EP0148837A1 - Einrichtung zum einspritzen von kraftstoff in eine sekundäre strömung von verbrennungsluft einer brennkammer. - Google Patents

Einrichtung zum einspritzen von kraftstoff in eine sekundäre strömung von verbrennungsluft einer brennkammer.

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EP0148837A1
EP0148837A1 EP84900267A EP84900267A EP0148837A1 EP 0148837 A1 EP0148837 A1 EP 0148837A1 EP 84900267 A EP84900267 A EP 84900267A EP 84900267 A EP84900267 A EP 84900267A EP 0148837 A1 EP0148837 A1 EP 0148837A1
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EP
European Patent Office
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nozzle
air
heating
fuel
combustion chamber
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EP84900267A
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Thomas Frey
Werner Grunwald
Ernst Imhof
Iwan Komaroff
Helmut Reum
Gunther Schmid
Kurt Schmid
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F02M53/06—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with fuel-heating means, e.g. for vaporising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention is based on a device for injecting fuel according to the type of the main claim.
  • a heating chamber is arranged between the spray opening of the fuel injection nozzle and the passage opening in the partition between the nozzle and the combustion chamber, in which the coaxial to the defined fuel jet. Heater is arranged.
  • a negative pressure is created as long as the injection takes place.
  • the pressure in this chamber can drop considerably below the ambient air pressure. As soon as the injection is interrupted, gas flows from the combustion chamber into the heating chamber due to the pressure difference.
  • a further disadvantage of this known device is that the heating radiation of the heating device hits the fuel jet directly, so that overheating occurs on its surface, which in connection with the oxygen which is present here at least at times to some extent Pre-combustion leads. This pre-combustion is then followed by the main combustion, the efficiency of which depends on the quality of the preparation of the fuel-air mixture. However, this quality can only be maintained to the desired extent over the entire speed range if the above-described pre-combustion is constant over the entire speed range.
  • this known device also has in continuous injection systems, for example for heating combustion chambers.
  • This inevitably draws air past the spray jet past the spray jet into the heating chamber, which has a disadvantageous effect on the jet direction, jet shape and jet speed of the fuel jet.
  • the fuel jet flutters and is usually pushed in on one side. It loses speed and is poorly distributed in the combustion chamber. This leads to increased soot emissions and reduced energy yield.
  • the device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that combustion air circulates almost continuously via the bypass and is heated by the heating device arranged there. Even if the fuel injection works intermittently, the fuel jet never acts against the flow of the combustion air in the bypass, but rather only drives it. At higher speeds and a correspondingly higher injection frequency, the speed of the air flow through the bypass also increases comparatively, so that there is also a correspondingly higher heating output. On the one hand, due to the largely uniform heating of the volume resulting from the speed, a much more uniform combustion process and on the other hand an improvement in emissions can be achieved. Another significant advantage is that primarily the combustion air flowing through the bypass is heated up and the heating device does not act directly on the fuel.
  • the device according to the invention has an advantageous effect particularly in modern internal combustion engines with their combustion chambers optimized with regard to the flow dynamics. In contrast to the known devices, it does not have any disadvantage in terms of flow technology, but rather can be planned into that of the combustion chambers by the designer using the flow function that has been input to it, as a result of which the flow characteristics of the combustion chamber can be improved. Depending on the position of the inlet of the bypass, the combustion chamber flow is influenced directly.
  • the heating element is fastened in the bypass to the air guiding device. This ensures that the
  • the heating device is always located at the most favorable heating effect provided by the designer, namely where the heating surfaces are optimally coated due to known flow conditions.
  • the arrangement of the heating element is particularly advantageous in the air flow upstream of the entry of the fuel jet. Due to the turbulence resulting from the flow, the air flowing upstream of the fuel inlet is effectively heated before it comes into contact with the fuel jet. As is known, in the principle of the water jet pump, air bubbles are entrained by the liquid jet, so that here the heated combustion air partly gets into the cool fuel jet. This mixing is strengthened downstream of the through opening, so that a largely homogeneous and rich fuel-air mixture is available before ignition.
  • the starting aids that are usually required during a cold start, such as glow plugs and glow plugs, which cause considerable flow losses in the combustion chamber and adversely affect the soot emission, are no longer necessary when using the arrangement according to the invention.
  • these known heating devices have a considerable current consumption and are therefore less suitable for continuous operation.
  • the device according to the invention requires relatively little electrical energy and can therefore be used in continuous operation.
  • the injection nozzle is a multi-hole nozzle with spray jets running transversely to the injection nozzle axis, the air guide device being arranged on a nozzle clamping nut with which a nozzle holder body having the spray openings can be clamped to a nozzle holder.
  • the nozzle clamping nut is fixed in its position in relation to the fuel injection nozzle and thus to the combustion chamber, so that the air guide device is also fixed accordingly.
