DE3833803A1 - Einrichtung zum einspritzen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei derartigen Einrichtungen wird die in die Randzo­ nen der Einspritzstrahlen eingesaugte Luft am Heizkörper vorgewärmt, wodurch die Gemischbildung, Zündung und Verbrennung verbessert wird, was sich besonders in der Start- und Warmlaufphase durch verringerte Geräusch- und Schadstoffemission günstig bemerkbar macht. Diese Vor­ teile sind umso größer, je höher die Vorwärmung der angesaugten Luft bzw. der mit dieser vermischten Randzonen der Einspritzstrahlen ist. Die bei den bekannten Einrichtungen der gattungsmäßigen Art (DE-Al 33 07 109) verwendeten Materialien für den Heiz- bzw. Glüh­ körper haben jedoch nur eine begrenzte Warmfestigkeit, die einer Temperaturerhöhung im gewünschten Ausmaß entgegensteht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Luftvorwärmung am bzw. im Heizkörper auf eine Temperatur von über 1200°C erziel­ bar ist, so daß in Bezug auf den oberen Totpunkt des Kolbens der Brennkraftmaschine immer später eingespritzt werden kann und Ge­ räuschverminderungen ohne Leistungs- und Verbrauchseinbuße erzielbar sind. Eine intensive Verbrennung nach dem oberen Totpunkt senkt die Ruß- und HC-Emission. Diese hohen Temperaturen lassen sich mit Glüh­ körpern aus Metall oder leitenden Keramiken im Dauerbetrieb nicht mehr realisieren. Je höher die gewählte Plasmatemperatur und die Einschaltdauer der Anordnung ist, umso heißer werden die Elektroden. In besonderen Fällen kann eine Kühlung der Elektroden durch die Kraftstoffstrahlen erfolgen, wenn der zentrale Durchgang im Heiz­ körper so bemessen ist, daß seine Wand von den Einspritzstrahlen be­ rührt wird. Bei Verwendung alternativer Kraftstoffe, insbesondere Alkohole, kann eine Anordnung mit Strahlberührung für die weitere Intensivierung der Zündung gezielt ausgeführt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteil­ hafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.

Eine besonders intensive und verlustarme Gemischbildung in den Rand­ zonen der Einspritzstrahlen ergibt sich, wenn der der Einspritzdüse näherliegenden Elektrode des Plasmabildners eine Leitblende zugeord­ net ist, die den außenliegenden Mündungsbereich der Belüftungsöff­ nung im Heizkörper radial übergreift und mit axialen Durchbrüchen versehen ist, über welche eine Teilmenge der angesaugten Luft in ei­ nen strahlformenden Raum zwischen der Einspritzdüse und der Leit­ blende bzw. der einen Elektrode des Plasmabildners gelangt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Heizkörper und den brennraumseitigen Abschnitt einer Einspritzdüse gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel und Fig. 2 die Schaltung einer elektrischen Versor­ gungseinrichtung für den Heizkörper nach Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die als Drosselzapfendüse ausgebildete Einspritzdüse hat einen Dü­ senkörper 10, der durch eine Spannmutter 12 an einem nicht darge­ stellten Düsenhalter befestigt ist. Im Düsenkörper 10 ist eine Ven­ tilnadel verschiebbar gelagert, die mit einem Drosselzapfen 14 ver­ sehen ist und einen Durchgang für kegelige Einspritzstrahlen 16 im Boden 18 des Düsenkörpers 10 steuert. Die Einspritzdüse sitzt in ei­ ner Einbaubohrung 20 im Zylinderkopf 22 der Brennkraftmaschine, wel­ che an einer Ringschulter 24 in einen im Durchmesser kleineren Kanal 26 übergeht, der in den Brennraum bzw. in eine Vorkammer der Ma­ schine führt.

Am brennraumseitigen Stirnende der Spannmutter 12 ist das Gehäuse 28 eines ingesamt mit der Bezugszahl 30 bezeichneten Heizkörpers befe­ stigt, der einen zentralen Durchgang 32 für die Einspritzstrahlen 16 hat und sich mit radialem Spiel in den Kanal 26 hinein erstreckt.

