DE2213124C3

DE2213124C3 - Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2213124C3
Application number: DE2213124A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1971-03-19
Filing date: 1972-03-17
Publication date: 1975-06-19
Also published as: DE2213124B2; GB1384955A; DE2213124A1; JPS5118012B1; AT312996B; SE372967B; US3868936A; ES400928A1; SU491240A3; IT950367B; FR2169483A6; FR2129244A5

Description

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des divergierenden Teiles des ersten Diffusors (3) etwa das Zehnfache des Innendurchmessers dieses Diffusors an der Drosselstelle beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des divergierenden Teils des den größeren Durchmesser aufweisenden zweiten Diffusors (1) mindestens das Dreifache des Durchmessers seiner Drosselstelle beträgt, in die der divergierende Teil des ersten Diffusors (3) mündet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsgünstig geformte Außenfläche des Trägerringes (6) kontinuierlich in die zylindrische Außenfläche des Diffusors (3) übergeht.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspri zen von Kraftstoff in Mehrzylinder-Brennkraftmasch nen, bei der für jeden Zylinder über je eine Kraftstof zuführleitung eine indirekte Einspritzung einer zumef baren Kraftstoffmenge in die Luftströmung eines dei jeweiligen Zylinder zugeordneten Astes der Ansaugle tung erfolgt, in dem jeweils zwei Diffusoren hintereir ander angeordnet sind, und die Kraftstoffeinspritzstell an der engsten Stelle eines der beiden Diffusoren vor gesehen ist.

Bei derartigen Vorrichtungen ist es schwierig, homo gene Kraftstoff-Luft-Gemische zu erzeugen, d. h. Ge mische, in denen der Kraftstoff einwandfrei zerstäub und in der Gasströmung zwischen der Mischstelle un< den Einlaßventilen der Brennkraftmaschine gleichmä ßig verteilt ist. Diese Schwierigkeit zeigt sich besonder: bei niedrigem Kraftstoffdruck, weil eine ausreichend! Kraftstoffzufuhr nicht mehr gewährleistet ist, wenn dei Kraftstoff zum Zerstäuben durch sehr feine Bohrunger gedruckt werden muß. wie das bei Hochdruckeinsprit zung der Fall ist. Bei Vergasern wird die Zerstäubung durch Zumischen von Zusatzluft in einem Mischrohr verbessert, in dem ein Vorgemisch aus Kraftstoff und Luft hergestellt wird, das anschließend in einer stromabwärts hinter dem Mischrohr gelegenen Düse oder einem Ooppeldiffusor fein zerstäubt wird.

Bei indirekter Kraftstoffeinspritzung steht meist nur eine Einspritzvorrichtung zur Verfügung, die entweder für die Kraftstoffzumessung sorgt — dabei kann es sich um eine elektromagnetische Einspritzeinrichtung handeln, wie sie z. B. für die elektronische Einspritzung verwendet wird — oder zum Zerstäuben des Gemisches dient, wobei meist kalibrierte, mechanische Einspritzvorrichtungen verwendet werden, während das Zumessen des Kraftstoffes durch eine Pumpe oder einen besonderen Verteiler erfolgt. Es gibt keine Einspritzvorrichtungen, die beide Funktionen gleichzeitig ausführen können; lediglich Vergaser gewährleisten diese Gleichzeitigkeit.

Das angestrebte Ziel der Erfindung besteht darin, diese beiden Funktionen miteinander zu vereinigen, wobei die Homogenität des Gemisches derjenigen der in Vergasern erzeugten Gemischen überlegen sein und die Zumeßgenauigkeit derjenigen der Einspritzvorrichtungen entsprechen sollen.

Aus der US-PS 2 857 145 ist eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen bekannt, bei der für jeden Zylinder eine indirekte Einspritzung einer regelbaren Kraftstoffmenge in die Luftströmung der Ansaugleitung erfolgt, in der zwei Diffusoren hintereinander angeordnet sind und die Kraftstoffeinspritzstelle an der engsten Stelle des in Strcmrichtung zweiten Hauptdiffusors vorgesehen ist. Die bekannte Vorrichtung hat keine für jeden Zylinder unabhängige oder besondere Einspritzvorrichtung. Vielmehr wird der Kraftstoff über eine gemeinsame Sammelleitung zugeführt. Die Diffusoren sind im Abstand voneinander mit zwischengeschalteter Drosselklappe angeordnet. Die bekannte Einrichtung ist in baulicher Hinsicht sehr aufwendig und die Zumeßgenauigkeit ist nicht zufriedenstellend.

