DE1476951B2 - Kraftstoffeinspritz- und zuendvorrichtung fuer brennkraftmaschinen mit direkter einspritzung - Google Patents

Description

für eine rasche Verbrennung aufzubereiten und zu zünden. Infolge des an beiden Enden offenen Heizrohrs strömt jedoch unter Wirbelbildung während der Verdichtung eine große Luftmenge und kühlt es innen und außen. Somit arbeitet diese Anordnung wegen der erforderlichen sehr hohen elektrischen Heizleistung für eine zur schnellen Zündung genügend hohe Temperatur und wegen der auch bei abgeschalteter elektrischer Heizung recht ungünstigen Aufheizbedingungen für das Heizrohr nicht befriedigend. Außerdem werden keine Aussagen bezüglich der Kraftstoffstrahlführung im Bereich des Heizrohrs gemacht.

Die schließlich noch aus der CH-PS 2 36 645 bekannte, als Einheit ausgebildete Vorrichtung besteht aus einer Einspritzdüse, die unter dem innerhalb der Vorrichtung durch den Verdichtungsdruck im Brennraum erzeugten Kraftstoffdruck öffnet, und einem unmittelbar hinter der Düse anschließenden elektrisch beheizten Heizrohr. Die elektrische Beheizung entfällt bei höheren Betriebstemperaturen. Der Kraftstoff wird jedoch ausdrücklich-in sehr fein zerstäubter Form in das als Vefgaserhülse dienende Heizrohr eingebracht. Dem Heizrohr wird dadurch erheblich Wärme entzogen, so daß auch diese Vorrichtung hinsichtlich eines relativ hohen Bedarfs an elektrischer oder aus den Brenngasen entnommener Wärmeenergie zur Erreichung der Zündtemperatur mit Nachteilen behaftet ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, in einer Brennkraftmaschine mit einfachen Mitteln und einem geringen Aufwand an Wärmeenergie für den Glühkörper, eine sichere und schnelle Zündung des Kraftstoffstrahls und damit einen klopffreien und schnellen Verbrennungsablauf zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der unter Verwendung einer Kraftspeichereinspritzpumpe erzeugte Kraftstoffstrahl, durch eine eingezogene Düsenmündung gebündelt oder entlang einem sich unmittelbar an die Einspritzdüse anschließenden, berührungsfrei zur erhitzbaren Wand verlaufenden Führungskörper geführt, in einem so kleinen Abstand von der erhitzten und mit oder ohne Abstand von einem Wärmeschutzfutter umgebenen Wand des Glühkörpers durch den einen engen Kanal bildenden Raum hindurch in den Brennraum gelangt, daß lediglich Streutröpfchen in den Bereich heißer Luftschichten entlang der Wand des Glühkörpers gelangen, die, sich dort entzündend, eine Anfangsflamme bilden, welche zur Entzündung des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs dient. Durch den hierdurch erreichten engen Zusammenhalt des Kraftstoffstrahls wird erreicht, daß die Wand des Glühkörpers nicht oder nur wenig abgekühlt wird, so daß eine relativ schnelle Zündung sowohl bei mäßigem Aufwand an Heizleistung selbst beim Start als auch bei alleiniger Wärmeenergiezufuhr aus den Brenngasen eintritt. Ein Vorteil ist ferner, daß der zu erhitzende Luftraum klein ist, damit der Glühkörper durch die bei der Verdichtung pulsierend in den Raum eindringende Luft nur wenig abgekühlt wird.
. Durch die Verwendung einer sogenannten Kraftspeichereinspritzpumpe ist ferner der Kraftstoffstrahl unabhängig von der Drehzahl, was für ein gleichmäßiges Zündverhalten über den ganzen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine von Wichtigkeit ist. Denn das Zusammenhalten des ausgespritzten Kraftstoffstrahls wird durch einen bei jedem Betriebszustand und vor allem beim Start schon möglichst hohen Einspritzdruck für die volle Strahlgeschwindigkeit sehr begünstigt. Diese von der Drehzahl praktisch unabhängige Einspritzkraft bewirkt damit eine gute Startfreudigkeit. Durch Verwendung des Wärmeschutzfutters kann die Temperatur des Glühkörpers besser und mit einem geringeren Energieaufwand erreicht bzw. gehalten werden. . '.

