DE4105205C1 - IC engine fuel-gas mixt. injector - has fuel injection valve end abutting radial annular face of gas retaining bush bottom - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches nach der Gattung des Anspruchs 1. Aus der DE 32 40 554 A1 ist schon eine Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches bekannt, bei der es sich um ein Drosselzap­ fen-Einspritzventil mit einer Gasführungshülse handelt, dessen Spritzöffnung von einem mit einem Gasringkanal in Verbindung stehen­ den Gasringspalt an der Gasführungshülse in unmittelbarer Nähe um­ geben ist. Um eine ausreichend feine Zerstäubung des Brennstoffs zu erzielen, ist es erforderlich, das Gas mit hoher Geschwindigkeit, also mit großem Energieaufwand dem aus der Spritzöffnung austreten­ den kegelförmigen Brennstoffstrahl zuzumessen.

Die Anpassung des Gasringspaltes an die Bedürfnisse der Brennkraft­ maschine und an verschiedene Typen von Einspritzventilen ist nur mittels Verschieben beziehungsweise Verbiegen der Gasführungshülse mit großem Aufwand möglich, so daß die Herstellung dieser bekannten Vorrichtung in einer Großserienfertigung große Kosten verursacht, die durch die Optimierung des Gasringspaltes bedingt werden.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst feine Zerstäubung des Brennstoffs zu erzielen, ohne daß dazu ein großer Energieaufwand erforderlich ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere da­ rin, daß der Brennstoff nach dem Austritt aus der zumindest einen Abspritzöffnung durch den Luftwiderstand aufgerissen und so eine be­ sonders feine Zerstäubung des Brennstoffs ohne großen Energiewand erreicht wird. Das zugeführte Gas trifft auf den bereits aufgerisse­ nen Brennstoff, so daß schon eine relativ geringe Geschwindigkeit und damit eine geringe Energie des Gases ausreichend ist, um die exzellente Zerstäubung des Brennstoffs zu gewährleisten. Je besser der Brennstoff nämlich nach dem Austritt aus der zumindest einen Ab­ spritzöffnung bereits vor dem Auftreffen des zugeführten Gases auf­ bereitet ist, desto feiner ist die Zerstäubung des Brennstoffs durch das Gas und desto geringer ist die notwendige Energie, um ein homo­ genes Brennstoff-Gas-Gemisch zu erzeugen. Ein homogenes Brenn­ stoff-Gas-Gemisch gewährleistet niedrige Schadstoffemissionen, ein gutes Beschleunigungsverhalten sowie einen geringen Brennstoffver­ brauch einer Brennkraftmaschine.

Die Verwendung verschiedener Gasumfassungsbuchsen beispielsweise mit einer unterschiedlichen Anzahl oder Größe der Gaszufuhrkanäle ermög­ licht eine Anpassung der Gasmenge an die jeweiligen Bedürfnisse der Brennkraftmaschine, ohne daß eine weitere Einstellung der Vorrich­ tung erforderlich ist.

Zudem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einfache und kosten­ günstige Art und Weise herstellbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 ange­ gebenen Vorrichtung möglich.

Von Vorteil ist es, wenn sich der Querschnitt des zumindest einen Gaszufuhrkanals in Richtung zu der Durchgangsöffnung der Gasumfas­ sungsbuchse hin verjüngt, so daß das Gas beschleunigt wird und mit hoher Geschwindigkeit aus dem Gaszufuhrkanal ausströmt und so eine bessere Zerstäubung des Brennstoffs erzielt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zwischen einer Mittelachse des zumindest einen Gaszufuhrkanals und der Ventillängsachse einge­ schlossene Neigungswinkel zwischen 20° und 70° beträgt. Hierdurch wird eine sehr gute Zerstäubung des Brennstoffs und zudem eine Mini­ mierung der Strömungsverluste erreicht.

Für eine besonders kostengünstige Herstellung der Gasumfassungs­ buchse der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Gasumfassungsbuchse als Kunststoffspritzteil oder als Aluminium­ druckgußteil ausgebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung teilweise und vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die in der Zeichnung beispielsweise dargestellte Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches mit einem Brennstoff­ einspritzventil 1 ist zum Beispiel in einer Einspritzventilauf­ nahmeöffnung 3 eines Saugrohrs 5 einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine angeordnet. Die Vorrichtung beinhaltet eine topfförmig ausgebildete Gasumfassungsbuchse 7, die konzentrisch zu einer Ventillängsachse 9 mit einer Aufnahmeöffnung 10 ein Ventilende 11 des Brennstoffeinspritzventils 1 umfaßt.

Die Zufuhr des Gases zur Gasumfassungsbuchse 7 erfolgt durch zumin­ dest einen im Saugrohr 5 ausgebildeten und mit der Einspritzventil­ aufnahmeöffnung 3 in Verbindung stehenden Gaskanal 13. Der zumindest eine Gaskanal 13 kann wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zum Beispiel radial, aber auch tangential in die Einspritzventil­ aufnahmeöffnung 3 des Saugrohres 5 münden.