  • the bypass inlet can either be arranged centrally, namely coaxially to the fuel injection nozzle, in the air guide device or transversely to the nozzle axis.
  • air is additionally pressed from the combustion chamber into this heating chamber during the compression, a very simple arrangement of the heating device, for example in the form of a heating wire spiral, being advantageously possible.
  • heating conductors are preferably used as the heating device, which are arranged outside of the air guiding device on the flow-swept surfaces so that the combustion air is drawn up before it enters the bypass is heated.
  • the heating conductor can either be attached to the inside or outside of the funnel body and can be designed in various ways (e.g. layer, flat wire, round wire, etc.).
  • FIG. 1 shows a fuel injection nozzle in longitudinal section, on which the first exemplary embodiment is realized
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 of the first exemplary embodiment on an enlarged scale
  • FIG. 3 shows a variant of the thermal protection of the first exemplary embodiment 4 shows the second embodiment in longitudinal section with a funnel-shaped air inlet
  • FIG. 5 shows the third embodiment in longitudinal section with radial air inflow
  • FIG. 6 shows a section along line VI-VI in FIG. 5.
  • a preferred area of application for the invention is the diesel engine, and the exemplary embodiments described below relate to use in such a self-igniting internal combustion engine. All three exemplary embodiments are arranged directly on the fuel injection nozzle of the diesel engine, one of which is also shown in FIG. 1, for example.
  • a nozzle body 1 is clamped via a nozzle clamping nut 2 to a nozzle holder 3, which is connected to an injection pump by means of fuel lines (not shown).
  • the fuel supplied intermittently by the injection pump passes through a pressure channel 4 into a pressure chamber 5 of the nozzle body 1 and shifts into Opening direction a valve needle 7 against the force of the closing spring 6.
  • the pressure chamber 5 is connected to a blind hole 9, from which spray openings 11 arranged in a nozzle tip branch off.
  • FIG. 2 shows this injection part of the fuel injection nozzle of the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 on an enlarged scale.
  • the nozzle clamping nut has a tubular section 12 which runs coaxially to the injection nozzle axis and in which through openings 13 are provided for the fuel jet formed via the spray openings 11.
  • the spray openings 11 and the associated through openings 13 are axially aligned. Since the tubular section 12 of the nozzle clamping nut 2 forms a partition between the fuel injector and spray nozzle and there especially the tip 10 and the combustion chamber 14 located outside this pipe section 12, the fuel jet must be able to pass through the through opening 13 unhindered.
  • the fuel / air mixture then forms in the combustion chamber 14 in a conventional manner and ignites itself if the compression is sufficient.
  • a heating coil 16 is arranged in this tube space 15, coaxially to the tube section 12, which is supplied with electrical energy via the cable 17 shown in FIG. 1 and with its end 18 via the nozzle tip lo is grounded.
  • the air flowing from the combustion chamber 14 into the heating chamber 15 can be heated accordingly before it comes into contact with the fuel jet.
  • the pump effect caused by the jet energy also ensures that this warmed-up air is mixed with the fuel jet and thus, in addition to the heating of the fuel-air mixture, for its intensive mixing and preparation.
  • This heating and conditioning of the fuel-air mixture not only results in a better ignitability, but also a decrease in the soot content in the exhaust gas, since a more perfect combustion of the hydrocarbons is possible.
  • a heat protection 19 is arranged transversely to the flow direction on the dome of the nozzle body 1, the end face of which towards the flow side is provided with a heat-insulating
  • ⁇ NA ⁇ layer 2o is provided.
  • the air flow in the bypass 15, which is heated by the heating element 16, is conducted through the heat protection 19 to the outside and thus to the through openings 13, so that overheating of the actual tip 10 and thus the spray openings 11 or even the blind hole 9 is avoided.
  • a heat shield 21 is attached to the top lo ', which has the same function as the heat protection 19 described above, but is relatively easy to attach to standard perforated nozzles, for example by welding.
  • the tubular section 12 ' has a funnel-shaped extension 23 towards the combustion chamber 14.
  • the inlet of the bypass is expanded accordingly, so that air is drawn in from a wider zone of the combustion chamber 14.
  • This air sweeps over a heating conductor 24, which is arranged on the inside of the funnel 23.
  • the air then enters the cylindrical section of the air guiding device 12 ', in order to then flow again via the fuel jet and the through openings 13 into the combustion chamber 14.
  • thermal protection is provided on the end face opposite the flow. 4 shows two variants of this thermal protection, one on the left and one on the right of the central axis.
  • thermo insulation layer 27 with a corresponding effect.
  • a conical heating coil is arranged in a funnel-shaped air guide tube which forms the bypass for heating the air
  • a cylindrical corresponding bypass tube on its inner walls Heating conductors are provided.