Das Wärmeschutzfutter sowie die kleine Luftmenge im Glühkörper bewirken somit zusammen mit einer geschlossenen Strahlführung, daß auch bei hohen Motordrehzahlen und somit raschem Ladungswechsel der Glühkörper noch derart hoch aufgeheizt wird, daß schon die ersten Streutröpfchen jedes neuen Kraftstoffstrahls unmittelbar in den heißen Luftgrenzschichten am Glühkörper mit kurzem Zündverzug entzündet werden. Die momentan entstehende Anfangsflamme breitet sich dann mit der Zerstäubung des Kraftstoffs in den Brennraum aus.

Insbesondere wird mit dieser Einspritz- und Zündvorrichtung bei Brennkraftmaschinen mit einer Verdichtung die niedriger ist als sie für eine Selbstzündung nötig ist, ein guter thermischer Wirkungsgrad ermöglicht, weil die Verbrennung mit Einsatz bei SträEIbeginn schneller und günstiger abläuft.

Als zweckmäßig erweist es sich, wenn die Wand des Glühkörpers unmittelbar durch eine Heizwendel gebildet oder in an sich bekannter Weise durch die Heizwendel aufheizbar ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Wärmeschutzfutter an seiner der Wand des Glühkörpers zugewandten Fläche einen wärmereflektierenden Belag aufweist, da hierdurch der Wärmeabfluß aus dem Zündluftraum gehemmt und dadurch indirekt die Temperatur des Glühheizkörpers weiter erhöht wird.

Bei Erhitzung der Glühkörperwand nur durch die Brenngase und einen den Kraftstoffstrahl leitenden Führungskörper ist in vorteilhafter Weise die erhitzbare Wand als Glühröhrchen aus isolierendem Werkstoff, beispielsweise Quarzglas, ausgebildet und stellt das Glühröhrchen zugleich den Teil eines Isolators für eine elektrische Hochspannungszündung dar, wobei der Zündfunken zwischen dem Führungskörper und einer Masseelektrode am offenen Ende des Glühröhrchens überspringt.

Bei Verwendung eines Führungskörpers ist es weiter zweckmäßig, diesen als Stift auszubilden, der an seinem brennraumseitigen Ende einen pilz-, kegel-, kugel-, oder scheibenförmigen Streukörper zur Zerstäubung des Kraftstoffstrahl aufweist.

Eine vorteilhafte Dimensionierung ergibt sich schließlich, wenn das Volumen des den Kanal bildenden Raums etwa 0,1 bis 0,2 Tausendstel des Hubvolumens des betreffenden Zylinders der Brennkraftmaschine beträgt. ...... . . . ,

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen, Fig. 1 bis 16, näher erläutert. . .

F i g. 1 zeigt eine Einspritzdüse für Hochspannungsfunkenzündung. Die Düse 1 wird dabei vom Ende der Kraftstoffzuleitung 2 gebildet, in der ein mit Anflachungen, Rillen od. dgl. versehener, als Stift ausgebildeter Führungskörper 10 befestigt ist. Das Glühröhrchen 3 aus einem warmfesten Isolierstoff, beispielsweise Quarzglas, ist unmittelbar an die Düse 1 angebaut und umschließt einen einen engen Kanal bildenden Raum 33. Zwischen dem Glühröhrchen 3 und dem Düsenkörper 4 ist ein Wärmeschutzfutter 19 angeordnet. Der Isolierkörper 5 ist mit einer Metalldichthülse 6, mit Rillen 6a und einem Ring 6b in den Düsenkörper 4 gepreßt gehalten. Die Kraftstoffleitung 2 ist im Isolierkörper 5 befestigt. Das im Betrieb glühend werdende

