DE4129834A1 - 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 Anspruchs 1. Aus der DE 32 40 554 A1 ist schon eine Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches bekannt, bei der es sich um ein Drossel­ zapfen-Einspritzventil mit einem Gasführungsteil handelt, wobei die Spritzöffnung des Einspritzventils von einem mit einem Gasringkanal in Verbindung stehenden Gasringspalt an dem Gasführungsteil in un­ mittelbarer Nähe umgeben ist. Diese Vorrichtung hat aber den Nach­ teil, daß aufgrund von Fertigungstoleranzen der das Gas zumessende, durch die Bedürfnisse der Brennkraftmaschine vorgegebene Gasring­ spalt durch Verschieben beziehungsweise Verbiegen des Gasführungs­ teils eingestellt werden muß. Die Anpassung des Gasringspaltes ver­ ursacht bei der Herstellung dieser bekannten Vorrichtung in einer Großserienfertigung hohe Kosten. Aufgrund der Kapillarwirkung be­ steht bei der bekannten Vorrichtung die Gefahr, daß beim Betrieb ohne Gaszufuhr zeitweise Brennstoff durch den Gasringspalt in den Gasringkanal gelangt, so daß es beim Einsetzen der Gasströmung zu einer unerwünschten Anfettung des Brennstoff-Gas-Gemisches kommen kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einspritzung eines Brenn­ stoff-Gas-Gemisches mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die durch die wenigstens eine Gaszufuhröffnung zugeführte Gasmenge nicht bei der Montage durch Messung eingestellt werden muß, sondern durch die Größe des Öffnungsquerschnitts der Gaszufuhröffnung bestimmt ist. Durch die we­ nigstens eine Gaszufuhröffnung wird das Gas gerichtet auf einen ab­ gespritzten Brennstoffstrahl abgegeben, so daß sich eine sehr gute Zerstäubung des Brennstoffs ergibt. Auf diese Weise wird ein wei­ testgehend homogenes Brennstoff-Gas-Gemisch erzeugt, das niedrige Schadstoffemissionen, ein gutes Beschleunigungsverhalten sowie einen geringen Brennstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine gewährleistet.

Da die in dem Mantelteil der Gaszufuhrhaube ausgebildeten Gaszufuhr- Öffnungen jeweils einen gerichteten Gasstrahl abgeben, der auf den abgespritzten Brennstoff trifft, kann das Mantelteil einen größeren Abstand zu dem abgespritzten Brennstoff aufweisen. Dadurch wird beim Betrieb der Vorrichtung ohne Gaszufuhr die Gefahr einer Brennstoff­ filmbildung an der Wandung der Gaszufuhrhaube und damit die Bildung größerer Brennstofftropfen vermieden sowie zuverlässig verhindert, daß Brennstoff beim Betrieb ohne Gaszufuhr durch die wenigstens eine Gaszufuhröffnung auf die radial äußere Seite der Gaszufuhrhaube in einen die Gaszufuhrhaube umgebenden Gasraum strömt.

Die Anwendung verschiedener Gaszufuhrhauben beispielsweise mit einer unterschiedlichen Anzahl oder Größe der Gaszufuhröffnungen ermög­ licht eine Anpassung der Gasmenge und der Strahlform an die jeweili­ gen Bedürfnisse der Brennkraftmaschine, ohne daß eine Einstellung der Vorrichtung erforderlich ist. Zudem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einfache und kostengünstige Art und Weise herstell­ bar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 ange­ gebenen Vorrichtung möglich.

Vorteilhaft ist es, wenn das Bodenteil der Gaszufuhrhaube dem Ven­ tilende des Brennstoffeinspritzventils zugewandt ist und das Mantel­ teil der Gaszufuhrhaube sich in Richtung des Halteabsatzes des Gas­ führungsteils kegelstumpfförmig erweitert. So wird die Gefahr ver­ ringert, daß sich insbesondere bei Betrieb der Vorrichtung ohne Gas­ zufuhr an dem Mantelteil der Gaszufuhrhaube ein Brennstoffilm nie­ derschlägt, der zur Bildung von größeren Brennstofftropfen führen kann.

