DE2826025C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung ei­ nes Kraftstoff-Luft-Gemisches für eine mehrzylindrige Brenn­ kraftmaschine mit auf die Zylinder führenden Ver­ sorgungskanälen, die mit einem von angesaugter Ver­ brennungsluft durchströmten Versorgungsraum in Verbindung stehen, nach den im Oberbegriff des Anspruchs 1 ange­ gebenen Merkmalen.

Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art wird übli­ cherweise mit Vergasern gearbeitet, bei denen sich insbe­ sondere im Kaltstart- und Instationärbetrieb sowie im Leer­ lauf- und stationären unteren Teillastbereich so schlechte Gemischaufbereitungsverhältnisse ergeben, daß trotz des Ausgangs der Versorgungskanäle von dem gemein­ samen Versorgungsraum eine unterschiedliche Versorgung der einzelnen Zylinder im Hinblick auf den Kraftstoffanteil des jeweiligen Kraftstoff-Gasgemisches, insbesondere Kraft­ stoff-Luft-Gemisches stattfindet. Bedingt ist dies im we­ sentlichen dadurch, daß wesentliche Kraftstoffanteile wand­ angelagert werden und insoweit unabhängig von der Ver­ teilung der Luft in nicht kontrollierbarer Weise den ein­ zelnen Zylindern zufließen.

Eine Verbesserung der Gemischaufbereitungsanlage ist durch eine aus der DE 25 42 620 A1 bekannte Vorrichtung erreich­ bar, die aus einer mit Anschlüssen für die getrennte Zu­ fuhr von jeweils unter Druck stehendem Kraftstoff und Luft versehenen Einspritzdüse mit einer Mischkammer besteht, in der sich eingespritzter Kraftstoff mit zugeführter Luft vermischt und als Kraftstoff-Luft-Gemisch behinderungsfrei über Öffnungen austritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem vorerwähnten Stand der Technik die Gemischaufbereitung im Sinne einer höheren Zerstäubungsgüte in allen Drehzahl- und Lastbereichen weiter zu verbessern.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Anordnung eines Ventiles am Mündungsquerschnitt der Einspritzdüse ergibt sich eine geschlossene Mischkam­ mer, in der eine Vorvermischung bzw. vorhomo­ genisiertes Gemisch aus Kraftstoff und Luft erzeugt wird. Bei einem bestimmten Öffnungsdruck tritt das auf einem sich gegenüber dem Druckniveau im Versorgungsraum erhöhten Druck befindliche, vorvermischte Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Schallgeschwindigkeit unter Zerstäubung seines Kraft­ stoffanteiles aufgrund eines Drucksprunges im Mündungs­ querschnitt aus.

Durch die Homogenität des Zweiphasengemisches mit nach­ folgender Expansion in den freien Versorgungsraum findet eine innige Zerstäubung des Kraftstoffes in alle Richtungen statt.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind Wand­ anlagerungen des Kraftstoffes praktisch ausgeschlossen und bedingt dadurch ergibt sich auch trotz des bei Brennkraft­ maschinen in der Praxis unvermeidlichen Füllungsgradunter­ schiedes für die einzelnen Zylinder für alle Zylinder ein gleiches Kraftstoff-Luft-Verhältnis, so daß eine Möglich­ keit geschaffen ist, sämtliche Zylinder mit einem vorge­ gebenen, gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu ver­ sorgen. Hiermit werden entsprechend verbesserte Voraus­ setzungen im Hinblick auf die Abgasnachbehandlung ge­ schaffen. Dadurch, daß eine Einspritzvorrichtung der vor­ genannten Art Verwendung findet, ist nicht nur in der Er­ zeugung des Kraftstoff-Gas-Gemisches die erwünschte, sehr kleine Tröpfchengröße zu gewährleisten, sondern auch eine so große Gleichmäßigkeit der Tröpfchen, daß Tröpfchen- Koagulierungen weitgehend vermieden werden, da bekannter­ maßen dieser Effekt durch ungleichgroße Tröpfchendurch­ messer verstärkt wird. Die gleiche und im Rahmen der Erfindung angestrebte sehr kleine Tröpfchengröße wird bei der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung dadurch gewähr­ leistet, daß die Druckenergie der Gase unmittelbar zur Vernebelung genutzt werden kann, da aufgrund der intensiven Vorvermischung des Kraftstoffes mit dem Gas die vom Gas­ volumenanteil abhängige, charakteristische Schallge­ schwindigkeit im Mündungsbereich der Einspritzvorrichtung erreicht werden kann und somit ein wesentlicher Druckabfall durch Geschwindigkeitssteigerung des Gemisches nicht ein­ tritt. Der dadurch bedingte, sehr ausgeprägte Drucksprung bedingt die erfindungsgemäß erreichte, sehr gute und gleichmäßige Zerstäubung, die durch die bekannten Maßnahmen gemäß der eingangs genannten DE 25 42 620 A1 nicht erreichbar ist, da die Mischkammer ständig offen ist und der mit der Luft verwirbelte Kraftstoff in dieser Form durch Öffnungen in der Mischkammer austritt. Durch die stets offene Mischkammer wird der Austritt des zu der Luft verteilten Kraftstoffes mit Schallgeschwindigkeit nicht erreicht.

In Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als zweck­ mäßig, wenn die Mischkammer einen Einsatz aufweist, der durch einen porösen Einsatzkörper gebildet ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs­ beispieles, wobei

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine gemäß der Er­ findung ausgestaltete Brennkraftmaschine zeigt, während in

Fig. 2 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausge­ staltete Einspritzdüse dargestellt ist.

In der Schemadarstellung gemäß Fig. 1 ist bei 1 einer der Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine darge­ stellt, dem ein Kolben 2 zugeordnet ist und auf den zylinderkopfseitig ein als Ansaugkanal dienender Versor­ gungskanal 3 ausmündet, dem mündungsseitig ein Einlaßven­ til 4 zugeordnet ist. Mit 5 ist die hier als Zündquelle vorgesehene Zündkerze bezeichnet. Der Versorgungskanal 3 geht von einem für die Zylinder der Brennkraftmaschine gemeinsamen, durch ein Sammelrohr gebildeten Versorgungs­ raum 6 aus, wobei im Rahmen der Erfindung bei Brennkraft­ maschinen mit mehreren Zylinderreihen den verschiedenen Zylinderreihen gegebenenfalls auch jeweils ein gesonderter Versorgungsraum 6 zugeordnet sein kann. An den Versorgungs­ raum schließt im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Ansaugsystem 7 an, in dem stromab einer als Mengenmesser vorgesehenen Stauklappe 8 in herkömmlicher Weise eine Drosselklappe 9 im Ansaugkanal 10 angeordnet ist. Im Über­ gang des Ansaugkanales 10 auf den Versorgungsraum 6 bzw. im Bereich zwischen der Drosselklappe 9 und dem Versor­ gungsraum 6 ist als Einspritzvorrichtung 11 eine Einspritz­ düse vorgesehen, die über eine Leitung 12 mit Kraftstoff versorgt wird. Die Kraftstoffversorgung erfolgt aus einem Tank 13 über eine Niederdruckpumpe 14, ein Filter 15 und den Kraftstoffmengenregler 16, wobei dieser die Kraftstoff­ menge in Abhängigkeit von der Stellung der Stauklappe 8 steuert.

Vom Mengenregler 16 zum Tank 13 ist eine Rücklaufleitung vorgesehen.

Auf die als Einspritzvorrichtung 11 dienende Düse mündet ferner eine Luftleitung 17 aus, die von einem Luftver­ dichter 18 ausgeht, der, wie hier angedeutet, Frischluft ansaugt, wobei die Ansaugung in hier nicht veranschau­ lichter Weise auch aus dem Ansaugsystem 7 im Bereich stromab der Stauklappe 8 abgezweigt werden kann.

