DE2318779A1

DE2318779A1 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE2318779A1
Application number: DE19732318779
Authority: DE
Inventors: Samuel Stewart Hall; Barrie James Martin
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1972-04-15
Filing date: 1973-04-13
Publication date: 1973-10-25
Also published as: IT983896B; JPS4915817A; GB1420927A

Description

PLESSBY HANDEL UND INVESTMENTS AG

Gartenstraße 2 Z u g / S chwe i ζ

Unser Zeichen; P 2207

Kraftstoffeinspritzsystem

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Motor, insbesondere für eine Brennkraftmaschine.

Bei Kraftstoffeinspritzsystemen ist es erwünscht, daß der eingespritzte Kraftstoff einen zerstäubten Zustand aufweist. Bei einigen Kraftstoffeinspritzsystemen, z.B. bei denjenigen, bei welchen eine vibrierende Kraftstoffeinspritzdüse zur Erzeugung eines Kraftstoffnebeis vorgesehen ist, kann der eingespritzte Kraftstoff nicht vollständig zerstäubt werden, und ein Flüssigkeitskern kann in dem eingespritzten Kraftstoff vorhanden sein. Ein solcher nicht zerstäubter Kraftstoff wird nicht wirksam zu dem Motor transportiert und geht oft verloren, so daß diese Tatsache zu einem hohen Kraftstoffverbrauch führt.

Die Erfindung schlägt ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Düse zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Vibrator zur Schwingungserregung der Düse und zur Erzielung einer Zerstäubung des durch die Düse eingespritzten Kraftstoffes vor, wobei

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die Düse einen Düsenkörper zur Unterbrechung des Kraftstoff-Stromes durch die Düse aufweist, so daß dadurch die Kraftstoff zerstäubung mittels des Vibrators erleichtert wird.

Das Kraftstoffeinspritzsystern gemäß der Erfindung ist wirkungsvoller als die bekannten Einspritzsysteme. Es eignet sich leicht zur Veränderung der Kraftstoffmenge, die während jedes Ansaugtaktes eines jeden Zylinders oder während jeder Drehung der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da für eine wirkungsvolle Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes gesorgt wird, ist das Kraftstoffeinspritzsystem weniger von dem Luftdruck in der Luftströmungsleitung abhängig. Die Düse kann entweder in der Luftströmungsleitung oder unmittelbar innerhalb eines Motorzylinders angeordnet sein.

Um eine optimale Zerstäubung des aus der Düse heraustretenden Kraftstoffes besser erzielen zu können, kann vorzugsweise das stromab gelegene Ende der Düse mit einer sich nach innen erstreckenden, ringförmigen Schulter versehen sein, die eine scharfkantige, kegelstumpfförmige Öffnung bildet, wobei der Grundflächenteil stromab von dem oberen, engeren Teil gelegen ist. Der Staukörper endet vorzugsweise in der kegelstumpfförmigen öffnung. Andererseits kann er, falls es erwünscht ist, auch vor der kegelstumpfförmigeη öffnung enden oder er kann sich über die kegelstumpfförmige öffnung hinaus erstrecken.

Verschiedene Staukörperausgestaltungen können in Verbindung mit dem Gegenstand der Erfindung Verwendung finden. Ein typisches Beispiel für einen geeigneten Staukörper besteht aus einem gelochten Stopfen, der in die Düse eingeschweißt ist. Falls es erwünscht ist, kann der Staukörper senkrecht auf einer Düsenwand angeordnet sein. In diesem Fall ist der Staukörper beweglich, so daß er in die Kraftstoffbahn in der Düse bewegt werden kann, wenn es erwünscht ist. Der Staukörper kann von einer elektromechanischen Einrichtung bewegt werden,

