DE3611860A1

DE3611860A1 - Brennstoff-einspritzsystem fuer eine mehrzylindrige brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3611860A1
Application number: DE19863611860
Authority: DE
Inventors: Laszlo . Hideg, (verstorben); Paul L. Wyandotte Mich. Koller; Rogelio G. Bloomfield Hills Mich. Samson
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1985-04-15
Filing date: 1986-04-09
Publication date: 1986-10-16
Also published as: JPS61237882A; GB2173859A; US4570598A; GB8609050D0

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoff-Einspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine der durch den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einem aus der US-PS 4 436 071 bekannten Brennstoff-Einspritzsystem dieser Art wird hauptsächlich mit Maßnahmen einer komplizierteren Ausbildung der eigentlichen Brennstoff-Einspritzdüse sowie mit Maßnahmen einer vorbestimmten Regelung des Brennstoff-Einspritzdruckes durch eine angepaßte Steuerung der elektromagnetischen Betätigung eines allen Einspritzkanälen ihres Düsenkopfes gemeinsamen Einlaßventils eine derart optimale Zerstäubung des in die Luftkammer eingespritzten Brennstoffs zu erreichen versucht, daß die in der Luftkammer stattfindende Gemischbildung unter einer möglichst geringen Benässungsgefahr für die Kammerwand abläuft. Ein Benässen der Kammerwand wird dabei gleichzeitig unter dem Gesichtspunkt als nachteilig angesehen, daß bei ihrem Auftreten veränderliche Gemischmengen und veränderliche Gemischzusammensetzungen an die einzelnen Maschinenzylinder zugeführt werden, was entsprechend unregelmäßige Verbrennungsabläufe ergibt und damit auch zu einer Erhöhung der Schadstoffanteilte in den Auspuffgasen beiträgt. Für eine Verringerung der Schadstoffbildung sind deshalb bei dem bekannten Brennstoff-Einspritzsystem auch noch besondere Hilfsmaßnahmen für die weiterführenden Leitungen der Luftkammer getroffen, damit eine Entmischung der Gemischanteile während ihrer Zuführung an die Maschinenzylinder so weit als möglich verhindert wird.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, ein vorrangig für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine konzipiertes Brennstoff-Einspritzsy-

stem der angegebenen Gattung derart auszubilden, daß eine Zerstäubung des in die Luftkammer eingespritzten Brennstoffs mit einer konstruktiv weniger komplizierten Ausbildung der Einspritzdüse und auch einer weniger kritischen Regelung des Brennstoff-Einspritzdruckes unter der gleichzeitigen Vorgabe erhalten wird, daß bei der Gemischbildung eine Benässungsgefahr für die Wand der Luftkammer soweit als möglich verhindert wird.

Die mit dem erfindungsgemäßen Brennstoff-Einspritzsystem erzielbaren Vorteile liegen im wesentlichen darin, daß durch die axial beabstandete Anordnung der beiden Mündungen jedes Paares der Einspritzkanäle und ihrer weiterführenden Leitungen jetzt nur eine geeignete Bemessung des axialen Zwischenraumes verwirklicht werden muß, um damit einen jeweils unmittelbar zugeordneten Mischraum der Luftkammer zu erhalten, in welchem die Bedingungen für die Gemischbildung vorrangig durch den Saugdruck diktiert sind, der an dem jeweils zugeordneten Maschinenzylinder vorherrscht. Damit werden jetzt für die Regelung des Brennstoff-Einspritzdruckes größere Freiheitsgrade ebenso erhalten wie für die konstruktive Ausbildung der Einspritzdüse, und es ist jetzt auch nicht mehr erforderlich, eine größere Sorgfalt für eine in der Absicht vorgesehene Beheizung der zu den Maschinenzylindern führenden Leitungen aufzuwenden, eine vorzeitige Entmischung der Gemischanteile und damit höhere Schadstoffanteile in den Auspuffgasen zu verhindern. Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoff-Einspritzsystem ist damit aber auch eine höhere Maschinenleistung bei gleichzeitiger Verringerung des Brennstoffverbrauchs erreichbar sowie schließlich auch verbesserte Kaltstartbedingungen, die mit den verschiedenen Ausbildungen des Einspritzsystems unterschiedlich beeinflußbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoff-Einspritzsystems ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Figur 1 eine Schnittansicht des Einspritz

systems einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine am Ort seiner Einspritzdüse,

Figur 2 eine Einzelheit der Schnittansicht

gemäß Figur 1 bei einer alternativen Ausbildung des Einspritzsystems und

Figur 3 eine Schnittansicht eines Einspritz

systems , bei dem die in Figur 2 dargestellte Einzelheit eine alternative Ausbildung aufweist.

