DE3600154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Brennstoffzufuhrein­ richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Drosselkörper mit Brennstoffinjektoren und/oder längs be­ weglichen Drosselventilen sind bekannt. Beispielsweise be­ schreiben Swartz und Mitarbeiter in der US-PS 16 69 070 und Mineck in der US-PS 41 54 781 ein längs bewegliches Dros­ selventil, wobei das Ventil gemäß Swartz durch ein Stangen­ triebwerk bewegt wird. Byrne beschreibt in der US-PS 39 43 904 ein zentrales Brennstoffeinspritzsystem, jedoch mit üblichen Drosselventilen vom Drehtyp. Davis und Mitar­ beiter beschreiben in der US-PS 41 05 163 eine Brennstoff­ düse für Gasturbinen mit konzentrisch angeordneten Muffen, um Wirbelluftwege zu schaffen. Bei Betrieb bei geringen Brennstoffströmungsgeschwindigkeiten wird Luft nur durch einen ersten ringförmigen Durchgang unter Erhalt eines re­ lativ engen Sprühwinkels zugeführt. Bei zunehmender Be­ lastung erfolgt Luftzufuhr durch einen zweiten äußeren ringförmigen Durchgang, wobei der Sprühwinkel erhöht wird. Kessler und Mitarbeiter beschreiben in der US-PS 43 47 823 einen konusförmigen feststehenden Verteilungsmantel, der die Luftströmung in zwei Wege für die Strömung hinter den üblichen drehbaren Drosselventilen unterteilt. Aus der DE-PS 30 12 832 ist ein Vergaser für Brennkraftmaschinen mit zwei unabhängigen axial verschieblichen Drosselorganen bekannt, der jedoch mangels Zerstäuberbauteils keine opti­ male Vermischung von Luft und Brennstoff liefert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung ei­ nes mit dem Brennstoffeinspritzer verbundenen Zerstäu­ berbauteils, das mit einem axial beweglichen Drosselorgan zusammenarbeitet, so daß sich eine Anzahl von Luftwegen unterschiedlichen Volumens in Kombination mit dem einge­ spritzten Brennstoff ergibt und eine optimale Gemisch­ bildung von Luft und Brennstoff erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Brennstoffinjektor ein daran befestigtes becher­ förmiges Brennstoffzerstäubungsbauteil aufweist, welches zur Zusammenarbeit mit der rampenartigen Luftdrosselungs­ vorrichtung unter Begrenzung des ringförmig konvergie­ rend-divergierenden Weges ausgebildet ist.

Ganz allgemein hat der erfindungsgemäße Drosselkörper einen Brennstoffinjektor und ein axial bewegliches Dros­ selventil vom Muffentyp, welches mit einer fixierten Wir­ belplatte zusammenarbeitet, so daß sich zwei Luft/Brenn­ stoffwege zur Zerstäubung des Brennstoffes ergeben.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich unter Bezugnahme auf die Be­ schreibung und die Zeichnungen, die bevorzugte Ausfüh­ rungsformen darstellen, worin

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Drosselkör­ pers gemäß der Erfindung,

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

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeig­ ten Details zeigen.

Wie ersichtlich umfaßt der Drosselkörper gemäß der Er­ findung ein aus zwei Stücken bestehendes Gehäuse 10, welches aus einem oberen Lufteintrittsstutzen oder Deckel­ teil 12 besteht, welches mit einer unter Kombination aus Hauptbrennstoffeinlaß und Drosselkörperteil 14 verbunden ist. Das Oberteil 12 ist stromauf mit einem Luft­ reiniger verbunden, über den Luft unter Atmosphä­ rendruck oder Umgebungsdruck angesaugt werden kann.

Das Einlaßende des Lufteintrittsstutzens 12 ist von ovaler Form im Hinblick auf Kompaktheit und zur Ausbildung eines niedrigen Profils gezeichnet. Es ist mit einem bohrlochartigen Gehäuse bei 22 ge­ formt, um darin einen Brennstoffinjektor 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 Strömungsbe­ schränkung der Luft aus dem Einlaß in das Saug­ rohr auf ein Minimum zu bringen.

Der Brennstoffinjektor 24 ist konzentrisch ober­ halb des Einlasses zum Saugrohr 26 befestigt und ist zur Zusammenarbeit mit einem Brennstoffzer­ stäubungsbecher 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 senk­ rechten ringförmigen Wandteil 36. Die praktisch horizontale Grund­ 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 Luftwirbelschlitzen 40, wel­ che sich tangential in die zentrale Wirbelkammer öffnen. Die Kammer ist unterhalb des Brennstoffinjektors aus­ gebildet, um eine Wirbelwirkung auf die Luft zur Ver­ mischung mit dem aus dem Injektor ausgetragenen Brenn­ stoff zu erzielen. Die Schlitze und die zentrale Boh­ rung 30 begrenzen einen Luftströmungsweg 44 von minima­ lem Volumen von dem Lufteintrittsstutzen zu dem Saug­ rohr.