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die ihn anzieht oder abstößt, je nachdem wie es gewünscht wird.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem kann eine Kraftstoff örde.rvor richtung aufweisen, die einen Kraftstoffstrom zu der Düse erzeugt. Die Düse kann so konstruiert sein, daß sie ohne überschallschwingungen einen unterbrochenen oder zusammenhängenden Kraftstoffstrahl ausstößt. Im allgemeinen wird ein Staukörper den Kraftstoffstrahl unterbrechen, selbst wenn keine Ultraschal!schwingungen erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem kann auch eine Zeitsteuervorrichtung"aufweisen, welche die Erregung der Düsenschwingungen begrenzt, z.B. die Ultraschallschwingungen in gleichmäßig unterteilte Perioden. Jede Zeitperiode kann einen regelbaren Teil eines Zyklus bilden, der auf die Drehung eines Motors bezogen ist. Die Zeitsteuervorrichtung kann derart an einen Motor angeschlossen sein, daß sie die Erregung des Ultraschallvibrator auf einen veränderlichen Teil eines jeden Ansaughubes eines jeden Zylinders begrenzt, der über den Ansaugkanal beschickt wird. Es kann auch eine automatische Regeleinrichtung für die Regelung der Dauer des veränderlichen Teils vorgesehen sein.

In dem Kraftstoffeinspritzsystern kann auch ein Sammelrohr vorgesehen sein, das jeglichen flüssigen Kraftstoff, der von der Einspritzdüse eingespritzt und noch nicht zerstäubt ist, zurückführt. Aber bei einem entsprechenden Regelzustand sollte ein solches Sammelrohr überflüssig sein, da eine befriedigende Menge des eingespritzten Kraftstoffes normalerweise zerstäubt wird. Wenn ein Sammelrohr vorgesehen ist, dann wird es gewöhnlich an eine Kraftstoffrücklaufleitung angeschlossen, die den aufgefangenen Kraftstoff zu einem Kraftstofftank zurückführt.

Wenn die Kraftstoffeinspritzdüse in Schwingungen versetzt ist,

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dann wird sie im allgemeinen mit sogenannten "Ultraschallschwingungen" oder einer sogenannten "Ultraschallfrequenz" schwingen. Die Schwingungen müssen natürlich ausreichend sein, um den Flüssigkeitsstrahl in kleine Nebelteilchen zu zerstäuben. Die entsprechende Frequenzhöhe kann praktisch mit ihrer unteren Grenze etwa in der Nähe der oberen Grenze der von dem menschlichen Gehör aufnehmbaren Frequenz liegen. Es ist jedoch zur Unterdrückung von Geräuschen zweckmäßig, daß vorzugsweise Frequenzen benutzt werden, die hoch genug sind, daß ein hörbares Geräusch vermieden wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.l eine schematische Darstellung der Hauptteile eines Verbrennungssystems gemäß der Erfindung;

Fig.2 einen Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzdüse nach Fig.l, in vergrößertem Maßstab und

Fig.3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kraftstoffeinspritzdüse.

In den Fig.l und 2 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine dargestellt, die so aufgebaut ist, daß sie Luft durch einen Luftfilter 2 und durch ein Saugrohr 1 saugt. Im Einlaß des Saugrohres 1 ist eine Drosselklappe 3 angeordnet. Das Saugrohr 1 ist mit einem Düsenteil 4 ausgestattet, das in der Fig.2 im größeren Maßstab dargestellt ist. Das Düsenteil 4 ist so ausgebildet, daß es über den Saugrohrquerschnitt des Saugrohres I einen Sprühnebel 6 aus flüssigem Kraftstoff erzeugt. Der Kraftstoff wird zu dem Düsenteil 4 mittels einer druckbeaufschlagten Kraftstoffpumpe 11 gefördert, die dazu benutzt wird. Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 12 abzusaugen.

