DE4130351A1 - Vorrichtung zur einspritzung eines brennstoff-gas-gemisches - Google Patents
Vorrichtung zur einspritzung eines brennstoff-gas-gemischesInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Einspritzung eines
Brennstoff-Gas-Gemisches nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus
der DE 36 09 798 A1 ist schon eine Vorrichtung zur Einspritzung
eines Brennstoff-Gas-Gemisches bekannt, bei der der Brennstoff durch
ein Brennstoffeinspritzventil in ein erstes Kanalende eines zylin
drischen Mischkanals eines Mischrohres abgegeben wird. Das Gas wird
durch einen in das erste Kanalende mündenden Gaszufuhrkanal einge
blasen und trifft auf den abgegebenen Brennstoff. Hierdurch wird
eine aus dem Brennstoff und dem Gas bestehende Zweiphasenströmung,
also ein Brennstoff-Gas-Gemisch erzeugt. Diese Vorrichtung hat je
doch den Nachteil, daß sich an der zylindrischen Wandung des Misch
kanals ein wesentlicher Teil des Brennstoffs als Brennstoffilm nie
derschlägt, der durch das vorbeiströmende Brennstoff-Gas-Gemisch nur
teilweise mitgerissen wird und an der Wandung des Mischkanals ent
langläuft, so daß das Brennstoff-Gas-Gemisch nur einen verhältnis
mäßig geringen Anteil flüssigen Brennstoffs aufweist. Der Brennstoff
wird nur unzureichend zerstäubt und gewährleistet keine weitgehend
homogene Gemischbildung. Zudem besteht die Gefahr, daß bei einer
bestimmten Einspritzmenge der an der zylindrischen Wandung des
Mischkanals angesammelte Brennstoff plötzlich abgerissen wird und
unter Bildung eines unerwünschten Brennstoff-Gas-Gemisches nur unge
nügend zerstäubt ins Ansaugrohr gelangt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Bildung
eines Brennstoffilms an der Wandung des Mischkanals wesentlich ver
ringert ist. Durch die erhöhte Geschwindigkeit des Brenn
stoff-Gas-Gemisches in den Querschnittsverengungen des Mischkanals
und die anschließenden Querschnittserweiterungen wird der Brenn
stoffilm von der Wandung des Mischkanals abgerissen und zerfällt in
feine Brennstofftröpfchen. Auf diese Weise wird eine besonders gute
Zerstäubung des Brennstoffs und die Bildung eines weitestgehend ho
mogenen Brennstoff-Gas-Gemisches schon bei relativ geringen zuge
führten Gasmengen erzielt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Vorrichtung möglich.
Um den Brennstoffilm über den gesamten Umfang und über die gesamte
Länge der Wandung des Mischkanals wirkungsvoll zu verringern, ist es
besonders vorteilhaft, wenn zumindest zwei benachbarte Querschnitts
verengungen längliche freie Öffnungsquerschnitte haben und wenn die
länglichen freien Öffnungsquerschnitte jeweils eine in Richtung der
größten Erstreckung des jeweiligen freien Öffnungsquerschnitts
verlaufende Längsachse haben, wobei die Längsachsen der freien
Öffnungsquerschnitte zweier benachbarter Querschnittsverengungen
rechtwinklig zueinander verlaufen.
Von Vorteil ist es, wenn in einem dem ersten Kanalende abgewandten
zweiten Kanalende des Mischkanals eine Drosselstelle vorgesehen ist.
Die Drosselstelle bewirkt ein Abreißen und ein Vorzerstäuben des
Brennstoffilms an dem zweiten Kanalende des Mischkanals, so daß der
Anteil des flüssigen Brennstoffs in dem Brennstoff-Gas-Gemisch er
höht und die Zerstäubung verbessert wird.
Zur Realisierung einer Einstrahl- oder einer Mehrstrahlcharakteri
stik des abgespritzten Brennstoff-Gas-Gemisches mit verschiedenen
Strahl- und Strahlebenenwinkeln ist es vorteilhaft, wenn an dem
zweiten Kanalende des Mischkanals eine Düsenkappe vorgesehen ist,
die zumindest eine Düsenöffnung aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs
gemäßen Vorrichtung mit einem teilweise dargestellten Brennstoffein
spritzventil, Fig. 2 eine teilweise Darstellung des Mischkanals
gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 3 einen Schnitt entlang
der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt entlang der
Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 eine teilweise Darstellung eines
Mischkanals gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels und Fig. 6
einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.