Die FR-PS 865 458 betrifft eine Kraftstoffzuführeinrichtung für Brennkraftmaschinen zum Zuführen einer zusätzlichen Kraftstoffmenge, um bei bestimmten Betriebsbedingungen eine zeitweilige Verschlechterung des Krafistoff-Luft-Gemisches zu vermeiden, die eintritt, sobald sich die Drosselklappe öffnet. In der Ansaugleitung sind hintereinander zwei Diffusoren und

eine Drosselklappe angeordnet. Der Kraftstoff wird durch eine ringförmige Kammer an der engsten Stelle des in Luftströmungsrichtung ersten Diffusors zugeführt, der an der engsten Stelle des· zweiten Diffusors endet. Der zweite Diffusor ist .τιit einer äußeren ringförmigen Kammer versehen, der ebenfalls Kraftstoff zugeführt wird, und die über mehrere Rohre mit dem Lufteinlaßkanal und über eine weitere Rohr.eiiung mit einer Regeleinrichtung verbunden ist. Hinter der Drosselklappe ist eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung angeordnet. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird den einzelnen Einspritzstellen über ein durch biegsame Membranen in fünf Kammern unterteiltes Gehäuse zugeführt, die die Kraftstoffzufuhr so regeln, daß der im Lufteinlaßkanal und an der engsten Stelle des ersten Diffusors herrschende Druckunterschied dem Quadrat der Geschwindigkeit der abströmenden Luft proportional ist. — Es ist klar, daß hier die Homogenität des Gemisches und die Zumeßgenauigkeit nur sehr grob beherrscht werden können.

DU: FR-PS 999 945 zeigt und beschreibt die Kraftstoffeinspritzung mittels einer Hochdruckpumpe in den Bereich einer Venturidüse, die innerhalb eines venturiartigen Rohres in der Ansaugleitung angeordnet ist.

Die DT-Patentschriften 453 145 und 868 238 beziehen sich auf Einspritzeinrichtungen für Brennkraftmaschinen mit Aufladung, um die Durchflußleistung, insbesondere bei Überlastung des Kompressors, zu verbessern und die Leistung zu erhöhen. Die DT-TS 868 238 sieht dabei vor, den Kraftstoff in den Bereich vor der Engstelle eines Diffusors einzuspritzen, in dem Über Schallgeschwindigkeit herrscht.

Die DTPS 392 733 betrifft einen Vergaser für Brennkraftmaschinen, denen das Brennstoff-Luft-Gemisch ganz oder teilweise durch eine besondere Ladepumpe zugeführt wird. Dabei sind mehrere hintereinandergeschaltete Strahlpumpen von zunehmendem Düsenquerschnitt zu einem Druckvergaser vereinigt, deren erste flüssigen Brennstoff ansaugt und zerstäubt, und deren letzte das in den voranstehenden Strahlpumpen stufenweise zerstäubte Gemisch an den Arbeitszylinder der Maschine abgibt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln und Maßnahmen homogene Kraftstoff-Luft-Gemische zu erzeugen, in denen der Kraftstoff — zugunsten einer Leistungssteigerung — einwandfrei zerstäubt und gleichmäßig verteilt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kraftstoffeinspritzung in den in Luftströmungsrichtung ersten Diffusor erfolgt, daß das stromabwärtige Ende des ersten Diffusors innerhalb des zweiten Diffusors im Bereich der Engstelle des zweiten Diffusors angeordnet ist, wobei die Strömung in der Engstelle mindestens des ersten Diffusors Schallgeschwindigkeit erreicht, und daß die Kraftstoffmenge vor jeder Kraftstoffzuführleitung getrennt zugemessen wird.

