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Kraftstoff-Einspritzdüse mit zugeordneter Luftzufuhr
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Bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen hat sich hinsichtlich
einer gleichmäßigen Gemischverteilung auf die einzelnen Arbeitszylinder eine den
letzteren zugeordnete Saugrohreinspritzung je, raftsitoffes der früher allein angewendeten
Vergaser-Gemischbildung überlegen erwiesen, obgleich dieses Verfahren wegen des
etwas höheren Aufwandes bisher nur bei den teureren und insbesondere leitstungsstärkeren
Kraftwagen üblich geworden ist. Indessen hat auch das genannte Einspritzverfahren
zunächst insofern noch gewisse Mangel aufgewiesen, als die für Vollast- und Startmengen
auszulegenden Einspritzdüsen kaum dazu in der Lage waren, die bein Leerlaufbetrieb
und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine benötigten kleinen Kraftstoffmengen
noch hinreichend zu zerstäuben. Wenn auch eine gewisse Verbesserung dadurch erreicht
werden konnte, daß der etwa kegelförmige Kraftstoffstrahl möglichtet gegen die saugkanalseitige
Tellerfläche eines Iinlaßventils gerichtet wurde, reichte die damit verbesserte
Aufbereitung des gegen den heißen Ventilteller auftreffenden Kraftstoffanteile noch
nicht für die zu wünschende vollständige Gemischaufbereitung und Kraftstoffverbrennung
aus, zumal die auch bei Leerlaufbetrieb noch gegen die ii VerMltnis zum Ventilteller
Wandung des Saugkanals auftreffenden Anteile des Kraftstoffstrahles durch den bei
Leerlauf- und Teillastbetrieb verhältnismäßig geringen Luftstrom nur mangelhaft
von der Wandung abgelöst und mitgerissen werden. Die Folge ist eine im Leerlauf-
und Teillastbetrieb nur unvollkommene Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes
mit entsprechend hohen CO-und CH-Anteilen ii Abgas. Zur Behebung des vorgenannten
Mangels
sind auch schon der Gattung des Patentanspruches 1 entsprechende
sogen. "Luftdüsen" bekanntgeworden, bei denen eine Verbesserung vor allem dadurch
erreicht wurde, daß die unmittelbar an der Kraftstoff-Austrittsstelle der Einspritzdüse
zugeführte Luft beim Leerlauf- und Teillastbetrieb einen gegenüber dem Ansaugdruck
im Saugrohr höheren Druck aufweist und damit die Zerstäubung des Kraftstoffes verbessert.
Dabei wird die Luft der Austrittsstelle des Kraftstoffes aus der Einspritzdüse durch
einen den kegelförmig verjüngten Ausmündungsbereich des Düsenkörpers kegelmantelförmig
umgebenden Luftmantel zugeführt. Indessen konnte auch mit solchen Luftdüsen bisher
nur eine unbefriedigende Gemischaufbereitung und Verbrennung im Teillast- und Leerlaufbetrieb
der betroffenen Brennkraftmaschinen erreicht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die der Gattung des Patentanspruches
1 entsprechende Einspritzdüse so zu vervollkommnen, daß mit deren Einsatz auch beim
Leerlauf- und Teillastbetrieb der vorgenannten gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen
eine möglichst vollständige Gemischbildung und Kraftstoffverbrennung mit entsprechend
niedrigen CO- und CH-Werten erzielt werden kann.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
des Patentanspruches 1 wiedergegebene Lehre gelöst.
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Während schon das Federventil mit seinem bekannten wSchnarrverhalten"
auch im Leerlauf- und Teillastbereich eine verbesserte Zerstäubung erreichen läßt,
ergibt sich durch die erfindungsgemäße Begrenzung des Luftmantels an der Austrittsstelle
der Einspritzdüse durch eine die Austrittsöffnung für den Kraftstoff und die Luft
umgebende Querwand eine radial einwärts trichterförmig verengte Luftzuführung zur
Austrittsöffnung und an der letzteren eine ausgeprägte Blendenwirkung, die nach
einer sprunghaften Erhöhung der Luftgeschwindigkeit und Einschnürung der Strömung
an der Austrittsöffnung zu einer wirkungsvollen Verwirbelung des um das äußere Ventilende
herum austretenden, durch das Federven-
til bereits vorzerstaubten
Kraftstoffes durch die Luft zu einem feinen Nebel führt.
