DE4014245A1 - Vorrichtung zur einspritzung eines brennstoff-gas-gemisches - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 36 09 798 ist schon eine Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches bekannt, bei der ein Brennstoffein­ spritzventil von einer abgestuften Längsbohrung einer Ventilaufnahme umgeben wird. Stromabwärts eines Abspritzendes des Brennstoffein­ spritzventils ist in der Ventilaufnahme eine Mischleitung ausgebil­ det, die stromaufwärts über einen zwischen dem Abspritzende und der Längsbohrung gebildeten Gasspalt mit einem mit einer Gasquelle in Verbindung stehenden Gasringkanal verbunden ist. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das Gas mittels einer einzelnen Leitung dem Gasringkanal zugeführt wird und stromabwärts durch den Gasspalt in die Mischleitung strömt. Es besteht somit die Gefahr, daß der Brennstoffstrahl durch das zugeführte Gas asymmetrisch beeinflußt wird, so daß sich an den Wänden der Mischleitung ein Brennstoffilm bildet. Die Bildung eines weitestgehend homogenen Brennstoff-Gas-Ge­ misches ist also nicht gewährleistet.

Die Größe des Gasringspaltes und die Güte der Zentrierung des Brenn­ stoffeinspritzventils ist zudem von den Längen- und Formtoleranzen des Brennstoffeinspritzventils und der Längsbohrung der Ventilauf­ nahme abhängig.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Brennstoff­ strahl durch die symmetrische Zufuhr des Gases durch die wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Spaltöffnungen der Gasspalte in die Mischleitung nicht asymmetrisch beeinflußt wird. Dadurch wird die Gefahr der Bildung eines Brennstoffilms an den Wänden der Mischlei­ tung verringert und die Bildung eines weitestgehend homogenen Brenn­ stoff-Gas-Gemisches gewährleistet. Zudem weist die Vorrichtung eine besonders kompakte Bauform auf und ist auf einfache Art und Weise herstellbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Ge­ misches möglich.

Für eine möglichst einfache Ausbildung der Ventilaufnahme ist es vorteilhaft, wenn von dem Gasringkanal zwei Gasspalte ausgehen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittellinien der jeweils zwei mit einander gegenüberliegenden Spaltöffnungen in die Mischleitung mündenden Gasspalte in einer Ebene durch die Ventillängsachse liegen, so daß eine gleichmäßige und symmetrische Zuströmung des Gases durch die Gasspalte zu den in die Mischleitung mündenden Spaltöffnungen erfolgt.

Für eine besonders ruhige und gleichmäßige Zuströmung des Gases durch die Gasspalte in die Mischleitung ist es von Vorteil, wenn der Gasringkanal wenigstens halbkreisförmig ausgebildet ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die Anlagefläche der Längsbohrung und das Abspritzende des Brennstoffeinspritzventils kegelstumpfförmig sich radial zur Ventillängsachse hin verjüngend ausgebildet sind, so daß die Position des Abspritzendes zu der Mischleitung auf einfache Art und Weise unmittelbar am Abspritzende selbst festgelegt wird. So ist die exakte Ausbildung der Gasspalte, das zentrische Abspritzen des Brennstoffs und damit die Bildung eines weitestgehend homogenen Brennstoff-Gas-Gemisches gewährleistet. Zudem sind die Gasspalte in stromabwärtiger Richtung zu der Ventillängsachse hin geneigt, so daß das stromabwärts strömende Gas sich eventuell an der Wandung der Mischleitung ablagernden Brennstoff mit hoher Geschwindigkeit mit­ reißt.

