DE4422331B4 - Vorrichtung zur luftunterstützten Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur luftunterstützten Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil (1), das in ein Gehäuse (3) eingesetzt ist, wobei dem Kraftstoffeinspritzventil (1) austrittsseitig eine, mit der Luftzufuhr versehende Mischkammer (8) vorgeschaltet ist, die über einen, ein trichterartiges Beschleunigungs-Längsschnittprofil (5) aufweisenden Gemischaustrittskanal (4) in das Saugrohr einmündet, wobei die Mischkammer (8) zwischen einem austrittsseitigen Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils (1) und einem Eintrittsquerschnitt des trichterartigen Beschleunigungs-Längsschnittprofils (5) als Hohlraum im Gehäuse (3) ausgestaltet ist, wobei das Gehäuse (3) an seiner Außenkontur eine umlaufende Außennut (13) aufweist, die über mehrere das Gehäuse (3) radial durchbrechende Luftkanäle (9, 10, 11) mit der Mischkammer (8) verbunden ist, wobei die Luftkanäle (9 ,10, 11) derart angeordnet sind, dass sie zwischen ihren Achsen (9', 10', 11') in einem Querschnitt durch die Mischkammer (8) jeweils von 180° abweichende Winkel einschließen und wobei ein resultierender Strömungsquerschnitt aller Luftkanäle (9, 10, 11) zumindest das 25-fache eines Strömungsquerschnitts des Gemischaustrittskanals...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur luftunterstützten Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine. Vorrichtungen dieser Art, wie sie bereits in der DE-OS 19 33 514 in unterschiedlichen 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 trichterartige Beschleunigungs-Längsschnittprofil des Gemischaustrittskanals eine erwünschte Beschleunigung der Gemischströmung zu dem brennraumseitigen Ende dieses Kanals, dessen Strömungsquerschnitt einerseits so groß sein muss, dass der Brennraum ausreichend 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 Zieles einer feinen Zerstäubung des Kraftstoffs im Gemisch.
• Aus der Schrift US 4,434,766 ist ebenfalls bereits eine luftunterstützte Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, bei der der Austrittsöffnung in das Saugrohr eine Mischkammer vorgeschaltet ist, über die der Einspritzvorrichtung zusätzliche Luft zugeführt wird.
• Dabei weist diese bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung jedoch den Nachteil auf, dass hier kein Beschleunigungs-Längsschnittprofil in der Art vogesehen ist, dass es die Kraftstoffförderung, insbesondere deren Fördergeschwindigkeit zur Austrittsöffnung tatsächlich wirkungsvoll unterstützt. Zudem ist der Gemischaustrittskanal bei der bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung nicht optimal ausgelegt, wodurch die Einspritzgeschwindigkeit des einzuspritzenden Kraftstoffes verringert und somit dessen Eindringtiefe und Zerstäubungsqualität im Brennraum der Brennkraftmaschine nicht ausreichend ist.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine luftunterstützte Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einfachen Maßnahmen hinsichtlich der angestrebten feinen Zerstäubung des Kraftstoffes zu optimieren.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
• Dabei erfolgt die Luftzufuhr bei der Erfindung nicht gleichsam von oben über einen Zwischenraum zwischen dem Mantel des Einspritzventils einerseits und der inneren Wandfläche eines umgebenden, auch den Gemischaustrittskanal bildenden 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 wesentlich 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 unerwünschte Strömungen in der Mischkammer um die Längsachse herum vermieden. Weiterhin sollen die Luftkanäle unter Wahrung ihrer radialen Ausrichtung über dem Querschnitt, d.h. den Umfang, der Mischkammer so verteilt sein, dass ihre Achsen sich unter von 180° abweichenden Winkeln schneiden, d.h. nie die Lufteinströmungen durch verschiedene Luftkanäle diametral aufeinandertreffen.
• 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 Stützluftpumpe. Wird zum Lufttransport das betriebsbedingte Druckgefälle 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 Absenkung der Kohlenwasserstoffemissionen. Auch das Kaltstartverhalten kann deutlich verbessert werden, weil eine Abmagerung des Gemischs beim Kaltstart und beim Warmlauf auf Grund der besseren Gemischaufbereitung möglich wird. Im dynamischen Betrieb kann bei Einsatz der Erfindung die Brennkraftmaschine schneller auf Änderungen der Gaspedalstellung reagieren, weil kleine Kraftstofftropfen und verdampfter Kraftstoff die bei dieser Gemischbildung 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, möglichst überkritisches Druckverhältnis zwischen Gemischaustrittskanal und Saugrohr anstrebt, weil der dann auftretende Druckstoß eine zustätzliche Zerstäubung bewirkt, darf eine Drosselung der Luft erst direkt in der Gemischaustrittsöffnung, nicht aber bereits in den Luftkanälen erfolgen. Dem tragen die Merkmale der Unteransprüche Rechnung.