Die in der Fig. 1 beispielhaft und teilweise dargestellte Vorrich
tung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches in ein Ansaug
rohr oder unmittelbar in eine gemischverdichtende fremdgezündete
Brennkraftmaschine besitzt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem
sich zum Beispiel konzentrisch zu einer Ventillängsachse 3 kegel
stumpfförmig verjüngenden Ventilende 5. Das Brennstoffeinspritzven
til 1 weist einen mit einem festen Ventilsitz 7 zusammenwirkenden
Ventilschließkörper 9 auf, der zum Beispiel in bekannter Weise elek
tromagnetisch betätigbar ist. Stromabwärts des Ventilsitzes 7 hat
das Ventilende 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 beispielsweise
eine zu der Ventillängsachse 3 konzentrische Abspritzöffnung 11, es
können jedoch auch mehrere Abspritzöffnungen vorgesehen sein.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ragt mit seinem Ventilende 5 in eine
gestufte, konzentrisch zu der Ventillängsachse 3 verlaufende Auf
nahmebohrung 13 eines Gasumfassungsteils 15. Die gestufte Aufnahme
bohrung 13 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 17, der das
Brennstoffeinspritzventil 1 teilweise umgibt, sowie einen sich
kegelstumpfförmig verjüngenden Anlageabschnitt 19 auf, an dem das
sich kegelstumpfförmig verjüngende Ventilende 5 des Brennstoffein
spritzventils 1 anliegt. Dabei verlaufen der kegelstumpfförmige Um
fang des Ventilendes 5 und der Anlageabschnitt 19 der gestuften Auf
nahmebohrung 13 parallel zueinander. Die kegelförmige Ausbildung des
Ventilendes 5 und des Anlageabschnittes 19 der gestuften Aufnahme
bohrung 13 bewirken eine einfache, aber dennoch sehr exakte Zentrie
rung des Ventilendes 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Auf
nahmebohrung 13 des Gasumfassungsteils 15.
In Brennstoffströmungsrichtung schließt sich an den sich kegel
stumpfförmig verjüngenden Anlageabschnitt 19 ein zweiter zylindri
scher Abschnitt 21 an, in den der durch die Abspritzöffnung 11 des
Brennstoffeinspritzventils 1 abgegebene Brennstoff gespritzt wird.
In dem Gasumfassungsteil 15 ist beispielsweise ein Gaszufuhrkanal 23
ausgebildet, der der Zufuhr des Gases dient und an einer Kanalöff
nung 25 in Brennstoffabspritzrichtung schräg gegenüber der Ventil
längsachse 3 geneigt in den zweiten zylindrischen Abschnitt 21 der
Aufnahmebohrung 13 mündet. Es ist aber auch möglich, in dem Gasum
fassungsteil 15 zwei oder mehr Gaszufuhrkanäle 23 auszubilden.
Als Gas zur Bildung des Brennstoff-Gas-Gemisches kann sowohl bei
spielsweise aus dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine abgezweigte
Luft als auch zum Beispiel das Abgas der Brennkraftmaschine verwen
det werden. Das Gas wird beispielsweise mittels einer Pumpe 27 in
das Gasumfassungsteil 15 gefördert.
An den zweiten zylindrischen Abschnitt 21 schließt sich in Gemisch
strömungsrichtung ein sich bis zum stromabwärtigen Ende der gestuf
ten Aufnahmebohrung 13 des Gasumfassungteils 15 erstreckender drit
ter zylindrischer Abschnitt 29 an, der gegenüber dem zweiten zylin
drischen Abschnitt 21 einen vergrößerten Durchmesser aufweist. In
den dritten zylindrischen Abschnitt 29 ragt ein Mischrohr 31, das
sich dem Brennstoffeinspritzventil 1 abgewandt in Gemischströmungs
richtung konzentrisch zu der Ventillängsachse 3 erstreckt. Das
Mischrohr 31 wird beispielsweise durch eine Preßverbindung im Be
reich des dritten zylindrischen Abschnittes 29 in der gestuften
Aufnahmebohrung 13 gehalten und ragt in Gemischströmungsrichtung
über das Gasumfassungsteil 15 hinaus. Zusammen mit dem zweiten
zylindrischen Abschnitt 21 der gestuften Aufnahmebohrung 13 bildet
das Mischrohr 31 im Innern einen Mischkanal 33, in dessen durch den
zweiten zylindrischen Abschnitt 21 gebildetes erstes Kanalende 35
der Brennstoff durch das Brennstoffeinspritzventil 1 abgegeben und
das Gas durch den Gaszufuhrkanal 23 an der Kanalöffnung 25 zugeführt
wird.
