphant advance of the vehicle diesel. In the truck sector, the direct injection soon prevailed, the harder diesel combustion was accepted. In the passenger car sector, the air remained a good partner for fuel atomization through the pioneering work of Prosper L'Orange. His pre-chamber engine with the pre-chamber from the main combustion chamber, "in which a partial combustion takes place, which injects the entire remaining fuel under the overpressure of the partial combustion similar to the Einblaseverfahren with the resulting combustion gases in the main combustion chamber and whirls", made possible for the passenger car diesel high engine speeds and thus a lower engine weight. The company Daimler Benz, in possession of the pre-chamber patents, held until the 1960s on the pre-chamber engine for the passenger car diesel because of the softer combustion. Other "chamber processes" also rely on the good premix of fuel and air. In particular, the vortex chamber motor according to the patents Oberhänsli, 1930/31 of the company Vomag AG Plauen / V. Under the name Vomag-Oberhänsli, it was initially made ready for series production for the truck, but later prevailed in most passenger car diesel engines, actually until the moment when the Swiss M. Ganser introduced his CR injection and thus introduced a new era of the diesel engine.

Es sind bereits Vorschläge bekannt, bei welchen die hydraulische Strahlzerstäubung durch Druckluft unterstützt wird. Im DE 35 33 014 wird „eine kleine Menge Druckluft dem Einspritzstrahl nachgeblasen”, wobei diese Druckluft dem Motorzylinder unter Zwischenschaltung eines Luftspeichers entnommen wird. Im DE 32 41 679 werden „Saugschlitze” im Düsenkörper quer zu den Spritzlöchern vorgeschlagen. In diese Saugschlitze dringt Verdichtungsluft aus dem Brennraum ein und der austretende Kraftstoffstrahl soll sich mit der Luft in den Saugschlitzen für eine verbesserte Verbrennung vermischen. In beiden Fällen scheint der Verbesserungseffekt gering zu sein, ein Nachblasen von Luft und einfache Querschlitze sind zu wenig.There are already known proposals in which the hydraulic jet atomization is supported by compressed air. in the DE 35 33 014 is "blown a small amount of compressed air to the injection jet," this compressed air is taken from the engine cylinder with the interposition of an air reservoir. in the DE 32 41 679 "Suction slits" are proposed in the nozzle body transverse to the spray holes. Compressing air from the combustion chamber penetrates into these suction slots and the outgoing fuel jet is intended to mix with the air in the intake slots for improved combustion. In both cases, the improvement effect seems to be low, an air re-blowing and simple transverse slots are not enough.

Des Weiteren existiert eine Vielzahl von Patentvorschlägen, die zwei Flüssigkraftstoffe, meist einen Zündkraftstoff und einen zündunwilligen Hauptkraftstoff, in der Einspritzdüse zur Mischung bringen. Im DE 29 24 128 besitzt die Einspritzdüse zwei oberhalb des Düsennadelsitzes angeordnete Teildruckräume für beide Kraftstoffe. Zwei Zuführkanäle im Düsenkörper führen den Zündkraftstoff aus einer Niederdruckpumpe und den Hauptkraftstoff aus einer Hochdruckpumpe zu. Ein Rückschlagventil im Niederdruckbereich verhindert eine Rückströmung des Zündkraftstoffes. Im DE 37 24 987 soll ein zweiter Kraftstoff in die Druckleitung eingespeist werden, und zwar in der Phase, in welcher die Hochdruckeinspritzung erfolgt ist und das System unter einem Ruhedruck steht. Wie bei den vorher genannten Systemen ist auch hier eine zweite Kraftstoffpumpe erforderlich. Im DE 29 22 628 soll das zweite Medium, vorwiegend Wasser, über eine hohlgebohrte Düsennadel in den Brennraum eingebracht werden. Dabei dient der Federraum für die Schließfeder der Düsennadel zur Aufnahme des Wassers bzw. des zweiten Mediums. Diese Medien werden durch Niederdruckpumpen oder Druckvorratsbehälter eingespeist. Die DE 195 29 826 beschreibt ein Einspritzventil für ein CR-Einspritzsystem mit einer Magnetventilsteuerung, wobei die Steuerung mit Druckluft aus einem Abgasturbolader unterstützt wird. Im DE 198 34 867 sind zwei ineinander geführte Düsennadeln vorgesehen, welche stufenweise zu betätigen sind und die damit zwei, in unterschiedlicher Höhe liegende Spritzlöcher freigeben können.Furthermore, there are a large number of patent proposals that bring two liquid fuels, usually a pilot fuel and an ignition-deficient main fuel, in the injection nozzle for mixing. in the DE 29 24 128 the injector has two arranged above the nozzle needle seat partial pressure chambers for both fuels. Two feed channels in the nozzle body supply the pilot fuel from a low pressure pump and the main fuel from a high pressure pump. A check valve in the low pressure area prevents backflow of the pilot fuel. in the DE 37 24 987 a second fuel is to be fed into the pressure line, in the phase in which the high-pressure injection has taken place and the system is under a static pressure. As with the aforementioned systems, a second fuel pump is also required here. in the DE 29 22 628 the second medium, mainly water, is introduced into the combustion chamber via a hollow-drilled nozzle needle. In this case, the spring chamber for the closing spring of the nozzle needle for receiving the water or the second medium is used. These media are fed by low pressure pumps or pressure tanks. The DE 195 29 826 describes an injection valve for a CR injection system with a solenoid valve control, wherein the control is supported by compressed air from an exhaust gas turbocharger. in the DE 198 34 867 two nozzle needles inserted into each other are provided, which are to be actuated stepwise and thus can release two injection holes located at different heights.