Dieser Erfindungsgedanke wird dadurch weitergeführt, daß eine für die Kraftstoffzufuhr im oberen Drehzahlbereich bestimmte Einspritzvorrichtung, die über eine Kraftstoffzuführleitung mit der Drosselstelle des ersten Diffusors in Verbindung steht, und eine für die Kraftstoffzufuhr im Leerlauf- und im unteren Drehzahlbereich bestimmte zweite Einspritzeinrichtung vorgesehen sind, die stromabwärts der Diffusoren in die Ansaugleitung fördert.

In vorteilhafter Weise beträgt der öffnungswinkel der Diffusoren höchtens 10°. Im Bedarfsfalle kann der Kraftstoff gleichzeitig im Bereich der Drosselstellen mehrerer hintereinander angeordneter Diffusoren eingespritzt werden. Dadurch wird die Durchflußmenge verringert und eine genauere Steuerung der Einspritzzeiten möglich, was einer genaueren Regelung des Anreicherungsgrades des Gemisches entspricht

Ferner ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Zylindermantel des ersten Diffusors einen mit einer Ringnut versehenen Bund aufweist, der

ίο in einen Trägerring eingesetzt, und daß die Ringnut mit der Einspritzvorrichtung verbunden ist, wobei mindestens zwei diametral gegenüberliegende Radialbohrungen die Ringnut mit der Drosselstelle des Diffusors verbinden.

Es ist vorteilhaft, daß die Länge des divergierenden Teiles des ersten Diffusors etwa das Zehnfache des Innendurchmessers dieses Diffusors an der Drosselstelle beträgt. Die Länge des divergierenden Teiles des zweiten Diffusors beträgt vorteiihafierweise mindestens das Dreifache des Durchmessers seiner Drosselstelle.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet bei geringem Platzbedarf den Vorteil, daß die Zumeßgenauigkeit und die Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches verbessert werden. Weitere Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele angegeben. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach Fi g. 1,

F i g. 3 ein Vergleichsdiagramm mit Drehmoment- und Leistungskurven, die mit der Vorrichtung gemäß F i g. 2 erzielt wurden.

In F i g. 1 ist eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß der Erfindung im Schnitt dargestellt, die zur Vermeidung größerer Ladungsverluste mit einem Diffusor 1 ausgestattet ist, der einen geringen Öffnungswinkel aufweist. Der Diffusor 1 ist in einer Ansaugleitung 2 angeordnet. Sein öffnungswinkel beträgt beispielsweise 10° oder weniger. Ein zusätzlicher Diffusor 3, der dazu dient, den in der Drosselstelle des Diffusors 1 herrschenden Unterdruck zu verstärken, ist in Strömungsrichtung vor dem Diffusor 1 angeordnet, wobei seine Austrittsöffnung sich in Höhe der Drosselstelle des Diffusors 1 befindet.

Durch diese Anordnung wird, ohne daß durch die geringen öffnungswinkel die Ladungsverluste erhöht werden, ein Durchsatz größerer Gasmengen durch eine Ansaugleitung kleineren Querschnitts ermöglicht. So hat z. B. eine Ansaugleitung mit einem Durchmesser von 30 mm, die gemäß der Erfindung gestaltet ist, das gleiche Durchsatzvermögen wie eine übliche Ansaugleitung mit 40 mm Durchmesser, ohne daß dabei der Motor gedrosselt wird.

Eine Einspritzvorrichtung 4 fördert in eine Kraftstoffzuführleitung 5, aus der der Kraftstoff unter Druck durch eine Düse 6 austreten kann, die in der Drosselstelle des ersten Diffusors 3 angeordnet ist, wobei die

do Form der Düse und die Zahl ihrer Austrittsbohrungen beliebig gewählt werden können. Diese Vorrichtung ermöglicht es, die gegebene Kraftstoffmenge jeweils in dem Augenblick einzuspritzen, in dem die Gasgeschwindigkeit in der Drosselstelle des ersten Diffusors 3 am höchsten ist. Geht man davon aus, daß die Kraftstoffzumessung z. B. durch die Einspritzvorrichtung 4 erfolgt, so ist es von Vorteil, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Frischgases in der Drosselstelle des

ersten Diffusors 3 der Schallgeschwindigkeit entspricht, damit eine möglichst vollkommene Zerstäubung des Kraftstoffes erzielt wird. Dabei können Niederdruck-Einspritzvorrichtungen Verwendung finden, z. B. elektromagnetische Einspritzvorrichtungen, wie sie bei 5 elektronischer Einspritzung üblich sind.

