DE3838136A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontinuierli­ chen Einspritzung eines Gemisches aus Kraftstoff und Trägerluft in die zu den einzelnen Zylindern einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine führenden Ansaugkanäle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Einspritzeinrichtungen dieser Art erfolgt die Zumessung des Kraftstoffes durch das Einspritzventil unmittelbar in die Trägerluft, so daß in den Einspritzleitungen ein Gemisch aus Kraftstoff und Trägerluft zu der Einspritzstelle transportiert wird. Die Aufteilung des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft- Gemisches auf die einzelnen Zylinder erfolgt dabei entweder nach der Gemischbildung oder aber vorher. Im letzteren Fall kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, daß ein Ein­ spritzventil mit mehreren, den einzelnen Zylindern zugeordneten Abspritzöffnungen vorgesehen ist, das den Kraftstoff unmittel­ bar in die zu den jeweiligen Zylindern führenden, von Trägerluft durchströmten Einspritzleitungen zumißt.

Nun hat sich jedoch gezeigt, daß die Förderung eines aus Kraft­ stoff und Luft bestehenden Zweiphasen-Gemisches von dem Ein­ spritzventil zu den Einspritzstellen in den Ansaugkanälen der Brennkraftmaschine mitunter Probleme bereiten kann. Auch ergibt sich häufig keine optimale Kraftstoffeinspritzung im Bereich der Ansaugkanäle, so daß letztendlich der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen einer mit einer derartigen Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine ver­ besserungsbedürftig sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Einspritzeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, mit der ein besserer Kraftstoff­ transport und eine günstigere Einspritzung mit besseren Ver­ brauchs- und Schadstoffemissionswerten erzielt werden kann. Insbesondere soll das Ansprechverhalten einer mit einer derartigen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine auf Laständerungen, die mit einer Veränderung der zugemessenen Kraftstoffmengen einhergehen, verbessert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Einspritzleitungen, bei denen der Kraftstoff und die Trägerluft getrennt und ohne Vermischung bis kurz vor die Einspritzstellen transportiert wird, ergibt sich erst unmittelbar vor der Ab­ spritzung aus den Einspritzleitungen eine intensive Vermischung des zugemessenen Kraftstoffes mit der Trägerluft. Auf diese Weise wird einerseits eine intensive Vermischung des Kraftstoffes mit Trägerluft erreicht, so daß ein fein zerstäubtes Kraftstoff- Luft-Gemisch an den Einspritzstellen in die Ansaugkanäle abgegeben wird; andererseits wird aber auch ein sehr kurzes Ansprechverhalten sichergestellt, indem infolge des ständig mit Kraftstoff gefüllten ersten Kanals der Einspritzleitungen unmittelbar die von dem Einspritzventil zugemessenen Kraftstoffmengen ohne große Verzö­ gerung auch an der Einspritzstelle, das heißt also am Ende der Einspritzleitungen, abgegeben werden. In den Einspritzleitungen wird nämlich die von dem Einspritzventil bei Ventilöffnung er­ zeugte Einspritzdruckwelle mit hoher Geschwindigkeit zur Einspritz­ stelle übertragen, so daß eine Verzögerung der Kraftstoffzuführung praktisch nicht auftreten kann. Darüber hinaus können auch nicht die bei der Förderung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches über längere Einspritzleitungen zu verzeichnenden Erscheinungen, wie zum Beispiel Entmischungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches, stattfinden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Merkmalen der Unteransprüche, wobei das im Bereich der Ein­ mündungsstelle des ersten Kanals in den zweiten Kanal vorge­ schlagene Rückschlagventil ein eventuell auftretendes Leerlaufen der Einspritzleitungen verhindern soll.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellungsweise gezeigt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Schemabild einer mit einer erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung ausgestatteten Brennkraft­ maschine,

Fig. 2 den Endbereich einer Einspritzleitung der erfin­ dungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung in vergrößertem Maßstab und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Einspritzleitung gemäß Schnittlinien III-III nach Fig. 2.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 die Brennkraftmaschine insgesamt bezeichnet, von der hier nur ein Zylinder 2 mit einem darin gleitenden Kolben 3 angedeutet ist. In einem Zylinder­ kopf 4 ist für jeden Zylinder jeweils wenigstens ein Einlaßven­ til 5 und ein Auslaßventil 6 vorgesehen, die in bekannter Weise die Gemischzufuhr über einen Ansaugkanal 7 bzw. die Verbrennungs­ gasabfuhr über einen Auslaßkanal 8 steuern.