Der Mischkanal 33 weist im Bereich des Mischrohres 31 zumindest
zwei, bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausfüh
rungsbeispiel zum Beispiel vier in Strömungsrichtung des Brenn
stoff-Gas-Gemisches hintereinander angeordnete langlochförmige Quer
schnittsverengungen 37 auf, die den Querschnitt des Mischkanals 33
jeweils in einem begrenzten Bereich verringern und an die sich in
Strömungsrichtung gesehen anschließend der Querschnitt des Misch
kanals 33 wieder erweitert. Die Querschnittsverengungen 37 sind bei
spielsweise durch Quetschungen der Wandung des Mischrohres 31 ausge
bildet, wodurch in Strömungsrichtung ein etwa wellenförmiges Längs
profil entsteht, wie auch in den Fig. 1 bis 4 zu erkennen ist. Es
ist z. B. aber auch möglich, die Querschnittsverengungen 37 durch in
dem Mischkanal 33 angeordneten Lochblenden mit jeweils einer Durch
laßöffnung oder mehreren Durchlaßöffnungen auszubilden.
An einem dem ersten Kanalende 35 abgewandten zweiten Kanalende 39
des Mischkanals 33 ist in dem Mischrohr 31 stromabwärts der Quer
schnittsverengungen 37 eine Drosselstelle 41 vorgesehen, die als
Vordrossel für das Brennstoff-Gas-Gemisch dient. Die Drosselstelle
41 ist zum Beispiel als Lochblende 43 mit einer engen Drosselöffnung
45 oder mehreren Drosselöffnungen ausgebildet.
In Gemischströmungsrichtung stromabwärts der Drosselstelle 41 hat
das Mischrohr 31 eine in Strömungsrichtung nach außen gewölbte Dü
senkappe 47, die den Mischkanal 33 an seinem zweiten Kanalende 39
begrenzt. In der Düsenkappe 47 sind zumindest eine, bei dem ersten
Ausführungsbeispiel zwei Düsenöffnungen 49 vorgesehen. Die Düsenöff
nungen 49 sind in Gemischströmungsrichtung gegenüber der Ventil
längsachse 3 schräg nach außen weisend geneigt.
Wie die Fig. 2 bis 4, in denen das Mischrohr 31 gemäß des ersten
Ausführungsbeispiels teilweise dargestellt ist, zeigen, weisen die
durch Quetschungen der Wandung des Mischrohres 31 ausgebildeten
Querschnittsverengungen 37 in Richtung senkrecht zu der Ventillängs
achse 3 und damit senkrecht zu der Strömungsrichtung des Brenn
stoff-Gas-Gemisches jeweils einen länglichen freien Öffnungsquer
schnitt 51 auf, wobei die freien Öffnungsquerschnitte 51 der ein
zelnen Querschnittsverengungen 37 parallel zueinander verlaufen. In
Richtung ihrer größten Erstreckung haben die freien Öffnungsquer
schnitte 51 der Querschnittsverengungen 37 jeweils eine Längsachse
53 und zum Beispiel senkrecht zu dieser in Richtung ihrer kleinsten
Erstreckung jeweils eine Querachse 55. Jeweils zwei benachbarte
Querschnittsverengungen 37 sind dabei so ausgebildet, daß die Längs
achsen 53 der freien Öffnungsquerschnitte 51 der beiden Quer
schnittsverengungen 37 senkrecht zueinander verlaufen.