Für eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Vor­ richtung ist es von Vorteil, wenn das Bodenteil der Gaszufuhrhaube an dem Ventilende des Brennstoffeinspritzventils anliegt und wenn in dem Bodenteil zumindest eine Abspritzöffnung ausgebildet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens eine Gaszufuhröffnung gegenüber der Ventillängsachse geneigt ausgebildet ist. Das Gas trifft zum Beispiel in Brennstoffströmungsrichtung geneigt auf den abgegebenen Brennstoff, so daß eine besonders gute Zerstäubung des Brennstoffs erzielt wird.

Es ist vorteilhaft, wenn die Gaszufuhrhaube durch das Tiefziehen eines metallenen Bleches ausgebildet ist. Eine solche Gaszufuhrhaube ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung mit einem teilweise dargestellten Brennstoffein­ spritzventil, Fig. 2 einen stark vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 und Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem teilweise dargestellten Brennstoffeinspritz­ ventil.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in den Fig. 1 bis 3 beispielsweise dargestellten Vorrichtun­ gen zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches in ein Ansaug­ rohr oder unmittelbar in den Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine besitzen ein Brennstoffeinspritz­ ventil 1 mit einem Ventilende 3. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ragt mit seinem Ventilende 3 in eine konzentrisch zu einer Ventil­ längsachse 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 verlaufende gestufte Längsbohrung 7 eines Gasführungsteils 9, das zum Beispiel aus Alu­ minium oder Kunststoff ausgebildet ist. Die Vorrichtung ist mit ihrem Gasführungsteil 9 beispielsweise in einer Ventilaufnahmeöffnung 11 eines Ansaugrohres 13 angeordnet.

An dem Umfang des Gasführungsteils 9 sind eine obere Ringnut 15 und eine untere Ringnut 17 ausgebildet. In der oberen Ringnut 15 ist ein oberer Dichtring 19 und in der unteren Ringnut 17 ein unterer Dicht­ ring 21 angeordnet. Der obere und der untere Dichtring 19, 21 liegen dichtend an der Wandung der Ventilaufnahmeöffnung 11 des Ansaug­ rohres 13 an. Beispielsweise in dem Ansaugrohr 13 ist ein Gaszufuhrkanal 23 vorgesehen, der der Zufuhr eines Gases zu mehreren Gasführungsteilen 9 dienen kann. Der Gaszufuhrkanal 23 ist so ausge­ bildet, daß er zwischen der oberen Ringnut 15 mit ihrem oberen Dichtring 19 und der unteren Ringnut 15 mit ihrem unteren Dichtring 21 vorzugsweise tangential in die Ventilaufnahmeöffnung 11 des An­ saugrohres 13 mündet.

Das Gasführungsteil 9 weist in axialer Richtung zwischen dem oberen Dichtring 19 und dem unteren Dichtring 21 beispielsweise zwei senk­ recht zu der Ventillängsachse 5 verlaufende Queröffnungen 25 auf, die sich durch die Wandung des Gasführungsteils 9 erstrecken und der Zufuhr des Gases in die Längsbohrung 7 des Gasführungsteils 9 die­ nen.

Das Ventilende 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 weist einen Düsen­ körper 26 mit einer durchgehenden Längsbohrung 27 auf. In der Längs­ bohrung 27 ist ein fester, sich in Brennstoffströmungsrichtung bei­ spielsweise kegelstumpfförmig verjüngender Ventilsitz 29 ausgebil­ det, der mit einem Ventilschließteil 31 zusammenwirkt. Das Ventil­ schließteil 31 ist an seinem dem festen Ventilsitz 29 abgewandten Ende mit einem Anker 33 verbunden. Der Anker 33 wirkt mit einer ihn in axialer Richtung teilweise umgebenden Magnetspule 35 und einem ihm in dem festen Ventilsitz 29 abgewandter Richtung gegenüberlie­ genden Kern 37 zusammen. Ein mit dem festen Ventilsitz 29 zusammen­ wirkender Dichtabschnitt 39 des Ventilschließteils 31 ist beispiels­ weise sich in Brennstoffströmungsrichtung kegelstumpfförmig ver­ jüngend ausgebildet. An dem mit dem Anker 33 verbundenen Ende des Ventilschließteils 31 liegt eine Rückstellfeder 41 mit ihrem einen Ende an. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die Rückstellfeder 41 an einer zum Beispiel nichtmagnetischen, beispielsweise aus Messing ausgebildeten Einstellhülse 43 ab. Die Rückstellfeder 41 ist be­ strebt, das Ventilschließteil 31 in Richtung des festen Ventilsitzes 29 zu bewegen.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 teilweise dargestellten ersten Aus­ führungsbeispiel, wobei die Fig. 2 einen stark vergrößerten Aus­ schnitt der Fig. 1 zeigt, liegt an einer dem Kern 37 abgewandten Stirnseite 45 des Düsenkörpers 26 ein Lochplättchen 47 an. Das Loch­ plättchen 47 weist beispielsweise zwei Abspritzöffnungen 49 auf, die zum Beispiel in Brennstoffströmungsrichtung gegenüber der Ventil­ längsachse 5 nach außen geneigt sind und durch die der bei abgeho­ benem Ventilschließteil 31 an dem festen Ventilsitz 29 vorbeistro­ mende Brennstoff abgegeben wird. Das Lochplättchen 47 bildet die untere Stirnseite 53 des Ventilendes 3 des Brennstoffeinspritzven­ tils 1 und ist mit dem Ventilende 3 beispielsweise durch Schweißen verbunden.