Bei den Otto-DI-Verfahren sind ebenfalls luftunterstützte Einspritzverfahren bekannt, wobei herkömmliche Saugrohr-Einspritzventile mit einem Luftinjektor gekoppelt sind. Der Kraftstoff wird im Luftinjektor zu einer Gemischwolke zerstäubt und diese Gemischwolke in den Brennraum eingespritzt. Das Verfahren basiert demnach auf einer außerhalb des Brennraumes liegenden Vorkammer, ein zusätzlicher Luftkompressor ist erforderlich. Der positive Einfluss einer Zerstäubungshilfe durch die Druckluft ist deutlich erkennbar, bei Tests konnten die Schadstoffe HC + NOx um 30% reduziert werden.In the gasoline DI methods, air-assisted injection methods are also known, wherein conventional intake manifold injectors are coupled to an air injector. The fuel is atomized in the air injector to a mixture cloud and injected this mixture cloud into the combustion chamber. The method is therefore based on a pre-combustion chamber located outside the combustion chamber, an additional air compressor is required. The positive influence of an atomization aid by the compressed air is clearly recognizable, with tests the pollutants HC + NOx could be reduced by 30%.

Diese bekannten Vorschläge, von denen eine Vielzahl weiterer existieren, berühren das Wesen der vorliegenden Erfindung nur mittelbar. Zur Untersuchung der Strahlausbreitung und einsetzenden Verbrennung gibt es eine Vielzahl von theoretischen und experimentellen Arbeiten. Die Durchmischung von Kraftstoff und Zylinderluft wird dabei als Kern der einsetzenden Verbrennung angesehen. Diese Durchmischung unmittelbar am Kegel der Einspritzdüse einzuleiten, ist Aufgabe der Erfindung. Es ist ferner die Aufgabe, eine kombinierte Druckpumpe für die Zuführung mehrerer Medien zu schaffen.These known proposals, of which a plurality of others exist, affect the essence of the present invention only indirectly. There are a variety of theoretical and experimental work to investigate beam propagation and incipient combustion. The mixing of Fuel and cylinder air is regarded as the core of incipient combustion. To initiate this mixing directly on the cone of the injector, object of the invention. It is also the object to provide a combined pressure pump for the supply of multiple media.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der abdichtende Kegelsitz der Düsennadel in Strömungsrichtung gesehen in einen oberen und einen unteren Sitz geteilt sind und in die dazwischenliegende Nut die Druckluft oder weitere, vorwiegend gasförmige Stoffe, zugeführt werden. Somit trifft beim Anheben der Düsennadel der Kraftstoff zuerst auf die gasförmigen Stoffe, so dass ein erster Vormischeffekt entsteht. Desweiteren sind im oberen Sitz mikrofeine Kanäle vorgesehen, durch welche der mit Hochdruck zugeführte Kraftstoff in Minimalmenge in diese Nut eintritt, so dass eine weitere Vormischung erfolgt. Zur Lösung der Erfindungsaufgabe gehört auch die Schaffung einer Druckpumpe, bei welcher die Zylinder für Kraftstoff und Druckluft zu einer Einheit verbaut sind und der Antrieb über eine einzige Antriebs/Nockenwelle erfolgt. Weitere Ausgestaltungen sind im nachfolgenden Ausführungsbeispiel angegeben.This object is achieved in that the sealing conical seat of the nozzle needle in the flow direction are divided into an upper and a lower seat and in the intermediate groove, the compressed air or other, mainly gaseous substances are supplied. Thus, when lifting the nozzle needle, the fuel first encounters the gaseous substances, so that a first premix effect arises. Furthermore, microfine channels are provided in the upper seat, through which the high-pressure fuel enters in minimal amount in this groove, so that a further premix takes place. To solve the invention task also includes the creation of a pressure pump in which the cylinders are installed for fuel and compressed air to form a unit and the drive is via a single drive / camshaft. Further embodiments are given in the following embodiment.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Zeichnungen zeigen:The drawings show:

1
Die Grundausführung der Erfindung, dargestellt an einer Sitzloch-Einspritzdüse. 1
The basic embodiment of the invention, shown on a seat hole injection nozzle.

2
Eine analoge Ausführung mit einer Sackloch-Einspritzdüse. 2
An analogous version with a blind hole injection nozzle.

3
Eine weitere Ausführung einer veränderten Sackloch-Einspritzdüse, wobei die Zuführung der gasförmigen Stoffe durch den Hub der Düsennadel steuerbar ist. 3
Another embodiment of a modified blind hole injection nozzle, wherein the supply of gaseous substances is controlled by the stroke of the nozzle needle.

4
Eine schematische Übersicht des neuen Einspritzsystems. 4
A schematic overview of the new injection system.

In der 1 liegt in einem Düsenkörper 1 die Düsennadel 2 mit ihrer Kegelspitze 3 abdichtend an. Sie wird in der bekannten Art und Weise durch hydraulischen Druck, oder ein Piezopaket, oder ein anderes Stellglied schlagartig bzw. feingestuft angehoben und damit die Ausspritzung eingeleitet. Dies ist der bekannte Stand der Technik. Erfindungsgemäß liegt die Kegelspitze 3 nicht durchgehend am Düsenkörper 1 an, sondern durch eine Luft/Gas-Nut 4 kommt die Kegelspitze 3 in zwei Sitzen zum Anliegen und Abdichten, einem oberen Sitz 5 und einem unteren Sitz 6. Der hochgespannte Kraftstoff wird über den Kraftstoffraum 7 der Kegelspitze 3 zugeführt, während die Druckluft über den Luftkanal 8 in die Luft/Gas-Nut 4 eingeleitet wird. Beim Anheben der Düsennadel 2 trifft der über den oberen Sitz 5 einströmende Kraftstoff zuerst auf die Druckluft in der Luft/Gas-Nut 4 und unter einer ersten Vormischung von Kraftstoff und Luft strömt die Gemengelage durch den offenen unteren Sitz 6 den Spritzlöchern 9 zu. Neben dem Luftkanal 8 können über einen Zusatzkanal 10 weitere, vorwiegend gasförmige Medien der Luft/Gas-Nut 4 zugeführt werden und damit zur Vormischung, zum Aufbrechen der Kraftstoffmoleküle, aber auch zur Beeinflussung z. B. der NOx-Emission beitragen. Um eine Vormischung noch intensiver zu gestalten, kann der obere Sitz 5 mikrofeine Längsnuten 11 besitzen, durch welche auch bei geschlossenem Sitz 5 eine Minimalmenge Kraftstoff in die Luft/Gas-Nut 4 eintritt.In the 1 lies in a nozzle body 1 the nozzle needle 2 with her cone tip 3 sealingly. It is raised abruptly or finely in the known manner by hydraulic pressure, or a piezoelectric package, or another actuator and thus initiated the ejection. This is the known state of the art. According to the invention, the cone tip lies 3 not continuously on the nozzle body 1 but through an air / gas groove 4 comes the cone top 3 in two seats for concern and caulking, an upper seat 5 and a lower seat 6 , The high-tension fuel gets over the fuel space 7 the cone top 3 fed while the compressed air through the air duct 8th in the air / gas groove 4 is initiated. When lifting the nozzle needle 2 meets the over the top seat 5 inflowing fuel first to the compressed air in the air / gas groove 4 and under a first premix of fuel and air, the batch passes through the open lower seat 6 the spray holes 9 to. Next to the air duct 8th can via an additional channel 10 further, predominantly gaseous media of the air / gas groove 4 be supplied and thus for premixing, breaking up the fuel molecules, but also to influence z. B. contribute to the NOx emission. To make a premix even more intense, the upper seat 5 microfine longitudinal grooves 11 own, by which even when the seat is closed 5 a minimum amount of fuel into the air / gas groove 4 entry.