Glühröhrchen 3 verlängert den Isolierkörper 5. Die Hochspannungsisolation wird wegen der hohen Temperaturen des Röhrchens nicht mehr durch Rußabscheidungen beeinträchtigt. Der aus der Düse 1 austretende Kraftstoff gleitet längs des als Stift ausgebildeten Führungskörpers 10 und wird an dessen Kopfende 11 als Streustrahl 17 abgesprüht. Die Zündfunken springen vom Stift zur Scheibe 10a als Masseelektrode über.

Das Röhrchen 3 kommt durch die heißen Verbrennungsgase, welche periodisch in die Hohlräume in und um 3 eindringen, schnell zum Glühen.

Einzelne Tröpfchen vom Rande des den Raum 33 durchdringenden Kraftstoffstrahls entzünden sich in der sehr heißen Luft oder durch Berühren des glühend gewordenen Röhrchens 3. Das an dem stiftförmigen Führungskörper 10 wirkende Hochspannungsfeld bewirkt zusätzlich eine elektrostatische Zerstäubung des Kraftstoffs.

In F i g. 2 ist eine andere Ausführung der Einspritzdüse mit Hochspannungszündung dargestellt. Das Glühröhrchen 3 und das Wärmeschutzfutter 19 liegen in~einem Ansatz 6c der Metalldichthülse 6. Die in dem Ansatz 6c eingelegte Elektrodenscheibe 10a hält das Glühröhrchen 3 im Isolierkörper 5 fest. Der Isolierkörper 5 hat zwei Ansätze 5a und 5b mit Kanälen, von denen einer über die Kraftstoffleitung 2 zur schematisch dargestellten Kraftspeicherpumpe 8 führt. Die Kraftstoffleitung 2b führt zur Abzweigung 5c, wo sie mit der zum piezoelektrischen Generator 7 führenden Kraftstoffleitung 2a metallische Verbindung hat. Die Druckstöße, welche von der Pumpe 8 ausgehen, wirken somit auch auf die piezoelektrischen Elemente des Generators 7.

Die Kraftstoffleitung 2 ist mittels des Anpreßnippels 22 an die Kraftspeicherpumpe 8 angeschlossen. Der stiftförmige Führungskörper 10 trägt am Ende einen kegeligen Ansatz 11a. Dadurch wird der Kraftstoffstrahl als Kegelmantelstrahl 17 in den Brennraum 15 zwischen die gegenläufigen Kolben 14 gespritzt.

F i g. 3 zeigt eine Einspritz- und Zündvorrichtung mit einem im Düsenkörper 4 angeordneten Glühkörper, dessen Wand durch eine Glühwendel selbst gebildet wird. Der Düsenkörper ist mit einem üblichen Zündkerzengewinde versehen. Die zweitägige, die Glühkörperwand darstellende Glühwendel 18 ist an die Elektroden 20 angeschlossen. Die Kraftstoffleitung 2 mit der Düse 1 ist in dem Düsenkörper 4 eingelötet. 24 sind Stromleitungen zur Batterie.

F i g. 4 ist ein Schnitt durch einen mit Kegelsitz befestigten Düsenkörper 4 mit Glühwendel 18. Ein balliger Spannbügel 16 erzeugt beim Anziehen der Schrauben 12 gleichmäßige Pressung. Die Glühwendel 18 ist an die Elektrode 20 angeschlossen. Das Wärmeschutzfutter 19 wird von einem Sprengring 19a gehalten. Ein wärmereflektierender Belag am Wärmeschutzfutter 19 z. B. eine Goldschicht, vermindert die Abstrahlung der Glühwendel 18. Der kugelförmige Ansatz Ho am Stift zerstreut den Kraftstoffstrahl 17. Die Federklammer 25 preßt die Stromleitung 24 an die flache Elektrode 20.

