DE4130351A1 - Vorrichtung zur einspritzung eines brennstoff-gas-gemisches - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE 36 09 798 A1 ist schon eine Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches bekannt, bei der der Brennstoff durch ein Brennstoffeinspritzventil in ein erstes Kanalende eines zylin­ drischen Mischkanals eines Mischrohres abgegeben wird. Das Gas wird durch einen in das erste Kanalende mündenden Gaszufuhrkanal einge­ blasen und trifft auf den abgegebenen Brennstoff. Hierdurch wird eine aus dem Brennstoff und dem Gas bestehende Zweiphasenströmung, also ein Brennstoff-Gas-Gemisch erzeugt. Diese Vorrichtung hat je­ doch den Nachteil, daß sich an der zylindrischen Wandung des Misch­ kanals ein wesentlicher Teil des Brennstoffs als Brennstoffilm nie­ derschlägt, der durch das vorbeiströmende Brennstoff-Gas-Gemisch nur teilweise mitgerissen wird und an der Wandung des Mischkanals ent­ langläuft, so daß das Brennstoff-Gas-Gemisch nur einen verhältnis­ mäßig geringen Anteil flüssigen Brennstoffs aufweist. Der Brennstoff wird nur unzureichend zerstäubt und gewährleistet keine weitgehend homogene Gemischbildung. Zudem besteht die Gefahr, daß bei einer bestimmten Einspritzmenge der an der zylindrischen Wandung des Mischkanals angesammelte Brennstoff plötzlich abgerissen wird und unter Bildung eines unerwünschten Brennstoff-Gas-Gemisches nur unge­ nügend zerstäubt ins Ansaugrohr gelangt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Bildung eines Brennstoffilms an der Wandung des Mischkanals wesentlich ver­ ringert ist. Durch die erhöhte Geschwindigkeit des Brenn­ stoff-Gas-Gemisches in den Querschnittsverengungen des Mischkanals und die anschließenden Querschnittserweiterungen wird der Brenn­ stoffilm von der Wandung des Mischkanals abgerissen und zerfällt in feine Brennstofftröpfchen. Auf diese Weise wird eine besonders gute Zerstäubung des Brennstoffs und die Bildung eines weitestgehend ho­ mogenen Brennstoff-Gas-Gemisches schon bei relativ geringen zuge­ führten Gasmengen erzielt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Um den Brennstoffilm über den gesamten Umfang und über die gesamte Länge der Wandung des Mischkanals wirkungsvoll zu verringern, ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest zwei benachbarte Querschnitts­ verengungen längliche freie Öffnungsquerschnitte haben und wenn die länglichen freien Öffnungsquerschnitte jeweils eine in Richtung der größten Erstreckung des jeweiligen freien Öffnungsquerschnitts verlaufende Längsachse haben, wobei die Längsachsen der freien Öffnungsquerschnitte zweier benachbarter Querschnittsverengungen rechtwinklig zueinander verlaufen.

Von Vorteil ist es, wenn in einem dem ersten Kanalende abgewandten zweiten Kanalende des Mischkanals eine Drosselstelle vorgesehen ist. Die Drosselstelle bewirkt ein Abreißen und ein Vorzerstäuben des Brennstoffilms an dem zweiten Kanalende des Mischkanals, so daß der Anteil des flüssigen Brennstoffs in dem Brennstoff-Gas-Gemisch er­ höht und die Zerstäubung verbessert wird.