Diese Anordnung beeinflußt in keiner Weise die Lage der Drosselklappe 7, die unmittelbar stromabwärts hinter dem Diffusor 1 angeordnet ist und die der Regelung des Gemischdurchsatzes dient. Wenn eine Einspritzeinrichtung, z. B. eine elektronische Einspritzeinrichtung, an einen Motor mit sehr hoher Leistung angepaßt werden soll, ist es schwierig, eine einwandfreie Kraftstoffzufuhr sowohl im Leerlauf als auch b<*\ Höchstleistung sicherzustellen. Man bedient sich dazu für den Teillastbereich einer zweiten Einspritzeinrichtung 8, die stromabwärts hinter der Drosselklappe 7 angeordnet ist und kleine Kraftstoffmengen zuführt. Bei dieser Anordnung arbeitet die Einspritzeinrichtung 8 nur im Teillastbereich, während die Einspritzeinrichtung 4 nur bei höheren Leistungen in Tätigkeit tritt, die z. B. einer mindestens zu drei Vierteln geöffneten Stellung der Drosselklappe 7 entsprechen. Die Regelgenauigkeit wird weiter dadurch erhöht, daß für jeden Zylinder eine unabhängige Regelung erfolgt.

Die Erfindung ist auch bei Brennkraftmaschinen anwendbar, die mit einem anderen, die Einspritzvorrichtung 4 ersetzenden System arbeiten, sowie bei Motoren mit sehr hoher Leistung, die möglichst homogene Kraftstoff-Luft-Gemische verlangen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht auf Grund des Vorhandenseins des zweiten Diffusors 1 auch eine einfache Abstimmung der Ansaugleitungen einer Brennkraftmaschine, wobei im allgemeinen kürzere Ansaugrohre und gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden als bei nur zylinderförmigen Ansaugleitungen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist ein mit Schallgeschwindigkeit arbeitender Diffusor 1 in einen Trägerstutzen 2 eingesetzt, der auf dem Zylinderkopf 15 einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Mit seinem stromaufwärts gelegenen Ende steht der Diffusor 1 über den Anschlußflansch des Trägerstutzens 2 hinaus vor, so daß er als Zentrierung für eine Ansaugleitung 9 dient in die ein Diffusor-Trägerrohr 10 eingeschoben ist in dem wiederum konzentrisch ein strömungsgünstig geformter, olivenförmiger Trägerring 6 angeordnet ist der durch zwei radiale, einander gegenüberliegende, strömungsgünstig geformte Arme 7 fest mit dem Diffusor-Trägerrohr 10 verbunden ist.

Das Diffusorrohr 3 ist so in den Trägerring 6 eingesetzt daß seine den Kraftstoff-Zufuhrkanal bildende äußere Ringnut 14 sich mit der radialen Kraftstoffzuführleitung 5 deckt die die äußere Ringnut 14 mit der am Gehäuse 9 gelagerten Einspritzvorrichtung 4 verbindet

Die Kraftstoffzuführleitung 5 hat vorteilhaft einen Durchmesser von etwa 2 mm, bei entsprechendem Querschnitt der Ringnut 14.

Stromaufwärts der Ansaugleitung 9 sind in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel zum Regeln des Gasdurchsatzes angeordnet, beispielsweise eine Drosselklappe. Außerdem kann auch eine, in der Zeichnung gleichfalls nicht dargestellte, zusätzliche Einspritzeinrichtung für den Leerlauf- und Teillastbetrieb im Trägerstutzen 2 vorgesehen sein.

Mindestens zwei einander diametral gegenüberliegende Radialbohrungen 12 münden aus der Ringnut 14 in die Drosselstelle des Diffusors 3, um das Zerstäuben des Kraftstoffes in der Mitte des mit Schallgeschwindigkeit strömenden Gasstromes zu gewährleisten. Die Radialbohrungen 12 sind in bezug auf die Achse der Kraftstoffzuführleitung symmetrisch angeordnet, so daß der Kraftstoff stets gleichzeitig aus ihnen austritt.