Als Gas kann sowohl Frischluft als auch das Abgas der Brennkraftma­ schine oder eine Mischung aus beiden verwendet werden. Die Frisch­ luft wird beispielsweise aus dem Saugrohr 5 vor einem willkürlich verstellbaren Drosselorgan abgezweigt und dem Gaskanal 13 zugeführt. Die Verwendung von rückgeführtem Abgas führt zu reduzierten Schad­ stoffemissionen der Brennkraftmaschine. Das Gas kann zum Beispiel auch mittels einer Zusatzpumpe gefördert werden.

Die topfförmig ausgebildete Gasumfassungsbuchse 7 weist ein Zylin­ derteil 15, ein sich daran anschließendes Bodenteil 17 sowie eine im Bodenteil 17 konzentrisch zu der Ventillängsachse 9 verlaufende Durchgangsöffnung 19 auf. Das Zylinderteil 15 der Luftumfassungs­ buchse 7 umschließt zumindest teilweise axial und das Bodenteil 17 zumindest teilweise radial das Ventilende 11 des Brennstoffein­ spritzventils 1.

In einer konzentrisch zu der Ventillängsachse 9 verlaufenden abge­ stuften Längsöffnung 21 eines Ventilgehäuses 22 des Brennstoffein­ spritzventils 1 ist ein Ventilschließkörper 23 angeordnet, der zum Beispiel in bekannter Weise elektromagnetisch betätigbar ist. Der Ventilschließkörper 23 wirkt mit einem festen Ventilsitz 25 zusam­ men, der dem Bodenteil 17 der Gasumfassungsbuchse 7 zugewandt in der abgestuften Längsöffnung 21 ausgebildet ist und sich zum Beispiel in Strömungsrichtung des Brennstoffs kegelstumpfförmig verjüngt. An dem dem Bodenteil 17 zugewandten Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 ist eine Lochscheibe 27 angeordnet, die zumindest eine Abspritzöff­ nung 29, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Abspritz­ öffnungen 29 hat.

Das Bodenteil 17 weist an seiner dem Ventilende 11 des Brennstoff­ einspritzventils 1 zugewandten Stirnseite 31 einen sich in radialer Richtung nach innen bis zu der Durchgangsöffnung 19 der Gasumfas­ sungsbuchse 7 senkrecht zu der Ventillängsachse 9 erstreckenden radialen Ringsteg 33 auf, der dem Ventilende 11 zugewandt eine ebene radiale Ringfläche 35 hat. Die Gasumfassungsbuchse 7 liegt mit der ebenen radialen Ringfläche 35 des radialen Ringsteges 33 an der Lochscheibe 27 des Ventilendes 11 des Brennstoffeinspritzventils 1 an.

Die Durchgangsöffnung 19 des Bodenteils 17 der Gasumfassungsbuchse 7 weist der Lochscheibe 27 des Brennstoffeinspritzventils 1 zugewandt einen Parallelabschnitt 37 auf, in den der Brennstoff durch die Ab­ spritzöffnungen 29 der Lochscheibe 27 abgegeben wird und dessen Wan­ dung parallel zu der Ventillängsachse 9 verläuft. In Brennstoff­ strömungsrichtung schließt sich an den Parallelabschnitt 37 ein sich in Strömungsrichtung konzentrisch zu der Ventillängsachse 9 kegel­ stumpfförmig erweiternder Kegelabschnitt 39 der Durchgangsöffnung 19 an. Es ist aber auch möglich, daß die Durchgangsöffnung 19 der Gas­ umfassungsbuchse 7 eine andere, zum Beispiel eine zylindrische Form aufweist.

In der Gasumfassungsbuchse 7 ist wenigstens ein Gaszufuhrkanal 41 ausgebildet, der eine Verbindung zwischen dem in die Einspritzven­ tilaufnahmeöffnung 3 des Saugrohres 5 mündenden Gaskanal 13 und dem Kegelabschnitt 39 der Durchgangsöffnung 19 herstellt. Der wenigstens eine Gaszufuhrkanal 41 dient zur Zumessung des Gases, wobei die Größe seines Querschnittes einen Einfluß auf die Geschwindigkeit und den Druck des in die Durchgangsöffnung 19 abgegebenen Gases hat. An dem Umfang der Gasumfassungsbuchse 7 ist im Bereich der beispiels­ weise fünf bei dem Ausführungsbeispiel über den Umfang verteilten Gaszufuhrkanäle 41 eine beispielsweise umlaufende Ausnehmung 43 ausgebildet. Ausgehend von der Ausnehmung 43 der Gasumfassungsbuchse 7 erstreckt sich jeder der fünf Gaszufuhrkanäle 41 in Brennstoff­ strömungsrichtung radial nach innen gegenüber der Ventillängsachse 9 geneigt bis zu der Mündung in den Kegelabschnitt 39 der Durchgangs­ öffnung 19. Zwischen einer Mittelachse 45 eines Gaszufuhrkanals 41 und der Ventillängsachse 9 wird dabei ein Neigungswinkel 47 einge­ schlossen, der zum Beispiel 20° bis 70° betragen kann.