Zur Realisierung einer Einstrahl- oder einer Mehrstrahlcharakteri­ stik des abgespritzten Brennstoff-Gas-Gemisches mit verschiedenen Strahl- und Strahlebenenwinkeln ist es vorteilhaft, wenn an dem zweiten Kanalende des Mischkanals eine Düsenkappe vorgesehen ist, die zumindest eine Düsenöffnung aufweist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung mit einem teilweise dargestellten Brennstoffein­ spritzventil, Fig. 2 eine teilweise Darstellung des Mischkanals gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 eine teilweise Darstellung eines Mischkanals gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels und Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in der Fig. 1 beispielhaft und teilweise dargestellte Vorrich­ tung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches in ein Ansaug­ rohr oder unmittelbar in eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschine besitzt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem sich zum Beispiel konzentrisch zu einer Ventillängsachse 3 kegel­ stumpfförmig verjüngenden Ventilende 5. Das Brennstoffeinspritzven­ til 1 weist einen mit einem festen Ventilsitz 7 zusammenwirkenden Ventilschließkörper 9 auf, der zum Beispiel in bekannter Weise elek­ tromagnetisch betätigbar ist. Stromabwärts des Ventilsitzes 7 hat das Ventilende 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 beispielsweise eine zu der Ventillängsachse 3 konzentrische Abspritzöffnung 11, es können jedoch auch mehrere Abspritzöffnungen vorgesehen sein.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 ragt mit seinem Ventilende 5 in eine gestufte, konzentrisch zu der Ventillängsachse 3 verlaufende Auf­ nahmebohrung 13 eines Gasumfassungsteils 15. Die gestufte Aufnahme­ bohrung 13 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 17, der das Brennstoffeinspritzventil 1 teilweise umgibt, sowie einen sich kegelstumpfförmig verjüngenden Anlageabschnitt 19 auf, an dem das sich kegelstumpfförmig verjüngende Ventilende 5 des Brennstoffein­ spritzventils 1 anliegt. Dabei verlaufen der kegelstumpfförmige Um­ fang des Ventilendes 5 und der Anlageabschnitt 19 der gestuften Auf­ nahmebohrung 13 parallel zueinander. Die kegelförmige Ausbildung des Ventilendes 5 und des Anlageabschnittes 19 der gestuften Aufnahme­ bohrung 13 bewirken eine einfache, aber dennoch sehr exakte Zentrie­ rung des Ventilendes 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Auf­ nahmebohrung 13 des Gasumfassungsteils 15.

In Brennstoffströmungsrichtung schließt sich an den sich kegel­ stumpfförmig verjüngenden Anlageabschnitt 19 ein zweiter zylindri­ scher Abschnitt 21 an, in den der durch die Abspritzöffnung 11 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgegebene Brennstoff gespritzt wird. In dem Gasumfassungsteil 15 ist beispielsweise ein Gaszufuhrkanal 23 ausgebildet, der der Zufuhr des Gases dient und an einer Kanalöff­ nung 25 in Brennstoffabspritzrichtung schräg gegenüber der Ventil­ längsachse 3 geneigt in den zweiten zylindrischen Abschnitt 21 der Aufnahmebohrung 13 mündet. Es ist aber auch möglich, in dem Gasum­ fassungsteil 15 zwei oder mehr Gaszufuhrkanäle 23 auszubilden.

Als Gas zur Bildung des Brennstoff-Gas-Gemisches kann sowohl bei­ spielsweise aus dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine abgezweigte Luft als auch zum Beispiel das Abgas der Brennkraftmaschine verwen­ det werden. Das Gas wird beispielsweise mittels einer Pumpe 27 in das Gasumfassungsteil 15 gefördert.

An den zweiten zylindrischen Abschnitt 21 schließt sich in Gemisch­ strömungsrichtung ein sich bis zum stromabwärtigen Ende der gestuf­ ten Aufnahmebohrung 13 des Gasumfassungteils 15 erstreckender drit­ ter zylindrischer Abschnitt 29 an, der gegenüber dem zweiten zylin­ drischen Abschnitt 21 einen vergrößerten Durchmesser aufweist. In den dritten zylindrischen Abschnitt 29 ragt ein Mischrohr 31, das sich dem Brennstoffeinspritzventil 1 abgewandt in Gemischströmungs­ richtung konzentrisch zu der Ventillängsachse 3 erstreckt. Das Mischrohr 31 wird beispielsweise durch eine Preßverbindung im Be­ reich des dritten zylindrischen Abschnittes 29 in der gestuften Aufnahmebohrung 13 gehalten und ragt in Gemischströmungsrichtung über das Gasumfassungsteil 15 hinaus. Zusammen mit dem zweiten zylindrischen Abschnitt 21 der gestuften Aufnahmebohrung 13 bildet das Mischrohr 31 im Innern einen Mischkanal 33, in dessen durch den zweiten zylindrischen Abschnitt 21 gebildetes erstes Kanalende 35 der Brennstoff durch das Brennstoffeinspritzventil 1 abgegeben und das Gas durch den Gaszufuhrkanal 23 an der Kanalöffnung 25 zugeführt wird.