Es ist auch von Vorteil, wenn von der Mischleitung ein Reglerspalt abzweigt, der zwischen dem Abspritzende und der Anlagefläche der Ventilaufnahme ausgebildet ist und der mit einem Druckregler in Ver­ bindung steht, so daß die Messung des Druckes möglichst nahe am Ab­ spritzende des Brennstoffeinspritzventils erfolgt. Dies ist erfor­ derlich, da der Druckregler den Brennstoffdruck oder auch den Druck des zugeführten Gases relativ zur Abspritzstelle regelt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein­ facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel mit einem teilweise dargestellten Brennstoffeinspritzventil und mit einer teilweise dar­ gestellten Ventilaufnahme, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 eine Ansicht der Ventilaufnahme in Richtung des Pfeiles X in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Fig. 1 beispielsweise dargestellte Vorrichtung zur Ein­ spritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches in ein Ansaugrohr oder un­ mittelbar in eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftma­ schine besitzt ein Brennstoffeinspritzventil 1, das ein kegelstumpf­ förmig sich radial zu einer Ventillängsachse 2 hin verjüngendes Ab­ spritzende 3 aufweist und eine Ventilaufnahme 4, die konzentrisch zu der Ventillängsachse 2 verlaufend eine abgestufte Längsbohrung 5 hat und das Abspritzende 3 umgibt. Das Abspritzende 3 des Brennstoffein­ spritzventils 1 liegt zum Teil an einer einen Abschnitt der Längs­ bohrung 5 bildenden kegelstumpfförmig sich radial zur Ventillängs­ achse 2 hin verjüngenden Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 an, die von einem Zylinderabschnitt 7 der Längsbohrung 5 ausgeht, wobei die Anlagefläche 6 und das kegelstumpfförmige Abspritzende 3 parallel zueinander verlaufen. Die kegelstumpfförmige Ausbildung des Ab­ spritzendes 3 und der Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 bewirken eine einfache, aber dennoch sehr exakte Zentrierung des Abspritzen­ des 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Längsbohrung 5. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen mit einem festen Ventilsitz 8 zusammenwirkenden Ventilschließkörper 9 auf. Stromabwärts des Ven­ tilsitzes 8 hat das Abspritzende 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 beispielsweise eine zu der Ventillängsachse 2 konzentrische Ab­ spritzöffnung 10, es können jedoch auch mehrere Abspritzöffnungen vorgesehen sein.

In der abgestuften Längsbohrung 5 der Ventilaufnahme 4 ist stromab­ wärts des Abspritzendes 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 bei­ spielsweise eine zylindrische Mischleitung 12 ausgebildet, in die der Brennstoff durch die Abspritzöffnung 10 des Brennstoffeinspritz­ ventils 1 gespritzt wird. Die Mischleitung 12 kann sowohl in eine Einspritzleitung, die das Brennstoff-Gas-Gemisch unmittelbar einem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine bzw. einer einzelnen Stel­ le im Ansaugrohr zuführt, münden als auch in einen Gemischverteiler, der das Brennstoff-Gas-Gemisch auf die einzelnen Zylinder der Brenn­ kraftmaschine aufteilt und es mittels einer der Zylinderzahl ent­ sprechenden Anzahl von Einspritzleitungen den einzelnen Zylindern bzw. den einzelnen Stellen im Ansaugrohr zuführt.

Zwischen dem kegelstumpfförmigen Abspritzende 3 und der konisch sich verjüngenden Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 sind an dem der Mischleitung 12 abgewandten Ende der Anlagefläche 6, wie auch aus der Fig. 3, die eine Ansicht der Ventilaufnahme 4 in Richtung des Pfeiles X in der Fig. 1 zeigt, ersichtlich, ein halbkreisförmiger Gasringkanal 15 sowie zwei von diesem ausgehende Gasspalte 16, deren Mittellinien 17 in einer Ebene durch die Ventillängsachse 2 liegen, ausgebildet. Zu diesem Zweck weist die Ventilaufnahme 4 in der Anlagefläche 6 eine halbkreisförmige Nut 21 auf, die an ihren beiden Enden in jeweils eine entlang der Mittellinie 17 verlaufende Radial­ nut 22 übergeht. Durch die Montage des Abspritzendes 3 des Brenn­ stoffeinspritzventils 1 gegen die Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 werden die Nuten 21, 22 durch das Abspritzende 3 abgedeckt und so der Gasringkanal 15 und die beiden Gasspalte 16 gebildet. Sowohl die halbkreisförmige Nut 21 als auch die beiden Radialnuten 22 können neben der in den Figuren dargestellten rechteckförmigen auch eine beliebige andere z. B. halbkreisförmige Querschnittsform aufweisen.

Die beiden Gasspalte 16 münden mit einander gegenüberliegenden Spaltöffnungen 19 in die Mischleitung 12, so daß sich die auf den durch die Abspritzöffnung 10 zentral abgespritzten Brennstoffstrahl ausgeübten, von der Gaszufuhr bewirkten radialen Kräfte aufheben und der Brennstoffstrahl nicht abgelenkt wird.

