DE2846528A1

DE2846528A1 - Brennstoff-einspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2846528A1
Application number: DE19782846528
Authority: DE
Inventors: Kazuya Kunii
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1977-10-25
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1979-04-26
Also published as: JPS5460622A; GB2007297B; GB2007297A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung befaßt sich mit Brennkraftmaschinen, die ein Brennstoffeinspritzsystem zur steuerbaren Brennstoffeinspritzung in die Ansaugluft aufweisen, die durch einen Ansaugkrümmer der Maschine zugeführt wird.

Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung zur steuerbaren Einleitung von Brennstoff in die Ansaugluft im Ansaugkrümmer sind bekannt. Deratige Maschinen haben den Nachteil, daß der Strömungsdurchsatz der Ansaugluft bei langsamem Maschinenlauf und niedriger Maschinenlast im Ansaügkrümmer gering ist, so daß der durch die Brennstoff-Einspritzdüsen eingespritzte Brennstoff nicht ausreichend mit der Ansaugluft vermischt werden kann. Dies führt zu einer unzureichenden Zerstäubung des eingespritzten Brennstoffs. Folglich kann eine ausreichende Brennbarkeit des Brennstoffgemisches in den Verbrennungskammern nicht erwartet werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Luft aus der Nähe der Düsen der Einspritzdüsen zuzuführen, so daß sie die von den Düsen abgegebenen Tropfen des Brennstoffs einschließt. Jedoch ist auch in diesem Falle lediglich zu erreichen, daß die Luft, die in der Nähe des Brennstoffs eintritt, die Brennstofftropfen umhüllt, so daß eine Zerstäubung des Brennstoffs kaum verbessert werden kann.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Brennkraftmaschine mit einem Brennstoff-Einspritzsystem zu schaffen, bei dem die Zerstäubung des durch die Einspritzdüsen eingespritzten Brennstoffs erheblich verbessert wird, so daß zugleich der Brennstoffverbrauch gesenkt und das Laufverhalten der Maschine verbessert werden.

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Die Verbesserung der Zerstäubung soll sich insbesondere bei niedriger Drehzahl und niedriger Last der Maschine ergeben.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird verwirbelte Luft in der Nähe der Spitze der Düsenkörper der einzelnen Brennstoff-Einspritzdüsen zugeführt, so daß der eingespritzte Brennstoff aus dem Düsenkörper ausreichend mit Luft vermischt und die Zerstäubung des eingespritzten Brennstoffs in der Einlaßleitung erheblich verbessert werden können.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine

bevorzugte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilschnittdarstel

lung entsprechend der Linie II-II in Fig.1 und zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einspritzdüse mit deren Umgebung bei der Maschine der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Bewegung der Ansaugluft, die der Verbrennungskammer der Maschine der Fig. 1 zugeführt wird;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Teilschnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der Einspritzdüse mit ihrer Umgebung für eine

Maschine gem. Fig. 1;
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Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Eine Brennkraftmaschine ist mit 1o bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 1o umfaßt einen Motorblock 12 in Verbindung mit einem Zylinderkopf 14. Der Zylinderkopf 14 weist obere Bereiche von vier Verbrennungskammern 16a-16d auf. In üblicher Weise ist der Zylinderkopf 14 mit dem nicht näher dargestellten Motorblock 12 verbunden, der im Inneren vier Zylinder aufweist, die mit den Verbrennungskammer 16a-16d in Verbindung stehen.

Die Verbrennungskammern 16a-l6d sind über Einlasse 18a-18d mit Einlaßleitungen 2oa-2od eines Ansaugkrümmers 2o verbunden. Die Einlasse befinden sich in dem Zylinderkopf 14 und verlaufen im wesentlichen tangential i-^{n Be}"~ zug auf die kreisförmigen Verbrennungskammern. Mit anderen Worten, die Mittelachse der Einlasse liegt in Draufsicht in Tangentialrichtung in Bezug auf den Zylinderumfang der Verbrennungskammern, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Der Ansaugkrümmer 2o bildet im Inneren einen Ansaugkanal P. und nimmt eine Drosselklappe V auf, die drehbar angeordnet ist und die Menge der in die Verbrennungskammern 16a-16d geleiteten Ansaugluft steuert.