  • a tube with heating surfaces is preferably arranged coaxially in the tube or funnel.
  • FIG. 5 and 6 show a third exemplary embodiment in which the air drawn in from the combustion chamber 14 flows to the fuel jets transversely to the nozzle axis. Since the fuel jets are also sprayed transversely to the injector axis, even in this exemplary embodiment, which also involves a perforated nozzle, the air inlet and outlet largely take place in a plane transverse to the injector axis.
  • the combustion air is heated via heating conductors 32, which are arranged on the outer jacket surface of the hood 29 in such a way that they are captured by the inflowing air as far as possible.
  • the conical hood portion 33 is the one hand, is on the other hand a part of the spherical portion 29 near the Ein ⁇ holes 31.
  • the heating enables two heating stages, which can be switched on either alternatively or in parallel.
  • a stronger heating output could be used during a cold start, and a weaker, for example continuous, heating could be used to improve the combustion process.
  • combustion air is to be drawn from the combustion chamber or the combustion chamber through a bypass formed by an air guiding device and fed again through the injector effect of the fuel jet, this bypass flow being heated by heating devices.

Description

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Einrichtung zum Einspritzen von Kraft¬ stoff in eine sekundäre Strömung von Verbrennungsluft einer Brennkammer
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Ein¬ spritzen von Kraftstoff nach der Gattung des Hauptan¬ spruchs. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (FR PS 1.382.697 Fig. 5) ist zwischen Spritzöffnung der Kraftstoffeinspritzdüse und der Durchgangsöffnung in der Trennwand zwischen Düse und Brennkammer ein Heizraum angeordnet, in dem koaxial zum definierten Kraftstoffstrahl die. Heizvorrichtung angeordnet ist. An der Durchgangsstelle des Kraftstoffstrahles durch die Durchgangsöffnung entsteht aufgrund des Wasserstrahl¬ pumpeneffektes in dieser Heizkammer, solange einge¬ spritzt wird, ein Unterdruck. Der Druck in dieser Kammer kann dabei erheblich unter den Umgebungsluftdruck sin¬ ken. Sobald dann die Einspritzung unterbrochen wird, strömt aufgrund des Druckunterschieds Gas aus der Brennkammer in die Heizkammer. Bei der Einspritzung von Brennkraftmaschinen
OMPI ist die Taktzahl der intermittierenden Einspritzung ab¬ hängig von der Drehzahl, so daß bei hohen Drehzahlen der Druckausgleich der beiden Kammern noch nicht erreicht ist, bevor die neuerliche Einspritzung beginnt. Dieses sich Begegnen von KraftStoffström und Gasstrom hat zwar eine intensive Durchmischung von Kraftstoff und Gas (Luft) zur Folge, hat jedoch den Nachteil, daß sich dieses Kraftstoffluftgemisch in seinen Anteilen an Kraftstoff bzw. Luft drehzahlabhängig ändert. Ein nor¬ malerweise angestrebtes, von der Drehzahl weitgehend unabhängiges und zündgerechtes Kraftstoffluftgemisch ist somit nicht erzielbar. Es besteht sogar die Gefahr, daß völlig unkontrolliert in gewissen Drehzahlbereichen Frühzündungen oder Spätzündungen erfolgen, was bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen auf Kosten der Lei¬ stung und einer günstigen Emission geht.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung be- - steht darin, daß die Heizstrahlung der Heizvorrichtung unmittelbar den Kraftstoffstrahl trifft, so daß an des¬ sen Oberfläche eine Uberhitzung eintritt, die in Verbin¬ dung mit dem hier zumindest zeitweise vorhandenen Sauer¬ stoff zu einer teilweisen Vorverbrennung führt. Dieser Vor¬ verbrennung schließt sich später dann die Hauptverbrennung an, deren Effizienz von der Qualität der Aufbereitung des Kraftstoffluftgemisches abhängt. Diese Qualität kann jedoch nur dann über den ganzen Drehzahlbereich in ge¬ wünschtem Maße aufrecht erhalten werden, wenn auch die oben beschriebene Vorverbrennung über den ganzen Dreh¬ zahlbereich konstant ist.