Die Ansaugkanäle 7 der einzelnen Zylinder sind in üblicher Weise zu einer gemeinsamen Ansaugleitung 10 zusammengefaßt und erhalten die zur Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes erforderliche Verbrennungsluft über einen hier nicht dargestellten Luftfilter aus der Umgebung. In der gemeinsamen Ansaugleitung 10 ist noch eine herkömmliche, die Leistung der gemischverdichtenden Brenn­ kraftmaschine steuernde Drosselklappe 9 angebracht.

Die Kraftstoffzufuhr geschieht hier durch Einspritzung eines Gemisches aus Kraftstoff und Trägerluft in jeden Ansaugkanal 7, wobei die Einspritzung möglichst kurz vor das Einlaßventil 5 erfolgt. Der einzuspritzende Kraftstoff und die für dessen Auf­ bereitung verwendete Trägerluft werden dabei über Einspritzlei­ tungen 13, die mit Halteelementen 17 in dem Ansaugkanal 7 be­ festigt sind, zu den Einspritzstellen gefördert. Dabei ist mit 11 ein zentrales Einspritzventil bezeichnet, das den über eine Kraftstoffleitung 12 aus seinem Kraftstoffvorratsbehälter zuge­ führten Kraftstoff auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftma­ schine 1 gleichmäßig verteilt und unmittelbar in die zu deren Ansaug­ kanälen 7 führenden Einspritzleitungen 13 zumißt. Die Menge des zugemessenen Kraftstoffes wird dabei durch ein Steuergerät 18 bestimmt, dem von hier nicht dargestellten Gebern Informationen über den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, bei­ spielsweise in Form von Meßwerten der Drehzahl, der Leistung, der Temperatur, der Abgaszusammensetzung und dergleichen zuge­ führt werden.

Mit 14 ist eine Vorrichtung zur Zuführung von Trägerluft zu den Einspritzleitungen 13 angedeutet, die im Bereich der dem Einspritzventil 11 zugewandten Enden der Einspritzleitungen 13 vorgesehen ist. Diese Trägerluftzuführeinrichtung 14 steht über eine Trägerluftzuführungsleitung 15 mit einer Stelle der Ansaugleitung 10 in Verbindung, die in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe 9 angeordnet ist. Gegebenenfalls kann in der Trägerluftzuführungsleitung 15 auch eine die Trägerluftförderung unterstützende Pumpe 16 vorgesehen sein.

Wie weiter aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sollen die den Kraftstoff und die Trägerluft zu den Einspritzstellen an den Ansaugkanälen 7 transportierenden Einspritzleitungen 13 jeweils getrennte Kanäle für den Kraftstoff und die Trägerluft aufweisen. So soll die Einspritzleitung 13 einen zentralen ersten Kanal 20 zur Förderung des von dem Einspritzventil 11 zugemes­ senen Kraftstoffes sowie ein oder mehrere, zweckmäßigerweise gleichmäßig über den Umfang verteilte zweite Kanäle 21 zur För­ derung der Trägerluft aufweisen. In dem hier gezeigten Ausführungs­ beispiel ist ein den zentralen Kanal 20 ringförmig umgebender zweiter Kanal 21 vorgesehen. Der erste Kanal und der zweite Kanal werden getrennt bis in den Bereich der Abspritzstelle geführt, wo der erste Kanal über einen im wesentlichen radial verlaufenden Ringspalt 23 mit dem zweiten Kanal verbunden ist. Der über den zentralen Kanal 20 zugeführte Kraftstoff vermischt sich also erst kurz vor der Abspritzöffnung 27 mit der über den zweiten ringförmigen Kanal zugeführten Trägerluft und strömt dann als intensiv vermischtes Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen Ringkanal 24 zu der Abspritzöffnung 27, wo es als fein zerstäubtes Gemisch in den Ansaugkanal 7 unmittelbar vor das Einlaßventil 5 austritt.

Zur möglichst gleichmäßigen Verteilung des zugemessenen Kraft­ stoffes auf den Ringkanal 24 ist im Bereich des abspritzseitigen Endes des ersten Kanals 20 mit Hilfe eines Halteelementes 25 ein Verteilerelement 26 gehalten. Dieses Verteilerelement 26 sorgt dafür, daß der Kraftstoff gleichmäßig über den Umfang verteilt in den Ringspalt 23 und den Ringkanal 24 übertritt. Das Verteilerelement 26 ist hier als zylindrisches oder leicht konisches Einsatzstück ausgebildet, das in einer zylindrischen Ausnehmung 28 der Einspritzleitung 13 an deren Einspritzende gehalten ist und das mit seiner äußeren Mantelkontur den Ring­ kanal 24 für das abzuspritzende Kraftstoff-Luft-Gemisch begrenzt.