Das für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine konzipierte Brennstoff-Einspritzsystem umfaßt nach der Darstellung in Figur 1 eine einzige Brennstoff-Einspritzdüse, deren generelle Bauform 10 annähernd gleich gestaltet ist wie die Einspritzdüse bei dem gattungsgleichen Einspritzsystem gemäß der US-PS 4 436 071. Bei dieser Bauform ist ein Gehäuse 12 zur Aufnahme eines elektromagnetisch betätigbaren Brennstoff-Einlaßventils 14 vorgesehen. Das Einlaßventil 14 ist mit einem stationären Kernteil 16 gebildet, der eine an eine Brennstoff-Einlaßleitung 18 und an eine Brennstoff-Auslaßleitung 20 angeschlossene und mittels O-Dichtungsringen abgedichtete Brennstoff-Füllkammer 22 aufweist, in der ein Träger 24 für eine Magnetspule 26 angeordnet ist. Mit dem Träger 24 ist ein Ringspalt 28 gebildet, über welchen der Einlaßkanal 18 eine für einen Dampfübertritt ausgebildete Anschlußverbindung an die Auslaßleitung 20 erhält. Unterhalb des Trägers 24 ist ein Magnetanker 30 angeordnet, mit dem eine Ventilkugel 32 einstückig ausgebildet ist, die durch eine an dem Kernteil 16 abgestützte Feder 34 gegen

einen konischen Ventilsitz 36 vorgespannt wird. Der Ventilsitz 36 ist an einem Düsenkopf 38 ausgebildet, um im Zusammenwirken mit der Ventilkugel 32 eine Brennstoff-Sammelkammer 42, die an die Brennstoff-Füllkammer 22 über Durchtrittsöffnungen 40 des Magnetankers 30 angeschlossen ist, hin zu vier Einspritzkanälen 44 durchschalten zu können, wenn der Magnetanker 30 bei einem Stromfluß durch die Magnetspule 26 gegen den Kernteil 16 angezogen wird, oder eine Absperrung der Brennstoff-Sammelkammer 42 gegen eine Luftkammer 50 zu bewirken, wenn die Ventilkugel 32 im stromlosen Zustand der Magnetspule 26 durch die Feder 34 gegen den Ventilsitz 36 vorgespannt wird. Der Düsenkopf 38 einer mit ihm folglich gebildeten einzigen Brennstoff-Einspritzdüse ist im übrigen mittels eines topfförmigen Befestigungsflansches 43 an dem Gehäuse 12 durch eine mit dem Kernteil 16 bewirkte Einspannung befestigt.

Die Luftkammer 50 ist an die Mündung einer Luft-Einlaßleitung 52 angeschlossen, über welche Luft unter atmosphärischem Druck beispielsweise unter Vermittlung eines bei Brennkraftmaschinen üblichen Luftfilters zugeführt wird. An die Luftkammer 50 sind andererseits vier bezüglich der Einspritzkanäle 44 weiterführende Leitungen 56 angeschlossen, wobei deren Anschlußmündungen 54 konzentrisch mit sowie axial fluchtend zu den Mündungen der Einspritzkanäle 44 in einem solchen axialen Abstand angeordnet sind, daß zwischen den beiden Mündungen jedes Paares der Einspritzkanäle und der weiterführenden Leitungen ein Mischraum der Luftkammer 50 vorhanden ist, in welchem also der über den jeweiligen Einspritzkanal 44 in die Luftkammer 50 eingespritzte Brennstoff mit der über die Luft-Einlaßleitung 52 zugeleiteten Luft vermischt wird. Die weiterführenden Leitungen 56 sind nun jeweils an einen zugeordneten Maschinenzylinder angeschlossen, so daß in ihnen während des Ansaughubes seines Kolbens ein Unterdruck vorherrscht, der sich folglich bis hin zu der jeweiligen An-

