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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzsystem nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 40 05
734 A1 ein Brennstoffeinspritzsystem zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches bekannt.
Das Brennstoffeinspritzsystem weist ein Brennstoffeinspritzventil mit
einer Abspritzöffnung
und eine abspritzseitig der Abspritzöffnung angeordnete Mischkammer
auf. Der Mischkammer wird über
einen Gasringspalt und einen Gaszufuhrkanal Umgebungsluft druckbehaftet zugeführt, welche
sich in der Mischkammer mit dem abgespritzten Brennstoff mischt
und anschließend über Abspritzleitungen
aus dem Brennstoffeinspritzsystem abgegeben wird. Die Umgebungsluft
wird beispielsweise aus der Ansaugleitung vor der Drosselklappe
der Brennkraftmaschine abgezweigt und beispielsweise über eine
Förderpumpe
druckbehaftet gefördert.
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Nachteilig
bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil
ist insbesondere, daß der
Gas- bzw. Luftverbrauch des Brennstoffeinspritzsystems unvorteilhaft
erheblich gesteigert ist und die Gaszuführung aufwendig geregelt bzw.
gesteuert werden muß.
Der Druckabfall in der Ansaugleitung bzw. der Leistungsbedarf der
Förderpumpe
sind dadurch unvorteilhaft erhöht.
Außerdem
ist das Brennstoffeinspritzsystem unvorteilhaft aufwendig und fehleranfällig ausgeführt.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß der
Druckabfall in der Ansaugleitung bzw. der Gas/Luftbedarf auf ein
notwendiges Maß minimiert sind.
Der Aufwand zur Steuerung oder Regelung des Brennstoffeinspritzsystems
ist minimiert und das Brennstoffeinspritzsystem kann wesentlich
einfacher, kostengünstiger
und zuverlässiger
ausgeführt
werden. Insbesondere ist der Einfluß der durch das Brennstoffeinspritzsystem
in den Brennraum der Brennkraftmaschine eindosierten Gas/Luftmenge
minimiert. Dadurch ist auch der Aufwand zur Optimierung der Motorsteuerung
der Brennkraftmaschine verringert. Auf eine aufwendige im Takt mit
dem Brennstoffeinspritzventil ablaufende Zu- bzw. Abschaltung des
Gasstroms in die Mischkammer kann verzichtet werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzsystems möglich.
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Vorteilhafterweise
weist die Drossel den geringsten Strömungsquerschnitt in der Gaszuleitung auf.
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In
einer weiteren Weiterbildung ist abspritzseitig des Brennstoffeinspritzventils
ein Aufnahmekörper
mit einer Mischkammer angeordnet, wobei in die Mischkammer der Gaskanal
und die Abspritzöffnung
ausmünden.
Das Brennstoffeinspritzsystem kann dadurch vorteilhaft einfach aufgebaut
und einfach angepaßt
werden. Mündet
dabei der Gaskanal über
einen Gasringspalt in die Mischkammer, so erfolgt die Zerstäubung des
Brennstoffes gleichmäßiger.
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Von
Vorteil ist außerdem,
daß die
Drossel aus einer Querschnittsverengung oder mehreren hintereinander
geschalteten Querschnittsverengungen besteht, wobei die Querschnittsverengungen
durch Kammern miteinander verbunden sind. Die Drosselfunktion der
Drossel kann dadurch in einfacher Weise erzielt und eingestellt
werden.
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Vorteilhafterweise
erweitern sich die Querschnittsverengungen abrupt durch zumindest
eine Stufe stufenförmig
in die Kammern. Die Drosselfunktion der Drossel kann dadurch in
einfacher Weise erzielt und eingestellt werden. Außerdem wird
dadurch der Strömungswiderstand
in Einspritzpausen maximiert, wobei der Strömungswiderstand in der Einspritzphase
gleichzeitig minimiert ist. Dieser Effekt läßt sich durch eine versetzte,
nicht koaxiale Anordnung der Querschnittsverengungen vorteilhaft
verstärken.
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Vorteilhafterweise
ist die Drosselwirkung, beispielsweise durch Verstellen der Querschnittsfläche bzw.
des Strömungsquerschnitts
zumindest einer Querschnittsverengung, variierbar. Das Drosselverhalten,
insbesondere der Strömungswiderstand, lassen
sich damit vorteilhafterweise im Betrieb anpassen.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil als Bestandteil
eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzsystems,
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2 einen
schematischen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems
im Bereich der Mischkammer und
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3 eine
Ausführungsform
der Drossel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind
dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen.
