DE4104020A1 - 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 EP 03 57 498 A1 ist schon eine Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches bekannt, bei der das Brennstoffein­ spritzventil mit seinem Ventilende in ein Gasumfassungsteil ragt und bei der stromabwärts des Ventilendes eine Lochblende angeordnet ist, so daß zwischen dem Ventilende und der Lochblende ein der Zufuhr des Gases dienender Spalt gebildet ist. Das bei der Vorrichtung verwen­ dete Drosselzapfenventil gibt einen ringförmigen Brennstoffstrahl ab, der sich durch zugeführtes Gas beim Durchströmen der Lochblende nur unzureichend zerstäuben läßt. Die relativ großen Brennstoff­ tröpfchen erlauben nicht die Bildung eines weitestgehend homogenen Brennstoff-Gas-Gemisches, wie es für die Verbrennung in einer Brenn­ kraftmaschine anzustreben ist. Durch die nur eine Durchlaßöffnung der Lochblende, durch die zumindest teilweise der Drosselzapfen des Ventilschließkörpers ragt, eignet sich die Vorrichtung nicht für Brennkraftmaschinen mit zum Beispiel mehreren Einlaßventilen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer besonders fei­ nen Zerstäubung des Brennstoffs, so daß sich stromabwärts der Loch­ blende ein sehr homogenes Brennstoff-Gas-Gemisch bildet. Ein homoge­ nes Brennstoff-Gas-Gemisch gewährleistet niedrige Schadstoffemissio­ nen, ein gutes Beschleunigungsverhalten sowie einen geringen Brenn­ stoffverbrauch der Brennkraftmaschine.

Durch die zumindest zwei Abspritzöffnungen des Brennstoffeinspritz­ ventils und die zumindest zwei Durchgangsöffnungen der Lochblende eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut für die Verwendung bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlaßventilen. Zu­ dem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einfachen Aufbau auf und ist dadurch auf einfache und kostengünstige Art und Weise herstellbar.

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

Von Vorteil ist es, wenn eine Mittelachse zumindest einer der Ab­ spritzöffnungen des Brennstoffeinspritzventils und/oder eine Mittel­ achse zumindest einer der Durchgangsöffnungen der Lochblende in Strömungsrichtung gegenüber der Ventillängsachse des Brennstoffein­ spritzventils radial nach außen geneigt sind. So lassen sich diver­ gierende Brennstoffstrahlen und/oder divergierende Brenn­ stoff-Gas-Gemisch-Strahlen erzeugen, die sich zum Beispiel für Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlaßventilen je Zylinder beson­ ders gut eignen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die axiale Erstreckung der Loch­ blende kleiner ist als die axiale Erstreckung einer an dem Ventil­ ende des Brennstoffeinspritzventils angeordneten und die zumindest zwei Abspritzöffnungen aufweisenden Spritzlochscheibe. Die geringe axiale Erstreckung der Lochblende führt zu einem sofortigen Abreißen der Stromung des Brennstoff-Gas-Gemisches nach dem Durchströmen der Durchlaßöffnungen der Lochblende und damit zu einer guten Verwirbe­ lung und Aufbereitung des Brennstoff-Gas-Gemisches.

Da der reale Strahlverlauf des aus einer Abspritzöffnung abgegebenen Brennstoffs gegenüber der Ventillängsachse des Brennstoffeinspritz­ ventils weniger geneigt ist als die Mittelachse der Abspritzöffnung, ist es zur Berücksichtigung des realen Strahlwinkels im Hinblick auf eine möglichst verlustarme Strömung des Brennstoffs vorteilhaft, wenn die Mittelachse zumindest einer Abspritzöffnung des Brennstoff­ einspritzventils gegenüber der Ventillängsachse des Brennstoffein­ spritzventils stärker geneigt ist als die Mittelachse der jeweiligen Durchgangsöffnung der Lochblende gegenüber der Ventillängsachse.

