DE3600154A1

DE3600154A1 - Luftzerstaeubungsdrosselkoerper

Info

Publication number: DE3600154A1
Application number: DE19863600154
Authority: DE
Inventors: James H. Farmington Hills Mich. Jones
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1985-01-07
Filing date: 1986-01-07
Publication date: 1986-07-10
Also published as: DE3600154C2; GB2169347B; GB8530334D0; JPS61160555A; US4595542A; GB2169347A

Description

DR. A. KOHL₄E-R:* ^.

PROFE88IONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

. 5·

TELEFON: COea) 2714742 · MÖNCHEN 40

TELEGRAMME: CARBOPAT MÖNCHEN FRANZ-JO8EPH-8TRA88E 48

Ko/g
US 1464

Ford-Werke AG, Köln

Luftzerstäubungsdrosselkörper ]

Die Erfindung befaßt sich ganz allgemein mit einem Brennstoffeinspritzsystem vom Einzel-Punkt-Drosselkörpertyp,
insbesondere mit einem derartigen, welches ein axial gleit- j bares Drosselventil für die variable Steuerung des VoIumens der Luft, die in das Saugrohr strömt, enthält. *\

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Luftdrosselkcr- *? per mit einem konzentrisch am Eintritt des Luft/Brennstoff -Saugrohres befestigten Brennstoffinjektor zum Einsprühen des Brennstoffes in konischer Weise und umfaßt ein
axial durch ein Stangentriebwerk bewegliches Muffenventil : vom Drosseltyp, um die Luftströmung in den Motor in einer \ Weise abzumessen, so daß auch der Brennstoff zerstäubt \ wird. '■-

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Drosselkörper mit Brennstoffinjektoren und/oder längs be- ,*

"«5 weglichen Drosselventilen sir.d bekannt. Beispielsweise be- < schreiben Sv/artz und Mitarbeiter in der UG-PS 1 669 070

und Mineck in der US-PS 4 15^L< 7&"· ein längs bewegliches \, Drosselventil, wobei das Ventil gemäß Swartz durch ein

Stangentriebwerk bewegt wird. Byrne beschreibt in der US- j,

PS 3 943 904 ein zentrales Brennstoffeinspritzsystem, je- \

doch mit üblichen Drosselventilen vom Drehtyp. Davis und \

Mitarbeiter beschreiben in öo:· tjs-FS 4 105 "C3 eine Brennstoffdüse mit konzentrisch angeordneten Muffen, um Wirbelluftwege zu schaffen. Kessler und Mitarbeiter beschreiben in der US-FS 4 347 823 einen konusförmigen feststehenden Verteilungsmantel, der die Luftströmung in zwei Wege für die Strömung hinter den üblichen drehbaren Drosselventilen unterteilt.

Keine der vorstehend abgehandelten Literaturstellen beschreibt ein axial bewegliches Drosselmuffenventil, welches mit einem zentral angebrachten Brennstoffinjektor zusammenarbeitet, um eine Anzahl von unterschiedlichen Volumenluftwegen zur Kombination nit dem eingespritzten Brennstoff in der nachfolgend geschilderten V/eise zu ergeben.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung liegt deshalb in einem Luftdrosselkörper vom Brennstoffeinspritztyp, der einen zentral angebrachten Brennstoffinjektor vom Einzel-Punkt-Typ besitzt,der durch ein Luftdrosselungsmuffenventil umgeben ist, welches axial durch Stangentriebwerke beweglich ist, um eine Vielzahl von Luftwegen zu ergeben, wo der Brennstoff aufschlägt und zerstäubt wird.

Ganz allgemein hat der erfindungsgemäße Drosselkörper einen Brennstoffinjektor und ein axial bewegliches Drosselventil vom Muffentyp, welches mit einer fixierten Wirbelplatte zusammenarbeitet, so daß sich zwei Luft/Brennstoffwege zur Zerstäubung des Brennstoffes ergeben.

V/eitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich unter Bezugnähme auf die beiliegende Be-Schreibung und die Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, worin

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Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Drosselkörpers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf ein in Fig. 1 gezeigtes Detail und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Details

zeigen.