Der Heizkörper 30 hat zwei mit axialem Abstand hintereinander ange­ ordnete, aus hochtemperaturfestem, elektrisch leitenden Material be­ stehende Ringkörper 34, 36, die den zentralen Durchgang 32 unmittel­ bar umschließen und zwischen sich einen in den Durchgang 32 führen­ den Ringspalt 38 begrenzen. Der Ringkörper 34 hat einen nach oben abgekröpften Ringflansch 40, der innen am Gehäuse 28 befestigt ist. Der Ringkörper 36 ist durch eine elektrisch isolierende keramische Masse 42 in einem hülsenförmigen Ansatz 44 des Gehäuses 28 festge­ legt, der mit einem zentralen Durchlaß 46 für die Einspritzstrahlen 16 versehen ist.

Zwischen dem Ansatz 44 des Gehäuses 28 und der Wand des Kanals 26 ist ein Ringraum 48 gebildet, der über Bohrungen 50 im Gehäuse 10 bzw. im Ansatz 44 mit einem den äußeren Mündungsbereich des Ring­ spalts 38 umgebenden Ringraum 52 im Inneren des Ansatzes 44 verbun­ den ist. Der Ringraum 52 ist über Bohrungen 54 im Ringflansch 40 mit einem freien Raum 56 zwischen dem Boden 18 der Einspritzdüse und dem Ringkörper 34 verbunden. Die Bohrungen 54 sind vorteilhaft unmittel­ bar über den Bohrungen 50 im Gehäuse 28 angeordnet. Der zentrale Durchgang 32 hat eingangsseitig einen kurzen zylindrischen Abschnitt 58, an den sich ein der Kegelform der Einspritzstrahlen 16 ange­ paßter konischer Abschnitt 60 a, b anschließt.

Die beiden aus hochtemperaturfestem Stoff bestehenden Ringkörper 34, 36 sind als Elektroden eines Plasmabildners ausgebildet, welches die Luft im Ringspalt 38 auf sehr hohe Temperaturen, beispielsweise auf 1200°C erwärmt. Der Ringkörper 34 bildet die Kathode des Plasma­ bildners und ist über das Gehäuse 28, die Spannmutter 12 und den Zylinderkopf 22 mit Masse verbunden. Der Ringkörper 36 ist die Anode des Plasmabildners und über eine durch die Spannmutter isoliert durchgeführte elektrische Zuleitung 62 mit einem Plasmazündgerät 64 (Fig. 2) verbunden. Dieses enthält eine Anordnung 66 zur Lichtbo­ genstrom-Erzeugung und eine Anordnung 68 zur Hochfrequenz-Erzeugung, deren Ausgänge 70 bzw. 72 mit einer Verteileranordnung 74 verbunden sind. Das Plasmazündgerät 64 ist ferner mit Steuereingängen 76, 78 für die einzelnen Anordnungen 66, 68, 74 modulierende Zündaus­ löse- und Kurbelwellenstellungssignale versehen. Die Verteileranord­ nung 74 verbindet signalgesteuert die Ausgänge 70 und 72 der Anord­ nungen 66 und 68 mit Einzelausgängen 70 a bis 70 d und 72 a bis 72 d, welche paarweise zur Hochfrequenz-Übertragern 80 führen, von denen die Lichtbogenströme gepulst auf die Zuleitungen 62 übertragen wer­ den.