Für eine möglichst exakte und zudem kostengünstige Ausbildung der Spritzlochscheibe und der Lochblende und besonders scharfe Kanten der Abspritzöffnungen der Spritzlochscheibe und der Durchgangsöff­ nungen der Lochblende ist es von Vorteil, wenn die Spritzlochscheibe und die Lochblende aus monokristallinem Silizium ausgebildet sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein­ facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel mit einem teilweise dargestellten Brennstoffeinspritzventil und Fig. 2 einen stark ver­ größerten Ausschnitt der Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in den Fig. 1 und 2 beispielsweise dargestellte Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches in ein Ansaugrohr oder unmittelbar in den Brennraum einer gemischverdichtenden fremd­ gezündeten Brennkraftmaschine besitzt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem Ventilende 3. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ragt mit seinem Ventilende 3 in eine konzentrisch zu einer Ventillängsachse 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 verlaufende abgestufte Längsöffnung 7 eines Gasumfassungsteils 9, das zum Beispiel aus Aluminium oder Kunststoff ausgebildet ist. Die Vorrichtung ist mit ihrem Gasumfas­ sungsteil 9 in einer Einspritzventilaufnahmeöffnung 11, beispiels­ weise eines Ansaugrohres 13 angeordnet.

An dem Umfang des Gasumfassungsteils 9 sind eine obere Ringnut 15 und eine untere Ringnut 17 ausgebildet. In der oberen Ringnut 15 ist ein oberer Dichtring 19 und in der unteren Ringnut 17 ein unterer Dichtring 21 angeordnet. Der obere und der untere Dichtring 19, 21 liegen dichtend an der Wandung der Einspritzventilaufnahmeöffnung 11 des Ansaugrohres 13 an.

Beispielsweise in dem Ansaugrohr 13 ist ein Gaszufuhrkanal 23 ausge­ bildet, der der Zufuhr eines Gases zu mehreren Gasumfassungsteilen 9 dienen kann. Der Gaszufuhrkanal 23 ist so ausgebildet, daß er in axialer Richtung zwischen der oberen Ringnut 15 mit ihrem oberen Dichtring 19 und der unteren Ringnut 17 mit ihrem unteren Dichtring 21 vorzugsweise tangential in die Einspritzventilaufnahmeöffnung 11 des Ansaugrohres 13 mündet.

Das Gasumfassungsteil 9 weist in axialer Richtung zwischen dem obe­ ren Dichtring 19 und dem unteren Dichtring 21 beispielsweise zwei senkrecht zu der Ventillängsachse 5 verlaufende Queröffnungen 25 auf, die sich durch die Wandung des Gasumfassungsteils 9 erstrecken und der Zufuhr des Gases in die Längsöffnung 7 des Gasumfassungsteil 9 dienen.

Das Ventilende 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 weist einen Düsen­ körper 26 mit einer durchgehenden Längsöffnung 27 auf. In der Längsöffnung 27 ist ein fester, sich in Brennstoffströmungsrichtung beispielsweise kegelstumpfförmig verjüngender Ventilsitz 29 ausge­ bildet, der mit einem Ventilschließteil 31 zusammenwirkt. Das Ven­ tilschließteil 31 ist an seinem dem festen Ventilsitz 29 abgewandten Ende mit einem Anker 33 verbunden. Der Anker 33 wirkt mit einer ihn in axialer Richtung teilweise umgebenden Magnetspule 35 und einem ihm in dem festen Ventilsitz 29 abgewandter Richtung gegenüberlie­ genden Kern 37 zusammen. Ein mit dem festen Ventilsitz 29 zusammen­ wirkender Dichtabschnitt 39 des Ventilschließteils 31 ist beispiels­ weise sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngend ausge­ bildet. An dem mit dem Anker 33 verbundenen Ende des Ventilschließ­ teils 31 liegt eine Rückstellfeder 41 mit ihrem einen Ende an. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die Rückstellfeder 41 an einer z. B. nichtmagnetischen, beispielsweise aus Messing ausgebildeten Ein­ stellhülse 43 ab. Die Rückstellfeder 41 ist bestrebt, das Ventil­ schließteil 31 in Richtung des festen Ventilsitzes 29 zu bewegen.