schlußmündung 54 an die Luftkammer 50 auswirkt. Der Unterdruck bewirkt folglich vor der Anschlußmündung 54, die bei der Ausführungsform des Einspritzsystems gemäß Figur 1 als eine Art Einlaß-Meßblende ausgebildet ist, eine heftigere, wirbelartige Luftbewegung, womit der Brennstoff/ der über den zugeordneten Einspritzkanal 44 eingespritztwird, eine durch diesen Luftwirbel begünstigte Zerstäubung erfährt. Über die weiterführenden Leitungen 56 wird daher an die einzelnen Maschinenzylinder ein Gemisch aus Luft und fein zerstäubtem Brennstoff zugeleitet, sobald während des für die Ansaugung maßgeblichen Arbeitstaktes die Ventilkugel von dem Düsenkopf 38 für eine Einspritzung des Brennstoffs in die Luftkammer 50 kurzfristig abgehoben wird. Während aller übrigen Zeiten wird über die Leitungen 56 Luft an die einzelnen Maschinenzylinder weitergeleitet, wobei dafür die Leitungen 56 derart dimensioniert sein können, daß dann etwa 50% der Luftmenge, die im Leerlauf der Brennkraftmaschine benötigt wird, eine Weiterleitung an den jeweiligen Maschinenzylinder erfährt. Die Luft-Einlaßleitung 52 ist dafür andererseits derart dimensioniert und mit ihrer Mündung derart an die Luftkammer 50 angeschlossen, daß in der Luftkammer 50 ständig ein im wesentlichen atmosphärischer Druck vorherrscht. Weil dieser atmosphärische Druck an den Anschlußmündungen 54 der Leitungen 56 im Einspritzzeitpunkt des Brennstoffs verringert wird, wird dadurch dann auch die Gefahr einer Benässung der Wand der Luftkammer 50 weitgehend verringert und nahezu vollständig unterdrückt, so daß für eine Verringerung der Schadstoffanteile in den Auspuffgasen außer einer weniger komplizierten Regelung des Brennstoff-Einspritzdruckes auch beispielsweise die weiterführenden Leitungen 56 weniger stark beheizt werden müssen. Es wird folglich ein Brenstoff-Einspritzsystem mit entsprechend verbessertem Gesamt-Wirkungsgrad erhalten.

In Figur 2 ist eine in der Einzelheit alternative Ausführungsform des Einspritzsystems dargestellt, daß ein Düsenkopf mit wenigstens einem Verbindungskanal 62 zwischen einer

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im übrigen auch bei dem Düsenkopf 38 vorgesehenen Einlaßkammer 46 und einer Auslaßkammer 64 vorgesehen ist. Vor dieser Auslaßkammer 64 ist eine Verteilerkappe 66 angeordnet, die einen an die Auslaßkammer 64 angeschlossenen Verteilerkanal 68 aufweist, von welchem vier Einspritzkanäle 70 abgezweigt sind, die also hierbei den Einspritzkanälen 44 des Düsenkopfes 38 entsprechen. An den über den Umfang der Verteilerkappe 66 gleich beabstandeten Mündungen der Einspritzkanäle 70 sind Meßblenden 72 angeordnet, wobei jede Meßblende derart ausgebildet ist, daß durch sie der Einspritzdruck des Brennstoffs zum Zeitpunkt seiner Einspritzung in eine Luftkammer 74 wesentlich verringert wird. Durch diese Verringerung des Einspritzdruckes wird die Zerstäubung des Brennstoffs und damit seine Vermischung mit der Luft noch weiter verbessert, die in die Luftkammer 7 über eine Luft-Einlaßleitung 76 wiederum unter einem im wesentlichen atmosphärischen Druck zugeleitet wird. Die Vermischung des Brennstoffs mit der Luft findet dabei ebenfalls in jeweils einem Mischraum der Luftkammer 7 4 statt, der vor den Meßblenden 72 vorhanden ist und im Zusammenwirken mit einer jeweils konzentrischen sowie axial fluchtend angeordneten Anschlußmündung 78 einer jeder Meßblende 72 und damit jedem Einspritzkanal 70 zugeordneten weiterführenden Leitung 80 gebildet wird. Auch hier wird an den Anschlußmündungen 78 der weiterführenden Leitungen 80 eine mit den Anschlußmündungen 54 der Leitungen 56 vergleichbare Wirbelbewegung erhalten, was die Zerstäubung des mittels der Meßblenden 72 in die Luftkammer 74 eingespritzten Brennstoffs in entsprechender Weise fördert. Das bei dieser Ausführungsform des Einspritzsystems verwirklichte Vorsehen der separaten Verteilerkappe 66 ergibt dabei im übrigen eine weitere Vereinfachung der Herstellung und auch des Zusammenbaus der Einspritzdüse, wobei außerdem das Vorsehen der separaten Meßblenden 72 eine für alle Maschinenzylinder gleiche Brennstoffverteilung und damit die Ereichbarkeit eines entsprechend vergleichmäßigten Verbrennungsablaufs begünstigt.