Gemäß der Erfindung ergibt sich somit ein Brennstofffördersystem vom zentralen Brennstoffeinspritztyp für Innenverbrennungsmotore vom Kraftfahrzeugtyp, das einen Luft/Brennstoff-Drosselkörper mit einem Luft/Brennstoff-Durchgang besitzt, der an einem Ende an die praktisch bei Atmosphärendruck vorliegende Luft geöffnet ist und zur Verbindung am entgegengesetzten Ende mit dem Ansaugverteiler des Motors eingerichtet ist, so daß der Durchgang den variierenden Vakuumwerten darin unterliegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennstoff injektor konzentrisch im Rohr für die Austragung des Brennstoffes in Längsrichtung in einem konusähnliehen Sprühmuster angeordnet ist und ein axial bewegliches Drosselventil vom Muffentyp zur variierbaren Steuerung der Luftströmung in das Rohr zur Vermischung mit dem hierin eingespritzten Brennstoff verbunden ist, wobei das Ventil und der Injektor zusammen einen variierbaren Bereich an konvergierender-divergierender Luftströmung definieren.

Wie ersichtlich umfaßt der Drosselkörper gemäß der Erfindung ein aus zwei Stücken bestehendes Gehäuse 10, welches aus einem oberen Lufteintrittsstutzen oder Deckelteil 12 besteht, welches mit einer unteren Kombination aus Hauptbrennstoffeinlaß und Drosselkörperteil 14 verbunden

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1st. Das Oberteil 12 ist zur Verbindung an seiner linken Seite mit der Seite der sauberen Luft eines üblichen Luftreinigers vom Kraftfahrzeugtyp, nicht gezeigt, eingerichtet, um Luft hieraus praktisch bei Atmosphärendruck oder Umgebungsdruck zu erhalten

Der Lufteintrittsstutzen 12 ist praktisch L-förmig im Querschnitt mit, in diesem Fall, einem rechteckigen oder quadratischen Bodenflansch 16. Der Flansch paßt mit einem in gleicher Weise geformten Flansch 18 auf dem Hauptbrennstoffeintragteil 14 überein, wobei eine ringförmige Dichtung 20 zwischen den beiden Teilen eingeschaltet ist. Das Einlaßende des Lufteintrittsstutzens ist von ovaler Form im Hinblick auf Kompaktheit und zur Ausbildung eines niedrigen Profils gezeichnet. Es ist mit einem bohrlochartigen Gehäuse bei 22 geformt, um darin einen Brennstoff injektor 24 von bekannter Art zu befestigen.

Das Gehäuse 12 ist innen zur Luftströmung um das Injektorgehäuse zur Abkühlung des Brennstoffes in und in der Umgebung des Injektors geformt, während gleichzeitig auch eine ringförmige Luftströmung in das im unteren Körperteil 14 ausgebildete Saugrohr 26 aufrechterhalten wird. Der Flansch 18 ist bei 19 abgeschrägt gezeichnet, um die Strömungsbeschränkung der Luft aus den Einlaß in das Saugrohr auf ein Minimum zu bringen.

Der Brennstoffinjektor 24 ist konzentrisch oberhalb des Einlasses zum Saugrohr 26 befestigt und ist zur Zusammenarbeit mit einem Brennstoffzerstäubungsbecher 32 mittels Luftströmung geeignet. Der Becher wird im Lufteintrittsstutzen 12 durch nicht gezeigte Einrichtungen getragen.

Wie am besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich,hat der Becher 32 einen flachen basisplattenartigen Teil 34, eine angewinkelte Seitwand 35 und einen senkrechten ringförmigen Wandteil 36. Die praktisch horizontale Grund-

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platte 34 enthält eine zentrale Bohrung 30, durch die der Injektorbrennstoff und die Luft in der nachfolgend beschriebenen Weise ausgetragen werden. Der Wandteil 36 enthält eine Mehrzahl von Luftwirblern, die wirbelartige Schlitze 40 induzieren, welche sich tangential in die zentrale Wirbelkammer öffnen. Die Kammer ist unterhalb des Brennstoffinjektors ausgebildet, um eine wirbelartige Wirbelwirkung auf die Luft zur Vermischung mit dem aus dem Injektor ausgetragenen Brennstoff zu ergeben. Die Schlitze und die zentrale Bohrung 30 begrenzen einen Luftströmungsweg 44 von abgemessenem minimalen Volumen von dem Lufteintrittsstutzen zu dem Saugrohr .