Die gestufte Längsbohrung 7 des Gasführungsteils 9 weist in Brenn­ stoffströmungsrichtung stromabwärts des Ventilendes 3 des Brenn­ stoffeinspritzventils 1 einen sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Halteabsatz 55 auf. In Richtung der Ventillängsachse 5 ist jeweils möglichst dicht anliegend zwischen dem Ventilende 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 und dem Halteabsatz 55 des Gasführungs­ teils 9 eine topfförmige Gaszufuhrhaube 57 angeordnet, die ein Bo­ denteil 59 und ein konzentrisch zu der Ventillängsachse 5 verlaufen­ des Mantelteil 61 aufweist. In dem Bodenteil 59 ist konzentrisch zu der Ventillängsachse 5 eine Durchtrittsöffnung 63 ausgebildet.

Die Gaszufuhrhaube 57 liegt mit einer oberen Stirnseite 65 ihres Bodenteils 59 an der durch das Lochplättchen 47 gebildeten unteren Stirnseite 53 des Ventilendes 3 an, wobei die Durchtrittsöffnung 63 die Abspritzöffnungen 49 des Lochplättchens 47 überdeckt und von dem aus den Abspritzöffnungen 49 abgegebenen Brennstoff durchströmt wird. Das Mantelteil 61 der Gaszufuhrhaube 57 erstreckt sich in dem Ventilende 3 abgewandter Richtung bis zu dem Halteabsatz 55 der ge­ stuften Längsbohrung 7 und liegt mit seinem einen, dem Bodenteil 59 abgewandten Ende 67 an einer Anlagestirnseite 68 einer in dem Halte­ absatz 55 ausgebildeten und dem Ventilende 3 des Brennstoffein­ spritzventils zugewandten ringförmigen Haltenut 69 an. Das Mantel­ teil 61 der Gaszufuhrhaube 57 erweitert sich beispielsweise in Rich­ tung des Halteabsatzes 55 kegelstumpfförmig.

In dem Mantelteil 61 sind wenigstens eine, bei dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel beispielsweise zwei Gaszufuhröffnungen 71 ausgebildet, die die Wandung des Mantelteils 61 durchdringen und zum Beispiel etwa senkrecht zu der Ventillängsachse 5 verlaufen. Es ist ebenfalls möglich, daß die Gaszufuhröffnungen 71 gegenüber der Ventillängs­ achse 5 beliebig anders, zum Beispiel schräg in dem Brennstoffein­ spritzventil 1 abgewandter Richtung zu der Ventillängsachse 5 hin geneigt ausgebildet sind. Die Gaszufuhröffnungen 71 können einen kreisförmigen, einen schlitzförmigen (wie in der Fig. 2 gestrichelt angedeutet) oder einen beliebig anderen Öffnungsquerschnitt aufwei­ sen und sind zum Beispiel durch Erodieren ausgebildet.

