DE1476168B2

DE1476168B2 - Vorrichtung für kontinuierliche Kraftstoffeinspritzung in das Ansaugrohr von Brennkraftmachinen

Info

Publication number: DE1476168B2
Application number: DE1476168A
Authority: DE
Inventors: Johan Holger Benicasim Castellon Graffman (Spanien)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-07-09
Filing date: 1965-07-08
Publication date: 1974-06-27
Also published as: US3510112A; DE1476168C3; DE1476168A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für kontinuierliche Kraftstoffeinspritzung in das Ansaugrohr von Brennkraftmaschinen, deren in das Ansaugrohr mündende Einspritzdüse mit einem Ventil versehen ist, dessen in Durchflußrichtung des Kraftstoffes von einem Ventilsitz aus sich öffnender Ventilkörper durch einen pulsierenden Kraftstoffstrom in Schwingungen versetzbar ist, wobei der Ventilkörper unter einer einstellbaren Belastung steht.

Eine bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art (USA.-Patentschrift 3 039 699) weist eine Einspritzdüse auf, bei welcher der Ventilsitz auf einer Membran angeordnet ist. Entsprechend der Druckänderung des Kraftstoffes innerhalb der Ventilkammer, hervorgerufen durch die Änderung der Spaltbreite der Ventilöffnung, pulsiert der Kraftstoffstrom und versetzt die Membran und den Ventilkörper in Schwingungen. Dabei kommt es durch die Druckschwankungen innerhalb der Ventilkammer und die nachgiebige Halterung von Ventilsitz und Ventilkörper nicht zu einem vollständigen Schließen des Einspritzventils. Dadurch läßt sich kein optimaler Zerstäubungsgrad erreichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Zerstäubung und damit die Vermischung des Kraftstoffes mit der Luft zu verbessern, um eine vollständigere Verbrennung zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ventilsitz feststehend ist und die die Schwingungen des Ventilkörpers erzeugenden Pulsationen des Kraftstoffstroms durch einen von der Motordrehzahl unabhängigen Druckimpulsgeber derart erzeugt werden, daß der Ventilkörper bei jeder Schwingung auf seinen Ventilsitz auftrifft und somit den aus der Einspritzdüse austretenden Kraftstoffstrom zerhackt und daß ferner die Belastung des Ventilkörpers in Richtung gegen den Ventilsitz direkt oder indirekt durch das Leistungssteuerungsorgan des Motors

beeinflußbar ist.

Durch das Auftreffen des Ventilkörpers auf den Ventilsitz wird der Kraftstoffstrom zerhackt und dadurch in feinste Tröpfchen aufgelöst, was seine Vermischung mit der Luft in hohem Maße fördert. Dadurch wird eine vollständigere Verbrennung erreicht. Dies führt einerseits zu einer Verminderung des Gehaltes unverbrannter Stoffe im Abgas und andererseits zu einer Erhöhung des Motorwirkungsgrades.

ίο Die USA.-Patentschrift 3 033 182 beschreibt zwar bereits eine Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in das Ansaugrohr von Brennkraftmaschinen, die derjenigen nach der USA.-Patentschrift 3 039 699 sehr ähnlich ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist zwar ein feststehender Ventilsitz vorgesehen, doch kommt es auch hier zu keinem vollständigen Schließen des Ventilkörpers bei jeder Schwingung. Auch erfolgt die Einspritzung im Gegensatz zur USA.-Patentschrift 3 039 699 nicht kontinuierlich, sondern im Takt der Brennkraftmaschine.

Aus der deutschen Patentschrift 946 933 ist eine-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei welcher die Belastung des Ventilkörpers in Richtung gegen den Ventilsitz einstellbar ist. Die Vorrich- , tung arbeitet aber ebenfalls nicht kontinuierlich; es wird vielmehr nur während der Öffnungszeit des Einlaßventils eingespritzt. Es ist demnach zwar ein Druckimpulsgeber vorhanden, der die Pulsationen des Kraftstoffstroms erzeugt, unter denen der Ventilkörper von seinem Sitz abgehoben wird, doch sind die Pulsationen von der Motordrehzahl abhängig, und die Einspritzung erfolgt jeweils bei einer vorgegebenen Winkelstellung der Kurbelwelle.

Schließlich sind auch sogenannte schnarrende Einspritzventile bekannt, bei welchen der Ventilkörper nach einer jeden Abspritzung auf den Ventilsitz aufschlägt. Bei diesen bekannten Ventilen, bei denen der Ventilkörper in oder entgegen der Durchflußrichtung des Kraftstoffstromes öffnet, bilden Ventilkörper und Schließfeder ein sich selbst aufrechterhaltendes Schwingungssystem, das nur unter ganz bestimmten, sehr eng begrenzten Bedingungen funktioniert, bei der geringsten Änderung einer dieser Bedingungen aber dazu neigt, daß die Schwingungen zum Stillstand kommen.