In den Einlaßleitungen 2oa-2od des Ansaugkrümmers 2o befinden sich Einspritzdüsen 22a-22d zum Einspritzen von zugemessenen Brennstoffmengen in die Einlaßleitungen 2oa-2od. Die Einspritzdüsen 2oa-2od bilden einen Teil eines elektronisch geregelten Brennstoffeinspritzsystems zur Steuerung der Brennstoffmengen entsprechend verschiedenen Betriebs-Parametern der Maschine.

Fig. 2 veranschaulicht im einzelnen eine Einspritzdüse 22d und deren Umgebung. In diesem Falle weist die zylindrische Wand 24 der Einlaßleitung 2od einen vorspringenden Bereich

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24a auf, durch den eine öffnung 26 hindurchgeht, die das Innere der Einlaßleitung 2od mit der Umgebung verbindet. Diese öffnung 26 weist einen oberen zylindrischen Abschnitt 26a auf, der an einer Seite mit der Umgebungsluft verbunden ist/ und einen unteren zylindrischen Abschnitt 26b, der in das Innere der Einlaßleitung 2od mündet und am anderen Ende mit dem Abschnitt 26a verbunden ist. Wie in Fig.2 gezeigt ist, weist der Abschnitt 26a einen größeren Durchmesser als der Abschnitt 26b auf. Eine schraubenförmige Nut 28 befindet sich auf der inneren Oberfläche des unteren zylindrischen Abschnitts 26b. Die Nut 28 mündet an einem Ende in den oberen Abschnitt 26a und am anderen Ende in das Innere der Einlaßleitung 2od.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Gewindeabschnitt der Einspritzdüse 22d in den oberen Abschnitt 26a eingeschraubt, und die Einspritzdüse 22d ist gegenüber dem vorspringenden Bereich 24a der Wand 24 abgedichtet.

Der Gewindeabschnitt der Einspritzdüse 2od tritt soweit in den Abschnitt 46d der öffnung ein, daß ein zylindrischer Zwischenraum am Boden des Abschnitts 26a verbleibt.

Die Einspritzdüse 22d ist mit einem Düsenkörper 30 versehen, der von dem Gewindebereich vorspringt.Der Düsenkörper 3o befindet sich gemäß der Zeichnung in ko-axialer Verängerung mit dem zylindrischen Zwischenraum und dem unteren zylindrischen Abschnitt 26b. Folglich wird eine obere ringförmige Kammer C. zwischen der zylindrischen Oberfläche des oberen „zylindrischen Abschnitts 26a und der zylindrischen Oberfläche des Düsenkörpers 30 gebildet. Weiterhin entsteht eine untere zylindrische Kammer C₂ zwischen der zylindrischen Oberfläche des unteren zylindrischen Abschnitts 26b und der Umfangsflache des Düsenkörpers 3o. Die obere ringförmige Kammer C. ist mit einer Öffnung 32 verbunden, die in dem vorspringenden Bereich 24a

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ausgebildet ist. In der öffnung 32 befindet sich eine Drosselstelle 34 zur Begrenzung des Lufteintritts in die ringförmige Kammer C₁. Die öffnung 32 ist über eine Luftleitung 36 und eine Verbindungsleitung 38 mit der Ansaugleitung P^ stromaufwärts der Drosselklappe V und stromabwärts eines bekannten Luft-Durchsatzmessers 40 verbunden, der den Luftdurchsatz der Ansaugluft als Betriebsparameter der Maschine mißt.

Die schraubenförmige Nut 28 bildet einen Teil eines bevorzugten Beispiels einer Wirbelbildungseinrichtung zur Verwirbelung von Luft, die von der unteren ringförmigen Kammer C₂ in die Ansaugleitung P. eingeleitet wird.