Der Mischkanal 33 weist im Bereich des Mischrohres 31 zumindest zwei, bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausfüh­ rungsbeispiel zum Beispiel vier in Strömungsrichtung des Brenn­ stoff-Gas-Gemisches hintereinander angeordnete langlochförmige Quer­ schnittsverengungen 37 auf, die den Querschnitt des Mischkanals 33 jeweils in einem begrenzten Bereich verringern und an die sich in Strömungsrichtung gesehen anschließend der Querschnitt des Misch­ kanals 33 wieder erweitert. Die Querschnittsverengungen 37 sind bei­ spielsweise durch Quetschungen der Wandung des Mischrohres 31 ausge­ bildet, wodurch in Strömungsrichtung ein etwa wellenförmiges Längs­ profil entsteht, wie auch in den Fig. 1 bis 4 zu erkennen ist. Es ist z. B. aber auch möglich, die Querschnittsverengungen 37 durch in dem Mischkanal 33 angeordneten Lochblenden mit jeweils einer Durch­ laßöffnung oder mehreren Durchlaßöffnungen auszubilden.

An einem dem ersten Kanalende 35 abgewandten zweiten Kanalende 39 des Mischkanals 33 ist in dem Mischrohr 31 stromabwärts der Quer­ schnittsverengungen 37 eine Drosselstelle 41 vorgesehen, die als Vordrossel für das Brennstoff-Gas-Gemisch dient. Die Drosselstelle 41 ist zum Beispiel als Lochblende 43 mit einer engen Drosselöffnung 45 oder mehreren Drosselöffnungen ausgebildet.

In Gemischströmungsrichtung stromabwärts der Drosselstelle 41 hat das Mischrohr 31 eine in Strömungsrichtung nach außen gewölbte Dü­ senkappe 47, die den Mischkanal 33 an seinem zweiten Kanalende 39 begrenzt. In der Düsenkappe 47 sind zumindest eine, bei dem ersten Ausführungsbeispiel zwei Düsenöffnungen 49 vorgesehen. Die Düsenöff­ nungen 49 sind in Gemischströmungsrichtung gegenüber der Ventil­ längsachse 3 schräg nach außen weisend geneigt.

Wie die Fig. 2 bis 4, in denen das Mischrohr 31 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels teilweise dargestellt ist, zeigen, weisen die durch Quetschungen der Wandung des Mischrohres 31 ausgebildeten Querschnittsverengungen 37 in Richtung senkrecht zu der Ventillängs­ achse 3 und damit senkrecht zu der Strömungsrichtung des Brenn­ stoff-Gas-Gemisches jeweils einen länglichen freien Öffnungsquer­ schnitt 51 auf, wobei die freien Öffnungsquerschnitte 51 der ein­ zelnen Querschnittsverengungen 37 parallel zueinander verlaufen. In Richtung ihrer größten Erstreckung haben die freien Öffnungsquer­ schnitte 51 der Querschnittsverengungen 37 jeweils eine Längsachse 53 und zum Beispiel senkrecht zu dieser in Richtung ihrer kleinsten Erstreckung jeweils eine Querachse 55. Jeweils zwei benachbarte Querschnittsverengungen 37 sind dabei so ausgebildet, daß die Längs­ achsen 53 der freien Öffnungsquerschnitte 51 der beiden Quer­ schnittsverengungen 37 senkrecht zueinander verlaufen.