Bei einer bekannten Kraftsfoffeinspritzvorrichtung mit durch Magnetostriktion in Schwingungen versetzter Düsennadel und elektronisch geregelter Einspritzmenge ist dies zwar nicht der Fall, doch ist der konstruktive Aufwand sowie die Wartung und Störanfälligkeit der elektromechanischen Teile sowie der elektronischen Schaltung ganz beträchtlich. Im übrigen ist auch bei dieser bekannten Vorrichtung keine kontinuierliche Einspritzung vorgesehen; vielmehr werden nur die einzelnen, im Takt der Brennkraftmaschine erfolgenden Einspritzvorgänge in eine durch die Schwingungsfrequenz festgelegte Anzahl Einzeleinspritzungen unterteilt.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt im einzelnen· F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den hierin verwendeten Ventilkörper in größerer Darstellung und

F i g. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach F i g. 1 besitzt ein Ventilgehäuse 1, an dessen einem Ende sich eine Bohrung 2 befindet, die eine Ventilöffnung bildet. Ein Ventilkörper 3 in Kegelform wird durch eine Spiralfeder 4 gegen den äußeren Rand der Öffnung 2 gezogen. Die Feder 4 ist an ihrem anderen Ende an einer Stange 5 befestigt, die zwecks Änderung der Federspannung über einen zweiarmigen Hebel 6 durch eine Steuerstange 7 verschiebbar ist, welche mit der Drosselklappensteuerung verbunden ist. Eine Dichtung 8 ist um die Stange 5 angebracht.

Eine Kraftstoffzufuhrleitung 9 von einer Kraftstoffpumpe mündet in dem Ventilgehäuse 1. Das Ventilgehäuse mit der Einspritzdüse 17 ist in ein Ansaugrohr 10 eingeschraubt, das zu einer Brennkraftmaschine über einen Luftreiniger führt, von wo aus die Luft durch eine Drosselklappe 11, die mit der Steuerstange 7 in nicht dargestellter Weise verbunden ist, geregelt wird. Das Ansaugrohr 10 hat außerdem ein Schutznetz 12, um die Maschine gegebenenfalls von einem abgefallenen Ven- ao tilkörper zu schützen.

Wie F i g. 2 zeigt, ist die Oberfläche 14 des Ventilkörpers 3, welche mit der die Sitzfläche bildenden Kante 13 der Öffnung 2 zusammenwirkt, kegelförmig ausgebildet und endet in einer verhältnismäßig scharfen Kante" 15, welche eine Freigabekante für den Kraftstoff bildet. Die nichtwirksame Oberfläche 16 auf der von der Ventilsitzflache 13 abgewandten Seite ist konisch ausgehöhlt, kann aber jede andere Form besitzen, wenn nur die Oberfläche 14 eine gute Freigabekante hat.

Der Ventilkörper 3 ist so ausgebildet, daß er kleine Längsschwingungen von und zur Ventilsitzfläche 13 macht. Diese Schwingungen werden durch Pulsieren des Kraftstoffes hervorgerufen, der z. B. mittels einer Membranpumpe zugeführt wird. Als geeignete Frequenz hat sich etwa 70 Hz und als Maximaldruck 1 bis 1,5 MN/m² (Meganewton pro Quadratmeter) erwiesen. Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Kraftstoff, z. B. Benzin, wird durch das Rohr 9 in das Ventilgehäuse geführt. Der Ventilkörper 3 wird nach außen gedrückt, so daß sich ein ringförmiger Spalt entsprechend der Federspannung zwischen der Ventilsitzfläche 13 und der Oberfläche 14 bildet, durch den ein kontinuierlicher Kraftstoff-Fluß entsprechend der Breite des ringförmigen Spaltes entlang der Oberfläche 14 fließen kann. Durch die Verringerung des Druckes wird der Kraftstoff teilweise verdunstet. Der übrige Kraftstoff wird durch Zerstäuberkraft zerstäubt, die dadurch maximal wird, daß der Ventilkörper kleine Schwingungen in der Flußrichtung von und zur Ventilsitzfläche macht. Dies hat eine doppelte Wirkung: 1. Der Kraftstoff-Fluß wird zerhackt, und 2. wird der Ventilkörper in der Düsenöffnung dadurch zentriert, daß er dauernd durch die Schwingungen in der Mitte der Ventilsitzfläche gehalten wird. Die letzte Wirkung bedeutet, daß der ringförmige Spalt des Ventils immer ringsherum die gleiche Breite hat, wodurch einerseits bewirkt wird, daß die Druckverringerung in der Düse proportional zur Federspannung immer die größtmögliche ist, was die Zerstäubungskraft günstig beeinflußt, und andererseits, daß der Kraftstoff-Fluß dauernd proportional zu der Kraft ist, mit der die Feder 4 auf den Ventilkörper einwirkt (mit anderen Worten: ein bestimmter Kraftstoff-Fluß bei bestimmter Stellung der Stange 5, die mit der Drosselklappensteuerung verbunden ist).

