DE4422331A1 - Vorrichtung und Verfahren zur luftunterstützten Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Vorrichtungen dieser Art, wie sie bereits in der DE-OS 19 33 514, F02M 69/08, in unter­ schiedlichen Ausführungen beschrieben werden, bieten den Vorteil einer extrem feinen Zerstäubung des Kraftstoffs in der Luft und damit eines sehr homogenen Kraftstoff-Luft-Gemischs, wie es für eine optimale Betriebsweise der Brennkraftmaschine - maximaler Wirkungsgrad, günstige Schadstoffemissionen - wichtig ist. Dabei bewirkt, wie in der genannten Schrift beschrieben, das trichter­ artige Beschleunigungs-Längsschnittprofil des Gemischaustritts­ kanals eine erwünschte Beschleunigung der Gemischströmung zu dem brennraumseitigen Ende dieses Kanals, dessen Strömungsquer­ schnitt einerseits so groß sein muß, daß der Brennraum aus­ reichend mit Kraftstoff versorgt wird, andererseits aber in seiner Größe dadurch begrenzt ist, daß auch ein sinnvoller Leerlaufbetrieb gewährleistet ist.

Wie bereits aus diesen ersten einleitenden Ausführungen folgt, spielt die Auslegung der Vorrichtung im einzelnen eine wichtige Rolle beim Erreichen des Ziels einer feinen Zerstäubung des Kraftstoffs im Gemisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit einfachen Maßnahmen hinsichtlich der angestreb­ ten feinen Zerstäubung des Kraftstoffs zu optimieren.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

In Abweichung von den aus der genannten Offenlegungsschrift be­ kannten Konstruktionen erfolgt die Luftzufuhr bei der Erfindung nicht gleichsam von oben über einen Zwischenraum zwischen dem Mantel des Einspritzventils einerseits und der inneren Wand­ fläche eines umgebenden, auch den Gemischaustrittskanal bilden­ den Gehäuses andererseits in die Mischkammer, sondern durch mehrere Luftkanäle von der Seite her. Bereits dies führt, wie sich gezeigt hat, zu für die Zerstäubung in der Mischkammer we­ sentlich günstigeren Strömungsverhältnissen in ihr. Mit diesem Merkmal kombiniert die Erfindung eine bestimmte Ausrichtung der Achsen der Luftkanäle, nämlich radial, so daß sie sich auf der Längsachse der Vorrichtung schneiden; dadurch werden uner­ wünschte Strömungen in der Mischkammer um die Längsachse herum vermieden. Weiterhin sollen die Luftkanäle unter Wahrung ihrer radialen Achsausrichtung über den Querschnitt, d. h. den Umfang, der Mischkammer so verteilt sein, daß ihre Achsen sich unter von 1800 abweichenden Winkeln schneiden, d. h. nie die Lufteinströ­ mungen durch verschiedene Luftkanäle diametral aufeinandertref­ fen.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß die auch als Stützluft zu bezeichnende Luft durch das betriebsbedingte Druckgefälle zwischen dem Saugrohr und dem Luftfilter transportiert werden kann; möglich ist aber auch der Einsatz einer separaten Stütz­ luftpumpe. Wird zum Lufttransport das betriebsbedingte Druck­ gefälle ausgenutzt, so sollte beim Start der Maschine für die ersten Umdrehungen das Leerlauffüllungsregelungsventil und die Drosselklappe (Leistungsstellglied) zur Saugrohrevakuierung vollständig geschlossen sein, damit bereits für die - ggf. bis dahin unterdrückte - erste Einspritzung genügend Stützluft für den Kaltstart vorhanden ist.

Die durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielte verbesserte Gemischbildung führt zu einer besseren Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum und damit zu einer Absen­ kung der Kohlenwasserstoffemissionen. Auch das Kaltstartverhal­ ten kann deutlich verbessert werden, weil eine Abmagerung des Gemischs beim Kaltstart und beim Warmlauf aufgrund der besseren Gemischaufbereitung möglich wird. Im dynamischen Betrieb kann bei Einsatz der Erfindung die Brennkraftmaschine schneller auf Änderungen der Gaspedalstellung reagieren, weil kleine Kraft­ stofftropfen und verdampfter Kraftstoff, die bei dieser Gemisch­ bildung in deutlich größerer Menge vorhanden sind, sehr viel schneller durch das Saugrohr in den Brennraum transportiert werden als ein träger Kraftstoffwandfilm.

Da man zwecks der erwünschten feinen Zerstäubung ein hohes, mög­ lichst überkritisches Druckverhältnis zwischen Gemischaustritts­ kanal und Saugrohr anstrebt, weil der dann auftretende Druckstoß eine zusätzliche Zerstäubung bewirkt, darf eine Drosselung der Luft erst direkt in der Gemischaustrittsöffnung, nicht aber be­ reits in den Luftkanälen, erfolgen. Dem tragen die Merkmale der Patentansprüche 3 und 4 Rechnung.