Durch diese Anordnung von Diffusoren wird in der Mitte des Gasstromes am Eintritt zum Motor eine hohe sich bis zur Schallgeschwindigkeit steigernde Strömungsgeschwindigkeit erzielt, wodurch die Motorleistung von der Übereinstimmung der Ansaugleitungen unabhängig wird. Die Ausbildung der hintereinander angeordneten Diffusoren 1 und 3 verringert die Ladungsverluste auf ein vernachlässigbares Maß.

Das Diagramm der F i g. 3 zeigt Drehmoment- und Leistungsverlauf in Abhängigkeit von der Drehzahl, und zwar einerseits für einen Motor mit einem normalen Vergaser (gestrichelte Kurve) und andererseits für einen Motor mit einer Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung (strichpunktierte Kurve). Die Drehmomentkurven sind mit a und die Leistungskurven mit b bezeichnet. Obgleich der Ansaugdurchmesser des Motors mit der Einspritzvorrichtung nur 32 mm beträgt, gegenüber einem Ansaugdurchmesser von 40 mm beim Vergasermotor, erhält man wesentlich höhere Leistungen und insbesondere eine Drehmomentkurve, die bei niedrigen Drehzahlen wesentlich höher verläuft während sie bei hohen Drehzahlen einen viel gleichmäßigeren Verlauf zeigt.

Im oberen Drehzahlbereich bleibt der durch die Schallströmung im Diffusor begrenzte Massendurchsatz auf seinem Höchstwert, so daß die Geschwindigkeit gleich bleibt. Diese Leistungen werden durch die längliche Form der Diffusoren erzielt deren Proportionen insbesondere aus F i g. 2 der Zeichnung ersichtlich sind. Beim Diffusor 3 beträgt die Länge des divergierenden Teils etwa das Zehnfache des Durchmessers der Drosselstelle, an der durch die Radialbohrungen 12 der Kraftstoff eingespritzt wird, während beim Lufttrichter 1 die Länge des divergierenden Teils mindestens das Dreifache des Durchmessers der Drosselstelle beträgt in die der divergierende Teil des Diffusors 3 einmündet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, bei der für jeden Zylinder über je eine Kraftstoffzuführleituiig eine indirekte Einspritzung einer zumeßbaren Kraftstoff menge in die Luftströmung eines dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Astes der Ansaugleitung erfolgt in dem jeweils zwei Diffusoren hintereinander angeordnet sind, und die Kraftstoffeinspritzstelle an der engsten Stelle eines der beiden Diffusoren vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung in den in Luftströmungsrichtung ersten Diffusor erfolgt, daß das stromabwärtige Ende des ersten Diffusors innerhalb des zweiten Diffusors im Bereich der Engstelle des zweiten Diffusors angeordnet ist, wobei die Strömung in der Engstelle mindestens des ersten Diffusors (3) Schallgeschwindigkeit erreicht, und daß die Kraftstoffmenge vor jeder Kraftstoffzuführleitung (5) getrennt zugemessen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine für die Kraftstoffzufuhr im oberen Drehzahlbereich bestimmte Einspritzvorrichtung (4), die über eine Kraftstoffzuführleitung (5) mit der Drosselstelle des ersten Diffusors (3) in Verbindung steht, und eine für die Kraftstoffzufuhr im Leerlaufund im unteren Drehzahlbereich bestimmte zweite Einspritzvorrichtung (8), die stromabwärts der Diffusoren (1,3) in die Ansaugleitung (2) fördert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel der Diffusoren (1, 3) höchstens 10° beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff gleichzeitig im Bereich der Drosselstellen mehrerer hintereinander angeordneter Diffusoren eingespritzt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel des ersten Diffusors (3) einen Bund aufweist, in dem eine äußere Ringnut (14) angeordnet ist, und daß dieser Bund so in einen strömungsgünstig geformten Trägerring (6) eingesetzt ist, daß eine Kraftstoffzuführleitung (5) die Ringnut (14) mit der Einspritzvorrichtung (4) verbindet, wobei mindestens zwei einander diametral gegenüberliegende, in bezug auf die Kraftstoffzuführleitung (5) symmetrisch angeordnete Radialbohrungen (12) die Ringnut (14) mit der Drosselstelle des Diffusors (3) verbinden.