fssxi Nicht zuletzt hat diese bekannte Einrichtung auch bei kontinuierlichen Einspritzanlagen, beispielsweise für Heiz¬ ungsbrennräume, . den Nachteil, daß der in der Heizkammer entstehende Unterdruck nicht kompensiert werden kann. Hierdurch wird zwangsläufig Luft entgegen der Spritz¬ strahlrichtung am Spritzstrahl vorbei in die Heizkam¬ mer gesogen, was sich nachteilig auf Strahlrichtung, Strahlform und Strahlgeschwindigkeit des Kraftstoff¬ strahles auswirkt. Der Kraftstoffstrahl flattert und wird meist einseitig eingedrückt. Er verliert an Ge¬ schwindigkeit und wird schlecht in der Brennkammer ver¬ teilt. Das führt zu vermehrter Rußemission und zu ver¬ minderter Energieausbeute.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnen¬ den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor¬ teil, daß über den Bypass nahezu kontinuierlich Verbren¬ nungsluft zirkuliert, die durch die dort angeordnete Heizvorrichtung aufgeheizt wird. Auch wenn die Kraft¬ stoffeinspritzung intermittierend arbeitet, so wirkt der Kraftstoffstrahl niemals gegen die Strömung der Verbren¬ nungsluft im Beipaß, sondern er bewirkt lediglich einen Antrieb derselben. Bei höheren Drehzahlen und einer ent¬ sprechend höheren Einspritzfrequenz nimmt vergleichsweise auch die Geschwindigkeit der Luftströmung durch den Bei¬ paß zu, so daß auch eine entsprechend höhere Heizleistung gegeben ist. Aufgrund der über der Drehzahl sich damit ergebenden weitgehend gleichmässigen Aufheizung des Volumens ist einerseits ein wesentlich gleichmäßigerer Verbrennungs- ablauf und andererseits eine Verbesserung der Emission erzielbar. Ein wesentlicher weiterer Vorteil besteht darin, daß in erster Linie die Verbrennungsluft, die den Bypass durchströmt, aufgeheizt wird und die Heizvorrich¬ tung nicht unmittelbar auf den Kraftstoff wirkt. Hier¬ durch werden nachteilige Verkokungen vermieden, sowie über der Drehzahl ungleichmäßige Teilverbrennungen. Be¬ sonders bei modernen Brennkraftmaschinen mit ihren be¬ züglich der Strömungsdynamik optimierten Brennkammern wirkt sich die erfindungsgemäße Einrichtung vorteilhaft aus. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen bietet sie keinen strömungstechnischen Nachteil, sondern läßt sich mit der ihr eingegebenen Strömungsfunktion durch den Konstruk euer in diejenige der Brennkammern einpla¬ nen, wodurch sich die Strömungskenngrößen der Brenn¬ kammer verbessern lassen. Je nach Lage des Eingangs des Bypasses wird unmittelbar Einfluß auf die Brennkammer¬ strömung genommen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Heizelement im Bypass an der Luftleitvorrich¬ tung befestigt. Hierdurch ist gewährleistet, daß die
Heizvorrichtung sich immer an der vom Konstrukteur vor¬ gesehenen Stelle günstigster Heizwirkung befindet, näm¬ lich wo aufgrund bekannter Strömungsverhältnisse die Heizflächen optimal bestrichen werden.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung des Heizelements im Luftstrom stromauf des Eintritts des KraftstoffStrahls. Aufgrund der sich bei der Strömung ergebenden Verwirbelung wird die stromauf des Kraftstoffeintritts strömende Luft wirkungsvoll aufgeheizt, bevor sie mit dem Kraftstoffstrahl in Berührung kommt. Bekanntlich werden bei dem Prinzip der Wasserstrahl¬ pumpe Luftbläschen vom Flüssigkeitsstrahl mitgerissen, so daß hier die aufgeheizte Verbrennungsluft teilweise in den kühlen Kraftstoffstrahl gelangt. Diese Durchmischung wird stromab der Durchgangsöffnung verstärkt, so daß vor Zündung ein weitgehend homogenes und fettes Kraftstoffluftgemisch zur Verfügung steht. Die üblicherweise bei Kaltstart er¬ forderlichen Starthilfen, wie Glühkerzen und Glühstifte, die erhebliche Strömungsverluste in der Brennkammer verur¬ sachen und die Rußemission nachteilig beeinflussen, sind bei Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung nicht mehr er¬ forderlich. Hinzu kommt, daß diese bekannten Heizeinrich¬ tungen eine erhebliche Stromaufnahme haben und deshalb weniger für Dauerbetrieb geeignet sind. Die erfindungs¬ gemäße Einrichtung hingegen kommt mit einer verhältnis- mässig geringen elektrischen Energie aus und kann somit im Dauerbetrieb eingesetzt werden.
Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung dient als Einspritzdüse eine Mehrlochdüse mit quer zur Ein- spritzdüsenachεe verlaufenden Spritzstrahlen, wobei die Luftleitvorrichtung an einer Düsenspann utter angeordnet ist, mit der ein die Spritzöffnungen aufweisender Düsenhalter körper an einen Düsenhalter spannbar ist. Die Düsenspann¬ mutter ist in ihrer Lage zur Kraftstoffeinspritzdüse und damit zur Brennkammer fixiert, so daß auch die Luftleit¬ vorrichtung entsprechend fixiert ist. Wärend bei Zapfen¬ düsen oder nach außen öffnende Düsen die Durchgangsöff¬ nung koaxial zur Einspritzdüsenachse verläuft, ist bei Lochdüsen eine exakte Zuordnung von Durchgangsöffnungen in der Luftleitvorrichtung und Spritzlöchern im Düsen¬ körper erforderlich, was bei der einteiligen Ausführung von Luftleitvorrichtung und Düsenspannmutter problemlos machbar ist. Der Bypasseingang kann entweder zentral, und zwar koaxial zur Kraftstoffeinspritzdüse, in der Luftleit¬ vorrichtung angeordnet sein oder quer zur Düsenachse. Im ersten Fall wird während des Verdichtens zusätzlich Luft aus der Brennkammer in diese Heizkammer gepreßt, wobei vorteilhafter Weise eine sehr einfache Anordnung der Heizvorrichtung beispielsweise in Form einer Heiz¬ drahtwendel möglich ist. Im anderen Fall, in dem die Ver¬ brennungsluft quer zur Düsenachse angesogen wird, dienen bevorzugt als Heizvorrichtung Heizleiter, die außerhalb der Luftleitvorrichtung an dieser auf den strömungs- bestrichenen Flächen angeordnet sind, so daß die ange¬ sogene Verbrennungsluft noch vor Eintritt in den Bypass aufgeheizt wird. Dabei kann der Heizleiter entweder auf Innen- oder Außenflächen des Trichterkörpers angebracht und verschiedentlich (z. B. Schicht, Flach-, Runddraht usw.) ausgeführt werden.
In den Fällen, in denen die Verbrennungsluft aus der Brennkammer unmittelbar auf die die Spritzöffnungen ent¬ haltende Düsenkörperspitze (Kuppe) stößt, kann diese vor¬ teilhafter Weise gegen unmittelbare Hitzeeinwirkung durch eine Wärmeschutzschicht oder ein Luftleitblech geschützt werden, um damit Verkokungen in den Spritzöffnungen mit der Folge ungleicher Abspritzungen zu vermeiden.
Weitere vorteilha te Konstruktionsmerkmale sind der nach¬ folgenden Beispielsbeschreibung sowie der Zeichnung ent¬ nehmbar. Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfin¬ dung sind in der Zeichnung dargestellt und in nachfol¬ gender Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzdüse im Längsschnitt, an der das erste Ausführungsbeispiel verwirk¬ licht ist, Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 des ersten Aus¬ führungsbeispiels in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine Variante des Wärmeschutzes des ersten Aus¬ führungsbeispiels, Fig. 4 das zweite Ausführungsbeispiel im Längsschnitt mit einem trichterförmigen Lufteinlaß, Fig. 5 das dritte Ausführungsbeispiel im Längsschnitt mit radialer Luftzuströmung und Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die Erfindung ist der Dieselmotor und auch die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen die Anwendung in einer derartigen selbstzündenden Brennkraftmaschine. Alle drei Ausführungsbeispiele sind unmittelbar an der Kraftstoff¬ einspritzdüse des Dieselmotors angeordnet, von denen auch beispielsweise eine in Fig. 1 dargestellt ist.
Ein Düsenkörper 1 ist über eine Düsenspannmutter 2 an einen Düsenhalter 3 gespannt, welcher durch nicht darge¬ stellte Kraftstoffleitungen mit einer Einspritzpumpe ver¬ bunden ist. Der von der Einspritzpumpe intermittierend zugeführte Kraftstoff gelangt über einen Druckkanal 4 in einen Druckraum 5 des Düsenkörpers 1 und verschiebt in Öffnungsrichtung eine Ventilnadel 7 entgegen der Kraftder Schliessfeder 6. Nach Abheben der Ventilnadel 7 von einem Sitz 8 wird der Druckraum 5 mit einem Sackloch 9 verbunden, von dem in einer Düsenkuppe lo angeordnete Spritzöffnungen 11 abzweigen.