Durch diese Ausbildung des Mischkanals 33 wird der sich an der Wan­ dung des Mischkanals bildende und an der Wandung entlanglaufende Brennstoffilm durch die erhöhte Geschwindigkeit des Gases bzw. des Brennstoff-Gas-Gemisches in den Querschnittsverengungen 37 von der Wandung abgerissen und zerfällt in feine Brennstofftröpfchen. Auf diese Weise wird die Zerstäubungsgüte des Brennstoffs wesentlich verbessert bzw. es läßt sich bei gleicher Zerstäubungsgüte die zuge­ führte Gasmenge wesentlich verringern. Die an dem dem Brennstoffein­ spritzventil 1 abgewandten zweiten Kanalende 39 des Mischkanals 33 ausgebildete, als Vordrossel wirkende Drosselstelle 41 bewirkt ein Abreißen und ein Vorzerstäuben des an der Wandung des Mischkanals 33 niedergeschlagenen Brennstoffilms, so daß der Anteil des Brennstoffs in dem den Mischkanal 33 durchströmenden Brennstoff-Gas-Gemisch ver­ größert wird. Die zum Beispiel zwei Düsenöffnungen 49 der gewölbten Düsenkappe 47 ermöglichen neben einer Einstrahlcharakteristik bei­ spielsweise auch eine Zweistrahlcharakteristik des durch das Misch­ rohr 31 der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgegebenen Brenn­ stoff-Gas-Gemisches.

Ein Mischrohr 31 einer Vorrichtung zur Einspritzung eines Brenn­ stoff-Gas-Gemisches gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsbeispiels ist in den Fig. 5 und 6 teilweise dargestellt, wobei Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 zeigt. Gleiche und gleichwirkende Teile sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet wie in den Fig. 1 bis 4. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nur durch die Gestaltung der Querschnittsverengungen 37 des Mischrohres 31 von dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Das Mischrohr 31 weist zumindest zwei in Gemischströmungsrichtung hintereinander an­ geordnete Querschnittsverengungen 37 des Mischkanals 33 auf, die zum Beispiel durch Quetschungen der Wandung des Mischrohres 31 ausgebil­ det sind. Die Querschnittsverengungen 37 haben zum Beispiel einen kreisförmigen freien Öffnungsquerschnitt 51, der sich in Strömungs­ richtung hinter der jeweiligen Querschnittsverengungen 37 wieder erweitert. Durch die erhöhte Geschwindigkeit des Gases bzw. des Brennstoff-Gas-Gemisches im Bereich der Querschnittsverengungen 37 wird der sich an der Wandung des Mischkanals 33 niederschlagene Brennstoff von der Wandung abgerissen und fein zerstäubt.

Durch die Querschnittsverengungen 37 des Mischkanals 33 wird die Bildung eines Brennstoffilms an der Wandung des Mischkanals 33 wesentlich verringert und damit die Bildung eines weitestgehend homogenen Brennstoff-Gas-Gemisches mit einer feinen Zerstäubung des Brennstoffes erreicht.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches, mit einem Brennstoffeinspritzventil, das an einem Ventilende wenigstens eine Abspritzöffnung aufweist, mit einem Mischkanal, in dessen er­ stes Kanalende der Brennstoff durch das Brennstoffeinspritzventil abgegeben wird, und mit einem Gaszufuhrkanal, der mit dem ersten Kanalende des Mischkanals in Verbindung steht, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mischkanal (33) in Brennstoffströmungsrichtung stromab­ wärts der wenigstens einen Abspritzöffnung (11) des Brennstoffein­ spritzventils (1) zumindest eine Querschnittsverengung (37) auf­ weist, an die sich in Strömungsrichtung anschließend der Querschnitt des Mischkanals (33) erweitert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest zwei benachbarte Querschnittsverengungen (37) längliche freie Öffnungsquerschnitte (51) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverengungen (37) jeweils eine in Richtung der größten Erstreckung des freien Öffnungsquerschnitts (51) verlaufende Längs­ achse (53) haben und daß die Längsachsen (53) der freien Öffnungs­ querschnitte (51) zweier benachbarter Querschnittsverengungen (37) rechtwinklig zueinander verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Querschnittsverengung (37) des Mischkanals (33) durch eine Quetschung der Wandung des Mischkanals (33) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dem ersten Kanalende (35) abgewandten zweiten Kanalende (39) des Mischkanals (33) eine Drosselstelle (41) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Kanalende (39) des Mischkanals (33) eine Düsenkappe (47) vorgesehen ist, die zumindest eine Düsenöffnung (49) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkappe (47) in Strömungsrichtung des Brennstoff-Gas-Gemisches nach außen gewölbt ausgebildet ist.