Die eigentliche Dichtkante der Düsennadel 2 befindet sich am unteren Sitz 6, darunter in Richtung Düsennadelspitze kann, wie vor allem bei Sitzlochdüsen üblich, ein Luftspalt im Hundertstel Millimeterbereich angebracht sein. An den Kanälen 8 und 10 sind in herkömmlicher Weise Rückschlagventile 12 angeordnet.The actual sealing edge of the nozzle needle 2 is located at the bottom seat 6 , including in the direction of nozzle needle tip, as usual, especially in seat hole nozzles, an air gap in the hundredths of a millimeter range may be appropriate. At the channels 8th and 10 are conventional check valves 12 arranged.

In der 2 sind die erfindungsgemäßen Mittel an einer Sacklochdüse dargestellt. Die Spritzlöcher 9 gehen nicht von der Kegelspitze 3, sondern von einem Sackloch 13 aus. Die Luft/Gas-Nut 4 kann vergrößert ausgeführt werden und besitzt eine für den Abfluss des Kraftstoff/Luftgemisches günstige Gestalt. Die übrige Arbeitsweise entspricht den zur 1 gemachten Angaben.In the 2 the agents according to the invention are shown on a blind-hole nozzle. The spray holes 9 do not go from the top of the cone 3 but from a blind hole 13 out. The air / gas groove 4 can be made enlarged and has a favorable for the outflow of the fuel / air mixture shape. The rest of the work corresponds to the 1 information provided.

In der 3 ist am Beispiel einer Sacklochdüse die Luft/Gas-Nut 4 in die Kegelspitze 3 gelegt, so dass in gleicher Weise ein oberer Sitz 5 und ein unterer Sitz 6 entstehen. Die Düsennadel 2 besitzt – gleichsam als zweite Nadelführung – einen spielarm im Düsenkörper 1 geführten Bund 14 mit einer Ringnut 15. Diese steht über Quer- und Längsbohrungen 16 mit der Luft/Gas-Nut 4 in Verbindung. Die Druckluft fließt vom Luftkanal 8 aus der Ringnut 15 und weiterhin der Luft/Gas-Nut 4 zu, mit dem Effekt der Vormischung, so bald die Düsennadel 2 öffnet und der Kraftstoff in Richtung der Spritzlöcher 9 fließt. Mit der Lage des Luftkanales 8 zur Ringnut 15 kann beim Hub der Düsennadel 2, der üblicherweise 0,2–0,3 mm beträgt, die Luftzufuhr gesteuert werden. Die senkrechte, im Sackloch 13 endende Längsbohrung 16 ist durch einen Stopfen 17 verschließbar. Dieser Stopfen 17 kann aber auch eine Düsenbohrung enthalten, so dass ein ständiger abgestimmter Luftstrom – auch bei geschlossener Düsennadel 2 – in das Sackloch 13 und durch die Spritzlöcher 9 fließt. Für das Sauberhalten der Spritzlöcher 9 ist das ein positiver Effekt. Die Kraftstoffzufuhr erfolgt von einem Kraftstoffkanal 18 aus zu dem hier unterhalb des Bundes 14 liegenden Kraftstoffraum 7. In Höhe der Luft/Gas-Nut 4 kann ein Luftspeicher 19 das vorgehaltene Luftvolumen vergrößern. Der Zusatzkanal 10 für die Einspeisung weiterer Medien – hier in die Ringnut 15 – liegt außerhalb der Blattebene, die drei Kanäle 8, 10 und 18 befinden sich dann in Umfangsrichtung gesehen im 120°-Abstand.In the 3 is the example of a blind hole nozzle, the air / gas groove 4 in the cone top 3 placed so that in the same way an upper seat 5 and a lower seat 6 arise. The nozzle needle 2 has - as a second needle guide - a play in the nozzle body 1 led bunch 14 with an annular groove 15 , This is about transverse and longitudinal bores 16 with the air / gas groove 4 in connection. The compressed air flows from the air duct 8th from the ring groove 15 and continue the air / gas groove 4 too, with the effect of premix, so soon the nozzle needle 2 opens and the fuel in the direction of the spray holes 9 flows. With the location of the air duct 8th to the annular groove 15 can during the stroke of the nozzle needle 2 , which is usually 0.2-0.3 mm, the air supply can be controlled. The vertical, in the blind hole 13 ending longitudinal bore 16 is through a stopper 17 closable. This plug 17 but can also contain a nozzle bore, so that a constant tuned air flow - even with a closed nozzle needle 2 - in the blind hole 13 and through the spray holes 9 flows. For keeping the spray holes clean 9 is that a positive effect. The fuel is supplied from a fuel channel 18 out to the here below the covenant 14 lying fuel space 7 , At the height of the air / gas groove 4 can be an air storage 19 increase the volume of air stored. The additional channel 10 for the feeding of further media - here into the ring groove 15 - lies outside the leaf level, the three channels 8th . 10 and 18 are then seen in the circumferential direction in the 120 ° distance.