Wie durch die Linien 46 angedeutet, wird der Brennstoff von dem Injektor in einem konischen Küster eingespritzt. Die den Wirbel einleitenden Öffnungen 40 induzieren nicht nur einen Wirbel für die hindurchströmende Luft, sondern schlagen auch auf die Brennstoffeinspritzung praktisch im rechten Winkel hierzu vor dem Durchgang durch die Bohrung 30 auf. Dies ergibt eine gute Zerstäubung oder Atomisierung des Brennstoffes, so daß große Brennstofftröpfchen nicht nach abwärts in den Motor gelangen und in unzulässiger Weise die Seitwände befeuchten.

Der angewinkelte Seitwandteil 35 des Zerstäubungsbechers 32 arbeitet mit einem konischen rampenartigen Vorsprung 50 des Drosselventils 52 vor? Falimuffentyp zusammen. Das letztere ist axial zur varii^rbaren Abmessung der Hauptströmung der Luft in die Drosselbohrung beweglich. Speziell besteht das Drosselventil 52 aus einer Muffe mit einem ersten und einem zweiten radial nach einwärts vorspringenden ringförmigen Rampenteil 50 und 56, die eine Stufe 58 zwischen sich ausbilden. Die Rampe 50 konvergiert in Abwärtsrichtung axial zu dem Ansaugverteiler des

Motors, so daß sie, wie angegeben, fortschreitend hinsichtlich der Fläche abnimmt. Dieser Konvergierungs- oder Verjüngungsteil 50 arbeitet mit den gewinkelten Seitteilen 35 und 36 des becherförmigen Zerstäubungsbauteils 32 zusammen, so daß sie zusammen einen ringförmigen konvergierenden-div-:/\ie~-^iden Strö^un^sveg 60 zwischen den beiden Baute: Isr- ^Ur die liauptströmung der Luft aus dsm Lufteintrittsstutzenabschnitt in den unteren Teil des Drosselkörpers ergeben, wie durch die Pfeile angedeutet ist.

Der Strömungsbereich 60 ist hinsichtlich des Bereiches durch einen vom Fahrer beweglichen Zahnstangentriebmechanismus variierbar. Der letztere besteht aus einem Ritzel 6h, das mit einer Zahnstange 66, die auf der Muffe 52 befestigt ist, zusammenarbeitet. Bei Drehung des Ritzels 64 in irgendeiner Richtung mittels nicht gezeigter Einrichtungen gleitet das I-Iuffenventil, wie es gewünscht wird, nach abwärts oder aufwärts, um die Drosselfläche 68, d.h. den minimalen Querschnittsbereich des Strömungsweges der konvergierenden-divergierenden Düse zu erhöhen oder zu verringern.

Diese konvergierende-divergierende Düse erhöht die Geschwindigkeit der hindurchströmenden Luft durch Erhöhung des Druckabfalls über die Drosselfläche, wenn sich das Ventil nach aufwärts bewegt, was verursacht, daß die ausgetragene Luft mit hoher Geschwindigkeit mit der Luft/Brennstoff-Einspritzung praktisch in rechten Winkeln zu der Richtung der mit 46 angezeigten Brennstoffeinspritzung aufscnlägt.

Die Fallmuffe oder das Drosselventil ~j2 ist mit einem zweiten ringförmigen Rampenteil %■ ausgestattet, der radial nach einwärts zu der Mitte der Drosselbohrung vorspringt und sich axial fortschreitend in Abwärtsrichtung radial nach auswärts ausweitet, wie gezeigt, so daß sich

eine graduelle Druckerholung und ein diffuser Abschnitt zur Geschwindigkeitsverringerung ergibt. Die Stufe zwischen den beiden Rampenteilen ergibt eine abrupte Vergrößerung des Bereiches unterhalb des Austragteiles der konvergierenden-divergierenden Düse und liefert ein scharfes Druckdifferential mit rascher Druckerholung und Geschwindigkeitsabnahme.

