EP0690224B1

EP0690224B1 - Brennkraftmaschine mit Einspritzvorrichtung

Info

Publication number: EP0690224B1
Application number: EP94115021A
Authority: EP
Inventors: William A. Peterson, Jr.; John F. Nally, Jr.
Original assignee: Siemens Automotive Corp; Siemens Automotive LP
Current assignee: Siemens Automotive Corp; Siemens Automotive LP
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-09-23
Publication date: 2000-08-02
Anticipated expiration: 2014-09-23
Also published as: JPH08177686A; US5419297A; DE59409470D1; KR960001468A; KR100374891B1; CN1118412A; EP0690224A1

Description

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, welche einen Kraftstoff wie z.B. Benzin verwendet, im Gegensatz zu anderen Formen von Brennkraftmaschinen wie z.B. Dieselmotoren. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung die Anordnung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Relation zu einem zu einem Zylinder führenden Einlaßkanal, mit dem Ziel, das Benetzen von Wandflächen dort, wo der Einlaßkanal sich dem Einlaß des Zylinders nähert, so gering wie möglich zu halten bzw. möglicherweise ganz zu vermeiden.

Es wurde festgestellt, daß eingespritzter Kraftstoff, der zu einem Zylindereinlaß führende Wandflächen benetzt, einen schädlichen Beitrag zu unerwünschten Schadstoffemissionen leisten kann. Wegen der immer strenger werdenden Schadstoffbestimmungen ist es wichtig, daß eine derartige Wandbenetzung so gering wie möglich gehalten und im Idealfall ganz vermieden wird. Eine übliche Konstruktion einer Aufnahme für eine elektrisch betätigte Benzin-Einspritzvorrichtung, die das Benzin in einen zu einem Zylindereinlaß führenden Einlaßkanal einspritzt, weist eine Gegenkammer auf, die unmittelbar an die Schnittstelle der Aufnahme mit dem Einlaßkanal angrenzt. Bei einer typischen Einspritzvorrichtung ist eine O-Ring-Dichtung in der Nähe der Einspritzdüse vorgesehen. Gewisse Beschränkungen oder Überlegungen wie z.B. 1) die Forderung nach einer ausreichend festen Wandstruktur an der Stelle, an der die Aufnahme den Einlaßkanal schneidet, 2) Platzbeschränkungen, die durch die Motorhaube eines Kraftfahrzeuges vorgegeben sind, 3) die Größe und Form eines Einlaßkanales und/oder 4) die spezielle verwendete Einspritzvorrichtung bestimmen typischerweise die Anordnung einer Einspritzvorrichtungs-Aufnahme in Relation zu ihrem zugehörigen Einlaßkanal. Bei den hieraus resultierenden Konstruktionen wurden daher die Spitze bzw. Düse der Einspritzvorrichtung in der Gegenkammer angeordnet, und die Einspritzvorrichtung wurde so ausgebildet, daß sie den eingespritzten Kraftstoff in Richtung auf einen Zielbereich, typischerweise ein Einlaßventil, abgibt. Solch eine Kraftstoffabgabe kann in unterschiedlicher Form erfolgen, beispielsweise als gekrümmter Strom, d.h. ein Strom, der nicht parallel zu der Achse der Einspritzvorrichtung verläuft, oder als gerader Strom, d.h. ein Strom, der koaxial zu der gemeinsamen Achse der Einspritzvorrichtung und ihrer Aufnahme verläuft. Verschiedene Ausführungsbeispiele sind in den US Patenten 5,085,369, 5,156,130 und 5,201,806 gezeigt. Anordnungen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sind in der DE-A-4 032 425 oder der US-A-4 192 466 offenbart.

Es wurde nun gefunden, daß das Anordnen des Einspritzpunktes innerhalb der Gegenkammer zu einer kleinen, nichtsdestoweniger (im Hinblick auf die Schadstoffemissionen) merklichen Menge an rückgeführtem Kraftstoff führen kann, der die Wände benetzt und somit Schadstoffemissionen verursachen kann. Es läßt sich allgemein sagen, daß die vorliegende Erfindung eine neuartige Gestaltung und Anordnung einer Benzineinspritzvorrichtung betrifft, die Beschränkungen und Überlegungen wie den oben erwähnten gerecht wird und dennoch das oben erwähnte Rückführungsproblem verringert bzw. eliminiert.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüche definiert.