In der 4 ist das neue Einspritzsystem in der Übersicht dargestellt. Von der Pumpeneinheit, bestehend aus einer Kraftstoffpumpe 20 und einer Druckluftpumpe 21, gehen Rohrleitungen an das gemeinsame Rail 22, welches aus zwei Rohrstücken für Kraftstoff und Druckluft besteht. Von diesem Rail 22 zweigen zu den einzelnen Injektoren 23 ebenfalls zwei Leitungsstücke für Kraftstoff und Druckluft ab. Beide Rohre können auch zu einem zweiflutigen Spezialrohr vereinigt sein. Die Kraftstoffpumpe 20 wird in bekannter Weise durch eine Vorpumpe, meistens eine Tauchpumpe A versorgt, in die Druckluftpumpe 21 kann z. B. vorverdichtete Luft aus einem Turbolader B eingespeist werden. Die Druckluftpumpe 21 ist an den Kühlkreislauf C des Verbrennungsmotors angeschlossen, wobei ein Kühleffekt auch für die Kraftstoffpumpe 20 durchaus erwünscht ist. Der Antrieb der beiden Pumpen 20 und 21 erfolgt über eine gemeinsame Antriebs/Nockenwelle 24. In der in 4 gezeigten Übersicht sind die Mess- und Regeleinrichtungen, die zu jedem Einspritzsystem gehören, nicht mit dargestellt.In the 4 the new injection system is shown in the overview. From the pump unit, consisting of a fuel pump 20 and a compressed air pump 21 , piping go to the common rail 22 , which consists of two pieces of pipe for fuel and compressed air. From this rail 22 branch to the individual injectors 23 also two line pieces for fuel and compressed air from. Both pipes can also be combined to form a double-flow special pipe. The fuel pump 20 is supplied in a known manner by a backing pump, usually a submersible pump A, in the compressed air pump 21 can z. B. pre-compressed air from a turbocharger B are fed. The compressed air pump 21 is connected to the cooling circuit C of the internal combustion engine, wherein a cooling effect for the fuel pump 20 is quite desirable. The drive of the two pumps 20 and 21 via a common drive / camshaft 24 , In the in 4 As shown, the measuring and control devices that are part of each injection system are not shown.

Das neue Einspritzsystem geht nicht prinzipiell auf die ursprüngliche Lufteinblasung der frühen Dieselmaschinen zurück. Es bleibt bei der hydraulischen Strahlzerstäubung, es wird aber eine effektive Vormischung von Kraftstoff und Luft durch die erfindungsgemäßen Mittel an der Kraftstoffdüse und einer entsprechenden Druckpumpe unterstützt. Dieser Vormischeffekt, dieses verbesserte Aufbrechen der Kraftstoffmoleküle kann das immer Höhertreiben der Systemdrücke beenden, so dass für die Dieseleinspritzung 1000 bar ausreichen können. Das erleichtet die Aufwendungen für die mechanischen Elemente der Kraftstoffpumpe und verringert die erforderliche Antriebsleistung. Diese Kapazitäten können dem Druckluftteil zugutekommen. Die Möglichkeit zur Einspeisung weiterer, vor allem gasförmiger Stoffe bis zu – in Sonderfällen – Sauerstoff, setzt neue Akzente auch für die Schwerölverbrennung in den großen Dieselmaschinen, den Gasmaschinen mit Dieselverbrennung und den DI-Ottomotoren im PKW.The new injection system is not based in principle on the original air injection of the early diesel engines back. It remains in the hydraulic jet atomization, but it is an effective premix of fuel and air supported by the inventive means at the fuel nozzle and a corresponding pressure pump. This pre-mixing effect, this improved break-up of the fuel molecules, can end the ever higher driving of the system pressures, so that 1000 bar can suffice for the diesel injection. This eases the expense of the mechanical elements of the fuel pump and reduces the required drive power. These capacities can benefit the compressed air part. The possibility of feeding additional, above all gaseous substances up to - in special cases - oxygen, also sets new standards for the heavy oil combustion in the large diesel engines, the gas engines with diesel combustion and the DI gasoline engines in the car.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Düsenkörpernozzle body
22: Düsennadelnozzle needle
33: Kegelspitzeapex
44: Luft/Gas-NutAir / gas groove
55: oberer Sitzupper seat
66: unterer Sitzlower seat
77: KraftstoffraumFuel space
88th: Luftkanalair duct
99: Spritzlochspiracle
1010: Zusatzkanaladditional channel
1111: Längsnutlongitudinal groove
1212: Rückschlagventilcheck valve
1313: Sacklochblind
1414: BundFederation
1515: Ringnutring groove
1616: Quer- und LängsbohrungTransverse and longitudinal drilling
1717: StopfenPlug
1818: KraftstoffkanalFuel channel
1919: Luftspeicherair storage
2020: KraftstoffpumpeFuel pump
2121: DruckluftpumpeCompressed air pump
2222: RailRail
2323: Injektorinjector
2424: Antriebs/NockenwelleDrive / camshaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 3241679 [0002]
DE 2924128 [0003]
DE 3724987 [0003]
DE 2922628 [0003]
DE 19529826 [0003]
DE 19834867 [0003]

