DE4225991A1 - Diesel-brennkraftmaschine mit hochdruckluft-brennstoffeinspritzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Diesel-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff am Ende des Verdich­ tungshubes in eine Vorkammer oder direkt in den Brennraum eingespritzt wird, ist es bekannt, den Einspritzvorgang mittels Druckluft zu unterstützen, so daß eine feinere Zerstäubung des Kraftstoffs erreicht wird. Die für die Ein­ spritzung benötigte Druckluft wird dabei zumeist während des Verdichtungs­ hubes dem Arbeitszylinder entnommen. Ein Beispiel einer Diesel-Brennkraft­ maschine mit einem derartigen Einspritzsystem wird in der DE-PS 4 72 018 beschrieben.

Aus der DE-PS 3 38 985 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Kraftstoff und die Druckluft über separate, jeweils durch ein Nadelventil ge­ steuerte Einspritzdüsen während des Saughubes eingespritzt werden. Die beiden Einspritzventile sind rechtwinklig zueinander in der Nähe des Einlaß­ ventils angeordnet, so daß der Druckluftstrahl im Brennraum auf den Kraft­ stoffstrahl trifft und den Kraftstoff zerstäubt. Der so entstandene Kraftstoffne­ bel wird dann von der durch das Einlaßventil zugeführten Ansaugluft mitge­ rissen und im Brennraum verteilt.

In DE 29 24 128 A1 wird eine Diesel-Brennkraftmaschine betrieben, bei der getrennte Einspritzventile zur Einspritzung von Zündkraftstoff und Haupt­ kraftstoff vorgesehen sind, und bei der in der Hauptkraftstoffleitung und in der Zündkraftstoffleitung jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist.

Die bekannten Druckluft-Einspritzsysteme weisen eine sehr aufwendige Kon­ struktion auf und erfordern spezielle Düsenausführungen, so daß sie mit den heute gebräuchlichen Einspritzdüsen nicht kompatibel sind. Diese Systeme sind deshalb bei modernen Diesel-Brennkraftmaschinen nicht ohne größere Umgestaltungen anwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Diesel-Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der durch Druckluft-Brennstoffeinspritzung eine feine Zerstäu­ bung des Kraftstoffs erreicht wird, ohne daß besondere Anpassungen an der Kraftstoff- Einspritzdüse erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Diesel-Brennkraftmaschine ist ein separater Hochdruckluftverdichter vorgesehen, und die Brennstoffeinspritzpumpe und der Hochdruckluftverdichter sind über getrennte Leitungen mit dem Düsen­ halter verbunden, der eine konventionelle Einspritzdüse trägt. Die Druckluft und der Kraftstoff treffen somit in der Einspritzdüse zusammen, so daß be­ reits in der Einspritzdüse eine gute Durchmischung von Luft und Kraftstoff eintritt. Auf diese Weise wird eine besonders feine Vernebelung des Kraft­ stoffs erreicht, wenn dieser zusammen mit der Druckluft von der Einspritz­ düse abgegeben wird. An dem Düsenhalter sind zwei hochpräzise Rückschlag­ ventile angeordnet, die verhindern, daß Druckluft in die Brennstoffleitung oder Brennstoff in die Druckluftleitung gelangt, und die somit eine einwand­ freie Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine gewährleisten.

Die Brennstoffeinspritzpumpe und der Hochdruckluftverdichter sind bevor­ zugt als Kolbenpumpen ausgebildet, die so gesteuert werden, daß ihre Kolben am Ende des Kompressionshubes gleichzeitig den Totpunkt erreichen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Skizze des Brennstoffeinspritzsy­ stems einer Diesel-Brennkraftmaschine.

An einem Düsenhalter 10 ist eine handelsübliche Einspritzdüse 12 angeord­ net, die in den nicht gezeigten Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine ragt. Eine Brennstoffeinspritzpumpe 14 ist über eine Leitung 16 und ein Rückschlagventil 18 mit einer Zulaufbohrung 20 des Düsenhalters 10 verbun­ den, die über eine Ringnut 22 und Zulaufbohrungen 24 der Einspritzdüse 12 mit einer Druckkammer 26 der Einspritzdüse in Verbindung steht. Die Sprühöffnung 28 der Einspritzdüse ist in bekannter Weise durch ein Nadel­ ventil 30 verschließbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Einspritzdü­ se 12 als Zapfendüse ausgebildet, es kann sich jedoch wahlweise auch um ei­ ne Lochdüse handeln.