Anhand der einzigen Figur, die einen Längsschnitt durch einen Einlaßkanal mit einer Aufnahme für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung darstellt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Eine fremdgezündete Brennkraftmaschine 10 weist einen ventilgesteuerten Einlaß 12 auf, mit dem das stromabwärtige Ende eines Einlaßkanales 14 abgedichtet in Verbindung steht. Der Einlaßkanal 14 fördert angesaugte Luft zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine, wenn der Einlaß 12 offen ist. Die Brennkraftmaschine 10 umfaßt eine elektrische Einspritzvorrichtung 16, die den Kraftstoff in Form von Benzin in den Einlaßkanal 14 einspritzt, damit er von der Einlaßluft mitgerissen wird, um eine brennbare Ladung für den Zylinder zu erzeugen. Nachdem eine Ladung an den Zylinder abgegeben und der Einlaß 12 verschlossen wurde, wird die Ladung von einer Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet, um Energie zum Betreiben der Brennkraftmaschine in üblicher Weise freizusetzen.

Die Einspritzvorrichtung 16 entspricht denen, die in einer Anzahl von Patenten der Anmelderin wie z.B. dem US 5,201, 806 offenbart sind, mit dem Unterschied, daß die Länge des Ventilkörpers axial über die Stelle einer den Ventilkörper umgebenden O-Ring-Dichtung hinaus erstreckt ist, so daß sich der Einspritzpunkt innerhalb des Einlaßkanales 14 befindet.

Die Einspritzvorrichtung 16 ist koaxial in einer Aufnahme 20 angeordnet, welche den Einlaßkanal 14 unter einem spitzen Winkel zu einem Abschnitt der Kanallänge schneidet, an dem die Aufnahme den Einlaßkanal schneidet. Die Aufnahme 20 weist eine Gegenkammer 22 auf, die unmittelbar an der Schnittstelle der Aufnahme und des Einlaßkanales 14 angrenzt. Die O-Ring-Dichtung 18 dichtet einen Umfang des Ventilkörpers der Einspritzvorrichtung gegenüber der Aufnahme 20 an einer Stelle ab, die zumindest einen Teil der Gegenkammer 20 gegenüber dem Einlaßkanal 14 unabgedichtet läßt.

Die Einspritzvorrichtung 16 besitzt als Teil ihres Ventilkörpers eine Spitze bzw. Düse 24, aus der Kraftstoff in den Einlaßkanal 14 eingespritzt wird, um von der durch den Einlaßkanal strömenden Luft in einer Richtung mitgerissen zu werden, die zu dem Einlaß 12 zeigt und die bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht parallel zu der Längsachse der Aufnahme 20 und der Einspritzvorrichtung 16 ist. Die Düse der Einspritzvorrichtung besitzt eine oder mehrere Düsenöffnungen 26, an denen der eingespritzte Kraftstoff die Einspritzvorrichtung verläßt, und die Düsenöffnung bzw. Düsenöffnungen 26 ist bzw. sind jenseits der Gegenkammer 22 so angeordnet, daß sie innerhalb des Einlaßkanales 14 liegt bzw. liegen. Der Kraftstoff wird daher von einer Stelle aus eingespritzt, die nicht innerhalb der Gegenkammer 22 liegt.

Die Düsenöffnung bzw. Düsenöffnungen 26 ist bzw. sind in einer Scheibe 28 vorgesehen, die querverlaufend innerhalb des Ventilkörpers so angeordnet ist, daß sie dem Ventilkörper einen Rand 30 beläßt, der unmittelbar jenseits der Scheibe 28 so angeordnet ist, daß der gesamte Rand sich jenseits der Gegenkammer 22 befindet und somit innerhalb des Einlaßkanales 14 liegt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Düsenöffnung im wesentlichen auf der Achse der Einspritzvorrichtung 16.

