DE4440023A1 - Vorrichtung zum Bilden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bilden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs für das Zuführen des Gemischs zu einem Verbrennungsmotor oder dergl. Verbrennungsanlage, mit einer Luftsaugleitung und einer Kraftstoffzuführleitung, in die eine Kraftstoffpumpe eingeschaltet ist.

Bei Vergasern und Einspritzanlagen für Ottomotoren besteht häufig das Problem einer gleichmäßigen Verteilung des Kraftstoffes in der zugeführten Luft und einer Verdampfung bzw. Zerteilung großer Flüssigkeitstropfen, die den Ablauf der Verbrennung nachteilig beeinflussen können, insbesondere den Schadstoffgehalt der Abgase erhöhen können.

Hier weist der Vorschlag gemäß der DE-PS 28 00 894 zur Verdampfung von Kraftstoffen durch Überhitzung einen wichtigen neuartigen Weg, der bislang technisch nicht zureichend genutzt worden ist.

Nach dieser Druckschrift wird der Kraftstoff auf einen Druck von 0,5 bis 16 bar gebracht und aus diesem Druckzustand heraus auf einen derartigen Endzustand entspannt, daß der Kraftstoff verdampft.

Durch die Erfindung wird das Problem gelöst, wie eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart ausgeführt werden kann, daß der vorstehend angesprochene Grundgedanke praktisch verwirklicht wird.

Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch eine an die Kraftstoffzuführleitung angeschlossene Einspritzdüse, welche im Bereich eines minimalen statischen Druckes in der Saugleitung in diese einmündet.

Der Unterdruck in dem Gebiet minimalen statischen Druckes, in welches der unter dem Druck, der von der Kraftstoffpumpe erzeugt wird, stehende Kraftstoff von der Einspritzdüse eingespritzt wird, trägt zu einer Überhitzung des Kraftstoffes bei, wodurch dessen Verdampfung bzw. feine Zerstäubung verbessert werden. Vorzugsweise kann die Einspritzdüse zusätzlich beheizt sein.

Vorzugsweise ist in der Saugleitung eine zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der in der Saugleitung strömenden Luft führenden Engstelle ausgebildet, durch die das Gebiet minimalen statischen Druckes erzeugt wird, wobei die Einspritzdüse an der Engstelle oder in kleinem Abstand stromabwärts der Engstelle in die Saugleitung mündet. Die Engstelle kann insbesondere als konvergent/divergente Düse ausgebildet sein, jedoch ist es auch möglich, die Engstelle als Durchtrittsquerschnitt zwischen einem in der Saugleitung verstellbaren Drosselelement, wie z. B. einer Drosselklappe, und der Wandung der Saugleitung auszubilden.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Engstelle für die Ausbildung eines Überschallfreistrahls der Ansaugluft ausgebildet, in welchen der Kraftstoff von der Einspritzdüse eingespritzt wird. In dem Überschallfreistrahl herrscht einerseits ein minimaler statischer Druck und andererseits treten hier sehr hohe Luftgeschwindigkeiten auf, durch die die mechanische Feinzerstäubung des Kraftstofffreistrahls begünstigt wird.

Die Erfindung kann im normalen Ansaugsystem eines Ottomotors verwendet wird. Vorzugsweise jedoch wird die Erfindung für die Saugleitung eines Laders zum Aufladen des Ottomotors verwendet.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die wenigstens schematisch aus der Zeichnung ersichtlich sind.

Die nachfolgend zusammengestellten Vorschläge geben technische Realisierungsmöglichkeiten der Erfindung an, die einzeln oder in verschiedenen Kombinationen angewandt werden können.