Ein Hochdruckluftverdichter 32 ist über eine Druckluft-Leitung 34 und ein weiteres Rückschlagventil 36 mit einer zweiten Zulaufbohrung 38 des Düsen­ halters 10 verbunden und dient zur Zufuhr von Druckluft zu der Ringnut 22 der Einspritzdüse. Der Hochdruckluftverdichter 32 und die Brennstoffein­ spritzpumpe 14 sind im gezeigten Beispiel als Kolbenpumpen ausgebildet und werden über einen nicht gezeigten mechanischen Antrieb synchron durch die Brennkraftmaschine angetrieben, so daß ihre Kolben 40 und 42 an­ nähernd gleichzeitig die obere Totpunktstellung erreichen.

Wenn der nicht gezeigte Kolben der Brennkraftmaschine die Zündstellung in der Nähe des oberen Totpunkts erreicht hat, so wird das Nadelventil 30 ge­ öffnet, und der Brennstoff und die Druckluft werden mit hinreichend hohem Druck über die Sprühöffnung 28 in den Brennraum des Zylinders einge­ spritzt. In der Ringnut 22, den Zulaufbohrungen 24 (von denen in der Zeich­ nung lediglich eine dargestellt ist) und in der Druckkammer 26 der Ein­ spritzdüse 12 kommt es dabei bereits zu einer Vermischung von Druckluft und flüssigem Kraftstoff, so daß der Kraftstoff beim Austritt aus der Sprühöff­ nung 28 infolge der Expansion der Druckluft sehr fein vernebelt wird. Hier­ durch wird ein gutes Zündverhalten der Brennkraftmaschine und eine voll­ ständige, rückstandsfreie Verbrennung erreicht, so daß eine hohe Motorlei­ stung erzielt und die Schadstoffemission minimiert wird.

Der Hochdruckluftverdichter 32 ist unter Berücksichtigung der im Vergleich zu dem flüssigen Kraftstoff größeren Kompressibilität des Luftvolumens in der Leitung 34, dem Rückschlagventil 36 und der Zulaufbohrung 38 so ausge­ legt, daß der Luftdruck an der Mündung der Zulaufbohrung 38 in die Ringnut 22 annähernd mit dem Druck des Kraftstoffes an der Mündung der Zulauf­ bohrung 20 übereinstimmt. Die Rückschlagventile 18 und 36 sind unmittel­ bar in den Körper des Düsenhalters 10 eingeschraubt und verhindern, daß im Falle von Druckunterschieden zwischen dem Kraftstoff und der Druckluft Kraftstoff in die Leitung 34 oder Druckluft in die Leitung 16 eindringt.

Claims (3)

1. Diesel-Brennkraftmaschine mit Hochdruckluft-Brennstoffeinspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeinspritzpumpe (14) und ein separater Hochdruckluftverdichter (32) jeweils über eine Leitung (16,34) mit einem Düsenhalter (10) verbunden sind, der eine Einspritzdüse (12) zur Ab­ gabe des Brennstoffs und der Druckluft über eine gemeinsame Sprühöffnung (28) trägt, und daß an dem Düsenhalter (10) ein in der Richtung zur Brenn­ stoffeinspritzpumpe (14) sperrendes Rückschlagventil (18) für die Brenn­ stoff-Leitung (16) und ein in der Richtung zu dem Hochdruckluftverdichter (32) sperrendes Rückschlagventil (36) für die Druckluft-Leitung (34) ange­ ordnet ist.

2. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Einspritzpumpe (14) und der Hochdruckluftverdichter (32) als Kolbenpumpen ausgebildet sind.

3. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Einspritzpumpe (14) und der Hochdruckluftverdichter (32) derart synchron antreibbar sind, daß ihre Kolben (42, 40) gleichzeitig die auslaßseitige Totpunktstellung erreichen.