Der Betrieb dürfte sich klar aus der vorstehenden Beschreibung ergeben, so daß er nicht im einzelnen wiedergegeben werden muß. Kurz gibt jedoch während des Motorleerlaufbetriebes der Brennstoffinjektor 24, welcher elektromagnetisch mit Energie versorgt wird, so daß sich ein bestimmtes Brennstoffströmungsschema einstellt, eine gesteuerte Brennstoffströmung durch die Bohrung in das angezeigte konische Sprühmuster. Gleichzeitig induziert das Verteilervakuum des Kotors eine Luftströmung aus dem Lufteintrittsstutzei ι 12 in den konvergierenden-divergierenden Strömungsweg und zu dem Injektor 24, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Beim Leerlaufbetrieb stellt der Ritzelantrieb 62 die Fallmuffe oder das Drosselventil 52 in die gezeigte Stellung, so daß der konvergierende-divergierende Weg geschlossen ist. Ein abgemessener Teil der Ansaugluft ausreichend um den Leerlaufbetrieb zu unterhalten, wird durch die Schlitze 40 abgemessen und in der Zentralkammer gewirbelt und im rechten Winkel durch den Motorsog zum Austrag durch die Bohrung 30 geführt. Vor dem Austrag schlägt die Luft direkt in die Brennstoffeinspritzung praktisch in rechten Winkeln, so daß der Brennstoff zerstäubt, oder atomisiert wird.

Es ist klar, daß der Ritzelantrieb 62 direkt mit einem üblichen Kraftfahrzeuggaspedal verbunden sein kann, welches durch den Fahrer gesteuert wird oder daß es automatisch durch elektronische Einrichtungen so gesteuert

wird, daß, wenn das Pedal von der üblichen Leerlaufstellung niedergedrückt wird, der Riti-.elairLrieb das Muffenventil 52 nach abwärts in fortschreitend proportionierter V/eise unter Öffnung des konvergierendendivergierenden Bereiches bewegt und die hindurchgehende Luftströmung sich proportional zu der bei höherem Geschwindigkeitsniveau erhöhten eingespritzten Brennstoffmenge erhöht. Gleichzeitig nimmt das Druckdifferential um die Bohrung 30 ab, bis evtl. bei voll geöffneter Drossei praktisch keine Luftströmung durch die Schlitze 40 mehr auftritt.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Erfindung einen Brennstoffzerstäubungsdrosselkörper liefert, der besonders zur Anwendung mit einen an einer einzigen Stelle zentral angebrachten brennstoffinjektor geeignet ist, wodurch das übliche drehbare Drosselventil vermieden wird und nicht nur eine kontrollierte Luftströmung mit variierbarem Bereich in den Motor entsteht, sondern auch eine Strömung erhalten wird, die auf die Brennstoffeinspritzung aufschlägt, so daß der brennstoff in einer ..'eise zerstäubt wird, die einen wirksamen Betrieb des Motors ergibt.

Die Erfindung wurde vorstoh -nc anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, öhre daß die Erfindung hierauf begrenzt ist.

Claims

DR. A. KOHLjELR;: .M..SCHROEDER

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFo'r'e ThV EUROPEAN PATENT OFFICE

