DE4440023A1 - Device for formation of fuel-air-mixture - Google Patents

Abstract

The device comprises an injection nozzle (2) which is connected to the fuel supply pipe. The nozzle opens into the intake pipe, when a min. static pressure exists in the pipe. The injection nozzle is heated. The intake pipe has a constriction (6). The nozzle opens into the pipe by the constriction, or at a small distance downstream of it. The constriction is formed as a convergent/divergent nozzle. It forms a flow profile between an adjustable throttle element in the intake pipe, and the wall of the pipe. The constriction generates a free supersonic jet of the intake air. The nozzle injects the fuel jet into the supersonic jet. The device is located on the intake of a supercharger for the engine.

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.The invention relates to a device for forming a Air-fuel mixture for supplying the mixture to one Internal combustion engine or the like. Incinerator, with a Air suction line and a fuel supply line into one Fuel pump is switched on.

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.For carburettors and injection systems for gasoline engines often the problem of an even distribution of the Fuel in the supplied air and an evaporation or Breaking up large drops of liquid that block the drainage of the Can adversely affect combustion, especially Can increase the pollutant content of the exhaust gases.

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.Here, the proposal according to DE-PS 28 00 894 for evaporation Fuels through overheating an important new way which has so far not been used sufficiently technically.

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.According to this document, the fuel is at a pressure of 0.5 brought up to 16 bar and out of this pressure state such a final state relaxes that the fuel evaporates.

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.The invention solves the problem, such as a Device of the type mentioned are carried out in this way can that the basic idea mentioned above is practical is realized.

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.This is achieved according to the invention by a Fuel supply line connected injector, which in the Range of minimum static pressure in the suction line flows into this.

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.The vacuum in the area of minimum static pressure, in which is the one under the pressure coming from the fuel pump generated standing fuel from the injector injected contributes to overheating of the fuel at, causing its evaporation or fine atomization be improved. Preferably, the injection nozzle  be additionally heated.

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.There is preferably one in the suction line for increasing the Flow velocity of the air flowing in the suction line leading bottleneck through which the area is minimal static pressure is generated, the injector at the Constriction or a small distance downstream of the constriction in the suction line opens. The bottleneck can in particular as convergent / divergent nozzle, but it is also possible to narrow the constriction as a cross section between an adjustable throttle element in the suction line, such as. B. a throttle valve, and the wall of the suction line to train.

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.In another embodiment of the invention, the bottleneck is for the formation of a supersonic free jet of the intake air formed in which the fuel from the injector is injected. The supersonic free jet prevails on the one hand a minimal static pressure and on the other hand very high air velocities occur here, through which the mechanical fine atomization of the fuel free jet is favored.

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.The invention can be used in the normal intake system of a gasoline engine is used. Preferably, however, the invention is for the Suction line of a charger used to charge the gasoline engine.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die wenigstens schematisch aus der Zeichnung ersichtlich sind.The invention is explained on the basis of exemplary embodiments, which can be seen at least schematically from the drawing.

Die nachfolgend zusammengestellten Vorschläge geben technische Realisierungsmöglichkeiten der Erfindung an, die einzeln oder in verschiedenen Kombinationen angewandt werden können.The suggestions summarized below give technical Realization options of the invention, individually or can be used in different combinations.