F i g. 5 gibt eine Einspritzdüse 1, die mit einem kegeligen Isolierkörper 27 verbunden ist, wieder. Die Glühwendel 18 wird von einem als Verlängerung des Isolierkörpers 27 ausgebildeten, als Glühröhrchen dienenden Rohrstück 18a getragen. Die Düse 1 ist mit einer Metallscheibe 20a verbunden und in den Isolierkörper 27 gesteckt. Der Anfang der Glühwendel 18 ist an dieser Metallscheibe 20a und das Ende an die Metalldichthülse 6 geschweißt. Das beispielsweise wendelseitig vergoldete Wärmeschutzfutter 19 umhüllt die Glühwendel 18. Der Spannbügel 16 preßt mittels der Druckschraube 12 den Anpreßnippel 22, den Isolierteil 28a, den Kontakt 28 zum Anschluß der Stromleitung 24 und die Metallscheibe 20a mit der Elektrode 20 dicht gegen den Isolierkörper 27. Düse und Glühwendel sind mittels der Metalldichthülse 6 austauschbar.

Nach Fig.6 bildet das eingeengte Kraftstoffleitungsende 2 die Düse 1, weiche durch die Einengung den Kraftstoffstrahl 17 auf hohe Geschwindigkeit bringt und beim Passieren des Glühröhrchens 3 oder der Glühwendel 18 zusammenbleiben läßt. *

In Fig.7 isUn cle^am Ende der Kraftstoffleitung 2 angeordneten Düse 1 ein beispielsweise keilartig angeschärfter stiftförmiger Führungskörper 10 geeignet befestigt. Der Kraftstoffstrahl 17 gleitet längs dieses Führungskörpers und zerstäubt am Kopf 11.

F i g. 8 zeigt die Queransicht von F i g. 7.

Die Fig.9 bis 12 zeigen einige Profilspaltdüsen 1, welche durch Einbau entsprechend gestalteter stiftförmiger Führungskörper 10 in die Düse 1 am Ende der Leitung 2 gebildet werden.

In F i g. 13 trägt der stiftförmige Führungskörper 10 einen kugeligen Ansatz 116, welcher ein weitwinkliges Zersprühen des Kraftstoff Strahls 17 bewirkt.

Nach Fig. 14 erzeugt ein Kegelansatz 11a einen mehr hohlkegeligen Strahl 17.

