DE3918678A1

DE3918678A1 - Starting aid for vehicle diesel engine - performs plasma ignition of condensed fuel film on insert surface near fuel jet

Info

Publication number: DE3918678A1
Application number: DE3918678A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Brill; Wolfgang Grothe; Ernst Friedrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1990-12-13
Also published as: JPH0326863A

Abstract

The starting aid has a flat surface (30) parallel to the fuel injection stream and coated with the outer section of the spray during starting. The plasma electrode (34) is positioned close to the film and has a second electrode formed either by the evaporated film or by an insert electrode. The plasma discharge evaporates- and ignites the fuel film. The plasma discharge uses a lower energy to feed than conventional systems with a frequency of at least 1 KHz and a bias of at least 25 KV. The second electrode can be a ring electrode around the central electrode, with the discharge electrode incorporated into the evaporating wall. When the engine is hot no more evaporation takes place. ADVANTAGE - Simple starting aid, low power use.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des An spruchs 1 und einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung des Anspruchs 3. Bekannte Starteinrichtungen für Diesel motoren benutzen ein elektrisches Plasma zum Verdampfen und Entzün den des Dieselkraftstoffs. Im geeigneten Zeitpunkt wird mit hoher Energie ein bis überschallschneller Plasmastrahl erzeugt, der ein größeres Kraftstoff-Luftvolumen verwirbelt und entzündet. Diese be kannten Einrichtungen benötigen neben einer üblichen Hochspannungs erzeugung ein zusätzliches Netzteil, mit dessen Hilfe eine Energie von ein bis 10 Ws bei Spannungen von 1000 bis 3000 V für jeden Hochspannungsdurchschlag bereitgestellt werden muß. Außerdem ist eine genaue Steuerung des Entladungszeitpunktes erforderlich. Bei einer zum Stand der Technik zählenden Einrichtung nach der Gattung des Anspruchs 3 (deutsche Patentanmeldung P 38 33 803.3) ist ein der Einspritzdüse nachgeschaltetes Einbauteil mit radialen Belüftungs öffnungen versehen, über welche die durch den Einbauteil hindurch tretenden Kraftstoffstrahlen infolge Injektorwirkung Luft aus dem Brennraum ansaugen, die in die Randzonen der Kraftstoffstrahlen ge langt und dort ein zündfreudiges Gemisch bildet. Zur Erwärmung der angesaugten Luft und der Kraftstoffstrahlen besteht das Einbauteil aus den beiden Elektroden eines Plasmabildners, die mit axialem Ab stand hintereinander angeordnet sind und zwischen sich die radialen Belüftungsöffnungen begrenzen. Diese Ausführung benötigt ebenfalls eine hohe elektrische Energie zur Erzeugung des Plasmas und ist trotzdem nicht optimal, weil außer der angesaugten Luft nur ein ver hältnismäßig geringer Anteil der Kraftstoffstrahlen selbst dissozi iert und ionisiert wird.The invention is based on a method according to the type of claim 1 and a facility for performing the method the type of claim 3. Known starting devices for diesel motors use an electrical plasma to vaporize and ignite that of diesel fuel. At the appropriate time, high The energy generated by a supersonic plasma jet is one larger fuel air volume swirls and ignites. These be Known facilities require a standard high voltage generating an additional power supply, with the help of which an energy from one to 10 Ws at voltages from 1000 to 3000 V for everyone High voltage breakdown must be provided. Besides, is precise control of the time of discharge is required. At a state-of-the-art device of the type of claim 3 (German patent application P 38 33 803.3) is one of the Injector downstream installation part with radial ventilation Provide openings through which through the built-in part emerging fuel jets as a result of injector air Suction the combustion chamber, which ge in the peripheral zones of the fuel jets reaches and forms an ignitable mixture there. To warm the sucked in air and the fuel jets there is the built-in part from the two electrodes of a plasma generator, which with axial Ab stood one behind the other and between them the radial Limit ventilation openings. This version also requires and is a high electrical energy for generating the plasma still not optimal, because apart from the sucked air only one ver relatively small proportion of the fuel jets themselves dissociate ionized and ionized.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Anspruch 1 benötigt gegen über dem bekannten Verfahren der Plasmazündung des Dieselkraftstoffs bzw. der angesaugten Verbrennungsluft eine wesentlich geringere Zündenergie und kommt gegebenenfalls sogar ohne Zündzeitpunktsteue rung aus. Der die Einschlagstelle der Funkenentladung umgebende Be reich des Kraftstoffilms auf der filmbildenden Wandfläche in dem der Einspritzdüse nachgeschalteten zentralen Durchgang wird verdampft, dissoziiert und entzündet, wodurch sich das Volumen der so gebilde ten heißen und reaktionsfähigen Kraftstoffanteile vergrößert und diese eine quer zum übrigen Strahlanteil gerichtete Bewegungskompo nente erhalten. Dadurch kommt es zu einer guten Durchmischung mit dem restlichen Kraftstoffanteil und zu einer sicheren Entzündung des Kraftstoffstrahls. Mit der Erwärmung des Motors wird auf der sich ebenfalls erwärmenden filmbildenden Wandfläche kein Kraftstoff mehr niedergeschlagen, weil dieser gleich nach dem Austritt aus der Ein spritzdüse verdampft, so daß eine Störung des Kraftstoffstrahls nur noch minimal ist. The inventive method according to claim 1 needs against about the known method of plasma ignition of diesel fuel or the intake of combustion air a much lower Ignition energy and may even come without ignition timing control tion. The area surrounding the point of impact of the spark discharge of the fuel film on the film-forming wall surface in which the Injector downstream of the central passage is evaporated, dissociates and ignites, creating the volume of the so formed hot and reactive fuel components increased and this is a movement compo directed at right angles to the rest of the beam received nente. This results in good mixing the remaining fuel and for a safe ignition of the Fuel jet. With the warming up of the engine it will turn on also heating the film-forming wall surface no more fuel depressed because of this immediately after leaving the one spray nozzle evaporates, so that a disturbance of the fuel jet only is still minimal.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteil hafte Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. der Ein richtung nach Anspruch 3 möglich.The features listed in the subclaims are advantageous liable further developments of the method according to claim 1 or the one direction according to claim 3 possible.