Wie durch die Linien 46 angedeutet, wird der Brennstoff von dem Injektor in einem konischen Muster 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 Zer­ stäubung oder Atomisierung des Brennstoffes, so daß große Brennstofftröpfchen nicht nach abwärts in den Motor gelangen und in unzulässiger Weise die Seit­ wände befeuchten.

Der angewinkelte Seitwandteil 35 des Zerstäubungs­ bechers 32 arbeitet mit einem konischen rampenartigen Vorsprung 50 des Drosselventils 52 vom Fallmuffentyp zusammen. Das letztere ist axial zur variierbaren Ab­ messung der Hauptströmung der Luft in die Drosselboh­ rung beweglich. Speziell besteht das Drosselventil 52 aus einer Muffe mit einem ersten und einem zweiten radial nach einwärts vorspringenden ringförmigen Ram­ penteil 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 hin­ sichtlich der Fläche abnimmt. Dieser Konvergierungs- oder Verjüngungsteil 50 arbeitet mit den gewinkelten Seitteilen 35 und 36 des becherförmigen Zerstäubungs­ bauteils 32 zusammen, so daß sie zusammen einen ring­ förmigen konvergierenden-divergierenden Strömungsweg 60 zwischen den beiden Bauteilen für die Hauptströmung der Luft aus dem 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 Zahnstangentrieb­ mechanismus variierbar. Der letztere besteht aus einem Ritzel 64, das mit einer Zahnstange 66, die auf der Muffe 52 befestigt ist, zusammenarbeitet. Bei Drehung des Ritzels 64 in irgendeiner Richtung mittels nicht ge­ zeigter Einrichtungen gleitet das Muffenventil, wie es gewünscht wird, nach abwärts oder aufwärts, um die Dros­ selfläche 68, d. h. den minimalen Querschnittsbereich des Strömungsweges der konvergierenden-divergierenden Düse zu erhöhen oder zu verringern.

Diese konvergierende-divergierende Düse erhöht die Ge­ schwindigkeit der hindurchströmenden Luft durch Er­ höhung 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 Brennstoff­ einspritzung aufschlägt.

Die Fallmuffe oder das Drosselventil 52 ist mit einem zweiten ringförmigen Rampenteil 56 ausgestattet, der ra­ dial nach einwärts zu der Mitte der Drosselbohrung vor­ springt und sich axial fortschreitend in Abwärtsrichtung radial nach auswärts ausweitet, wie gezeigt, so daß sich ein gradueller Druckaufbau und ein diffuser Abschnitt zur Geschwindigkeitsverringerung ergibt. Die Stufe 58 zwischen den beiden Rampenteilen ergibt eine abrupte Vergrößerung des Bereiches unterhalb des Austragteiles der konvergierenden-divergierenden Düse und liefert ein scharfes Druckdifferential mit raschem Druckaufbau und Geschwindigkeitsabnahme.

Der Betrieb dürfte sich klar aus der vorstehenden Be­ schreibung ergeben, so daß er nicht im einzelnen wieder­ gegeben werden muß. Kurz gibt jedoch während des Motor­ leerlaufbetriebes der Brennstoffinjektor 24, welcher elektromagnetisch mit Energie versorgt wird, so daß sich ein bestimmtes Brennstoffströmungsschema einstellt, eine gesteuerte Brennstoffströmung durch die Bohrung 30 in das angezeigte konische Sprühmuster. Gleichzeitig induziert das Verteilervakuum des Motors eine Luft­ strömung aus dem Lufteintrittsstutzen 12 in den kon­ vergierenden-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 Zentral­ kammer gewirbelt und im rechten Winkel durch den Motor­ sog zum Austrag durch die Bohrung 30 geführt. Vor dem Austrag schlägt die Luft direkt in die Brennstoffein­ spritzung praktisch in rechten Winkeln, so daß der Brennstoff zerstäubt oder atomisiert wird.