Claims

Fuel / air injection system for internal combustion engines with an injection nozzle, in which an inwardly opening nozzle needle raised by the fuel pressure, a piezoelectric package or other actuator against the action of a compression spring and one or more fuels and air in channels and chambers of the nozzle body the one-piece tapered nozzle needle seat are supplied, as well as one or more pumps or pressure accumulators that separate fuels with high and low pressure or air of the injector into said chambers and after lifting the nozzle needle the injection takes place, characterized in that a in the nozzle body ( 1 ) at the level of the cone apex ( 3 ) of the nozzle needle ( 2 ) arranged air / gas groove ( 4 ) the conical surface to be sealed into an upper seat ( 5 ) and a lower seat ( 6 ) and the media introduced in addition to the fuel via an air channel ( 8th ) and an additional channel ( 10 ) of the air / gas groove ( 4 ) for a premix under pressure, and that pressure pumps ( 20 ; 21 ) are installed for several media to a unit.

Fuel / air injection system according to claim 1, characterized in that the air / gas groove ( 4 ) in the apex of the cone ( 3 ) of the nozzle needle ( 2 ) and compressed air and other media via transverse and longitudinal bores ( 16 ) of the air / gas groove ( 4 ) are supplied.

Fuel / air injection system according to claim 1 and 2, characterized in that compressed air and other media via a in the nozzle body ( 1 ) low backlash guided band ( 14 ) and an annular groove ( 15 ) in the cone top ( 3 ) of the nozzle needle ( 2 ) and by the altitude of an air channel ( 8th ) and an additional channel ( 10 ) to the annular groove ( 15 ) the influx of media at the hub of the nozzle needle ( 2 ) is controllable.

Fuel / air injection system according to claim 1 to 3, characterized in that the compressed air acted upon vertical longitudinal groove ( 16 ) is closed or by a plug in ( 17 ) located nozzle bore a tuned air flow continuously through the spray holes ( 9 ) flows.

Fuel / air injection system according to claim 1 to 4, characterized in that in the micrometer range deep longitudinal grooves ( 11 ) in the upper seat ( 5 ) of the cone tip ( 3 ) are introduced, such that even when the nozzle needle is closed ( 2 ) Minimum amounts of fuel in air / gas groove ( 4 ) enter.

Fuel / air injection system according to claim 1 to 5, characterized in that one of a fuel pump ( 20 ) and a compressed air pump ( 21 ) existing pump unit via a common drive / camshaft ( 24 ), the compressed air pump ( 21 ) and is supplied with pre-compressed air and separated fuel and air from the pump ( 20 ; 21 ) via a rail ( 22 ) the injectors ( 23 ) are supplied.

Fuel / air injection system according to claim 1 to 6, characterized in that via the additional channel ( 10 ) are fed into the system with oxygen-enriched air up to pure oxygen as well as substances which in particular reduce NOx emissions.

Fuel / air injection system according to claim 1 to 7, characterized in that the system is used in DI Otto engines.