In Figur 3 ist dann noch eine Ausführungsvariante des Einspritz systems gezeigt/ bei welcher eine in entsprechender Weise vorgesehene Verteilerkappe 66' mit ihren Einspritzkanälen 70' über weiterführende Anschlußleitungen 80" an einen jeweiligen Mischraum-Zerstäubereinsatz 84 des zugeordneten Maschinenzylinders angeschlossen sind. Die Mündungen 82 der Anschlußleitungen 80* sind auch dabei an jedem Mischraum-Zerstäubereinsatz 84 konzentrisch mit sowie axial fluchtend zu der Anschlußmündung 90 einer zugeordneten weiterführenden Leitung 92 angeordnet, wobei ein Mischraum 86 in dem axialen Zwischenraum zwischen den Mündungen 82 und 90 ausgebildet wird, der an einen als Luftkammer allen Mischraum-Zerstäubereinsätzen 84 gemeinsamen Verteilerkanal 88 angeschlossen ist. Der Verteilerkanal 88 ist also in diesem Fall ähnlich den Luft-Einlaßleitungen 52 und 76 direkt an einen Luftfilter angeschlossen, so daß über ihn Luft unter im wesentlichen atmosphärischem Druck für eine Verteilung an die einzelnen Maschinenzylinder und eine vorhergehende Vermischung mit dem Brennstoff zugeführt wird, der über die Anschlußleitungen 80' an die Mischraum-Zerstäubereinsätze 84 zugeführt wird. Da jeder Zerstäubereinsatz 84 nach dem Venturi-Prinzip arbeitet, ist auch durch ihn eine verbesserte Zerstäubung des Brennstoffs vor den Anschlußmündungen 90 der weiterführenden Leitungen 92 sicher gestellt.

ORIGINAL INSPECTED

Claims

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·,„eerftard D. Schupfner

Te.efon:(08₉,4706055/56

Telex: 523016 Postfach 801369 IT η ♦ ♦ λ»

Telegramm/cable: Lucile-Grahn-Straße 38 European Patent Attorneys

Zetapatent® München D-eooo München 80 Mandataires en brevets europeens

GFK-2818

Patentansprüche

Brennstoff-Einspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einer allen Zylindern gemeinsamen einzigen Brennstoff-Einspritzdüse, die einen Düsenkopf mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von Einspritzkanälen aufweist, welche in einer zum Vermischen des Brennstoffs mit Luft vorgesehenen Luftkammer münden und über je eine weiterführende Leitung an einen zugeordneten Maschinenzylinder angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Mündung (72,82) jedes Einspritzkanals (44,70,70',8O¹) konzentrisch mit sowie axial fluchtend zu der jeweils über einen Mischraum (86) der Luftkammer (50,74,88) axial beabstandeten Anschlußmündung (54,78,90) der zugeordneten weiterführenden Leitung (56,80,92) angeordnet ist.
2. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der beiden Mündungen jedes Paares der Einspritzkanäle (44,70, 70',8O¹) und ihrer weiterführenden Leitungen (56,80,92) mit einer eine Zerstäubung des Brennstoffs im zugeordneten Mischraum (86) fördernden Meßblende (72) versehen oder als eine gleich wirkende Meßblende (54,82) ausgebildet ist.
3. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einspritzkanäle (70,7O¹) von einem gemeinsamen Verteilerkanal (68) einer vor einer Auslaßkammer (64) des Düsenkopfes (60) der Einspritzdüse angeordneten Verteilerkappe (66,66') abgezweigt sind.

ORIGINAL INSPECTED
4. Brennstoff-Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Mündungen (72) der Einspritzkanäle (70) an der Verteilerkappe (66) vorgesehen sind.
5. Brennstoff-Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß alle Einspritzkanäle (44/70) an eine ihren Mündungen (72) und den Anschlußmündungen (54,78) ihrer weiterführenden Leitungen (56,80) gemeinsame Luftkammer (50,74) angeschlossen sind.
6. Brennstoff-Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn ζ eichnet , daß die Mündungen (82) der Einspritzkanäle (70') gemeinsam mit der jweils zugeordneten Anschlußmündung (90) ihrer weiterführenden Leitung (92) jeweils an einem an die Verteilerkappe (66') über eine zugeordnete Anschlußleitung (80¹) angeschlossenen Mischraum-Zerstäubereinsatz (84) des zugeordneten Maschinenzylinders vorgesehen sind, wobei die Luftkammer durch einen allen Zerstäubereinsätzen (84) gemeinsamen Luft-Verteilerkanal (88) gebildet ist.