An einer dem Kern 37 abgewandten Stirnseite 45 des Düsenkörpers 26 liegt eine Spritzlochscheibe 47 an. Die Spritzlochscheibe 47 weist beispielsweise zwei Abspritzöffnungen 49 auf, durch die der bei ab­ gehobenem Ventilschließteil 31 an dem festen Ventilsitz 29 vorbei­ strömende Brennstoff abgegeben wird. Zudem bildet die Spritzloch­ scheibe 47 die untere Stirnseite 53 des Ventilendes 3 des Brenn­ stoffeinspritzventils 1.

In der Längsöffnung 7 des Gasumfassungsteils 9 ist stromabwärts des Ventilendes 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 ein radial nach innen zur Ventillängsachse 5 hin weisender Halteabsatz 55 ausgebildet. In seiner dem Ventilende 3 zugewandten oberen Stirnseite 57 ist eine Ausnehmung 59 vorgesehen in der eine Lochblende 61 gehalten ist. Die Lochblende 61 ist mit axialem Abstand zu der Spritzlochscheibe 47 des Ventilendes 3 angeordnet, so daß zwischen der Spritzloch­ scheibe 47 und der Lochblende 61 ein Spalt 63 gebildet ist. Die Lochblende 61 ist z. B. mittels Löten, Schweißen oder Kleben an dem Halteabsatz 55 des Gasumfassungsteils 9 befestigt. Der Spalt 63 dient zur Zufuhr des durch die Queröffnungen 25 in die Längsöffnung 7 des Gasumfassungsteils 9 strömenden Gases zu dem aus den Abspritz­ öffnungen 49 der Spritzlochscheibe 47 abgegebenen Brennstoff. Die axiale Höhe 65 des Spaltes 63 wird entsprechend des geforderten Durchsatzes des Gases und des Brennstoffs gewählt und beeinflußt die Menge des zugemessenen Gases sowie dessen Druck.

Die Lochblende 61 weist eine der Zahl der Abspritzöffnungen 49 der Spritzlochscheibe 47 entsprechende Anzahl von Durchgangsöffnungen 67 auf. Die Durchgangsöffnungen 67 der Lochblende 61 und die Abspritz­ öffnungen 49 der Spritzlochscheibe 47 können einen beliebigen, bei­ spielsweise einen kreisförmigen, rechteckigen oder anderen Quer­ schnitt aufweisen. Die Abspritzöffnungen 49 der Spritzlochscheibe 47 des Brennstoffeinspritzventils 1 und die Durchgangsöffnungen 67 der Lochblende 61 sind derart ausgebildet und die Spritzlochscheibe 47 und die Lochblende 61 so zueinander angeordnet, daß jeweils eine Ab­ spritzöffnung 49 und eine Durchgangsöffnung 67 einander zugeordnet sind und sich in etwa in Strömungsrichtung gegenüberliegen. Eine Mittelachse 51 jeder Abspritzöffnung 49 der Spritzlochscheibe 47 verläuft durch die jeweilige Durchgangsöffnung 67 der Lochblende 61 und eine Mittelachse 69 jeder Durchgangsöffnung 67 durch die jewei­ lige Abspritzöffnung 49. Der Brennstoff tritt aus den Abspritzöff­ nungen 49 der Spritzlochscheibe 47 aus, in dem Spalt 63 zwischen der Spritzlochscheibe 47 und der Lochblende 61 wird Gas zugeführt, das Brennstoff-Gas-Gemisch strömt durch die zugeordnete Durchgangsöff­ nung 67 der Lochblende 61 und wird beim Austritt aus der Lochblende 61 sofort und vollständig aufgerissen, so daß eine besonders feine Zerstäubung des Brennstoff-Gas-Gemisches erzielt wird.