Wenn sich an das trichterartige Beschleunigungs-Längsschnitts­ profil des Gemischaustrittskanals ein zylindrischer Kanalbereich anschließt, wie dies aus Fertigungsgründen zweckmäßig sein kann, wird vorteilhafterweise die Bemessungsregel des Anspruchs 5 eingehalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 einen Axialschnitt durch den hier interessierenden Bereich der Vorrichtung wiedergibt, während Fig. 2 den Horizontalschnitt gemäß II-II in Fig. 1 zeigt.

Das Einspritzventil 1 besitzt einen an sich bekannten und daher hier nicht zu beschreibenden Aufbau. Es ist unter Zwischenfügung der Dichtung 2 in das Gehäuse 3 eingesetzt, das an seinem in der Figur unteren Ende den Gemischaustrittskanal 4 besitzt, der aus einem trichterartigen Bereich 5 zur Beschleunigung des Gemisches und einem zylinderischen Bereich 6 besteht.

Zwischen dem Abspritzende des Einspritzventils 1 - der abge­ spritzte Kraftstoffstrahl ist bei 7 angedeutet - und dem Ge­ mischaustrittskanal 4 befindet sich die Mischkammer 8, der in dem Gehäuse 3 in einer Querschnittsebene (hier der Ebene II- II) in diesem Ausführungsbeispiel drei Luftkanäle 9, 10 und 11 zugeordnet sind. Diese Kanäle, die von der umlaufenden Außennut 13 im Gehäuse 3 abgehen, verlaufen, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mit ihren Achsen 9′, 10′ und 11′ genau radial, so daß sich diese Achsen in der Längsachse 12 der Vorrichtung schneiden. Infolge der Wahl von drei Luftkanälen und ihrer gleichmäßigen Verteilung über den Querschnitt bzw. den Umfang der Mischkammer 8 ist sichergestellt, daß die Winkel zwischen den Achsen 9′, 10′ und 11′ von 180° abweichen und demgemäß die Lufteinströmungen durch die verschiedenen Luftkanäle 9, 10 und 11 im Bereich der Längs­ achse 12 nicht einander entgegengerichtet aufeinandertreffen.

Verständlicherweise wäre auch die Verwendung einer geraden An­ zahl von Luftkanälen möglich, sofern auch hier dafür gesorgt wäre, daß nicht zwei der Kanäle auf ein und demselben Durch­ messer der Mischkammer 8 liegen.

Wie bereits erläutert, soll eine Drosselwirkung nicht an oder in den Luftkanälen 9, 10 und 11, sondern erst in dem Gemisch­ austrittskanal 4 erfolgen. Wie sich gezeigt hat, ist dies dann sichergestellt, wenn der resultierende Strömungsquerschnitt aller Luftkanäle 9, 10 und 11 mindestens das 25fache des Strömungsquerschnitts des Gemischaustrittskanals 4, also in diesem Ausführungsbeispiel des zylinderischen Bereichs 6 des­ selben, beträgt.

Damit Wandablagerungen an dem zylindrischen Bereich 6 vermieden sind, soll das Verhältnis zwischen seiner Länge l und seinem Durchmesser d kleiner als 1 sein.

Verständlicherweise ist auch eine saubere Bearbeitung der Ober­ flächen des Gemischaustrittskanals 4 von Bedeutung.

Ergänzend sei angemerkt, daß der zylindrische Bereich 6 nicht unbedingt erforderlich ist; er erleichtert lediglich die Her­ stellung einer scharfkantigen, gratfreien Austrittskante 14.

Mit der Erfindung ist demgemäß mit einfachen Mitteln eine Opti­ mierung einer Vorrichtung für eine luftunterstützte Kraftstoff­ einspritzung geschaffen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur luftunterstützten Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff­ einspritzventil und einer diesem austrittsseitig vorgeschal­ teten, mit einer Luftzufuhr versehenen Mischkammer, die über einen ein trichterartiges Beschleunigungs-Längsschnittprofil aufweisenden Gemischaustrittskanal in das Saugrohr einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhr durch mehrere in die Mischkammer (8) radial einmündende Luftkanäle (9, 10, 11) gebildet sind, deren Achsen (9′, 10′, 11′) in einem Quer­ schnitt durch die Mischkammer (8) von 180° abweichende Winkel einschließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine unge­ rade Anzahl von Luftkanälen (9, 10, 11) in über den Quer­ schnitt durch die Mischkammer (8) gleichmäßiger Verteilung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Strömungsquerschnitt aller Luftkanäle (9, 10, 11) im Hinblick auf eine praktisch ungedrosselte Luftströmung gewählt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Strömungsquerschnitt aller Luftkanäle (9, 10, 11) zumindest das 25fache des Strömungsquerschnitts des Gemischaustrittskanals (4) beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet,daß sich an das trichterartige Längsschnittprofil (5) des Gemischaustrittskanals (4) ein zylindrischer Bereich (6) anschließt und das Verhältnis zwischen seiner Länge (l) und seinem Durchmesser (d) kleiner als 1 ist.

6. Verfahren zur luftunterstützten Kraftstoffeinspritzung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit Aus­ nutzung eines betriebsbedingten Druckgefälles zum Transport der Luft, dadurch gekennzeichnet, daß beim Start der Maschine während ihrer ersten Umdrehungen zunächst eine Saugrohreva­ kuierung und erst danach die erste Kraftstoffeinspritzung in die Mischkammer (8) erfolgt.