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Durch die in den Unteransprüchen 2 und 3 offenbarten Maßnahmen wird
die günstige Zerstäubungswirkung der erfindungsgemäßen Luftdüse noch vergrößert.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Luftdüse
in der im Patentanspruch 4 niedergelegten Weise angeordnet wird, weil der Kegelwinkel
des aus der Einspritzdüse austretenden Kraftstoffstrahles durch die radial einwärts
auf ihn einwirkende Luftströmung derart verringert wird, daß nunmehr der ganze fein
zerstäubte Strahl praktisch ganz auf den beim Betrieb der Brennkraftmaschine heißen
Ventilteller gerichtet ist und dadurch besonders günstig weiter aufbereitet, d.h.
aufgeheizt und verdampft wird. Bei einer praktischen Ausführungsform der Einspritzdüse
wird der Abspritzwinkel beispielsweise von etwa 350 bis 450 ohne Luftzufuhr bis
auf etwa 20° während gleichzeitiger Luftzufuhr verringert. Dadurch kommt es während
der Luftzufuhr zu praktisch keiner Benetzung der Wandung des Einlaßkanals.
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Andere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigen: Fig. 1 die Einspritzdüse in einer Seitenansicht (teilweise im Längs schnitt);
Fig. 2 die Anordnung einer Einspritzdüse gemäß Fig. 1 im Einlaßkanal einer Brennkraftmaschine
(in einem in der Ebene des Einlaßkanals und der Einspritzduse geführten Teilschnitt
und in gegenüber Fig. 1 verkleinertem Maßstab); Fig. 3 die Abnahmestelle für die
der Einspritzdüse vom Saugrohr der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 2 her zuzuführende
Luft in einer Schemadarstellung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Einspritzdüse 1, die gemäß Fig. 2 in nachstehend
noch näher erläuterter Weise zu einer einem Arbeitszylinder 2 einer Brennkraftmaschine
zugeordneten Kraftstoffeinspritzung in den vor einem Einlaßventil 3 befindlichen
Saugkanal 4 des Arbeitszylinders 2 bestimmt ist, entspricht einer üblichen Ausführung
mit einem Federventil 5, welches den Austrittskanal 6 der Düse für den Kraftstoff
axial nach außen durchsetzt und mit einem Ventilteller 7 die Austrittsöffnung 8
des Austrittskanals 6 entsprechend der Kraft einer Schließfeder 9 nachgiebig abschließt.
Durch eine solche Ausbildung der Einspritzdüse 1 ergibt sich bei einer Kraftstoffzufuhr
durch den Anschlußstutzen 10 der Düse mit einem üblichen Überdruck von beispielsweise
3,3 atü am Düsenaustritt ein Schnarrverhalten, welches durch ein Flattern des Federventils
5 aufgrund des an seinem Ventilteller 7 wirksamen Wechsel spieles von Kraftstoffdruck
und Federkraft entsteht. Erreicht wird durch dieses Schnarrverhalten eine gegenüber
einfachen Nadeldüsen verbesserte erste Zerstäubung des Kraftstoffes, selbst wenn
beim Leerlauf- und Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine nur kleine Mengen von
beispielsweise 5 bis 15 cml/min aus der Düse ausgespritzt werden.
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Im übrigen ist die Einspritzdüse 1 in ihrem Ausmündungsbereich 11
nach der Austrittsöffnung 8 hin kegelförmig verjüngt und von einem die ganze Düse
bis nach der Austrittsöffnung 8 hin mit Spiel umgebenden Gehäuse 12 umschlossen,
in das eintrittsseitig der Einspritzdüse 1 eine in nachstehend noch erläuterter
Weise zur Luftzufuhr dienende Rohrleitung 13 einmündet. Dadurch ergibt sich um die
Einspritzdüse 1 und insbesondere um deren Ausmündungsbereich 11 herum ein Luftmantel
14, der austrittsseitig der Düse durch eine in der Ebene der Austrittsöffnung 8
verlaufende und um den Ventilteller 7 herum einen ringförmigen Austrittsspalt 15
für die Luft freilassende ebene Querwand 16 begrenzt ist. Außerdem bildet das Gehäuse
12 an seiner äußeren Stirnseite 17 eine von der dortigen Austrittsöffnung 8 scharfkantig
konisch nach außen erweiterte Wandung 18.