Es liegt auf der Hand, daß die anderen Einspritzdüsen 22a-22c und ihre Umgebung in wesentlichen entsprechend der Einspritzdüse 22d gem. Fig. 2 ausgebildet sind. Zur Vereinfachung soll jedoch die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine 10 lediglich in Bezug auf die Einspritzdüse 22d in Fig. 2 erläutert werden.

Wenn Brennstoff von dem Düsenkörper 3o der Einspritzdüse 22d in die Einlaßleitung P. bei langsamer Drehzahl und geringer Last der Maschine eingespritzt wird, ist der Öffnungsgrad der Drosselklappe V gering, so daß ein beträchtlicher Druckunterschied auf der stromabwärtigen und der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe V besteht. Mit anderen Worten, es wird ein hoher Ansaug-Ünterdruck in dem Ansaugkrümmer 2o erzeugt. Daher wird Luft stromaufwärts der Drosselklappe V durch die obere ringförmige Kammer C₁ in die untere ringförmige Kammer C₂ und durch diese in die schraubenförmige Nut 28 eingeleitet, so daß ein schraubenförmiger Luftstrom in der unteren Kammer C„ entsteht. Die schraubenförmig gedrehte Luft wird in die Einlaßleitung P eingeleitet und verwirbelt Brennstofftropfen, die durch den Düsenkörper 3o der Einspritzdüse 22d eingeleitet werden. Der eingespritzte Brennstoff wird daher wirksam mit der schraubenförmig umlaufenden Luft vermischt, so daß die Zerstäubung des Brennstoffs gefördert: wird.

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Die schraubenförmig gedrehte Luft kann einen turbulenten Strom erzeugen und die durch die Einlaßleitung P. strömende Ansaugluft verwirbeln. Folglich wird der durch die Einspritzdüse 22d eingespritzte Brennstoff gleichmäßig zerstäubt und in der Ansaugluft verteilt, die durch die Einlaßleitung 2od des Ansaugkrümmers 2o strömt.

Im folgenden soll ein praktisches Beispiel für die Brennstoff zerstäubung der Anordnung der Fig. 2 erläutert werden. Wenn die Einspritzdüse 22d und die zylindrische öffnung 26 derart angeordnet sind, daß der Einspritzkegelwinkel der Einspritzdüse 22d etwa 3o° einnimmt und der Kegelwinkel der schraubenförmig gedrehten Luft aus der unteren Kammer C_ etwa 9o° beträgt, werden die Brennstoffteilchen, die durch die Einspritzdüse 22d eingespritzt werden, durch die schraubenförmig umlaufende Luft mitgenommen, so daß der Einspritzkegelwinkel des Brennstoffs aufgrund der Zentrifugalkraft der schraubenförmig umlaufenden Luft zunimmt. Auf diese Weise wird der eingespritzte Brennstoff wirksam zerstäubt und. in dem Ansaugluftstrom in der Einlaßleitung P. verteilt. Bei der praktischen Verwirklichung einer derartigen Anordnung ist es vorzuziehen, daß der Durchmesser des Düsenkörpers 30 der Einspritzdüse 22d im wesentlichen 10mm beträgt, die Breite und Tiefe des Querschnittes der schraubenförmigen Nut 28 1,5mm beträgt und die schraubenförmige Nut 28 einen Neigungswinkel von etwa 45° in Bezug auf eine nicht gezeigte Ebene aufweist, die zu der nicht näher dargestellten Achse des Düsenkörpers 3o senkrecht liegt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die untere ringförmige Kammer CL derart ausgebildet ist, daß der Abstand zwischen der zylindrischen Oberfläche des unteren Abschnitts 26d,der öffnung 26 und der ümfangsfläche des Düsenkörpers 3o so gering wie möglich ist. Wenn nämlich dieser Abstand größer ist, ist es schwierig zu bewirken, daß die Luft entlang der schraubenförmigen Nut 28 strömt. Weiterhin sind die Luftleitung 36 und die Verbindungsleitung 38 vorzugsweise mit einem nicht gezeigten Ventil ver-

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sehen, das den Luftstrom in die obere ringförmige Kammer C während des Maschinenbetriebs außerhalb langsamer Drehzahl und geringer Last unterbricht.