Durch diese Ausbildung des Mischkanals 33 wird der sich an der Wan
dung des Mischkanals bildende und an der Wandung entlanglaufende
Brennstoffilm durch die erhöhte Geschwindigkeit des Gases bzw. des
Brennstoff-Gas-Gemisches in den Querschnittsverengungen 37 von der
Wandung abgerissen und zerfällt in feine Brennstofftröpfchen. Auf
diese Weise wird die Zerstäubungsgüte des Brennstoffs wesentlich
verbessert bzw. es läßt sich bei gleicher Zerstäubungsgüte die zuge
führte Gasmenge wesentlich verringern. Die an dem dem Brennstoffein
spritzventil 1 abgewandten zweiten Kanalende 39 des Mischkanals 33
ausgebildete, als Vordrossel wirkende Drosselstelle 41 bewirkt ein
Abreißen und ein Vorzerstäuben des an der Wandung des Mischkanals 33
niedergeschlagenen Brennstoffilms, so daß der Anteil des Brennstoffs
in dem den Mischkanal 33 durchströmenden Brennstoff-Gas-Gemisch ver
größert wird. Die zum Beispiel zwei Düsenöffnungen 49 der gewölbten
Düsenkappe 47 ermöglichen neben einer Einstrahlcharakteristik bei
spielsweise auch eine Zweistrahlcharakteristik des durch das Misch
rohr 31 der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgegebenen Brenn
stoff-Gas-Gemisches.
Ein Mischrohr 31 einer Vorrichtung zur Einspritzung eines Brenn
stoff-Gas-Gemisches gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsbeispiels ist in den Fig. 5 und 6 teilweise dargestellt,
wobei Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5
zeigt. Gleiche und gleichwirkende Teile sind durch die gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet wie in den Fig. 1 bis 4. Das zweite
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nur durch die Gestaltung der
Querschnittsverengungen 37 des Mischrohres 31 von dem in den Fig.
1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Das Mischrohr 31
weist zumindest zwei in Gemischströmungsrichtung hintereinander an
geordnete Querschnittsverengungen 37 des Mischkanals 33 auf, die zum
Beispiel durch Quetschungen der Wandung des Mischrohres 31 ausgebil
det sind. Die Querschnittsverengungen 37 haben zum Beispiel einen
kreisförmigen freien Öffnungsquerschnitt 51, der sich in Strömungs
richtung hinter der jeweiligen Querschnittsverengungen 37 wieder
erweitert. Durch die erhöhte Geschwindigkeit des Gases bzw. des
Brennstoff-Gas-Gemisches im Bereich der Querschnittsverengungen 37
wird der sich an der Wandung des Mischkanals 33 niederschlagene
Brennstoff von der Wandung abgerissen und fein zerstäubt.
Durch die Querschnittsverengungen 37 des Mischkanals 33 wird die
Bildung eines Brennstoffilms an der Wandung des Mischkanals 33
wesentlich verringert und damit die Bildung eines weitestgehend
homogenen Brennstoff-Gas-Gemisches mit einer feinen Zerstäubung des
Brennstoffes erreicht.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches, mit
einem Brennstoffeinspritzventil, das an einem Ventilende wenigstens
eine Abspritzöffnung aufweist, mit einem Mischkanal, in dessen er
stes Kanalende der Brennstoff durch das Brennstoffeinspritzventil
abgegeben wird, und mit einem Gaszufuhrkanal, der mit dem ersten
Kanalende des Mischkanals in Verbindung steht, dadurch gekennzeich
net, daß der Mischkanal (33) in Brennstoffströmungsrichtung stromab
wärts der wenigstens einen Abspritzöffnung (11) des Brennstoffein
spritzventils (1) zumindest eine Querschnittsverengung (37) auf
weist, an die sich in Strömungsrichtung anschließend der Querschnitt
des Mischkanals (33) erweitert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumin
dest zwei benachbarte Querschnittsverengungen (37) längliche freie
Öffnungsquerschnitte (51) aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querschnittsverengungen (37) jeweils eine in Richtung der größten
Erstreckung des freien Öffnungsquerschnitts (51) verlaufende Längs
achse (53) haben und daß die Längsachsen (53) der freien Öffnungs
querschnitte (51) zweier benachbarter Querschnittsverengungen (37)
rechtwinklig zueinander verlaufen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens
eine Querschnittsverengung (37) des Mischkanals (33) durch
eine Quetschung der Wandung des Mischkanals (33) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem
dem ersten Kanalende (35) abgewandten zweiten Kanalende (39) des
Mischkanals (33) eine Drosselstelle (41) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem
zweiten Kanalende (39) des Mischkanals (33) eine Düsenkappe (47)
vorgesehen ist, die zumindest eine Düsenöffnung (49) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Düsenkappe (47) in Strömungsrichtung des Brennstoff-Gas-Gemisches
nach außen gewölbt ausgebildet ist.
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Legal Events
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