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Wie am besten in der Fig.2 zu erkennen ist, weist das Düsenteil 4 ein Gehäuse 5 auf, das einen Staukörper 30 einschließt. Der Staukörper 30 weist die Form eines Absperrorganes auf, welches mit einem zentralen Vorsprung 32 versehen ist, der innerhalb einer kegelstumpfförmig ausgebildeten öffnung 34 endet, wobei die öffnung von einer nach innen vorstehenden Schulter 40 gebildet wird. Zwei Kraftstoffkanäle 42, AA sind in dem Staukörper 30 vorgesehen, so daß der Kraftstoff den Staukörper 30 von der einen Seite zur anderen nach unten in Bezug auf die Fig.2 durchströmen kann. Der Kraftstoffdurchgang durch den Staukörper 30 kann mittels eines Kugelverschlusses 46 unter-· bunäen werden, der in einem zentralen Loch 48 sitzt, das in dem Staukörper 30 angeordnet ist und sich an die Kanäle 42,44 anschließt. Die genaue Wirkungsweise des Kugelverschlusses 46 ist in allen Einzelheiten in der Patentanmeldung No.4609/72 beschrieben.

Das Düsenteil 4 ist an einen Ultraschallwandler 9 angeschlossen, der z.B. mit einem piezoelektrischen Kristall versehen ist. Wenn der Wandler 9 von einem Zeitschaltoszillator 10 mit einer Ultraschallfrequenz erregt wird, dann übt der Wandler 9 auf den Düsenteil 4 Ultraschallschwingungen von einer solchen Frequenz, Amplitude und Richtung aus, daß das Düsenteil 4 Kraftstoff in Form eines feinen Nebels in das Saugrohr 1 einspritzt, der innig mit dem in das Saugrohr eingesaugten Luftstrom vermischt und von diesem fortgetragen wird. Wenn die Maschine angehalten werden soll, dann wird der Kugelverschluß 46 wieder auf seinen Sitz zurückgeführt, so daß er sich in der in der Fig.2 dargestellten Position befindet und den Kraftstoffstrom durch das Düsenteil 4 unterbricht.

Mit geeigneten mechanischen Schwingungen und einem geeignet bemessenen und angeordneten Staukörper 30 wird ein im wesentlichen vollständig ausgebildeter Sprühnebel in das Saugrohr 1

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eingespritzt. Die Steuerung der'Kraftstoffmenge, die während jedes Ansaugtaktes eines jeden Kolbens oder jeder Umdrehung ■ der Maschine eingespritzt wird, kann durch eine Veränderung der Periodenlänge, in welcher der Wandler 9 während eines jeden Ansaugtaktes oder einer jeden Umdrehung der Maschine erregt wird, in Abhängigkeit von der Gesamtdauer eines solchen Taktes oder einer solchen Umdrehung und in Übereinstimmung mit der Kr aft s to ff men ge, die während eines solchen Taktes oder einer Umdrehung eingespritzt werden soll, erzielt werden. Diese Steuerung kann z.B. mittels einer von einer Maschine angetriebenen Steuervorrichtung bewirkt werden, in welcher ein sich drehender Wischkontakt mit einem Kontakt eines Steuerelementes zusammenwirkt, dessen Winkeleinstellung so einreguliert ist, daß sie sich automatisch in Übereinstimmung mit den Steuerdaten ändert. In diesem Fall ist vorzugsweise eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen, die gewöhnlich verhindert, daß die Länge der Einspritzperiode während jedes Ansaugtaktes oder jeder Drehung unter ein vorbestimmtes Minimum fällt. Sin zweckiuässiges Beispiel für eine Einrichtung zur Ausführung der "egelung bei der Anwendung von Ultraschallschwingungen ist in der Beschreibung der britischen Patentschrift No. 1 138 536 offenbart.