• 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).1. Combination of a conventional charger 1 for gasoline engines or other combustion devices with a fuel supply device 2 in the area of minimal static pressure in the area of the intake path of the charger, in particular in the area of the mouth of the suction line into the charger ( 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.This leads to the fact that the inevitable negative pressure in the intake tract of the supercharger 1 contributes to overheating of the supplied fuel and thus the evaporation or atomization of the fuel is improved. The injection nozzle 2 can preferably be additionally heated. Furthermore, a more intensive mixing of the fuel portion with the compressed air in the moving elements of the loader can be achieved.
• 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).2. Increase in the negative pressure in a conventional supercharger by means of a (variable) throttle 3 in the intake tract and injection of the fuel into the negative pressure area with a possibly heated injection nozzle 2 ( FIG. 2).
• 3. Ersatz der konventionellen Überdruckabblasventile 4 hinter einem konventionellen Lader 1 durch eine Ansaugdruckregelung mittels einer unter 2. beschriebenen variablen Drosseleinrichtung 3.3. Replacement of the conventional overpressure relief valves 4 behind a conventional supercharger 1 by an intake pressure control by means of a variable throttle device 3 described under 2.
• 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.In addition to the larger negative pressure mentioned in 2 Reduction of power consumption for the loader at the same Control quality for the outlet pressure can be achieved. So on the entry side for a fuel supply to be made there always a maximum negative pressure and therefore a maximum Atomization and evaporation effect.
• 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.4. Enhancement of the turbulence of the flow of fuel and air for the purpose of more intensive mixing in a conventional supercharger 3 by means of special turbulence-generating shaping of the supercharger blades 5 or edges.
• 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.5. Heating the fuel supply parts or the fuel even up to a temperature level which is the vapor pressure of the fuel with certainty still below the pressure holds, which is generated by the upstream fuel pump  becomes. This can be achieved without an annoying Evaporation in the fuel supply line the supersaturation, which is essentially due to the ratio of vapor pressure to System pressure at the feed point is maximized becomes.
• 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.6. Supply of the fuel in a nozzle-like constriction 6 of the intake system of combustion systems, particularly in the area of the intake path of a charger 1 ( FIG. 2), without or with simultaneous heating of the fuel to just below the boiling point, in order to achieve optimal supersaturation and thus one optimal fuel atomization and evaporation. This can best be achieved with a convergent / divergent nozzle in the manner of a Venturi nozzle with a device for increasing the pressure recovery, in that the fuel is supplied at the narrowest point of such a nozzle.
• 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.7. Nozzle with constant temperature heating of the fuel. The heating is expediently carried out at the tip of the injection nozzle 2 which injects the fuel according to FIG. 2 in the region of the intake path of the charger 1 , as can be seen from FIG. 1. The heater 10 can be a PTC element which regulates the temperature by itself, or the heater is externally electrically controlled. The tip of the injection nozzle or a comparable injection valve should be installed in a thermally insulated manner 11 , 12 with respect to the charger 1 in order to minimize heat losses. This ensures rapid heating of the fuel, so that the cold start effect is there from the start. This type of heating only heats a small area. The heating power required for this is minimized. The amount of fuel that is located in the front area of the injector 2 around the nozzle needle 9 corresponds approximately to the fuel filling of a cylinder.
• 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.8. Formation of a supersonic jet 7 of the intake air z. B. by a displaceable throttle valve 23 behind the controlled by this narrow point 6 of the intake system of the charger 1 , and injection of the fuel jet 8 in the supersonic jet 7th First, there is minimal pressure here. Secondly, there are very high air speeds here, which promote the mechanical atomization of the fuel free jet.
• 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.9. At this point 7 the air temperature is also very low. This leads to a reduction in the partial pressure of the fuel vapor through its recondensation in the form of microscopic drops. However, the original drops in the jet evaporate all the better because they evaporate due to their higher temperature at the vapor partial pressure reduced by the condensation. The injection of fuel that is as warm as possible into air that is as cold as possible therefore improves the atomization of the fuel, even though the vaporized fuel components are lower overall than when they are injected into warm air. The microscopic recondensed drops are vaporized more easily than large drops in the engine's compression tract. This possibility can also be used without additional heating of the fuel.

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.1. Apparatus for forming a fuel-air mixture for supplying the mixture to an internal combustion engine or the like. Combustion system, with an air suction line and a fuel supply line with a fuel pump, characterized by an injection nozzle ( 2 ) connected to the fuel supply line, which in the area of a minimal static pressure in the suction line opens into this. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (2) beheizt ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the injection nozzle ( 2 ) is heated. 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.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a constriction ( 6 ) is formed in the suction line and the injection nozzle opens into the suction line at the constriction or at a short distance downstream of the constriction. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle (6) als konvergent/divergente Düse ausgebildet ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the constriction ( 6 ) is designed as a convergent / divergent nozzle. 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.5. The device according to claim 3, characterized in that the Constriction as a cross section between one in the Suction line adjustable throttle element, such as. B. one Throttle valve, and the wall of the suction line is formed. 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.6. The device according to claim 3, characterized in that the constriction ( 6 ) is designed for the formation of a supersonic free jet ( 7 ) of the intake air and the injection nozzle ( 2 ) is designed and arranged for injecting the fuel jet into the supersonic free jet. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Ausbildung an der Saugleitung eines Laders (1) zum Aufladen des Verbrennungsmotors.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized by the formation on the suction line of a charger ( 1 ) for charging the internal combustion engine.