drawing

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend anhand von vier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsge mäßen Einrichtung erläutert. Es zeigenThe method according to the invention is described below with reference to four in the drawing shown embodiments of the fiction appropriate equipment explained. Show it

Fig. 1 einen Teilschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen Schnitt durch das Einbauteil des ersten Ausführungsbeispiels nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt durch das zweite Ausführungsbei spiel und die Fig. 4 und 5 je einen Schnitt durch das Einbauteil und die Zündkerze des dritten und vierten Ausführungsbeispiels. Fig. 1 shows a partial section through the first embodiment, Fig. 2 shows a section through the built-in part of the first embodiment along the line II-II in Fig. 1, Fig. 3 shows a partial section through the second Ausführungsbei and Figs. 4 and 5 each a section through the built-in part and the spark plug of the third and fourth embodiments.

Description of the embodiments

Die Einrichtung nach Fig. 1 hat eine nur teilweise dargestellte Einspritzdüse 10, die in den Zylinderkopf 12 eines Dieselmotors ein gebaut ist. Der Einspritzdüse 10 ist ein ringförmiges Einbauteil 14 nachgeschaltet, das mit einer zentralen Durchgangsbohrung 16 für die aus der Einspritzdüse 10 austretenden Kraftstoffstrahlen 18 versehen ist. Die Einspritzdüse 10, das Einbauteil 14 und ein dazwischenlie gender Wärmeschutzring 20 sind über einen Dichtring 22 gegen eine Ringschulter 24 in der Einbaubohrung 26 des Zylinderkopfes 12 ge spannt. Stromab der Ringschulter 24 führt eine im Durchmesser klei nere Bohrung 28 in einen Zylinder des Dieselmotors. The device of FIG. 1 has an injection nozzle 10 , only partially shown, which is built into the cylinder head 12 of a diesel engine. The injection nozzle 10 is followed by an annular installation part 14 , which is provided with a central through-bore 16 for the fuel jets 18 emerging from the injection nozzle 10 . The injection nozzle 10 , the mounting part 14 and an intermediate heat protection ring 20 are clamped ge via a sealing ring 22 against an annular shoulder 24 in the mounting hole 26 of the cylinder head 12 . Downstream of the annular shoulder 24 leads a smaller bore 28 in diameter into a cylinder of the diesel engine.

