DE10150966A1 - Einspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

"Erdgasbetriebene PKW können die welt­ weit schärfsten ULEV-Grenzwerte von Kalifornien einhalten. . . . . . . Zudem sind Erdgasmotoren im Vergleich zu Diesel­ motoren sehr leise. Damit zählen Erdgas­ fahrzeuge zu den emissionsärmsten Ver­ kehrsmitteln." (Prof. Andreas Troge, Prä­ sident des Bundesumweltamtes in "Gasan­ trieb" eine Broschüre des Umweltbundes­ amtes, 3. überarbeitete Auflage, Mai 2000) Zudem sind ihre Kraftstoffkosten nach heutigen Preisen sehr viel günstiger und werden es auch in absehbarer Zukunft bleiben. Zusammen mit der sich abzeich­ nenden öffentlichen Unterstützung läßt das eine Zunahme gasbetriebener Fahrzeuge erwarten.

Bedingt durch die noch im Aufbau befind­ liche Versorgungsstruktur und die zur Zeit noch begrenzten Reichweiten erdgasbe­ triebener Fahrzeuge (ca. 250-600 km) ist zu erwarten, daß auch zukünftig der über­ wiegende Teil der privat betriebenen Fahr­ zeuge mit Erdgasantrieb bivalent ausgelegt sind, d. h., sie werden für Erdgas- und Ben­ zinbetrieb ausgerüstet sein.

Die zur Zeit am Markt angebotenen biva­ lenten Systeme führen dem Brennraum jeden Kraftstoff in einem eigen System zu.

Bei Motoren mit externer Ge­ mischaufbereitung stellt die Positionierung eines getrennten Gaseinblasventils kein größeres Problem dar, wie am Markt ver­ fügbare Systeme beweisen. Hier wird des­ halb die beschriebene Erfindung kaum entscheidende technische und/oder öko­ nomische Vorteile erzielen.

Ganz anders hingegen will man Direktein­ spritzmotoren bivalent mit beiden Kraft­ stoffen direkteinspritzend betreiben. Da hier beide Kraftstoffe direkt in den Brenn­ raum eingebracht werden müssen (13), ist die Platzierung einer zusätzlichen Öffnung im Brennraum für den bivalenten Betrieb aus Platzgründen schwierig. Zusätzlich sind zur Zündung der mageren Gemische des Teillastbetriebes günstige geometrische Positionen zur Zündkerze nötig (VW- Homepage: Technik-Kompetenz bei Volkswagen, http:/ / www.volkswagen.de/­ technik/home/home.htm).

Das verlangt, daß auch das Einblasventil so zur Zündkerze (6) positioniert ist, daß es im Bereich der Zündfunkenstrecke ein brenn­ bares Gemisch erzeugt (11). Da die Erzeu­ gung eines zündfähigen Gemischkerns im Zündkerzenbereich durch eine gezielte geometrische Gestaltung des Brennraumes unterstützt wird (12), müßte für ein getrennt vom Einspritzventil plaziertes Einblasven­ til eine ähnlich günstige Geometrie ge­ schaffen werden. Ob beide Geometrien miteinander kompatibel währen ist frag­ lich.

Diese Probleme werden durch die Erfin­ dung gelöst, indem für die Gaseinblasung dieselbe Bohrung wie zur Einspritzung des flüssigen Kraftstoffes genutzt wird. Dies führt dann zwingend zu dem Mehrstoffein­ spritzventil des Patentanspruchs.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß es nur noch ein statt zweier Bauteile für die Einbringung verschiedener Kraft­ stoffe in den Brennraum gibt. Eine zusätz­ liche Öffnung im Brennraum ist nicht mehr nötig und die vorhandene günstige Brenn­ raumgeometrie bleibt erhalten.

Diese Vorteile gelten auch und bleiben erhalten, wenn man das Mehrstoffein­ spritzventil mit der Dieseldirekteinsprit­ zung kombiniert.

Fig. 1 skizziert den prinzipiellen Aufbau eines Mehrstoffeinspritzventils. Ein Ein­ spritzventil (7) für flüssigen Kraftstoff wird mit einer zusätzlichen Hülse (8) um­ geben, die mit dem Einspritzventil gas- und druckdicht verbunden wird (9). Durch das untere Ende der Hülse tritt das Gas in den Brennraum ein, welches vorher an geeigneter Stelle (10) der Hülse zugeführt wird. Der Aufbau und die Wirkungsweise eines Einspritzventils für flüssigen Kraft­ stoff (7) ist bekannt und wird daher hier nicht mehr erläutert.

Fig. 2 skizziert aus diesem Grund nur das zusätzliche Gaseinblasventil (8) im Detail. Es kann sowohl in Verbindung mit einer Druckerzeugung nach dem Common-Rail- Prinzip betrieben werden, als auch in Ver­ bindung mit einem Pumpe-Leitung-Düse- System (PLD).

Auf das untere Ende des Düsenhalters (7) eines Flüssigkraftstoffeinspritzventils ist mit einem Gewinde (9) eine Hülse (8) auf­ geschraubt. In die Hülse (8) wird über eine Bohrung (10) das Brenngas (12) zugeführt. Gibt das Magnetventil der Common-Rail oder der Brenngaspumpe dem Brenngas den Weg zum Brenngasventil frei, baut sich im Kolbenraum (13) des Einblasven­ tils (8) ein Druck auf, der den Schließkol­ ben (14) gegen den Druck der Rückstellfe­ der (15) anhebt. Das unter Druck stehende Brenngas strömt dann an den angehobe­ nen Dichtflächen (1b) des Schließkolbens vorbei und bläst in den Brennraum ein.

Wird die Spule des Elektromagneten in der Rail oder in der Pumpe abgeschaltet, sinkt der Druck des Brenngases und der Kolben wird durch die Rückstellfeder (15) wieder in Schließstellung gebracht.

Dem Schließkolben (14) wird durch eine Zuführbohrung (17) kühlende und gleich­ zeitig schmierende Flüssigkeit (18) in den Federraum (19) zugeführt, die durch die Rückflußbohrung (20) wieder abfließt.

Soll das Brenngas (12) mit einem Druck eingeblasen werden, der unter dem Ver­ brennungsdruck (21) oder einem vorgege­ benen Verdichtungsdruck liegt, kann die Kühlflüssigkeit (18) auch dazu genutzt werden, den Schließkolben (14) gegen diesen Druck verschlossen zu halten. Sie muß dazu selbst so stark unter Druck ge­ setzt werden, daß der Druck, den sie über den Schließkolben (14) erzeugt, größer ist als der entgegengesetzt wirkende Ver­ dichtungs- oder Verbrennungsdruck.

Fig. 3 skizziert eine Variante des Gas­ einblasventils bei der das Brenngas nicht durch einen Ringspalt am Ende der Hülse in den Brennraum eintritt, sondern durch Schlitze (22) in der zum Brennraum hin geschlossenen Hülse (8). Dies hat den Vorteil, daß der Schließkolben und die Dichtflächen den Verbrennungsgasen nicht direkt ausgesetzt sind.

Claims (1)

1. Einspritzventil für eine Brennkraftmaschi­ ne dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein­ spritzventil für flüssigen Brennstoff und ein Einblasventil für gasförmigen Brenn­ stoff in einem Bauteil zusammengefaßt sind. (Mehrstoffeinspritzventil)