In der Fig.3 ist ein Düsenteil 50 dargestellt, das für den Einsatz in einen Kraftstoffkreislauf für eine Turbine oder eine Dampfmaschine geeignet ist. Das Düsenteil 50 weist ein Gehäuse 52 mit einer inneren Mantelfläche 52A auf. Ein Staukörper 54 ist in dem Gehäuse 52 angeordnet, wie in der Fig.3 zu erkennen ist, und wird in seiner Lage mittels elektrischen Punktschweißungen 56 gehalten, die in geeigneter Weise am Umfang des Düsenteils 50 angeordnet sind. In dem Staukörper sind Kraftstoffdurchgangskanäle 58 angeordnet, die den Durchgang des Kraftstoffes nach unten in Bezug auf die Fig.3 von einer Seite des Staukörpers 54 zur anderen Seite ermöglichen.

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Der Staukörper 54 ist mit einem zentralen Vorsprung 60 versehen, der innerhalb einer kegelstumpfförmig ausgebildeten öffnung endet, die von einer sich nach innen erstreckenden ringförmigen Schulter 30 gebildet wird, welche an dem unteren freien Ende des Gehäuses 52 angeordnet ist.

Es sei angemerkt, daß das Düsenteil 50 mit dem Gehäuse 52 nicht mit einer Einrichtung zur Unterbrechung des Kraftstoffstromes durch das Düsenteil ausgestattet ist, wie z.B. mit einer als Kugelverschluß 46 ausgebildeten Einrichtung, wie sie in der Fig.2 dargestellt ist. Das Düsenteil 50 wird daher vorzugsweise nicht in Kraftstoffanlagen für ein Automobil Verwendung finden, v/eil ein Kraftstoff nachfließen stattfinden könnte, nachdem der Motor ausgeschaltet ist, so daß das Abschalten des Motors nicht unmittelbar zum Anhalten des Motors führen würde. Das Düsenteil 50 eignet sich für die Verwendung in Kraftstoffsysteraen für Turbinen oder Dampfmaschinen, wo die Maschinen nach dem Abstellen auslaufen können.

Obwohl sich das vorbeschriebene System auf eine Kraftstoffeinspritzdüse bezieht, die in einem Luftansaugrohr angeordnet ist, kann die Düse auch unmittelbar in einem Zylinder eines Motors angeordnet werden. In diesem Fall kann die Düse in einer Aussparung im Zylinderkopf angeordnet werden und zwar ziemlich nahe bei der Zündkerze des Zylinders, falls eine solche Zündkerze vorgesehen ist.

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Claims

Patentansprüche

1.) Kraftstoff einsprit zsys tem für einen Motor, insbesondere für eine Brennkraftmaschine/ dadurch gekennzeichnet , daß eine Düse (4) zum Einspritzen von Kraftstoff und ein Vibrator (9,10) zur Schwingungserregung der Düse und zur Erzielung einer Zerstäubung des durch die Düse eingespritzten Kraftstoffes vorgesehen sind, wobei die Düse einen Staukörper (30,54) zur Unterbrechung des Kraftstromes durch die Düse aufweist, so daß dadurch die Kraftstoffzerstäubung mittels des Vibrators erleichtert wird.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch g e kennz eichnet, daß die Düse in einem Luftströmungskanal (1), der die Luft einem Motor zuführt, angeordnet ist.

3. Kraftstoffeinspritzsystern nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Düse

. ein stromabgelegenes Endteil mit einer sich nach innen erstreckenden, ringförmigen Schulter (30,40) aufweist, die eine scharfkantige, kegelstumpfförmige Öffnung (28,34) bildet, wobei der Grundflächenteil stromab von dem oberen, engeren Teil liegt.

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4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Staukörper in dem kegelstumpf förmigen Teil endet.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Staukörper aus einem gelochten Stopfen besteht, der in die Düse eingeschweißt ist.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Vibrator Ultraschallschwingungen erzeugt.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß eine Zeitsteuervorrichtung zur Begrenzung der Erregung der Düsenschwingungen in gleichmäßig unterteilte Perioden vorgesehen ist.

8. Kraftstof feinspritzsystem nach wenigstens einem der /Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine Kraftstoffördervorrichtung (11) vorgesehen ist, die einen Kraftstoffstrom zu der Düse erzeugt.

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