• Wenn sich an das trichterartige Beschleunigungs-Längsschnittsprofil des Gemischaustrittskanals ein zylindrischer Kanalbereich anschließt, wie dies aus Fertigungsgründen zweckmäßig sein kann, wird vorteilhafterweise die Bemessungsregel des Unteranspruchs 3 eingehalten.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichung erläutert, deren 1 einen Axialschnitt durch den hier interessierenden Bereich der Vorrichtung wiedergibt, während 2 den Horizontalschnitt gemäß II-II in 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 Beschleunigungs-Längsschnittprofil 5 zur Beschleunigung des Gemisches und einem zylinderischen Bereich 6 besteht.
• Zwischen dem Abspritzende des Einspritzventils 1 – der abgespritzte Kraftstoffstrahl ist bei 7 angedeutet – und dem Gemischaustrittskanal 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 2 ersichtlich mit ihren Achsen 9', 10', 11' genau radial, so dass sich diese Achsen in der Längsachse 12 der Vorrichtung schneiden. Infolge der 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 Längsachse 12 nicht einander entgegengerichtet aufeinandertreffen.
• Verständlicherweise wäre auch die Verwendung einer geraden Anzahl von Luftkanälen möglich, sofern auch hier dafür gesorgt wäre, dass nicht zwei der Kanäle auf ein und demselben Durchmesser der Mischkammer 8 liegen.
• Wie bereits erläutert soll eine Drosselwirkung nicht an oder in den Luftkanälen 9, 10 und 11, sondern erst in dem Gemischaustrittskanal 4 erfolgen. Wie sich gezeigt hat, ist dies dann sichergestellt, wenn der resultierende Strömungsquerschnitt aller Luftkanäle 9, 10 und 11 mindestens das 25-fache des Strömungsquerschnitts des Gemischaustrittskanals 4, also in diesem Ausführungsbeispiel des zylinderischen Bereiches 6 desselben, 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 Oberflächen des Gemischaustrittskanals 4 von Bedeutung.
• Ergänzend sei angemerkt, dass der zylindrische Bereich 6 nicht unbedingt erforderlich ist; er erleichtert lediglich die Herstellung einer scharfkantigen, gratfreien Austrittskante.
• Mit der Erfindung ist demgemäß mit einfachen Mitteln eine Optimierung einer Vorrichtung für eine luftunterstützte Kraftstoffeinspritzung geschaffen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur luftunterstützten Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil (1), das in ein Gehäuse (3) eingesetzt ist, wobei dem Kraftstoffeinspritzventil (1) austrittsseitig eine, mit der Luftzufuhr versehende Mischkammer (8) vorgeschaltet ist, die über einen, ein trichterartiges Beschleunigungs-Längsschnittprofil (5) aufweisenden Gemischaustrittskanal (4) in das Saugrohr einmündet, wobei die Mischkammer (8) zwischen einem austrittsseitigen Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils (1) und einem Eintrittsquerschnitt des trichterartigen Beschleunigungs-Längsschnittprofils (5) als Hohlraum im Gehäuse (3) ausgestaltet ist, wobei das Gehäuse (3) an seiner Außenkontur eine umlaufende Außennut (13) aufweist, die über mehrere das Gehäuse (3) radial durchbrechende Luftkanäle (9, 10, 11) mit der Mischkammer (8) verbunden ist, wobei die Luftkanäle (9 ,10, 11) derart angeordnet sind, dass sie zwischen ihren Achsen (9', 10', 11') in einem Querschnitt durch die Mischkammer (8) jeweils von 180° abweichende Winkel einschließen und wobei ein resultierender Strömungsquerschnitt aller Luftkanäle (9, 10, 11) zumindest das 25-fache eines Strömungsquerschnitts des Gemischaustrittskanals (4) beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine ungerade Zahl von Luftkanälen (9, 10, 11) in über den Querschnitt durch die Mischkammer (8) gleichmäßiger Verteilung aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das trichterartige Beschleunigungs-Längsschnittprofil (5) des Gemischaustrittskanals (4) austrittsseitig, ein zylindrischer Bereich (6) anschließt, wobei das Verhältnis zwischen seiner Länge l und seinem Durchmesser d kleiner als 1 ist.