In Fig. 2 ist dieser Abspritzteil der Kraftstoffeinspritz¬ düse des in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbei¬ spiels in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Düsen- spannmutter weist einen koaxial zur Einspritzdüsenachse verlaufenden rohrförmigen Abschnitt 12 auf, in dem Durch¬ gangsöffnungen 13 für den über die Spritzöffnungen 11 ge¬ bildeten Kraftstoffstrahl vorgesehen sind. Die Spritzöff¬ nungen 11 und die zugeordneten Durchgangsöffnungen 13 sind achsgleich. Da der rohrförmige Abschnitt 12 der Du— senspannmutter 2 eine Trennwand zwischen Kraftstoffein-, spritzdüse und dort speziell der Kuppe lo und dem außer¬ halb dieses Rohrabschnitts 12 gelegenen Brennraum 14 bil¬ det, muß der Kraftstoffstrahl ungehindert die Durchgangs¬ öffnung 13 passieren können. Im Brennraum 14 bildet sich dann in üblicher Weise das Kraftstoffluftgemisch, das bei ausreichender Verdichtung sich selbst entzündet. Aufgrund der sich im Bereich der Durchgangsöffnung 13 mit dem Kraft¬ stoffstrahl bildenden Injektorwirkung wird aus dem vom Rohrabschnitt 12 eingeschlossenen Raum 15 Luft über die Durchgangsöffnungen 13 "herausgepumpt" und in die Brenn¬ kammer 14 gefördert, wobei ein Teil dieser Luft sich mit dem Kraftstoffstrahl vermischt. Infolge dieses Absaugens strömt über die offene Seite des Rohrabschnitts 12 Luft aus dem Brennraum 14 in diesen Rohrräum 15. Der Rohrräum 15 wirkt dabei als Bypass für eine gezielte Luftström¬ ung, da auch im Brennraum 14 aufgrund der Kolbenarbeit des Motors und entsprechender Luftführungen in Brennkammer
_ O PI ξ NA-\ und Zylinder Strömungen entstehen. Je höher die Einspritzfrequenz ist, desto höher ist auch die Strömungsgeschwindigkeit im Bypass, sowie die durch die¬ sen geförderte Luftmenge.
Zur Aufwärmung der in den Bypass 15 eintretenden Luft ist in diesem Rohrraum 15 und zwar koaxial zum Rohrab¬ schnitt 12 eine Heizwendel 16 angeordnet, die über das in Fig. 1 dargestellte Kabel 17 mit elektrischer Energie versorgt wird und mit ihrem Ende 18 über die Düsenkuppe lo geerdet ist. Die aus dem Brennraum 14 in den Heizraum 15 strömende Luft kann entsprechend aufgeheizt werden, bevor sie mit dem Kraftstoffstrahl in Berührung kommt. Der durch die Strahlenergie bewirkte Pumpeffekt sorgt zudem für ein Vermischen dieser aufgewärmten Luft mit dem Kraftstoff¬ strahl und damit neben der Aufwärmung des Kraftstoffluft¬ gemisches für dessen intensive Vermischung und Aufbereitung. Diese Erwärmung und Aufbereitung des Kraftstoffluftge¬ misches bewirkt nicht nur eine bessere Zündwilligkeit, son¬ dern auch eine Abnahme der Rußanteile im Abgaß, da eine vollkommenere Verbrennung der Kohlenwasserstoffe möglich ist.
Die über die Heizkammer 15 einströmende Verbrennungsluft kann jedoch eine erhebliche Temperatur aufweisen oder er¬ halten, so daß gegebenenfalls die Düsenkuppe durch Uber- hitzung gefährdet sein könnte. Zudem besteht die Gefahr, daß aufgrund der hohen Temperaturen der Kraftstoff bereits in den Spritzöffnungen 11 verkokt und dadurch deren Durch¬ gang entweder verengt, oder überhaupt sperrt. Aus die¬ sem Grunde ist an der Kuppe.lo des Düsenkörpers 1 ein Hitzeschutz 19 quer zur Strömungsrichtung angeordnet, des¬ sen Stirnseite zur Strömungsseite hin mit einer wärmedäm-
-$TRE
OMPI
^ NAΎ menden Schicht 2o versehen ist. Der durch die Heiz en¬ del 16 aufgeheizte Luftstrom in dem Bypass 15 wird durch den Wärmeschutz 19 nach außen und damit zu den Durchgangs¬ öffnungen 13 hingeleitet, so daß eine überhitzung der eigent¬ lichen Kuppe lo und damit der Spritzöffnungen 11 oder gar des Sacklochs 9 vermieden wird.
In Fig. 3 ist als Variante des Wärmeschutzes dieses ersten Ausführungsbeispiels an der Kuppe lo' ein Wärmeschutzschild 21 befestigt, der die gleiche obenbeschriebene Funktion hat wie der Wärmeschutz 19, jedoch verhältnismässig leicht an serienmässige Lochdüsen, beispielsweise durch Schweißen, anbringbar ist.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weis der rohrförmige Abschnitt 12' zum Brennraum 14 hin eine trichterförmige Erweiterung 23 auf. Hierdurch wird ent¬ sprechend der Eingang des Bypasses erweitert, so daß aus einer breiteren Zone der Brennkammer 14 Luft angesogen wird. Diese Luft überstreicht einen Heizleiter 24, der auf der Innenseite des Trichters 23 angeordnet ist. Danach gelangt dann die Luft in den zylindrischen Abschnitt der Luftleitvorrichtung 12' , um dann über den Kraf stoffstrahl und die Durchgangsöffnungen 13 wieder in den Brennraum 14 zu strömen. Auf der Kuppe lo1 des Düsenkörpers 1* dieses Ausführungsbeispiels, die zylindrisch ausgebildet ist, ist auf der der Strömung entgegengesetzten Stirnseite ein Wärmeschutz vorgesehen. In dieser Fig. 4 sind 2 Varianten dieses Wärmeschutzes dargestellt, und zwar jeweils eine links bzw. rechts der Mittelachse. Bei der rechten Varian¬ te handelt es sich um ein auf die Düsenkuppe lo1 gesetz¬ tes, der Luftführung dienendes Röhrchen 25, welches noch ein Stück in den Trichter 23 hineinragt und gemeinsam mit diesem einen zum Teil konischen, als Bypass dienenden Ring¬ kanal 26 begrenzt. Im übrigen wird durch den Kraftstoff-
Sυκi
OMPI
VTPO
^ NAΎ strahl die aufgeheizte Luft zu den Durchgangsöffnungen 13 gesogen, bevor sie zu Spritzöffnungen gelangen kann.