Die beispielsweise kreisförmigen Durchgangsöffnungen 67 der Loch­ blende 61, die eine größere Querschnittsfläche als die beispiels­ weise kreisförmigen Abspritzöffnungen 49 der Spritzlochscheibe 47 aufweisen, dienen zur Zumessung des durch die Durchgangsöffnungen 67 strömenden Brennstoff-Gas-Gemisches. Die Querschnittsfläche der Durchgangsöffnungen muß groß genug gewählt sein, damit der aus den einzelnen Abspritzöffnungen 49 abgegebene Brennstoff vollständig zu­ sammen mit dem zugeführten Gas durch die jeweiligen Durchgangsöff­ nungen 67 strömt, ohne daß sich Brennstoff in dem Spalt 63 zwischen der Spritzlochscheibe 47 und der Lochscheibe 61 ablagern oder zu der anderen Durchgangsöffnung 67 gelangen kann.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen sowohl die Mit­ telachsen 51 der Abspritzöffnungen 49 als auch die Mittelachsen 69 der Durchgangsöffnungen 67 in Strömungsrichtung gegenüber der Ven­ tillängsachse 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 radial nach außen geneigt. Hierdurch gibt die Vorrichtung durch beispielsweise zwei Abspritzöffnung-Durchgangsöffnung-Paarungen 49, 67 zwei fein zer­ stäubte divergierende Strahlen des Brennstoff-Gas-Gemisches ab, so daß sich das Ausführungsbeispiel besonders gut für Brennkraftmaschi­ nen mit zwei Einlaßventilen je Zylinder eignet.

Wie in der Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Mittelachsen 51 der Ab­ spritzöffnungen 49 der Spritzlochscheibe 47 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise gegenüber der Ventillängsachse 5 stärker geneigt als die Mittelachsen 69 der Durchgangsöffnungen 67 der Lochblende 61. Da der reale Strahlverlauf des aus den Abspritz­ öffnungen 49 abgegebenen Brennstoffs in etwa der Richtung der Mit­ telachsen 69 der Durchgangsöffnungen 67 der Lochblende 61 ent­ spricht, wird durch diese weniger geneigten Durchgangsöffnungen 67 eine besonders verlustarme Strömung erzielt.

Es ist aber auch möglich, daß die Mittelachse 51 zumindest einer der Abspritzöffnungen 49 und die Mittelachse 69 der jeweiligen Durch­ gangsöffnung 67 fluchtend zueinander verlaufen.

Die axiale Erstreckung 71 der Lochblende 61 in Richtung der Ventil­ längsachse 5 ist klein im Vergleich zu der axialen Erstreckung 73 der Spritzlochscheibe 47. Diese geringe axiale Erstreckung 71 der Lochblende 61 und damit die geringe axiale Erstreckung der Durch­ gangsöffnungen 67 im Vergleich zu der axialen Erstreckung der Ab­ spritzöffnungen 49 führt zu einem sofortigen Abreißen der Strömung des Brennstoff-Gas-Gemisches nach dem Durchströmen der Durchgangs­ öffnungen 67 der Lochblende 61 und damit zu einer guten Verwirbelung und Aufbereitung des Brennstoff-Gas-Gemisches.

Für eine möglichst exakte und zudem kostengünstige Ausbildung der Lochblende 61 bietet es sich an, die Lochblende 61 aus monokristal­ linem Silizium auszubilden. Werden die Durchgangsöffnungen 67 durch Ätzen ausgeformt, so weisen sie sehr exakte und scharfe Kanten auf, die eine besonders gute Zerstäubung des Brennstoff-Gas-Gemisches er­ möglichen.

Selbstverständlich kann auch die Spritzlochscheibe 47 des Brenn­ stoffeinspritzventils 1 aus monokristallinem Silizium bestehen und die Abspritzöffnungen 49 können durch Ätzen ausgebildet sein.