Da der Einlaß 18d im wesentlichen tangential in Bezug auf die Verbrennungskammer 16d liegt, wie aus Fig. 1 hervorgeht, erzeugt die Ansaugluft, die in die Verbrennungskammer 16d eingeleitet wird, einen großen Wirbel S₁ entlang dem Umfang der Verbrennungskammer, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Außerdem werden Wirbel erzeugt durch die Wirkung der schraubenförmigen Nut 28, die auch in der Verbrennungskammer 16d aufrechterhalten werden und kleine Wirbel S₂ bilden, die sich in Richtung des Mittelbereichs der Verbrennungskammer 16d bewegen. Daher werden Ansaugluft und zerstäubter Brennstoff ausreichend miteinander vermischt, so daß ein gleichmäßig verteiltes Brennstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 16d entsteht. Dadurch wird die Verbrennbarkeit des Brennstoffs in der Verbrennungskammer in erheblichem Maße verbessert.

Während der Vorteil der tangential angeordneten Einlasse lediglich in Bezug auf den Einlaß 18d beschrieben worden ist, gilt das gleiche selbstverständlich auch für die anderen Verbrennungskammern 16a bis 16c der Fig. 1.

Fig. 4 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform einer Einspritzdüse 22d ' ,die mit deren Umgebung dargestellt ist und ein anderes bevorzugtes Beispiel einer Wirbelbildungseinrichtung bildet. In diesem Falle ist in diesem Körper 30 mit einem schraubenförmigen Vorsprung 42 auf dem Umfang versehen.Die obere Oberfläche des schraubenförmigen Vorsprungs 42 liegt in der Nähe der zylindrischen Oberfläche des unteren Abschnitts 2 6b der öffnung 26. Der schraubenförmige Vorsprung 42 kann durch eine nicht gezeigte schraubenförmige Nut ersetzt werden, die auf der Umfangsflache des Düsenkörpers 30 ausgebildet ist.

Bei der Anordnung der Fig.4 kann bei Einleitung von Luft durch die untere ringförmige Kammer C₂ in die Einlaßleitung P₁ ein Luftwirbel aus der Nähe der Spitze des

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Düsenkörpers 30 erzeugt und in die Einlaßleitung P. eingeleitet worden.

Fig. 5 zeit eine weitere Abwandlung der Einspritzdüse 22d" und deren Umgebung.Bei dieser weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die öffnung 26' aus einem oberen zylindrischen Abschnitt 26a¹ und einem unteren zylindrischen Abschnitt 26b¹. Der untere zylindrische Abschnitt 26b¹ mündet in den oberen zylindrischen Abschnitt 26a^r und weist einen geringeren Durchmesser als dieser auf. Die Umfangsflache des Düsenkörpers 30 berührt die zylindrische Oberfläche des unteren Abschnitts 26b¹ ohne Abstand. Eine Anzahl von langgestreckten Bohrungen 44 befindet sich in der Nähe des Düsenkörpers 30 und umgibt diesen. Die Bohrungen 44 liegen in Winkelabständen verteilt in Bezug auf die nicht gezeigte Achse des Düsenkörpers 30. Es sind vorzugsweise zumindest sechs öffnungen 44 vorgesehen.

Gemäß Ziff. 5 wird Luft, die in die ringförmige Kammer C₁ eintritt, durch die Bohrungen 44 in die Einlaßleitung P. eingeleitet, so daß ein Luftwirbel in der Nähe der Spitze des Düsenkörpers 30 entsteht.

Das Prinzip der Erfindung ist anwendbar auf Maschinen, bei denen die Einspritzdüsen in die Einlasse im Zylinderkopf 14 eintreten. Die öffnung 26 kann mit einer nicht gezeigten Einrichtung verbunden).sein, die die öffnung 26 mit Druckluft versorgt, wie etwa einem Kompressor.

Obgleich die Erfindung zuvor in Bezug auf eine Brennkraftmaschine mit elektronisch gesteuerter Brennstoffeinspritzung beschrieben worden ist, ist sie auch für andere Typen anwendbar, die mit anderen Brennstoffeinspritzsystemen und Einspritzdüsen ausgerüstet sind.