Die Gaszufuhröffnungen 71 stehen mit einem Gasraum 72 in Verbindung, in den das Gas durch die Queröffnungen 25 gelangt und der durch das Ventilende 3, die Wandung der Längsbohrung 7 und den Umfang des Man­ telteils 61 gebildet wird und dienen zur Zufuhr des Gases zu dem aus den Abspritzöffnungen 49 des Lochplättchens 47 abgegebenen Brenn­ stoff. Das aus den verhaltnismäßig engen Gaszufuhröffnungen 71 strahlförmig austretende Gas trifft auf den abgegebenen Brennstoff, zerstäubt den Brennstoff fein und führt zur Bildung eines weitest­ gehend homogenen Brennstoff-Gas-Gemisches, das durch einen strom­ abwärts der Gaszufuhrhaube 57 ausgebildeten, sich in Strömungsrich­ tung kegelstumpfförmig erweiternden Gemischabspritzabschnitt 73 der Längsbohrung 7 des Gasführungsteils 9 abgegeben wird.

Die Größe des freien Querschnittes der Gaszufuhröffnungen 71 wird entsprechend des geforderten Durchsatzes des Gases in Abhängigkeit von der abgegebenen Brennstoffmenge des Brennstoffeinspritzventils gewählt und beeinflußt die Menge des zugemessenen Gases sowie dessen Druck. Sind in dem Mantelteil 61 der Gaszufuhrhaube 57 mehrere Gas­ zufuhröffnungen 71 ausgebildetß, so können durch unterschiedliche Größen und Formen der Gaszufuhröffnungen 71 asymmetrische Strahlver­ teilungen der auf den abgegebenen Brennstoff treffenden und den Brennstoff zerstäubenden Gasstrahlen und damit ebenfalls unter­ schiedliche Brennstoffstrahlen erzielt werden. Die sich in Gemisch­ strömungsrichtung kegelstumpfförmig erweiternde Ausbildung des Mantelteils 61 der Gaszufuhrhaube 57 vermindert die Gefahr der Brennstoffilmbildung an der Wandung des Mantelteils 61 und damit die Bildung großer Brennstofftröpfchen.

Als Gas zur Bildung eines Brennstoff-Gas-Gemisches kann sowohl Frischluft als auch Inertgas oder eine Mischung aus beiden verwendet werden. Die Frischluft wird beispielsweise aus dem Ansaugrohr vor einem willkürlich verstellbaren Drosselorgan abgezweigt und dem Gas­ zufuhrkanal 23 zugeführt. Als Inertgas läßt sich zum Beispiel das Abgas der Brennkraftmaschine verwenden, so daß durch diese Abgas­ rückführung die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine reduziert wird. Das Gas kann dabei auch mittels einer Zusatzpumpe gefördert werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Fig. 3 dargestellt, wobei gleiche und gleichwirkende Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind wie in den Fig. 1 und 2. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß im Bodenteil 59 anstelle der beispielsweise einen Durchtrittsöffnung 63 zumindest eine, zum Beispiel zwei Abspritzöffnungen 49 ausgebil­ det sind, die zum Beispiel in Brennstoffströmungsrichtung gegenüber der Ventillängsachse 5 nach außen geneigt sind und durch die der bei abgehobenem Ventilschließteil 31 an dem festen Ventilsitz 29 vorbei­ strömende Brennstoff abgegeben wird. Das Bodenteil 59 weist damit also die gleiche Funktion wie das Lochplättchen 47 bei dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel auf, so daß ein separates Lochplättchen 47 nicht erforderlich ist. In der Stirnseite 45 des Düsenkörpers 26 ist konzentrisch zu der Ventillängsachse 5 eine zum Beispiel kreisförmige flache Ausnehmung 75 ausgebildet, in die das Bodenteil 59 der Gaszufuhrhaube 57 ragt. Mit seiner oberen Stirn­ seite 65 liegt das Bodenteil 59 an einer Bodenstirnseite 77 der Aus­ nehmung 75 an.

In dem in der rechten Hälfte der Fig. 3 dargestellten Mantelteil 61 der Gaszufuhrhaube 57 ist z. B. eine Gaszufuhröffnung 71 ausgebildet, die in dem Brennstoffeinspritzventil 1 abgewandter Richtung schräg zu der Ventillängsachse 5 hin geneigt ist. Das durch die Gas­ zufuhröffnung 71, die zum Beispiel einen kreisförmigen oder schlitz­ förmigen Öffnungsquerschnitt aufweist, abgegebene Gas trifft auf den durch die in der rechten Hälfte der Fig. 3 dargestellte Abspritzöffnung 49 des Bodenteils 59 abgegebenen Brennstoff und zerstäubt diesen fein.