Es ist aber auch möglich, wenn weitere Paare von Gasspalten 16 zwischen dem kegelstumpfförmigen Abspritzende 3 und der konisch sich verjüngenden Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 derart ausgebildet sind, daß die Spaltöffnungen 19 des jeweiligen Paares von Gasspalten 16 einander gegenüberliegend in die Mischleitung 12 münden und die jeweiligen Mittellinien 17 der Gasspalte 16 in einer Ebene durch die Ventillängsachse 2 liegen. Zu diesem Zweck sind, wie in der Fig. 3 gestrichelt dargestellt, in der Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 beispielsweise zwei zusätzliche Nuten 18 ausgebildet, die z. B. von der Radialnut 22 abzweigen und in die Mischleitung 12 münden. Die Zufuhr zu den einzelnen Paaren von Gasspalten 16 kann jedoch auch über jeweils einen gesonderten Gasringkanal 15 erfolgen, um eine gleichmäßigere Verteilung des zugeführten Gases zu den einzelnen Gasspalten 16 und eine gleichmäßige Zuströmgeschwindigkeit in die Mischleitung 12 zu erzielen. Dafür ist es unter Umständen erforder­ lich, wenn die Gasringkanäle 15 und/oder die Gasspalte 16 in ver­ schiedenen Ebenen der Ventilaufnahme 4 verlaufen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel münden die Gasspalte 16 aufgrund der sich konisch verjüngenden Anlagefläche 6 in stromabwär­ tiger Richtung zu der Ventillängsachse 2 hin geneigt in die Misch­ leitung 12. Hierdurch wird die Bildung des Brennstoff-Gas-Gemisches verbessert, da das stromabwärts strömende Gas sich eventuell an der Wandung der Mischleitung 12 ablagernden Brennstoff mit hoher Ge­ schwindigkeit mitreißt. Zudem ist die Gefahr einer asymmetrischen Beeinflussung des Brennstoffstrahls besonders gering, weil das Gas neben der radialen auch mit einer axialen Richtungskomponente in die Mischleitung 12 strömt.

In Abweichung von dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, daß die Gasspalte 16 eine in Richtung zu den Spaltöffnungen 19 hin sich verändernde Querschnittsfläche aufweisen. Eine sich bei­ spielsweise zu den Spaltöffnungen 19 hin verringernde Querschnitts­ fläche bewirkt eine zusätzliche Beschleunigung des Gases, so daß das Gas mit höherer Geschwindigkeit durch die Spaltöffnungen 19 in die Mischleitung 12 strömt und dort die Bildung des Brennstoff-Gas-Ge­ misches verbessert.

Voraussetzung für die exakte und symmetrische Ausbildung der der Gasdosierung und der Gaszufuhr zur Mischleitung 12 dienenden Gas­ spalte 16 ist die genaue Zentrierung des Abspritzendes 3 des Brenn­ stoffeinspritzventils 1 in der Längsbohrung 5 der Ventilaufnahme 4.

In der Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 dargestellt. Die Zufuhr des Gases zu dem halbkreisförmigen Gasring­ kanal 15 erfolgt mittels eines in der Ventilaufnahme 4 ausgebildeten Gaszufuhrkanals 25, der mit einer Gasquelle 26 in Verbindung steht. Der Gaszufuhrkanal 25 mündet mit seiner Zufuhrkanalöffnung 27 in einer senkrecht zu den beiden Mittellinien 17 der Gasspalte 16 stehenden Ebene und senkrecht zu der Anlagefläche 6 zentral in den Gasringkanal 15.

Es ist aber auch möglich, zwei oder mehr Gaszufuhrkanäle 25 in der Ventilaufnahme 4 auszubilden.

Als Gas zur Bildung des Brennstoff-Gas-Gemisches kann sowohl Frisch­ luft als auch ein Inertgas sowie eine Mischung aus beiden verwendet werden. Die Frischluft wird beispielsweise aus dem Ansaugrohr vor einem willkürlich verstellbaren Drosselorgan abgezweigt und unmit­ telbar dem Gaszufuhrkanal 25 zugeführt. Als Inertgas läßt sich z. B. das Abgas der Brennkraftmaschine verwenden, so daß durch diese Abgasrückführung die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine re­ duziert werden.

Von der Mischleitung 12 zweigt, wie in den Fig. 2 und 3 darge­ stellt, ein zwischen dem kegelstumpfförmigen Abspritzende 3 und der konisch sich verjüngenden Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 in Form einer in der Anlagefläche 6 verlaufenden Nut 29 ausgebildeter Reglerspalt 30 ab, der über einen in der Ventilaufnahme 4 ausgebil­ deten Reglerkanal 32 mit einem den Brennstoffdruck relativ zur Ab­ spritzstelle 31 des Brennstoffeinspritzventils 1 regelnden Druckreg­ ler 34 in Verbindung steht. Dem Druckregler 34 wird mittels einer Brennstofförderpumpe 35 Brennstoff zugeführt, der Brennstoffrück­ lauf erfolgt über eine Rücklaufleitung 36 zum Brennstoffvorratsbe­ hälter 37. Der Reglerspalt 30 ist beispielsweise dem Gaszufuhrkanal 25 gegenüberliegend in der senkrecht zu den beiden Mittellinien 17 der Gasspalte 16 stehenden Ebene ausgebildet. Für eine exakte Rege­ lung des Brennstoffdruckes ist es notwendig, daß der Druck im Misch­ rohr 12 besonders nahe am Abspritzende 3 gemessen wird.