Der Brennstoff wird nach dem Austritt aus den Abspritzöffnungen 29 der Lochscheibe 27 durch den Luftwiderstand aufgerissen. Das durch die in den Kegelabschnitt 39 der Durchgangsöffnung 19 mündenden Gas­ zufuhrkanäle 41 zugeführte Gas trifft auf den bereits aufgerissenen Brennstoff, so daß schon eine relativ geringe Geschwindigkeit und damit eine relativ geringe Energie des Gases ausreichend ist, um eine weitere exzellente Zerstäubung des Brennstoffs zu gewährlei­ sten. Je besser nämlich der Brennstoff nach dem Austritt aus der zumindest einen Abspritzöffnung bereits vor dem Auftreffen des zu­ geführten Gases aufbereitet ist, desto feiner ist die Zerstäubung des durch das Gas beaufschlagten Brennstoffs und desto geringer ist die notwendige Energie, um ein homogenes Brennstoff-Gas-Gemisch zu erhalten. Ein solches homogenes Gemisch gewährleistet niedrige Schadstoffemissionen, ein gutes Beschleunigungsverhalten sowie einen geringen Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine.

Um eine einfache Anpassung der zugeführten Gasmenge an die jeweili­ gen Bedürfnisse einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist die Verwendung verschiedener Gasumfassungsbuchsen, die eine unterschied­ liche Anzahl von Gaszufuhrkanälen 41 und eine unterschiedliche Quer­ schnittsgröße der Gaszufuhrkanäle 41 aufweisen können, zweckmäßig.

Es ist möglich, die Gaszufuhrkanäle 41 so in der Gasumfassungsbuchse 7 auszubilden, daß die Gaszufuhrkanäle 41 tangential in den Kegelab­ schnitt 39 der Durchgangsöffnung 19 münden und das Gas auf den aus den Abspritzöffnungen 29 der Lochscheibe 27 abgegebenen Brennstoff drallbehaftet trifft. Hierdurch kann die Zerstäubung des Brennstoffs verbessert werden.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wandungen der Gaszufuhrkanäle 41 parallel zu ihrer Mittelachse 45 und kreisförmig ausgebildet. Es ist aber möglich, daß sich die Gaszufuhrkanäle 41 in Richtung zu der Durchgangsöffnung 19 der Gasumfassungsbuchse 7, wie in der Zeichnung gestrichelt dargestellt, verjüngen oder auch erwei­ tern oder daß die Gaszufuhrkanäle 41 einen von der kreisförmigen Querschnittsform abweichenden, zum Beispiel rechteckigen, ovalen oder anderen Querschnitt aufweisen.

In axialer Richtung sind in Brennstoffströmungsrichtung stromauf­ wärts der Gaszufuhrkanäle 41 eine obere Ringnut 55 und stromabwärts der Gaszufuhrkanäle 41 eine untere Ringnut 57 ausgebildet. In der oberen Ringnut 55 sind ein oberer Dichtring 59 und in der unteren Ringnut 57 ein unterer Dichtring 61 angeordnet. Die beiden Dicht­ ringe 59 und 61 dienen zur Abdichtung der Gaszufuhrkanäle 41 zwischen dem Umfang der Gasumfassungsbuchse 7 und der Wandung der Einspritz­ ventilaufnahmeöffnung 3.

Die Gasumfassungsbuchse 7 ist auf einfache und kostengünstige Art und Weise beispielsweise als Kunststoffspritzteil oder als Alumi­ niumdruckgußteil ausbildbar.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches mit ei­ nem Brennstoffeinspritzventil, das in einem Ventilgehäuse einen mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilschließkörper hat, mit ei­ ner topfförmig ausgebildeten Gasumfassungsbuchse, die mit einem Zy­ linderteil zumindest teilweise axial und mit einem Bodenteil zumin­ dest teilweise radial ein Ventilende des Brennstoffeinspritzventils umschließt und deren Bodenteil eine konzentrisch zu einer Ventil­ längsachse verlaufende Durchgangsöffnung sowie eine dem Ventilende des Brennstoffeinspritzventils zugewandte radiale Ringfläche hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (1) mit seinem Ventilende (11) an der radialen Ringfläche (35) des Bo­ denteils (17) der Gasumfassungsbuchse (7) anliegt, und daß in die Durchgangsöffnung (19) wenigstens ein Gaszufuhrkanal (41) in Brenn­ stoffströmungsrichtung mündet, der gegenüber der Ventillängsachse (9) zur Durchgangsöffnung (19) hin geneigt verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des zumindest einen Gaszufuhrkanals (41) in Richtung der Durchgangsöffnung (19) der Gasumfassungsbuchse (7) verjüngt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen einer Mittelachse (45) des zumindest einen Gaszufuhr­ kanals (41) und der Ventillängsachse (9) eingeschlossener Neigungs­ winkel (47) zwischen 20° und 70° beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasumfassungsbuchse (7) als Kunststoffspritzteil ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasumfassungsbuchse (7) als Aluminiumdruckgußteil ausgebildet ist.