Wie in der linken Hälfte der Fig. 3 dargestellt, können in dem Man­ telteil 61 zum Beispiel zwei Gaszufuhröffnungen 71 so ausgebildet sein, daß beide Gaszufuhröffnungen 71 auf den durch die in der lin­ ken Hälfte der Fig. 3 dargestellte Abspritzöffnung 49 abgegebenen Brennstoffstrahl gerichtet sind. Dabei verläuft eine dem Bodenteil 59 zugewandte obere Gaszufuhröffnung 71 zum Beispiel senkrecht zu der Ventillängsachse 5 und eine dem Halteabsatz 55 zugewandte un­ tere Gaszufuhröffnung 71 zum Beispiel in Gemischströmungsrichtung schräg zu der Ventillängsachse 5 hin geneigt. Durch das Auftreffen des durch die obere Gaszufuhröffnung 71 zugeführten Gases auf den durch die Abspritzöffnung 49 abgegebenen Brennstoff wird eine Vor­ zerstäubung des Brennstoffs und durch das Auftreffen des durch die untere Gaszufuhröffnung 71 zugeführten Gases auf das sich bildende Brennstoff-Gas-Gemisch eine Nachzerstäubung des Brennstoffs erzielt.

Die Gaszufuhrhaube 57 ist zum Beispiel durch das Tiefziehen eines metallenen Bleches ausgebildet. Es ist aber auch möglich, die Gaszu­ fuhrhaube 57 zum Beispiel durch Aluminiumdruckgießen oder Kunst­ stoffspritzen auszubilden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der wenigstens eine Gaszufuhr­ öffnung 71 aufweisenden Gaszufuhrhaube 57 bietet den Vorteil eines festgelegten Gaszufuhrquerschnittes und einer gezielten Gas­ strömungsrichtung mit der Folge einer besonders feinen Zerstäubung des Brennstoffs und ist auf einfache Art und Weise herstellbar.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches mit einem Brennstoffeinspritzventil, das eine Ventillängsachse sowie ein mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilschließteil hat, und mit einem Gasführungsteil, das eine konzentrisch zu der Ventil­ längsachse verlaufende gestufte Längsbohrung aufweist, in die das Brennstoffeinspritzventil mit einem Ventilende ragt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Richtung der Ventillängsachse (5) zwischen dem Ven­ tilende (3) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einem Halteabsatz (55) des Gasführungsteils (9) eine topfförmige Gaszufuhrhaube (57) mit einem Bodenteil (59) und einem Mantelteil (61) angeordnet ist, wobei das Mantelteil (61) wenigstens eine Gaszufuhröffnung (71) auf­ weist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (59) der Gaszufuhrhaube (57) dem Ventilende (3) des Brenn­ stoffeinspritzventils (1) zugewandt ist und das Mantelteil (61) der Gaszufuhrhaube (57) sich in Richtung des Halteabsatzes (55) des Gas­ führungsteils (9) erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Mantelteil (61) der Gaszufuhrhaube (57) in Richtung des Halteabsatzes (55) des Gasführungsteils (9) kegelstumpfförmig erweitert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (59) der Gaszufuhrhaube (57) an einem an dem Ventilende (3) des Brennstoffeinspritzventils (1) angeordneten, zumindest eine Abspritzöffnung (49) aufweisenden Lochplättchen (47) anliegt und daß in dem Bodenteil (59) eine Durchtrittsöffnung (63) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (59) der Gaszufuhrhaube (57) an dem Ventilende (3) des Brennstoffeinspritzventils (1) anliegt und daß in dem Bodenteil (59) zumindest eine Abspritzöffnung (49) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die we­ nigstens eine Gaszufuhröffnung (71) gegenüber der Ventillängsachse (5) geneigt ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die we­ nigstens eine Gaszufuhröffnung (71) des Mantelteils (61) schlitz­ förmig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas­ zufuhrhaube (57) durch das Tiefziehen eines metallenen Bleches ausge­ bildet ist.