Als Gas zur Bildung eines Brennstoff-Gas-Gemisches kann sowohl Frischluft als auch ein Inertgas oder eine Mischung aus beiden ver­ wendet werden. Die Frischluft wird beispielsweise aus dem Ansaugrohr vor einem willkürlich verstellbaren Drosselorgan abgezweigt und dem Gaszufuhrkanal 23 zugeführt. Als Inertgas läßt sich zum Beispiel das Abgas der Brennkraftmaschine verwenden, so daß durch diese Abgas­ rückführung die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine reduziert wird. Das Gas kann dabei auch mittels einer Zusatzpumpe gefördert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil einer besonders feinen Zerstäubung des Brennstoffs, so daß sich ein sehr homogenes Brennstoff-Gas-Gemisch bildet. Ein homogenes Brennstoff-Gas-Gemisch gewährleistet niedrige Abgasemissionen, ein gutes Beschleunigungs­ verhalten sowie einen geringen Brennstoffverbrauch der Brennkraft­ maschine.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches mit einem Brennstoffeinspritzventil, das eine Ventillängsachse hat, ei­ nem Gasumfassungsteil, in das das Brennstoffeinspritzventil mit sei­ nem einen Ventilende ragt und einer stromabwärts des Ventilendes an­ geordneten Lochblende, so daß zwischen einer unteren Stirnseite des Ventilendes des Brennstoffeinspritzventils und der Lochblende ein der Zufuhr des Gases dienender Spalt gebildet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (1) an seiner unteren Stirnseite (53) zumindest zwei Abspritzöffnungen (49) und die Loch­ blende (61) eine der Zahl der Abspritzöffnungen (49) entsprechende Anzahl von Durchgangsöffnungen (67) aufweisen und die Abspritzöff­ nungen (49) des Brennstoffeinspritzventils (1) und die Durchgangs­ öffnungen (67) der Lochblende (61) derart ausgebildet und Brenn­ stoffeinspritzventil (1) und Lochblende (61) so zueinander angeord­ net sind, daß jeweils eine Abspritzöffnung (49) und eine Durchgangs­ öffnung (67) einander zugeordnet sind und zumindest in etwa in Strö­ mungsrichtung gegenüberliegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Durchgangsöffnungen (67) der Lochblende (61) größer ist als die Querschnittsfläche der Abspritzöffnungen (49) des Brennstoffeinspritzventils (1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittelachse (51) zumindest einer der Abspritzöffnungen (49) des Brennstoffeinspritzventils (1) und/oder eine Mittelachse (69) zumin­ dest einer der Durchgangsöffnungen (67) der Lochblende (61) geneigt gegenüber der Ventillängsachse (5) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittelachse (51) zumindest einer der Abspritzöff­ nungen (49) des Brennstoffeinspritzventils (1) und/oder die Mittel­ achse (69) der jeweiligen Durchgangsöffnung (67) der Lochblende (61) in Strömungsrichtung gegenüber der Ventillängsachse (5) des Brenn­ stoffeinspritzventils (1) radial nach außen geneigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit­ telachse (51) zumindest einer der Abspritzöffnungen (49) des Brenn­ stoffeinspritzventils (1) gegenüber der Ventillängsachse (5) des Brennstoffeinspritzventils (1) stärker geneigt ist als die Mittel­ achse (69) der jeweiligen Durchgangsöffnung (67) der Lochblende (61).

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittelachse (51) jeder Abspritzöffnung (49) des Brennstoffeinspritzventils (1) durch die jeweilige Durchgangs­ öffnung (67) der Lochblende (61) und die Mittelachse (69) jeder Durchgangsöffnung (67) durch die jeweilige Abspritzöffnung (49) ver­ laufen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erstreckung (71) der Lochblende (61) in Rich­ tung der Ventillängsachse (5) kleiner ist als die der an dem Ventil­ ende (3) des Brennstoffeinspritzventils (1) angeordneten und zumin­ dest zwei Abspritzöffnungen (49) aufweisenden Spritzlochscheibe (47).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lochblende (61) in einer Ausnehmung (59) des Gasumfassungsteils (9) gehalten ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spritzlochscheibe (47) des Brennstoffein­ spritzventils (1) und/oder die Lochblende (61) aus monokristallinem Silizium ausgebildet sind.