TELEFON: tO89> 27147 42 TELEGRAMME: CARBOPAT MÖNCHEN

8 MÖNCHEN 40 FRANZ-JO8EPH-8TRAS8E

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US 1464

Ford-Y/erke AG, Köln

Luftzerstäubungsdrosselkörper

Patentansprüche

Brennstoffzuführeinrichtung vom zentralen Brennstoffeinspritztyp für Innenverbrennungsmotore vom Kraftfahrzeugtyp tinter Einschluß eines Luft/Brennstoff-Drosselkörpers mit einem hindurchgehenden Luft/Breanstoffrohr, das an einem Ende an Luft praktisch von Atmosphärendruck geöffnet ist und zur Verbindung am entgegengesetzten Ende mit dem Ansaugverteiler des Motors eingerichtet ist, so daß das Rohr den darin vorliegenden variierenden Vakuurnwercen unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Brunnstoffinjektoreinrichtungen(24) konzentrisch in dem Rohr für den Austrag des Brennstoffes in denselben in Längrichtung mit einem konusartigen. Sprühmuster und ein axial bewegliches Drosselventil vom Muffentyp zur variierbaren Steuerung der Luftströmung in das Rohr zur Vermischung mit dem darin eingesprühten Brennstoff vorliegen, wobei das Ventil und die Injektoreinrichtung zusammen einen konvergierenden-divergierenden Luftströmungsbereich von variierbarer Fläche dazv/ischen ausbilden.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muffenventil (52) eine muffen- und ringförmige Luftdrosselungseinrichtung (50, 56) umfaßt, die radial nach einwärts von der Muffe vorspringt und sich fortschreitend nach einwärts in axialer Richtung zu dem Ansaugverteilerende des Drosselkörpers verjüngt, daß der Brennstoffinjektor ein becherförmiges Bauteil (32) mit einem angewinkelten Seitwandteil (55) besitzt, das mit der Drosseleinrichtung unter Begrenzung des hinsichtlich des Bereiches als Funktion der Axialbewegung des Muffenventils (52) variierenden Weges zusammenarbeitet.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muffenventil (52) eine einen Teil der Injektoreinrichtung (24) umgebende Muffe enthält und ringförmige rampenartige Vorrichtungen (50, 56) radial nach einwärts von der Muffe vorspringen und sich zu dem Ansaugverteilerende des Drosselkörpers konvergieren, daß der Brennstoffinjektor (24) ein becherförmiges BrennstoffZerstäubungsbauteil (32) hieran befestigt enthält, welches zur Zusammenarbeit mit der rampenähnlichen Einrichtung unter Begrenzung des ringförmig konvergierend-divergierenden Weges geformt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (62, 66) zur axialen Bewegung des Muffenventils (52).
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das becherförmige Bauteil (32) eine Mehr zahl von am Umfang im Abstand angebrachten Luftwirbels chlitzen (40) enthält, die die Luft radial nach einwärts zu dem Brennstoffinjektor (24) für

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die Vermischung der Luft rait dem aus dem Injektor (24) abgegebenen Brennstoff zu dessen Zerstäubung richten.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung eine Zahnstangen-Ritzeleinrichtung (62) zwischen dem Muffenventil (52) und dem DrosseIk?irrer zur axialen Bewegung des Kuffenventils (52) aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das becherförmige Bauteil (32) einen flachen Bodenteil (34) mit einer zentralen hindurchgehenden Bohrung (30) für den Durchgang von Luft und die Ansaugung des Brennstoffes sowie einen Oberteil mit einer angewinkelten Seitwand (35) und wirbelartigen Schlitzen (40) im Oberteil aufweist, welche zu der zentralen Bohrung (30) zur Wirbelung der darin eintretenden Luft gerichtet sind, daß der Seitwandteil (35) radial sowohl von dem ringförmigen rampenartigen Teil (50, 56) als auch der Injektoreinrichtung (24) einen Abstand aufweist, der einen ersten Weg für die Luftströmung durch den konvergierenden-divergierenden Bereich definiert, wobei die Schlitze (40) die Luft mit dem aus dem Injektor (24) in einem zweiten Luftströmungsweg ausgetragenen Brennstoff verwirbeln und vermischen.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (40) des becherförmigen Bauteils (32) einen Luftströmungsweg von begrenztem Bereich begrenzen, welcher an dem konvergierendendivergierenden Luftströmungsweg vorbeiführt.
9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe mit einer zweiten ringförmigen

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diffuserartigen Einrichtung anstoßend und stromabwärts von der ersten rampenartigen Einrichtung ausgebildet ist, die radial nach auswärts in axialer Richtung zu dem Ansaugverteilerende des Rohres divergiert.
10. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Teil des konvergierend-divergierenden Strömungsweges die Luft in rechten Winkeln auf den aus dem Injektor (24) ausgetrage- nen Brennstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes aufschlägt.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstelle zwischen der Rampe und der diffuserartigen Einrichtung eine Stufe (50) bildet, die ein großes Druckdifferential für die zwischen den beiden hindurchströmende Luft ergibt.

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