Die zentrale Durchgangsbohrung 16 des Einbauteils 14 ist über einen Teil ihres Umfangs von einer ebenen Wandfläche 30 begrenzt, die so weit gegen die Düsenachse 32 herangerückt ist, daß sich im Kaltzu stand des Motors eine Teilmenge eines jeden Kraftstoffstrahls 18 als Film auf der Wandfläche 30 niederschlägt. Der Wandfläche 30 steht mit geringem Abstand die isoliert gehaltene Mittelelektrode 34 einer Zündkerze 36 gegenüber, die in einem Halter 38 sitzt, der in schrä ger Position radial am Einbauteil 14 befestigt ist. Zwischen der Mittelelektrode 34 und der die Begrenzung einer Gegenelektrode bil denden Wandfläche 30 des Einbauteils 14 ist eine Funkenstrecke ge bildet, die an ein Zündgerät angeschlossen ist, welches in Abstim mung mit der Zündkerze und der Funkenstrecke beispielsweise eine Funkenfolge von mindestens 1 kHz bei einer Durchbruchspannung von mindestens 25 kV, vorzugsweise mindestens 30 kV erzeugt. Die im Zündgerät verwendete Hochenergiezündspule kann beispielsweise einen Energieinhalt von ca. 150 mWs haben.The central through hole 16 of the mounting member 14 is limited its circumference by a flat wall surface 30 over a part of which is so far moved up against the nozzle axis 32 that in the Kaltzu of the motor was a subset of each fuel jet 18 as a film on the wall surface 30 is reflected . The wall surface 30 is at a short distance from the insulated center electrode 34 of a spark plug 36 , which is seated in a holder 38 which is attached radially to the mounting part 14 in an oblique position. Between the center electrode 34 and the boundary of a counter electrode bil forming wall surface 30 of the built-in part 14 , a spark gap is formed which is connected to an ignitor which, in coordination with the spark plug and the spark gap, for example, a spark sequence of at least 1 kHz at a breakdown voltage of at least 25 kV, preferably at least 30 kV. The high-energy ignition coil used in the ignition device can, for example, have an energy content of approximately 150 mWs.

Beim Start des kalten Motors wird eine Teilmenge eines jeden Kraft stoffstrahls auf der Wandfläche 30 des Einbauteils 14 im Bereich der Mittelelektrode 34 als Film niedergeschlagen. Durch die gleichzeitig einsetzende Funkenentladung wird der Kraftstoffilm an der Ein schlagstelle der Entladung verdampft, ionisiert und entzündet. Durch die damit verbundene Volumenvergrößerung bekommen die heißen, re aktionsfähigen Kraftstoffteile eine Bewegungskomponente, die senk recht auf der filmbildenden Wandfläche 30 und senkrecht zum Kraft stoffstrahl steht. Es kommt zu einer intensiven Durchmischung mit dem restlichen Teil des Kraftstoffstrahls und dadurch zu dessen sicherer Entzündung. At the start of the cold engine, a subset of each fuel jet is deposited on the wall surface 30 of the mounting part 14 in the region of the center electrode 34 as a film. Due to the simultaneous spark discharge, the fuel film is vaporized, ionized and ignited at the point of impact of the discharge. The associated increase in volume gives the hot, reactive fuel parts a movement component that is perpendicular to the film-forming wall surface 30 and perpendicular to the fuel jet. There is an intensive mixing with the remaining part of the fuel jet and this leads to its safe ignition.

Mit zunehmender Erwärmung des Motors wird auf der sich ebenfalls er wärmenden filmbildenden Wandfläche 30 kein Kraftstoff mehr niederge schlagen, weil er sofort verdampft, so daß dann die Störung der Kraftstoffstrahlen nur noch gering ist. Nach einer gewissen Anlauf zeit, z.B. nach 30 Sekunden, kann daher das Zündgerät abgeschaltet werden. Die Starthilfe kann grundsätzlich ohne Zündzeitpunktsteue rung betrieben werden. In manchen Fällen kann es auch zur Energie ersparnis vorteilhaft sein, das Zündgerät nur in den Kompressions phasen des Motors einzuschalten.With increasing warming of the engine on the warming film-forming wall surface 30 he no longer beat fuel because it evaporates immediately, so that the disturbance of the fuel jets is then only slight. After a certain start-up time, for example after 30 seconds, the igniter can therefore be switched off. The starting aid can basically be operated without ignition timing control. In some cases it can also be advantageous to save energy to switch on the igniter only in the compression phases of the engine.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Zündkerze 40 auf der Seite der filmbildenden Wandfläche 30 des Einbauteils 14 angeordnet und an der Spitze so ausgebildet, daß ihre Mittelelektrode 42 und ihr Kerzenstein 44 mit der Wandfläche 30 bündig abschneiden. Die mit Masse verbundene Gegenelektrode 46 ist an einem Ringkörper 48 ange formt bzw. befestigt, der zwischen der Einspritzdüse 10 und dem Ein bauteil 14 eingespannt ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, a spark plug 40 is arranged on the side of the film-forming wall surface 30 of the built-in part 14 and is formed at the tip in such a way that its center electrode 42 and its candle stone 44 cut flush with the wall surface 30 . The ground electrode connected to the counter electrode 46 is formed or fastened to an annular body 48 which is clamped between the injection nozzle 10 and the component 14 .