Bei der anderen, links der Mittelachse dargestellten Variante handelt es sich wiederum, wie beim ersten Aus¬ führungsbeispiel, um eine Wärmedämmschicht 27 mit einer entsprechenden Wirkung.
Natürlich sind auch Ausführungsmöglichkeiten der Erfin¬ dung denkbar, bei denen in einem trichterförmigen und den Bypass bildenden Luftleitrohr zur Aufheizung der Luft eine kegelförmig ausgebildete Heizwendel ange¬ ordnet ist,und es ist genauso denkbar, daß in einem zylindrischen entsprechenden Bypassrohr an dessen In¬ nenwänden Heizleiter vorgesehen sind. Es ist auch denk¬ bar, daß im Rohr oder Trichter vorzugsweise koaxial ein Rohr mit Heizleitflachen angeordnet ist. Alle diese denkbaren Möglichkeiten werden zwar von der Erfindung erfaßt, sind aber insbesondere der Herstellungskosten wegen weniger bevorzugt zu betrachten, als die darge¬ stellten Beispiele.
In den Fig. 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die aus dem Brennraum 14 angesoge¬ ne Luft quer zur Düsenachse zu den Kraftstoffstrahlen strömt. Da die Kraftstoffstrahlen selbst bei diesem Aus¬ führungsbeispiel, bei dem es ebenfalls um eine Lochdüse .geht, auch quer zur Einspritzdüsenachse abgespritzt werden, erfolgt der Luftzu- und -austritt weitgehend in einer Ebene quer zur Einspritzdüsenachse.
Wie in Fig. 5 im Längsschnitt der Kraftstoffeinspritz¬ düse dargestellt, ist über der Kuppe lo1' des Düsen-
vwri £ ?NATI körpers 1' * eine Luftleitvorrichtung in Form einer kuppel¬ artigen Haube 29 angeordnet, die im wesentlichen der Form der Kuppe lo1' allerdings mit einem größeren Durchmesser folgt. Zwischen Kuppe lo'1 und dieser Haube 29 ent¬ steht als Bypass ein Halbkugelringraum 3o, von dem dann die entsprechenden und in der Haube angeordneten Durch¬ gangsöffnungen sowie Eingangsöffnungen abzweigen. Als Eingangsöffnungen dienen in einer Ebene und zentral¬ symmetrisch angeordnete längliche Öffnungen 31. Die Ebene entspricht der Schnittebene VI-VI aus Fig. 5, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. In dieser Ebene sind entsprechend einem Teil der Spritzöffnungen 11 auch die diesen Spritzöffnungen zugeordneten Durch¬ gangsöffnungen 13' angeordnet. Weitere Durchgangsöff¬ nungen 13 * • sind wiederum achsgleich zu weiteren Spritzöffnungen 11' angeordnet, wobei diese gemeinsa¬ me Achse mit der genannten Ebene einen bestimmten Win¬ kel einschließt. Die Verbrennungsluft-Aufheizung er¬ folgt über Heizleiter 32, die auf der äußeren Mantel¬ fläche der Haube 29 derart angeordnet sind, daß sie von der zuströmenden Luft möglichst erfaßt werden. Da hier die Luft quer zur Düsenachse eintritt, ist einerseits der konische Haubenabschnitt 33 belegt und andererseits ein Teil des kugeligen Bereichs 29 in der Nähe der Ein¬ gangsöffnungen 31. Ein zusätzlicher Hitzeschutz an der Düsenkuppe lo'1 ist nicht mehr erforderlich, da die Ver¬ brennungsluft, bevor sie tatsächlich mit der Kuppe in Berührung kommen kann, durch die Kraftstoffstrahlen wie¬ der aus dem Bypass herausgerissen wird. Der elektri¬ sche Anschluß des Heizleiters 32 erfolgt über einen An¬ schlußdraht 34, der in einer Bohrung 35 der Düsenspann- mutter verläuft und durch Glaseinschmelzung 36 gegen¬ über dieser isoliert ist.