Die Einspritzleitungen 13 können als ein- oder mehrteilige Kunst­ stoffschläuche ausgeführt sein, in denen durch entsprechende Herstellungsverfahren die den Kraftstoff und die Trägerluft führenden Kanäle 20 und 21 durchgehend eingebracht sind. Dabei könnte durch entsprechende Formgebung der Kanäle bzw. durch Anbringung von Einsätzen in die Kanäle den aus den Einspritzlei­ tungen austretenden Kraftstoff- und Luftstrahlen auch eine Drall­ strömungskomponente aufgezwungen werden, die für eine noch günsti­ gere Strahlausbildung und Vermischung der Komponenten sorgen könnte. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Einspritzleitung 13 aus einem den ersten Kanal 20 für den Kraftstoff aufnehmenden Kernrohr 19 a und einem diesem gegenüber durch den ringförmigen zweiten Kanal 21 getrennten Mantelrohr 19 b, das durch Abstandshalter oder dgl. gegenüber dem Kernrohr 19 a fixiert ist.

Um ein eventuell auftretendes Leerlaufen des den Kraftstoff von dem Einspritzventil zu der Abspritzstelle transportierenden ersten Kanals 20 zu verhindern, kann am abspritzseitigen Ende dieses ersten Kanals auch ein in Abspritzrichtung öffnendes Rückschlagventil, das hier nicht dargestellt ist, angebracht sein.

Der besondere Vorteil der hier beschriebenen Kraftstoffeinspritz­ einrichtung besteht vor allem darin, daß der Kraftstoff von dem zentral zu messenden Einspritzventil praktisch bis zur Ein­ spritzstelle unvermischt mit Luft transportiert wird, so daß an dem Abspritzende der Kraftstoff in der gleichen Menge abgegeben wird, wie er im Bereich des Einspritzventils zugeführt wird. Trotz der für die Aufbereitung des zugeführten Kraftstoffes sehr wesentlichen intensiven Vermischung mit Trägerluft, so daß also an der Abspritzstelle nicht reiner Kraftstoff, sondern ein Gemisch aus Kraftstoff und Trägerluft abgegeben wird, ergeben sich hier sehr kurze Ansprechzeiten auf durch Lastwechsel bedingte Änderungen der zugemessenen Kraftstoffmenge, so daß das Ansprech­ verhalten einer mit einer derartigen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine sehr gut ist und jedenfalls demjenigen einer Brennkraftmaschine, bei der das zur Abspritzung vorgesehene Gemisch aus Kraftstoff und Trägerluft über größere Wege transportiert werden muß, überlegen ist.

Claims (4)

1. Einrichtung zur kontinuierlichen Einspritzung eines Gemisches aus Kraftstoff und Trägerluft in die zu den einzelnen Zylin­ dern einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine führenden Ansaugkanäle mit einem Einspritzventil, das den Kraftstoff in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine in den einzelnen Zylindern getrennt zugeordnete Einspritz­ leitungen zumißt, und mit einer Vorrichtung zur Förderung und Verteilung der Trägerluft auf die zu den Einspritzstellen in den Ansaugkanälen der Brennkraftmaschine führenden Einspritz­ leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzleitungen (13) jeweils einen ersten Kanal (20) zur Förderung des Kraft­ stoffes und wenigstens einen zweiten, vom ersten Kanal getrenn­ ten Kanal (21) zur Förderung der Trägerluft aufweisen und daß der erste Kanal (20) unmittelbar vor der Einspritzstelle (27) in den oder die zweiten Kanäle (21) zur Bildung eines in den Ansaugkanal (7) einzuspritzenden Gemisches aus Kraft­ stoff und Trägerluft einmündet.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Einmündungsstelle des ersten Kanals (20) in den oder die zweiten Kanäle (21) ein in Abspritz­ richtung öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzleitungen (13) jeweils einen zentralen ersten Kanal (20) und einen diesen ersten Kanal ringförmig umgebenden zweiten Kanal (21) aufweisen und daß der erste Kanal (20) mit dem zweiten Kanal (21) über einen unmittelbar vor der Abspritzöffnung (27) der Einspritzleitung (13) angeordneten, im wesentlichen radial gerichteten Ring­ spalt (23) verbunden ist.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem ersten Kanal (20) vor dem Ringspalt (23) ein den Kraftstoff gleichmäßig über den Umfang vertei­ lendes Verteilerelement (25, 26) gehalten ist.