• 1. Kombination eines konventionellen Laders 1 für Ottomotoren oder andere Verbrennungseinrichtungen mit einer Kraftstoffzuführungseinrichtung 2 im Gebiet minimalen statischen Druckes im Bereich des Ansaugwegs des Laders, insbesondere im Bereich der Mündung der Saugleitung in den Lader (Fig. 2).
• Dies führt dazu, daß der unvermeidliche Unterdruck im Ansaugtrakt des Laders 1 zu einer Überhitzung des zugeführten Kraftstoffes beiträgt und somit Verdampfung bzw. Zerstäubung des Kraftstoffes verbessert werden. Vorzugsweise kann die Einspritzdüse 2 zusätzlich beheizt werden. Ferner kann eine intensivere Vermischung des Kraftstoffanteils mit der verdichteten Luft in den beweglichen Elementen des Laders erreicht werden.
• 2. Vergrößerung des Unterdrucks bei einem konventionellen Lader durch eine (variable) Drossel 3 im Ansaugtrakt und Einspritzung des Kraftstoffes in das Unterdruckgebiet mit einer ggf. beheizten Einspritzdüse 2 (Fig. 2).
• 3. Ersatz der konventionellen Überdruckabblasventile 4 hinter einem konventionellen Lader 1 durch eine Ansaugdruckregelung mittels einer unter 2. beschriebenen variablen Drosseleinrichtung 3.
• Hiermit kann neben dem in 2. erwähnten größeren Unterdruck eine Reduzierung der Leistungsaufnahme für den Lader bei gleicher Regelgüte für den Austrittsdruck erreicht werden. So ist auf der Eintrittsseite für eine dort vorzunehmende Kraftstoffzufuhr stets ein maximaler Unterdruck und damit eine maximale Zerstäubungs- und Verdampfungswirkung gegeben.
• 4. Verstärkung der Turbulenz der Strömung von Kraftstoff und Luft zum Zwecke des intensiveren Mischens in einem konventionellen Lader 3 durch besondere turbulenzerzeugende Formgebung der Laderschaufeln 5 bzw. -berandungen.
• 5. Heizen der Kraftstoffzuführungsteile bzw. des Kraftstoffes selbst bis zu einem Temperaturniveau, welches den Dampfdruck des Kraftstoffes mit Sicherheit noch unterhalb des Druckes hält, der durch die vorgeschaltete Kraftstoffpumpe erzeugt wird. Hierdurch kann erreicht werden, daß ohne eine störende Verdampfung in der Kraftstoffzuführleitung die Übersättigung, die im wesentlichen durch das Verhältnis von Dampfdruck zu Systemdruck an der Zuführungsstelle gegeben ist, maximiert wird.
• 6. Zuführung des Kraftstoffes in einer düsenähnlichen Engstelle 6 des Ansaugsystems von Verbrennungsanlagen, insbesondere im Bereich des Ansaugweges eines Laders 1 (Fig. 2), ohne oder mit gleichzeitiger Erwärmung des Kraftstoffes bis kurz unterhalb der Siedegrenze, zum Erreichen einer optimalen Übersättigung und damit einer optimalen Kraftstoffzerstäubung und -verdampfung. Dies kann am besten mit einer konvergent/divergenten Düse nach Art einer Venturidüse mit einer Vorrichtung zur Vergrößerung des Druckrückgewinns realisiert werden, indem die Kraftstoffzufuhr an der engsten Stelle einer solchen Düse erfolgt.
• 7. Düse mit Konstanttemperatur-Heizung des Kraftstoffes. Sinnvollerweise erfolgt das Heizen an der Spitze der den Kraftstoff gemäß Fig. 2 im Bereich des Ansaugweges des Laders 1 einspritzenden Einspritzdüse 2, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Heizung 10 kann ein PTC-Element sein, welches von sich aus die Temperatur regelt, oder die Heizung wird extern elektrisch geregelt. Die Spitze der Einspritzdüse oder eines vergleichbaren Einspritzventils sollte thermisch isoliert 11, 12 gegenüber dem Lader 1 eingebaut werden, um Wärmeverluste zu minimieren. Dies gewährleistet ein schnelles Heizen des Kraftstoffes, so daß die Wirkung beim Kaltstart von Anfang an vorhanden ist. Durch diese Art Heizung wird nur ein kleiner Bereich geheizt. Die hierzu nötige Heizleistung wird dadurch minimiert. Die Kraftstoffmenge, die sich in dem vorderen Bereich der Einspritzdüse 2 rings der Düsennadel 9 befindet, entspricht in etwa der Kraftstoffüllung eines Zylinders.
• 8. Ausbildung eines Überschallfreistrahls 7 der Ansaugluft z. B. durch einen verschiebbaren Drosselschieber 23 hinter der von diesem gesteuerten Engstelle 6 des Ansaugsystems des Laders 1, und Einspritzung des Kraftstoffstrahls 8 in den Überschallfreistrahl 7. Erstens ist hier ein minimaler Druck. Zweitens herrschen hier sehr hohe Luftgeschwindigkeiten, durch die die mechanische Zerstäubung des Kraftstofffreistrahls gefördert wird.
• 9. An dieser Stelle 7 ist auch die Lufttemperatur sehr niedrig. Dies führt zu einer Verringerung des Partialdruckes des Kraftstoffdampfes durch seine Rekondensation in Form mikroskopisch kleiner Tropfen. Die ursprünglichen Tropfen im Strahl verdampfen dafür aber umso besser, weil sie wegen ihrer höheren Temperatur bei dem durch die Kondensation verringerten Dampfpartialdruck verdampfen. Die Einspritzung möglichst warmen Kraftstoffes in möglichst kalte Luft verbessert daher die Zerstäubung des Kraftstoffes, obwohl die verdampften Kraftstoffanteile hierbei insgesamt geringer sind als bei Einspritzung in warme Luft. Die mikroskopisch kleinen rekondensierten Tropfen werden im Kompressionstrakt des Motors leichter als große Tropfen verdampft. Diese Möglichkeit kann auch ohne zusätzliche Beheizung des Kraftstoffes ausgenutzt werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Bilden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs für das Zuführen des Gemischs zu einem Verbrennungsmotor oder dergl. Verbrennungsanlage, mit einer Luftsaugleitung und einer Kraftstoffzuführleitung mit einer Kraftstoffpumpe, gekennzeichnet durch eine an die Kraftstoffzuführleitung angeschlossene Einspritzdüse (2), welche im Bereich eines minimalen statischen Druckes in der Saugleitung in diese einmündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (2) beheizt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Saugleitung eine Engstelle (6) ausgebildet ist und die Einspritzdüse an der Engstelle oder in kleinem Abstand stromabwärts der Engstelle in die Saugleitung mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle (6) als konvergent/divergente Düse ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle als Durchtrittsquerschnitt zwischen einem in der Saugleitung verstellbaren Drosselelement, wie z. B. einer Drosselklappe, und der Wandung der Saugleitung ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle (6) für die Ausbildung eines Überschallfreistrahls (7) der Ansaugluft ausgebildet ist und die Einspritzdüse (2) für das Einspritzen des Kraftstoffstrahls in den Überschallfreistrahl ausgelegt und angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Ausbildung an der Saugleitung eines Laders (1) zum Aufladen des Verbrennungsmotors.