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Ein
in 1 dargestelltes Brennstoffeinspritzventil 1 ist
Bestandteil des Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems.
Das Brennstoffeinspritzsystem eignet sich insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2,
in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 weist
abspritzseitig einen Ventilschließkörper 4 auf, der mit
einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten
Ventilsitzfläche 6 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt
es sich im Ausführungsbeispiel
um ein nach innen öffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der
Düsenkörper 2 ist
durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet.
Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt
und auf einen Spulenträger 12 gewickelt,
welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt.
Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch
einen Abstand 26 voneinander getrennt und miteinander durch
ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden.
Die Magnetspule 10 wird über eine elektrische Leitung 19 von
einem über
einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom
erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben,
die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die
Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche
scheibenförmig
ausgeführt ist.
Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15.
An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich
der Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 mit
der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem
ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich
eine spiralförmige
Rückstellfeder 23 ab,
welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine Hülse 24 auf Vorspannung
gebracht wird.
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In
der Ventilnadelführung 14,
im Anker 20 und an einem Führungselement 36 verlaufen
Brennstoffkanäle 30, 31 und 32.
Der Brennstoff wird über eine
zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch einen Gummiring 28 gegen eine
nicht dargestellte Brennstoffverteilerleitung abgedichtet.
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An
der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33,
welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt
auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine
Schweißnaht 35 stoffschlüssig mit
der Ventilnadel 3 verbunden ist.
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Im
Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von
der Rückstellfeder 23 entgegen
seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an
der Ventilsitzfläche 6 in
dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut
diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen
der Federkraft der Rückstellfeder 23 in
Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung
zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen
Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt
den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls
in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung
stehende Ventilschließkörper 4 hebt von
der Ventilsitzfläche 6 ab,
und der druckbehaftet zugeführte
Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
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Wird
der Spulenstrom abgeschaltet, fällt
der Anker 20 nach genügendem
Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom
Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in
Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung
bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung
bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt
und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
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2 zeigt
einen schematischen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems
im Bereich einer Mischkammer 39. Die Mischkammer 39 ist
unmittelbar abspritzseitig der Abspritzöffnung 7 abspritzseitig des
Dichtsitzes und des Brennstoffeinspritzventils 1 in einem
Aufnahmekörper 38 angeordnet
und verjüngt
sich stufenartig in Abspritzrichtung. Der Aufnahmekörper 38 umfaßt das abspritzseitige
Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 radial hermetisch
dicht. Die koaxial zum Brennstoffeinspritzventil 1 bzw.
zur Abspritzöffnung 7 angeordnete
Mischkammer 39 weist an ihrem radialen Außenbereich,
direkt unterhalb des Brennstoffeinspritzventils 1, einen
Gasringspalt 43 auf, der z. B. den gleichen Durchmesser
aufweist wie das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils 1.
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Radial
mündet
in den Gasringspalt 43 ein Gaskanal 42 ein, der
teilweise im Aufnahmekörper 38 ausgebildet
ist. Außerhalb
des Aufnahmekörpers 38 ist
der Gaskanal 42 beispielsweise als Schlauch ausgeführt und
mündet
in eine Drossel 40, die im Gaskanal 42 und in
der Gaszuführung 41 den
kleinsten Strömungsquerschnitt
aufweist, der je nach Anforderung verstellbar ist oder fest vorgegeben. Über eine ebenfalls
als Schlauch ausführbare
Gaszuführung 41,
die in die Drossel 40 ausmündet, wird der Mischkammer 39 über den
Gaskanal 42 und die Drossel 40 ein Gas, beispielsweise Umgebungsluft
zugeführt. Die
Zuführung
der Umgebungsluft kann beispielsweise mit konstantem Druck kontinuierlich über eine nicht
dargestellte Förderpumpe
erfolgen. Die Drossel 40, die Gaszuführung 41 und der Gaskanal 42 bilden die
Gaszuleitung.