Der Ritzelantrieb 62 ist direkt mit einem üblichen Kraftfahrzeuggaspedal verbunden, welches durch den Fahrer gesteuert wird oder wird automatisch durch elektronische Einrichtungen so gesteuert, daß, wenn das Pedal von der üblichen Leerlauf­ stellung niedergedrückt wird, der Ritzelantrieb das Muffenventil 52 nach abwärts in fortschreitend proportionierter Weise unter Öffnung des konvergie­ renden-divergierenden Bereiches bewegt und die Luftströmung sich proportional zu der bei höherem Geschwindigkeitsniveau erhöhten eingespritzten Brenn­ stoffmenge erhöht. Gleichzeitig nimmt das Druck­ differential um die Bohrung 30 ab, bis evtl. bei voll geöffneter Drossel praktisch keine Luftströmung durch die Schlitze 40 mehr auftritt.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Er­ findung einen Brennstoffzerstäubungsdrosselkörper liefert, der besonders zur Anwendung mit einem an einer einzigen Stelle zentral angebrachten Brenn­ stoffinjektor 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 Brennstoffein­ spritzung aufschlägt, so daß der Brennstoff in einer Weise zerstäubt wird, die einen wirksamen Betrieb des Motors ergibt.

Claims (7)

1. Brennstoffzufuhreinrichtung vom zentralen Brenn­ stoffeinspritztyp für Kraftfahrzeug-Innenver­ brennungsmotore unter Einschluß eines Luft/Brenn­ stoff-Drosselkörpers mit einem hindurchgehenden Luft/Brennstoffrohr, 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 Vakuumwerten unterworfen ist, wobei Brennstoff­ injektoreinrichtungen konzentrisch in dem Rohr für den Austrag des Brennstoffs in denselben in Längsrichtung mit einem konusartigen Sprühmuster und ein axial bewegliches Muffenventil zur vari­ ierbaren Steuerung der Luftströmung in das Rohr zur Vermischung mit dem darin eingesprühten Brenn­ stoff vorliegen und das Ventil und die Injektor­ einrichtung zusammen einen konvergierenden- divergierenden Luftströmungsbereich von variierbarer Fläche dazwischen ausbilden und das Muffenventil eine einen Teil des Brenn­ stoffinjektors umgebende Muffe mit einer ring­ förmigen rampenartigen Luftdrosselungsvor­ richtung, die radial nach einwärts von der Muffe vorspringt und fortschreitend zu dem Ansaugver­ teilerende des Drosselkörpers konvergiert und eine zweite ringförmige diffuserartige Vorrich­ tung anstoßend und stromabwärts von der ersten rampenartigen Vorrichtung enthält, die radial nach auswärts in axialer Richtung zu dem Ansaug­ verteilerende des Rohres divergiert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brennstoffinjektor (24) ein daran befestigtes becherförmiges Brennstoff­ zerstäubungsbauteil (32) aufweist, welches zur Zusammenarbeit mit der rampenartigen Luftdrosse­ lungsvorrichtung (50, 56) unter Begrenzung des ringförmig konvergierend-divergierenden Weges ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das becherförmige Brennstoffzerstäubungs­ bauteil (32) eine Mehrzahl von am Umfang im Ab­ stand angebrachten Luftwirbelschlitzen (40) ent­ hält, die die Luft radial nach einwärts zu dem Brennstoffinjektor (24) für die Vermischung der Luft mit dem aus dem Brennstoffinjektor (24) ab­ gegebenen Brennstoff zu dessen Zerstäubung rich­ ten.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das becherförmige Brennstoff­ zerstäubungsbauteil (32) einen flachen Boden­ teil (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 wirbel­ artigen Schlitzen (40) im Oberteil aufweist, wel­ che zu der zentralen Bohrung (30) zur Wirbelung der darin eintretenden Luft gerichtet sind, daß der Seitwandteil (35) radial sowohl von der ring­ förmigen rampenartigen Luftdrosselungsvorrich­ tung (50, 56) als auch der Injektoreinrichtung (24) einen Abstand aufweist, der einen ersten Weg für die Luftströmung durch den konvergieren­ den-divergierenden Bereich definiert, wobei die Schlitze (40) die Luft mit dem aus dem Injek­ tor (24) in einem zweiten Luftströmungsweg aus­ getragenen Brennstoff verwirbeln und vermischen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schlitze (40) des becherför­ migen Brennstoffzerstäubungsbauteils (32) ei­ nen Luftströmungsweg von begrenztem Bereich be­ grenzen, welcher an dem konvergierenden-diver­ gierenden Luftströmungsweg vorbeiführt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der divergierende Teil des kon­ vergierend-divergierenden Strömungsweges so aus­ gebildet ist, daß die Luft in rechten Winkeln auf den aus dem Injektor (24) ausgetragenen Brennstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes auf­ schlägt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur axialen Bewegung des Muf­ fenventils (52) ein Zahnstangengetriebe (62, 66) zwischen dem Muffenventil (52) und dem Dros­ selkörper angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stoßstelle zwischen der rampenartigen Luftdrosselungsvorrichtung (50) und der diffuserartigen Vorrichtung (56) eine Stufe (58) bildet, die ein großes Druckdifferen­ tial für die zwischen den beiden hindurchströmen­ de Luft ergibt.