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Claims

PATENTANWÄLTE
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D-8OOO München 22 D-4300 Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

St/st
PG23-78052

Nissan Motor Company,Limited No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku Yokohama City, JAPAN

Brennstoff-EinspritzVorrichtung für Brennkraftmaschinen

Priorität: 25. Oktober 1977, Japan No. 52-127290

Patentansprüche

Brennstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit wenigstens einer Verbrennungskammer, einer Einlaßleitung in Verbindung mit der Verbrennungskammer zur Einleitung von Außenluft und einer Einspritzdüse, die in eine Öffnung der Wand der Einlaßleitung eingesetzt ist, dadurch gekennze ichnet, daß die Öffnung (26) einen inneren, in das Innere der Einlaßleitung (P.) eintretenden Abschnitt (26b) umfaßt,

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ORIGINAL INfSPECTED

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der mit einer Luftleitung (36,38) in Verbindung steht,daß die Einspritzdüse (22) einen zylindrischen Düsenkörper (3o) aufweist, der in das Innere der Einlaßleitung zum Einspritzen von Brennstoff eintritt und im Abstand innerhalb der zylindrischen Wandfläche des Abschnitts (26b) der öffnung (26) angeordnet ist und mit dieser eine ringförmige Einlaß-Kammer (C2) bildet und daß eine Einrichtung (28,42,44) zur Verwirbelung von Luft in der ringförmigen Kammer (C2) beim Eintritt in die Einlaßleitung (P1) vorgesehen ist. 1o
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (26b) der öffnung (26) den selben Durchmesser über die gesamte Länge aufweist und an einem Ende in die Einlaßleitung (Pi) mündet.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennz eichnet, daß die Einrichtung zur Verwirbelung von Luft in dem Abschnitt (26b) eine schraubenförmige Nut (28) auf der zylindrischen Wandfläche des Abschnitts (26b) umfaßt.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verwirbelung von Luft einen schraubenförmigen Vorsprung (42) auf der ümfangsflache des Düsenkörpers (3o) der Einspritzdüse (22) umfaßt.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (26) in der Wand (24) einen zweiten Abschnitt (26a) größeren Durchmessers aufweist, der in den Abschnitt (26b) übergeht und in offener Fluidverbindung mit der Lufteinlaßleitung (36,38) steht.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die schraubenförmige Nut (28) den Abschnitt (26a) mit dem Inneren der Einlaßleitung (Pi) verbindet.

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7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (26) in der Wand (24) der Einlaßleitung (P₁) einen zylindrischen Abschnitt (26b') umfaßt, der von dem Abschnitt (26a') in das Innere der Einlaßleitung mündet und einen geringeren Durchmesser als der Abschnitt (26a') aufweist, und daß die zylindrische Oberfläche des Düsenkörpers (3o) im Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des Abschnitts (26b') entspricht, wobei eine Anzahl von länglichen Bohrungen (44) angrenzend an den Düsenkörper (3o) um diesen herum zwischen dem ersten Abschnitt (26a') und dem Inneren der Einlaßleitung vorgesehen sind.
8.Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhrleitung vom Inneren des Ansaugrohrs der Maschine stromaufwärts einer Drosselklappe (V) ausgeht.
9.Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein elektronisches Brennstoffeinspritzsystem mit einem Luftdurchsatzmesser in dem Ansaugrohr stromaufwärts der Drosselklappe zur Messung des Luftdurchsatzes.
1o.Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhrleitung (36,38) von einer Position des Ansaugrohrs zwischen dem Luftdurchsatzmesser und der Drosselklappe ausgeht.
11.Brennkraftmschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (22) in einer Einlaßleitung (2oa-d) eines Ansaugrohrs (2o) angeordnet ist.

^.Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, diß die Einlaßleitung (2oa-d) mit einem Einlaß (18a-d) in einem Zylinderkopf der

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Maschine verbunden ist, der im wesentlichen tangentialⁱⁿ Bezug auf den zylindrischen Umfang der Verbrennungskammer in diese einmündet.

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