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Gleitfunkenkerze 50 vorgesehen, deren Mittelelektrode 52 und Kerzenstein 54 ebenfalls bündig mit der filmbildenden Wandfläche 30 des Einbauteils 14 ab schneiden. Bei dieser Ausführung wird die Gegenelektrode unmittelbar durch das Einbauteil 14 gebildet, so daß ein in die Durchgangsboh rung 16 hineinragendes Elektrodenteil entfällt. Als Gleitfunken strecke dient die Stirnseite des Kerzensteins 54, dessen Endab schnitt 56 zu diesem Zweck im Durchmesser bis auf ein den Anforde rungen an die Gleitfunkenstrecke entsprechendes Maß verringert ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, a sliding spark plug 50 is provided, the center electrode 52 and candle stone 54 of which also cut flush with the film-forming wall surface 30 of the mounting part 14 . In this embodiment, the counter electrode is formed directly by the built-in part 14 , so that a protruding into the through-hole 16 is omitted electrode part. Creepage distance than is the end face of the plug insulator 54, the Endab section 56 for this purpose in diameter up to an equivalent to the requirements corresponding to the surface discharge gap dimension is reduced is.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist eine Gleitfunkenkerze 60 mit einer Mittelelektrode 62 und einer Ringelektrode 64 versehen, so daß sich zwei Gleitfunkenstrecken ergeben.In the embodiment of FIG. 5, a surface discharge is provided with a center electrode 62 and a ring electrode 64 60, so that two creepage yield.

Claims

1. A method for injecting fuel into the combustion chamber of a diesel engine, in which the fuel jets are sprayed through a central passage downstream of an injection nozzle, to which electrodes an electric discharge path are assigned, the activation of which increases the ignitability of the fuel jets, characterized in that that at least in the starting phase of the engine, a subset of each fuel jet in the central passage ( 16 ) is applied as a liquid film to a wall ( 30 ) which limits the axis of the injection jet to one side in the circumferential direction, and that at least a portion of this Liquid film is evaporated, ionized and ignited by a high-energy spark discharge.

2. The method according to claim 1, characterized in that the fun arc discharge with a spark sequence of at least 1 kHz and one Breakdown voltage of at least 25 kV.

3. Device for carrying out the method according to the preamble of claim 1, with an injection nozzle and an installation part connected downstream of its spray opening, which is provided with a central passage for the fuel jets and with electrodes of an electrical discharge path, characterized by the following features:

a) In the central passage ( 16 ) of the mounting part ( 14 ) a wall surface ( 30 ) is provided, which is arranged at least approximately parallel to the nozzle axis ( 32 ) or to the generatrix of a spray cone in one of the like distance to the nozzle axis that at least in the starting phase of the engine, a subset of each fuel jet is deposited as a liquid film on this wall surface ( 30 ),
b) the discharge path or its electrodes ( 34 , 14 or 42 , 46 or 52 , 14 or 62, 64, 14 ) are assigned to the film-forming wall surface ( 30 ) in the central passage ( 16 ) of the built-in part ( 14 ), and
c) the discharge path is connected to a high-energy spark generator tor.

4. Device according to claim 3, characterized in that the one electrode of the discharge gap, the central electrode ( 34 , 42 , 52 , 62 ) of a spark plug ( 36 , 40 , 50 , 60 ) attached to the mounting part ( 14 ).

5. Device according to claim 4, characterized in that the spark plug ( 34 ) opposite the film-forming wall surface ( 30 ) on a component ( 14 ) is fixed and this wall surface ( 30 ) is the other electrode of the discharge path leading over an air gap.

6. Device according to claim 4, characterized in that the spark plug ( 40 ) on the side of the film-forming wall surface ( 30 ) on the mounting part ( 14 ) is fixed and the other electrode ( 46 ) of the discharge path leading over an air gap at a between the injection nozzle ( 10 ) and the built-in part ( 14 ) clamped ring body ( 48 ) is arranged.

7. Device according to claim 4, characterized in that the spark plug ( 50 , 60 ) on the side of the film-forming wall surface ( 30 ) on the mounting part ( 14 ) is fixed and the discharge path leads over a sliding spark gap.

8. Device according to claim 7, characterized in that the sliding spark gap lies in the plane of the film-forming wall surface ( 30 ).

9. Device according to claim 8, characterized in that the spark plug ( 60 ) is provided with a central electrode ( 62 ) and a ring electrode ( 64 ), and in that a first sliding spark gap between the two electrodes and between the ring electrode ( 64 ) and the Spark plug ( 60 ) surrounding the wall of the mounting part ( 14 ) a second sliding spark gap is formed.

10. Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the film-forming wall surface ( 30 ) is formed directly by an inner wall region of the built-in part ( 14 ) which is moved closer to the nozzle axis ( 32 ).