^S Erfindungsgemäß ist auch denkbar, daß die Aufheizung zwei Heizstufen ermöglicht, die entweder alternativ oder parallel einschaltbar sind. So könnte eine stär¬ kere Heizleistung bei Kaltstart eingesetzt werden und eine schwächere, beispielsweise kontinuierliche, als Dauerheizung zur Verbesserung des Verbrennungsablaufs.
Genauso ist es denkbar, daß die Erfindung an Zapfen oder nach außen öffnenden Düsen verwirklicht ist, bei denen dann der Kraftstoffstrahl in Düsenachse abge¬ spritzt wird. Hier würde dann die Luft aus dem Brenn¬ raum quer zur DUsenachse in die Luftleitvorrichtung eintreten und dann dort durch den Kraftstoffstrahl be¬ schleunigt wieder in den Brennraum gelangen. In diesen Fällen könnte die Luft ähnlich wie bei dem in Fig. 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel quer zur Achse in den Bypass eintreten, um dann über eine zentrale Öffnung entsprechend der Eingangsöffnung des ersten und zweiten Beispieles wieder in den Brennraum durch den Kraftstoffstrahl beschleunigt einzutreten. Erfindungsgemäß soll über einen durch eine Luftleitvor¬ richtung gebildeten Bypass Verbrennungsluft aus der Brennkammer oder dem Brennraum durch die Injektorwir¬ kung des Kraftstoffstrahls abgesogen und wieder zuge¬ führt werden, wobei dieser Bypasstrom durch Heizvor¬ richtungen aufgeheizt wird.
^SNATiq

Claims

Einrichtung zum Einspritzen von Kraft¬ stoff in eine sekundäre Strömung von Verbrennungsluft einer BrennkammerAnsprüche
1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in eine sekundäre Strömung von Verbrennungsluft einer Brennkam¬ mer, insbesondere selbstzündender Brennkraftmaschinen mit einer Heizvorrichtung und mit einer Kraftstoffeinspritz¬ düse zur Erzeugung mindestens eines definierten Kraft¬ stoffstrahles durch eine zugeordnete Durchgangsöffnung in einer zwischen Einspritzdüse und Brennkammer angeord¬ neten Trennwand, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn¬ wand (12, 23, 29) als Leitvorrichtung für einen Bypass der Verbrennungsluft von der Brennkammer (14) her über die Durchgangsöffnung (13) wieder zur Brennkammer hin dient, daß aufgrund der an der Durchgangsöffnung (13) durch den Kraftstoffstrahl entstehenden Injektorwirkung die Verbrennungsluft in diesem Bypass beschleunigbar und daß diese Verbrennungsluft an der Heizvor¬ richtung (16, 24, 32) vorbeileitbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement der Heizvorrichtung elektrisch auf¬ heizbar und an der Trennwand (12, 23, 29) befestigt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Heizelement (16, 24, 32) stromauf des • Eintritts des KraftstoffStrahls angeordnet ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeheizten Luft aus¬ gesetzte und Spritzöffnungen (11) aufweisende Abschnit¬ te (lo, 19) eines Düsenkörpers (1) mit hitzeschützen¬ den Mitteln (2o, 25) vorgesehen sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als hitzeschützendes Mittel eine Wärmedämmschicht (2o, 27) dient.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als hitzeschützendes Mittel ein die Heißluft ab¬ leitendes Schutzblech (25) dient.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Mehrlochdüse und quer zur Einspritzdüsenachse verlaufenden Spritzstrahlen, bei der ein die Spritzöff¬ nungen aufweisender Düsenkörper über eine Düsen- spannmutter an einen Düsenhalter spannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12, 23, 29) an der Düsenspannmutter (2) angeordnet ist.
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8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12, 23) als achsgleich zur Einspritz¬ düse verlaufender und auf der der. Düse abgewandten Seite offener Rohrabschnitt (12, 23) ausgebildet ist, in dessen von ihm eingeschlossenen Raum die Heizvor¬ richtung (16, 24) angeordnet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizvorrichtung eine koaxiale zum Rohrabschnitt (12) verlaufende elektrisch beheizte Glühwendel (16) dient.
10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizvorrichtung mindestens ein auf der Rohrab¬ schnittinnenwand angeordneter Heizleiter (24) dient.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 - lo, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rohrabschnitt (12) zur Brennkammer (14) hin nach einem zylindrischen Abschnitt trichterförmig. (23) erweitert.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennwand eine die Düse abdecken¬ de kuppeiförmige Haube (29) dient, in der die Durchgangs¬ öffnungen (13) sowie Zuströmöffnungen (31) quer zur Düsenachse verlaufen.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf der Eingangsöffnungen (31) auf der Trenn¬ wand (29) Heizleiter (32, 33) angeordnet sind.
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