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Durch die vorgenannte Ausbildung des Ausmündungsbereiches 11 der
Einspritzdflse 1 und des Gehäuses 12 ergibt sich für die durch die Austrittsõffnung
8 ausströmende Luft eine ausgeprägte Blendenwirkung mit einer im ringförmigen Austrittsspalt
15 erheblich vergrößerten Strömungsgeschwindigkeit, die zu einer sehr feinen weiteren
Zerstäubung des die Einspritzdtise 1 verlassenden Kraftstoffes zu einwa feinen Nebel
führt. Die auf den Kraftstoffstrahl 19 radial einwärts wirkende Luft hat weiterhin
zur Folge, daß auch der Kegeiwinkel e des die Einspritzdüse 1 verlassenden nebelförmigen
Kraftstoffstrahles 19 deutlich verringert wird, und zwar bei einer Ausftihrungsform
der Duse von etwa 35-bis 400 ohne Luftzufuhr bis auf etwa 200 bei der Zufuhr einer
für die praktische Anwendung in nachstehend noch erläuterter Weise vorgesehenen
Luftmenge in der Zeiteinheit. Zudem verhindert die kegelförmig nach außen erweiterte
Wandung 18 einen dortigen Kraftstoffniederschlag.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Einspritzdüse 1 in ihrer beschriebenen
Ausgestaltung im Saugkanal 4 des Arbeitszylinders 2 einer im übrigen nicht dargestellten
gemischverdichtenden Brennkraftmaschine mit einer auf den Mittelbereich des Ventiltellers
20 des Einlaßventils 3 gerichteten Strahlrichtung angeordnet ist. Der auf etwa 209
verringerte Kegelwinkel a des nebelförmigen Kraftstoffstrahles 19 führt dazu, daß
der Kraftstoffstrahl 19 unmittelbar auf den beim Betrieb der Brennkraftmaschine
heißen Ventilteller 20 des Einlaßventils 3 auftrifft, ohne daß nennenswerte Anteile
des Strahles die demgegenüber kühlere Wandung des Saugkanals 4 erreichen könnten.
Dadurch ergibt sich eine weitere vorteilhafte Aufbereitung des Kraftstoffnebeln
im Sinne einer schnellen vollständigen Verdampfung, womit schließlich erreicht ist,
daß auch im Leerlauf- und Teillastbereich eine sehr vollständige Verbrennung mit
äußerst niedrigen CO- und CH-Werten im Abgas erzielt werden kann.
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Die Luft wird der Rohrleitung 13 gemaß Fig. 3 aus einer Verteilerleitung
21 zugeführt, die an das Saugrohr 22 der
einer Stauscheibe 24 einer
den Luftdurchsatz des Saugrohres 22 messenden Meßvorrichtung 25 angeschlossen ist.
Die Verteilerleitung 21 dient im übrigen zur Luftzuführung zu allen den einzelnen
Arbeitszylindern 2 der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzdüsen 1.
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Die Meßvorrichtung 25 dient in üblicher, hier nicht näher beschriebener
Weise zur Dosierung der insgesamt eingespritzten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit
vom gemessenen Luftdurchsatz und zugleich zur gleichmäßigen Verteilung der Gesamtmenge
des einzuspritzenden Kraftstoffes auf die einzelnen Einspritzdüsen, wobei in Fig.
3 beispielsweise die zur Einspritzdüse 1 gemäß Fig. 2 führende Einspritzleitung
26 dargestellt ist. Zugeführt wird der Kraftstoff der Meßvorrichtung 25 vom Kraftstofftank
des Kraftfahrzeuges her durch eine Leitung 27, während eine weitere Leitung 28 zur
Rückführung nicht eingespritzten Kraftstoffes in den Kraftstofftank dient.
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Die Abnahme der den Einspritzdüsen 1 zuzuführenden Luft vor der Drosselklappe
23 bringt es mit sich, daß diese Luft den Einspritzdüsen 1 bei allen Drosselzuständen
der Drosselklappe 23 und damit insbesondere beim Leerlauf- und Teillastbetrieb der
Brennkraftmaschine mit einem gegenüber dem im zugeordneten Saugkanal 4 vorhandenen
Luftdruck höheren Luftdruck zugeführt wird.