In der Einspritzvorrichtung 11, die in einem erfindungs­ gemäßen Ausführungsbeispiel in Fig. 2 veranschaulicht ist, werden der unter Druck zugeführte Kraftstoff und die unter Druck zugeführte Luft vermischt, so daß Luft und Kraftstoff in der Einspritzvorrichtung ein Gemisch bilden, in dem die Luft bläschenweise in dem Kraftstoff praktisch eingebettet ist. Dieses unter Druck stehende Kraftstoff-Luftgemisch, dessen charakteristische Schallgeschwindigkeit in Abhängig­ keit vom Gasvolumenanteil wesentlich unterhalb der Schall­ geschwindigkeit der hier als Gas dienenden Luft sowie auch des Kraftstoffes liegen kann (quasi homogene Vermischung vorausgesetzt), wird mit Schallgeschwindigkeit über den Mündungsquerschnitt in den Versorgungsraum 6 eingespritzt, wobei im Mündungsquerschnitt ein Druckabfall - Drucksprung - stattfindet, bei dem der wegen Erreichen der charakte­ ristischen Schallgeschwindigkeit nicht in Geschwindigkeit umgesetzte Druckanteil eine Zerstäubung des Kraftstoffes über das eingeschlossene Gas bewirkt, wodurch eine beson­ ders feine und gleichmäßige Zerstäubung erreicht wird.

Die insgesamt mit 11 bezeichnete und als Düse ausgebildete Einspritzvorrichtung gemäß Fig. 2 weist eine Mischkammer 19 auf, der ein Anschluß 21 für die Kraftstoffversorgungs­ leitung 12 und ein Anschluß 20 für die Druckluftversor­ gungsleitung 17 zugeordnet sind. In der Mischkammer 19 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein poröser Einsatz angeordnet, der sich im wesentlichen über die Länge der langgestreckten Mischkammer erstreckt und der zwischen deren beiden Stirnseiten verspannt ist, wobei zwischen dem Einsatz 22 und der Mischkammer ein Ringraum 23 verbleibt. Bei der gezeigten Anordnung bildet der Einsatz 22, der beispielsweise durch einen porösen Sinterkörper gebildet ist, ein Filter, in den über seine Stirnseite 24 der Kraft­ stoff einströmt, während die Luft in den Ringraum 23 hin­ eingedrückt wird und von dort über den als Einsatz dienen­ den Sinterkörper in den Kraftstoff hineindiffundiert und sich mit diesem vermengt. Dieses Gemisch beaufschlagt ent­ sprechend dem Versorgungsdruck das mündungsseitig vorge­ sehene Absperrventil 25, das in Abspritzrichtung öffnet und das in Richtung auf seine Schließlage über eine Feder 26 belastet ist.

Abweichend von der vorstehenden Schilderung kann der Misch­ kammereinsatz 22 auch derart in die Mischkammer 19 eingesetzt sein, daß Kraftstoff und Luft den Einsatz 22 außenseitig gemeinsam beaufschlagen und gemeinsam in den Innenraum hineingedrückt werden, wobei sie sich vermischen. In diesem Fall braucht eine stirnseitige Dichtung 27, wie sie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, nicht verwendet zu werden.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Kraftstoff-Luft-Ge­ misches für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit auf die Zylinder führenden Versorgungskanälen, die mit einem von angesaugter Verbrennungsluft durchströmten Ver­ sorgungsraum in Verbindung stehen, mit einer mit An­ schlüssen für die getrennte Zufuhr von jeweils unter Druck stehendem Kraftstoff und Luft versehenen Einspritzdüse mit einer Mischkammer, in der sich der Kraftstoff mit der Luft vor dem Düsenaustritt vermischt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (11) im Mündungsquerschnitt über ein in Abhängigkeit vom Mischkammerdruck öffnendes und in Richtung auf seine Schließlage federbelastetes Ventil (25) absperrbar ist und daß das auf einem sich gegenüber dem Druckniveau im Versorgungsraum (6) erhöhten Druck befind­ liche Kraftstoff-Luft-Gemisch als vorhomogenisiertes Ge­ misch mit Schallgeschwindigkeit unter Zerstäubung seines Kraftstoffanteiles aufgrund eines Drucksprunges am Mün­ dungsquerschnitt der Einspritzdüse (11) austritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer einen Einsatz (22) aufweist, der durch einen porösen Einsatzkörper gebildet ist.