Es ist aber auch möglich, wenn der Druckregler 34 die Zufuhr des Gases regelt und zu diesem Zweck auf eine Gasförderpumpe 33 oder eine andere Druckerzeugungsvorrichtung wirkt.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Ventilaufnahme 4 aus einem metallenen Werkstoff wird die Längsbohrung 5, der Gaszufuhrkanal 25 sowie der Reglerkanal 32 durch spanende Bearbeitung ausgebildet. Die Nuten 21, 22, 29 des Gasringkanals 15, der Gasspalte 16 bzw. des Reglerspaltes 30 in der konisch sich verjüngenden Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 können zur Senkung der Herstellkosten durch Prägen ausgebildet werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Ventilaufnahme 4 besteht darin, die Ventilaufnahme 4 als Kunststoff­ formteil auszubilden, so daß sich besonders geringe Herstellkosten ergeben.

Die Anlage des Abspritzendes 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 an der Anlagefläche 6 der Ventilaufnahme 4 und die Ausbildung des Gas­ ringkanals 15, von dem zwei Gasspalte 16 mit einander gegenüberlie­ genden, in die Mischleitung 12 mündenden Spaltöffnungen 19 ausgehen, zwischen dem Abspritzende 3 und der Anlagefläche 6 ermöglicht eine symmetrische Zufuhr des Gases zu dem zentral abgespritzten Brenn­ stoffstrahl und damit die Bildung eines weitestgehend homogenen Brennstoff-Gas-Gemisches. Das kegelstumpfförmig ausgebildete Ab­ spritzende 3 erlaubt zusammen mit der parallel dazu ausgebildeten konisch sich radial zur Ventillängsachse 2 hin verjüngenden Anlage­ fläche 6 eine exakte und einfache Positionierung des Abspritzendes 3 gegenüber der Mischleitung 12 sowie eine exakte Ausbildung der Gas­ spalte 16. Zudem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ein­ spritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches eine kompakte Bauform auf.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches in ein Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine mit einem Brennstoffein­ spritzventil, das einen mit einem festen Ventilsitz zusammenwirken­ den Ventilschließkörper und stromabwärts des Ventilsitzes wenigstens eine Abspritzöffnung an einem Abspritzende aufweist, und mit einer das Brennstoffeinspritzventil zumindest im Bereich des Abspritzendes umgebenden Ventilaufnahme, die konzentrisch zu einer Ventillängs­ achse verlaufend eine abgestufte Längsbohrung mit einer Anlagefläche hat, an der das Abspritzende des Brennstoffeinspritzventils anliegt und in der stromabwärts des Abspritzendes eine Mischleitung ausge­ bildet ist, in die der Brennstoff durch das Brennstoffeinspritz­ ventil gespritzt wird und die stromaufwärts über einen zwischen dem Abspritzende und der Anlagefläche gebildeten Gasspalt mit einem Gas­ ringkanal verbunden ist, der mit einer Gasquelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Gasringkanal (15) wenig­ stens zwei Gasspalte (16) ausgehen, die mit einander gegenüberlie­ genden Spaltöffnungen (19) in die Mischleitung (12) münden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Gasringkanal (15) zwei Gasspalte (16) ausgehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien (17) zweier mit einander gegenüberliegenden Spalt­ öffnungen (19) in die Mischleitung (12) mündenden Gasspalte (16) in einer Ebene durch die Ventillängsachse (2) liegen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gasringkanal (15) wenigstens halbkreisförmig aus­ gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anlagefläche (6) der Längsbohrung (5) und das Abspritzende (3) des Brennstoffeinspritzventils (1) kegelstumpf­ förmig sich radial zur Ventillängsachse (2) hin verjüngend ausgebil­ det sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß von der Mischleitung (12) ein Reglerspalt (30) ab­ zweigt, der zwischen dem Abspritzende (3) und der Anlagefläche (6) der Ventilaufnahme (4) ausgebildet ist.