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Dabei ist es bei der bisher beschriebenen Luftzuführung durch die
Rohrleitung 13 zweckmäßig, den Luftdurchsatz der Einspritzdüse 1 insbesondere durch
eine entsprechende Dimensionierung des Austrittsspaltes 15 auf etwa 75% des Luftbedarfs
des zugeordneten Arbeitszylinders beim Leerlaufbetrieb der warmgelaufenen Brennkraftmaschine
auszulegen. Wird die Brennkraftmaschine mit geöffneter Drosselklappe 23 betrieben,
dann wird der Luftdurchsatz durch die Einspritzdüse 1 bzw. durch deren Luftmantel
14 vernachlässigbar klein, da nunmehr bereits durch den Saugkanal 4 eine so große
Luftmenge strömt, daß von dort her mit einer ausreichenden Zerstäubung des über
das Federventil 5 ohnehin vorzerstäubten Kraftstoffes gerechnet werden kann. Man
könnte
jedoch erwägen, in die Verteilerleitung 21 noch eine Luftpumpe
29 einzubauen, damit gewünsc?tertalls auch bei mehr oder weniger ganz geöffneter
Drosselklappe ein die gewünschte Zerstäubung sichernder Luftstrom den Einspritzdüsen
1 zugeführt wird.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Luftführung der Brennkraftmaschine
dient die Verteilerleitung 21 in üblicher, nicht besonders dargestellter Weise zugleich
zu einer zusätzlichen Startgemisch-Zuführung zu den Saugkanälen der Arbeitszylinder
der Einspritzpumpe während des Kaltstarts. Damit bei warmgelaufener Brennkraftmaschine
die Luftzuführung demgegenüber maßgeblich nur noch über die Drosselklappe 23 geregelt
werden kann, ist in der Verteilerleitung 21 im Anschluß an die Abzweigung der Rohrleitungen
13 zu den einzelnen Luftdüsen eine Anordnung getroffen, mit der die weitere Luftzuführung
zur Bildung des Startgemisches bei warmgelaufener Brennkraftmaschine im wesentlichen
unterbrochen werden kann. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist in der eigentlichen Verteilerleitung
21 eine Leerlauf-Einstellschraube 30 vorgesehen, deren Stelle über eine Bypaßleitung
31 umgangen werden kann. In der Bypaßleitung 31 befindet sich indessen ein beispielsweise
in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine gesteuerter
Absperrschieber 32, der die Durchströmung der Bypaßleitung 31 unterbricht, sobald
eine bestimmte Betriebstemperatur erreicht ist. Auf diese Weise wird die Luftzuführung
für die Bildung des Startgemisches bei warmgelaufener Brennkraftmaschine unterbrochen.
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Nachdem aus der Verteilerleitung 21 vor der Leerlauf-Einstellschraube
30 Luft zu den einzelnen Einspritzdüsen 1 abgezweigt wird, ist es im vorliegenden
Fall erforderlich, die Leerlauf-Einstellschraube 30 etwas weiter als bisher üblich
einzuschrauben, damit den Saugkanälen 4 der Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb
bei warmgelaufener Brennkraftmaschine nicht zu viel Luft zugeführt wird.
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Es ist schließlich auch denkbar, daß man im Hinblick auf die
bei
warmgelaufener Brennkraftmaschine heißen Ventilteller 20 der Einlaßventile 3 darauf
verzichten kann, die Kraftstoffstrahlen 19 der Einspritzdüsen 1 auch bei warmgelaufener
Brennkraftmaschine noch zusätzlich durch die Luft zu vernebeln. In diesem Falle
braucht man die von jeder Einspritzdüse 1 ausgehende Rohrleitung 13 an die Verteilerleitung
21 lediglich in der in Fig. 3 mit 13a bezeichneten, gestrichelt angedeuteten Leitungsführung
in Durchströmungsrichtung nach der Bypaßleitung 31 anzuschließen, in welchem Falle
das eintrittsseitige Ende 13b der in Fig. 3 ausgezogen dargestellten Rohrleitung
13 entfällt. Die Einspritzdüsen müssen in diesem Falle entsprechend der Drehzahlanhebung
in der Warmlaufphase auf die angehobene Leerlauf luftmenge bei kalter Brennkraftmaschine
ausgelegt werden.
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PatentansErüche