Im Betrieb der Einspritzdüse saugen die durch den Heizkörper 30 hin­ durchtretenden Einspritzstrahlen 16 durch Injektorwirkung Luft aus dem Brennraum bzw. der Vorkammer über den Kanal 48 und die Bohrungen 50 in den Ringraum 52 ein, von wo eine Teilluftmenge über die Boh­ rungen 54 in den Raum 56 und eine Teilluftmenge über den Ringspalt 38 in die Randzonen der Einspritzstrahlen 16 gelangt und dort einen Mantel aus zündwilligem Luft-Brennstoffgemisch bildet. Hierbei wirkt der die Kathode des Plasmabildners bildende Ringkörper 34 mit dem einstückig angeformten Ringflansch 40 als Leitblende, die einen un­ mittelbar an den Boden 18 der Einspritzdüse angrenzenden strahlfor­ menden Bereich von einem strahlerhitzenden Bereich trennt. Bereits durch diese Maßnahme wird eine Reduzierung der Schademissionen von HC und NO erreicht. Die durch die Bohrungen 54 in den Raum 56 einge­ saugte Luft streicht kühlend am Boden 18 der Einspritzdüse entlang, was sich ebenfalls günstig auf deren Betriebsverhalten auswirkt.

Die durch den Ringspalt 38 in die Randzonen der Einspritzstrahlen 16 eingesaugte Luft wird zwischen den Elektroden 34, 36 des Plasmabild­ ners so stark ionisiert, daß zwischen den Elektroden Lichtbogen ge­ zündet werden, welche die Luft auf Werte erhöht, z. B. auf 1200°C, die durch die bisher bekannten Glühanordnungen nicht erreichbar sind. Infolge Fehlens von thermischer Trägheit sind Schnell- bzw. Sofortstarts auch bei tiefen Umgebungstemperaturen möglich.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Einspritzdüse und einem deren Spritz­ öffnung nachgeordneten, in den Brennraum führenden Kanal, in welchem ein mit einem zentralen Durchgang für die Einspritzstrahlen verse­ hener Heizkörper angeordnet ist, der mit der Kanalwand einen mit dem Brennraum ständig in Verbindung stehenden Ringraum begrenzt und min­ destens eine vom Ringraum in den zentralen Durchgang führende ra­ diale Belüftungsöffnung enthält, über welche die Einspritzstrahlen durch Injektorwirkung Luft aus dem Brennraum an- und in ihre Rand­ zonen einsaugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (30) mindestens im wesentlichen durch die beiden Elektroden (34, 36) ei­ nes Plasmabildners gebildet ist, die mit axialem Abstand hinter­ einander angeordnet sind und zwischen sich die radiale Belüftungs­ öffnung (38) des Heizkörpers (30) begrenzen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Einspritzdüse näher liegenden Elektrode (34) des Plasmabildners eine Leitblende (40) zugeordnet ist, die den außen liegenden Mündungsbe­ reich der Belüftungsöffnung (38) im Heizkörper (30) radial über­ greift und mit axialen Durchbrüchen (54) versehen ist, über welche eine Teilmenge der angesaugten Luft in einen strahlformenden Raum (56) zwischen der Einspritzdüse und der Leitblende (40) bzw. der ei­ nen Elektrode (34) des Plasmabildners gelangt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblende (40) einstückig an die eine Elektrode (34) des Plasma­ bildners angeformt ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Elektroden (34, 36) des Plasmabildners mit radialem Abstand von einer sie tragenden Hülse (44) umgeben sind, die mit einem zentralen Durchlaß (46) für die Einspritzstrah­ len versehen ist und mit der Kanalwand (26) einen äußeren Ringraum (48) begrenzt, der über radiale Durchbrüche (50) in der Hülse (44) mit einem die radiale Belüftungsöffnung (38) des Heizkörpers (30) umgebenden inneren Ringraum (52) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitige Elektrode (36) des Plasmabildners die mit einer Zu­ führungsleitung (62) verbundene Anode bildet und durch eine ke­ ramische Masse (42) isoliert in der Hülse (44) festgelegt ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Drosselzapfendüse mit kegelförmigen Einspritzstrahlen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zentrale Durchgang (32) im Heizkörper (30) eingangsseitig einen kurzen zylindrischen Abschnitt (58) und daran anschließend einen sich entsprechend der Kegelform der Einspritz­ strahlen (16) sich konisch erweiternden Abschnitt (60 a, b) aufweist.