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In
anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen
kann der Gaskanal 42 beispielsweise auch im Brennstoffeinspritzventil 1 kurz
nach dem Dichtsitz ausmünden
und die Drossel 40 sowie der Gaskanal 42 können im
Brennstoffeinspritzventil 1 integriert sein.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 des beispielsweise in einem
4-Taktmotor verwendeten Brennstoffeinspritzsystems spritzt den Brennstoff
intermittierend in Abhängigkeit
des Brennstoffbedarfs des 4-Taktmotors ab. Die Zuführung des
Gases über
den Gaskanal 42 in die Mischkammer 39 unterstützt die Zerstäubung des
Brennstoffs und fördert
insbesondere eine vollständige
Verbrennung.
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Wird
der Brennstoff abgespritzt, wird währenddessen der Gasdurchsatz
durch den durch den abgespritzten Brennstoff aufgebauten Gegendruck verringert.
Die Drossel 40 minimiert den Gasdurchsatz in den Einspritzpausen.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
der in 2 schematisch dargestellten Drossel 40 des
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems.
Die Drossel 40 weist vier hintereinander geschaltete zylinderförmige Kammern 45 auf,
die durch drei rohrförmige
Querschnittsverengungen 44 kleineren Durchmessers verbunden
sind. Die Querschnittsverengungen 44 münden jeweils an den Bodenseiten
der Kammern 45 in die Kammern 45 ein bzw. aus.
Das durch die Drossel 40 strömende Gas tritt an der durch
einen Pfeil schematisch dargestellten Gaszuführung 41 in die Drossel 40 ein
und verläßt die Drossel
40 am durch einen Pfeil schematisch dargestellten Gaskanal 42.
Die Pfeilrichtung gibt die Strömungsrichtung des
Gases wieder. Die Querschnittsverengungen 44 erweitern
sich in den Kammern 45 abrupt durch eine Stufe 46.
Vorteilhafterweise nähert
sich die dadurch erzeugte Querschnittserweiterung nicht an den Überschallteil
einer Lavaldüsenkontur
an.
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Die
Längsachsen
der rohrförmigen
Querschnittsverengungen 44 sind versetzt zur jeweils benachbarten
Querschnittsverengung 44 angeordnet. Vorteilhafterweise
sind sie parallel zueinander angeordnet, jedoch nicht koaxial.
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In
den Einspritzpausen entfällt
der durch den abgespritzten Brennstoff aufgebaute Gegendruck. In diesem
Fall erreicht das Verhältnis
von Gasdruck zu Gegendruck einen überkritischen Wert, d.h. stromabwärtig der
Querschnittsverengung 44 bildet sich eine Überschallströmung durch
die Gasexpansion aus. Da die Querschnittserweiterung vorteilhafterweise nicht
eine Lavaldüsenkontur
aufweist, entstehen stromabwärts
der Expansion Verdichtungsstöße. Diese
Verdichtungsstöße führen zu
Strömungsenergieverlusten,
die dazu führen,
daß der
Gasdurchsatz verkleinert wird. Ist die Anzahl der hintereinander
geschalteten Querschnittsverengungen 44 und Kammern 45 mit
den Stufen 46 groß genug,
so kommt es an den stromabwärts
angeordneten Querschnittsverengungen 44 nicht mehr zur
Ausbildung von Überschallströmungen.
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In
den Phasen, in denen Brennstoff abgespritzt wird, ist das Druckverhältnis Gasdruck
zu Gegendruck unterkritisch, d.h., daß es nicht zur Ausbildung von Überschallströmungen und
Verdichtungsstößen kommt.
Deshalb sind die Strömungsverluste der
Drossel 40 in den Einspritzphasen sehr gering. Dadurch
wird gewährleistet,
daß in
den Einspritzphasen eine zur Zerstäubung ausreichende Gasmenge in
die Mischkammer 39 strömen
kann.
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Vorteilhafterweise
werden die Querschnittsverengungen 44, insbesondere in
ihrem Strömungsquerschnitt,
so bemessen, daß die
Gasdurchsatzmenge, welche sich während
des Einspritzvorgangs einstellt, maximal um 20% durch die Drossel 40 reduziert
wird. Durch die nicht koaxial angeordneten Querschnittsverengungen 44 wird
der Druckverlust bei überkritischem
Druckverhältnis
weiter maximiert.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
kann beispielsweise auch für
Brennstoffeinspritzsysteme verwendet werden, in denen die Einspeisung
des Gases zwischen dem Dichtsitz und der Abspritzöffnung 7 des
Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt. Ebenso können auch
nach außen öffnende
Brennstoffeinspritzventile 1 Verwendung finden.
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Die
in den Figuren dargestellten und/oder beschriebenen Merkmale können in
beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.