Die Ausführungsform nach F i g. 3 hat sich als besonders geeignet für die Einspritzung in das Ansaugrohr der Maschine erwiesen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in diesem Fall für die Einspritzung außerhalb der Drosselklappe 11 eingerichtet. Die Einlaßöffnungen der Maschinenzylinder sind dementsprechend mit dem unteren Ende des Rohres 10 verbunden, dessen anderes Ende mit einem Luftreiniger in Verbindung steht. Eine Kraftstoffdüse 17 ist durch die Rohrwand eingeführt, und ihre öffnung 2 ist in Achsrichtung des Ansaugrohrs in Einlaufrichtung angeordnet.

Der Ventilkörper 3 ist in diesem Fall kugelförmig ausgebildet und wird von einer Stütze 20 getragen, welche gegen die Spiralfeder 4 drückt. Die bewegbaren Mittel, durch welche die Federspannung geändert wird, bestehen in diesem Fall aus einem Hebel 18, der die Feder 4 gegen die Stütze 20 drückt. Die Feder 4 sitzt auf einer Stange 19, die sich von der Stütze 20 durch ein Loch 21 im freien Ende des Hebels 18 hindurch erstreckt. Die Größe des Loches 21 gestattet Abweichungen vom rechten Winkel zwischen der Stange 19 und dem Hebel 18. Ein Paar Kontermuttern 22 begrenzen den Ablenkwinkel des Hebels 18.

Der Hebel 18 ist an einer Achse 23 angebracht, von der sich ein Arm 24 in entgegengesetzter Richtung erstreckt. Mittels eines Verbindungsgliedes 25 ist der Arm 24 mit einem Drosselhebel 26 verbunden, welcher mit der DrosSelsteuerung über eine Verbindungsstange 27 verbunden ist.

Wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 wird ein pulsierender Kraftstoff-Fluß durch die Leitung 9 zugeführt; die Vorrichtung arbeitet in der gleichen Weise wie diese Ausführungsform. Es hat sich erwiesen, daß der kugelförmige Ventilkörper eine gute Zerstäubung und eine gute Verteilung des Kraftstoffes in dem Ansaugrohr ergibt. Die Zerstäubung ist beträchtlich besser als bei herkömmlichen Vergasern. Ebenso wird eine echte Verdunstung in beträchtlichem Maße durch den ringförmigen Spalt bewirkt, der entsprechend der Drosselöffnung veränderbar ist und ringsherum die gleiche Breite hat. Indem man die Mündung der Düse in Einlaßrichtung des Ansaugrohres richtet, wird vermieden, daß der Kraftstoff an der gegenüberliegenden Rohrwand hängen bleibt.

Die Einspritzvorrichtung nach der Erfindung kann für alle Arten Kraftstoff verwendet werden, die bezüglich des Ventils in Flüssigkeitsphase sind, wie z. B. Benoder verflüssigtes Erdölgas. Vergleichsprüfungen

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zwischen einer benzinbetriebenen Maschine mit herkömmlichem Vergaser und der gleichen Maschine mit der Vorrichtung nach der Erfindung haben gezeigt, daß die letztere eine höhere abgegebene Leistung und einen höheren Wirkungsgrad und Abgase mit einem im wesentlichen unveränderlichen Anteil von Kohlenmonoxyd unter 1 Volumprozent bei allen abgegebenen Leistungen hat. Besonders bei Leerlauf haben herkömmlich betriebene Maschinen hohe Anteile an Kohlenmonoxyd, nämlich fast 10 %. Zweitakt-Maschinen ergeben noch höhere Anteile.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für kontinuierliche Kraftstoffeinspritzung in das Ansaugrohr von Brennkraftmaschinen, deren in das Ansaugrohr mündende Einspritzdüse mit einem Ventil versehen ist, dessen in Durchflußrichtung des Kraftstoffes von einem Ventilsitz aus sich öffnender Ventilkörper durch einen pulsierenden Kraftstoffstrom in Schwingungen versetzbar ist, wobei der Ventilkörper unter einer einstellbaren Belastung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (13) feststehend ist und die die Schwingungen des Ventilkörpers (3) erzeugenden Pulsationen des Kraftstoffstromes durch einen von der Motordrehzahl unabhängigen Druckimpulsgeber derart erzeugt werden, daß der Ventilkörper bei jeder Schwingung auf seinen Ventilsitz (13) auftrifft und somit den aus der Einspritzdüse austretenden Kraftstoffstrom zerhackt und daß ferner die Belastung des Ventilkörpers in Richtung gegen den Ventilsitz direkt oder indirekt durch das

. Leistungssteuerorgan des Motors beeinflußbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (3) Schwingungen· mit einer Frequenz von etwa 70 Hz ausführt.