Durch die beschriebene Anordnung der Düsenöffnung bzw. Düsenöffnungen läßt sich eine Verbesserung sowohl in einem sich bewegenden und einem sich nicht bewegenden Luftstrom erzielen. Wenn Luft angesaugt wird, hilft die Spitze (bzw. Düse) dabei mit, die Flüssigkeitsteilchen von der Spitze (Düse) abzuscheren. Außerdem wird der nachteilige Effekt einer Rückführzone, die häufig in der Gegenkammer anzutreffen ist, wenn sich die Düse in der Gegenkammer befindet, und die zu einem Benetzen der Wände beiträgt, dadurch vermieden, daß die Düse in der beschriebenen Weise nach vorne gezogen ist.

Wenngleich bei dem offenbarten Ausführungsbeispiel die Düse eine größere Länge hat und der O-Ring die gleiche relative Lage in der Aufnahme einnimmt, kann der Einspritzpunkt auch auf andere Weise innerhalb des Einlaßkanales angeordnet werden, beispielsweise dadurch, daß der Abstand zwischen der Düse und dem O-Ring gleich wie bei einer nicht verlängerten Düse belassen und dann die Aufnahme so ausgebildet wird, daß die Einspritzvorrichtung mehr nach innen verschoben wird.

Es versteht sich, daß die Zeichnung lediglich hinsichtlich bestimmter Details der Erfindung aussagekräftig ist, und es versteht sich, daß eine Kraftstoffverteilerleiste an dem oberen Einlaß der Einspritzvorrichtung vorgesehen und ein elektrischer Verbinder an dem elektrischen Stecker angeschlossen würde. Auch versteht es sich, daß die Prinzipien der Erfindung bei anderen Ausführungsbeispielen als dem in der Zeichnung dargestellten eingesetzt werden können. Andere Ausführungsbeispiele könnten aufgrund unterschiedlicher Geometrien des Einlaßkanales erforderlich werden. Beispielsweise könnte der eingespritzte Kraftstoffstrom bzw. -strahl koaxial bzw. parallel zu der gemeinsamen Achse der Einspritzvorrichtung und ihrer Aufnahme verlaufen.

Claims

Anordnung einer elektrisch betätigbaren Einspritzvorrichtung (16) in einem Einlaßkanal (14) einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzvorrichtung (16) eine O-Ring-Dichtung (18) aufweist, die die Einspritzvorrichtung (16) gegen eine Aufnahme (20) abdichtet, die eine Gegenkammer (22) aufweist, die unmittelbar an die Schnittstelle der Aufnahme (20) mit dem Einlaßkanal (14) angrenzt,

wobei sich der Ventilkörper der Einspritzvorrichtung (16) ausgehend von der Stelle, an der die O-Ring-Dichtung den Ventilkörper umgibt, bis in den Einlaßkanal (14) erstreckt,

daß am Ende des Ventilkörpers eine Düse (24) im Einlaßkanal (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24) eine Scheibe (28) aufweist, in die eine Düsenöffnung (26) eingebracht ist,

daß die Scheibe (28) querverlaufend in der Düse (24) angeordnet ist, daß der Ventilkörper einen Rand (30) unmittelbar jenseits der Scheibe (28) aufweist, und daß der gesamte Rand (30) innerhalb des Einlaßkanals (14) angeordnet ist,

daß die Düse (24) Kraftstoff direkt in die strömende Luft des Einlaßkanals (14) spritzt, wobei die die Scheibe (28) und den Rand (30) umströmende Luft bewirkt, daß der Kraftstoff von der Gegenkammer (20) und von den Wänden, die die Gegenkammer (20) und den Einlaßkanal (14) umgeben, wegströmt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff von der Düse (24) direkt in den Einlaßkanal (14) in Richtung auf einen Einlaß (12) der Brennkraftmaschine gespritzt wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (26) die Hauptachse der Einspritzvorrichtung (16) unter einem solchen Winkel schneidet, daß der Kraftstoff, der die Düsenöffnung (26) verläßt, in Richtung auf einen Einlaß (12) gerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Einspritzvorrichtung (16) coaxial zu der Aufnahme (20) ausgerichtet ist, daß die Düsenöffnung (26) derart ausgerichtet ist, daß von der Düsenöffnung (26) Kraftstoff in eine Richtung gespritzt wird, die nicht parallel zu der Achse der Einspritzvorrichtung (16), sondern so ausgerichtet ist, daß der Kraftstoff die Wände des Einlaßkanals (14) nicht benetzt.