Fig. 15 zeigt den stiftförmigen Führungskörper 10 mit einem nagelkopfförmigen Ansatz lic. Der Kraftstoffstrahl 17 kann damit als flache Scheibe in etwa linsenförmige Brennräume gebräuchlicher Motoren zerstreut werden. Schließlich zeigt Fig. 16 noch eine Schaltanordnung für eine in Verbindung mit Glühstrom betriebene Vorrichtung bei einem Fahrzeugmotor. Wie bei bekannten Vorrichtungen ähnlicher Art darf auch bei der mit Hilfe einer Glühwendel aufheizbarer Glühkörperwand der Glühstrom nicht dauernd eingeschaltet bleiben, sondern muß mit zunehmender Last im Hinblick auf die von außen durch die Brenngase auf den Glühkörper einwirkende Wärmeenergie abschaltbar sein. Mit dem Schalter 29 wird zunächst der Glühstrom mittels des Zündschlüssels eingeschaltet. Zur Vermeidung einer Oberheizung der Glühwendel 18 wird nach einem bestimmten Wege des Gaspedals 30 ein zweiter Schalter 31 geöffnet und der Glühstrom wieder abgeschaltet. An Stelle des Schalters 31 kann auch ein Regelstufenwiderstand 31a verwendet werden. Der Schalter 31 oder der Regelstufenwiderstand 31a können auch an Stelle des Gaspedals durch einen Fliehkraftregler betätigt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kraftstoffeinspritz- und Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung, welche als Einheit ausgebildet ist, die in Strömungsrichtung des Kraftstoffs hinter der Einspritzdüse einen unmittelbar an diese anschließenden Raum mit einem im Verhältnis zum Brennraum kleinen Volumen aufweist, der an seinem dem Strahleintritt gegenüberliegenden Ende mit dem Brennraum in Verbindung steht und dessen Wand von einem elektrisch und/oder durch die Brenngase mindestens auf Zündtemperatur für den Kraftstoff erhitzbaren Glühkörper gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Verwendung einer Kraftspeichereinspritzpumpe erzeugte Kraftstoffstrahl, durch eine eingezogene Düsenmündung gebündelt oder entlang einem sich unmittelbar an die Einspritzdüse (1) anschließenden, berührungsfrei zur erhitzbaren Wand (3, 18) verlaufenden Führungskörper (10) geführt, in einem so kleinen Abstand von der erhitzten und mit oder ohne Abstand von einem Wärmeschutzfutter (19) umgebenen Wand des Glühkörpers (3, 18) durch den einen engen Kanal bildenden Raum (33) hindurch in den Brennraum gelangt, daß lediglich Streutröpfchen in den Bereich heißer Luftschichten entlang der Wand des Glühkörpers (3, 18) gelangen, die, sich dort entzündend, eine Anfangsflamme bilden, welche zur Entzündung des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs dient.

2. Einspritz- und Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Glühkörpers unmittelbar durch eine Heizwendel (18) gebildet oder in an sich bekannter Weise durch die Heizwendel 1 aufheizbar ist.

3. Einspritz- und Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeschutzfutter (19) an seiner der Wand des Glühkörpers zugewandten Fläche einen wärmereflektierenden Belag aufweist.

4. Einspritz- und Zündvorrichtung mit einer nur durch die Brenngase erhitzbaren Glühkörperwand und mit einem den Kraftstoffstrahl leitenden Führungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzbare Wand als Glühröhrchen (3) aus isolierendem Werkstoff, beispielsweise Quarzglas, ausgebildet ist und das Glühröhrchen (3) zugleich den Teil eines Isolators (5) für eine elektrische Hochspannungszündung darstellt, wobei der Zündfunken zwischen dem Führungskörper (10) und einer Masseelektrode (10a) am offenen Ende des Glühröhrchens (3) überspringt.

5. Einspritz- und Zündvorrichtung mit einem den Kraftstoffstrahl leitenden Führungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Stift ausgebildete Führungskörper (10) an seinem brennraumseitigen Ende einen pilz-, kegel-, kugel- oder scheibenförmigen Streukörper (11a, Ub, lic) zur Zerstäubung des Kraftstoffstrahls aufweist.

6. Einspritz- und Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des den Kanal bildenden Raums (33) etwa 0,1 bis 0,2 Tausendstel des Hubvolumens des betreffenden Zylinders der Brennkraftmaschine beträgt.

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritz- und Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung, welche als Einheit ausgebildet ist, die in Strömungsrichtung des Kraftstoffs hinter der Einspritzdüse einen unmittelbar an diese anschließenden Raum mit einem im Verhältnis zum Brennraum kleinen Volumen aufweist, der an seinem dem Strahleintritt gegenüberliegenden Ende mit dem Brennraum in Verbindung steht und dessen Wand von einem elektrisch und/oder durch die Brenngase mindestens auf Zündtemperatur für den Kraftstoff erhitzbaren Glühkörper gebildet ist.

Bei einer solchen aus der US-PS 14 32 214 bekannten Vorrichtung ist ein mittels einer Glühwendel elektrisch beheizbarer in den Verbrennungsraum ragender Glühkörper vorgesehen, wobei die Glühwendel im Betrieb abschaltbar ist. Bei dieser Anordnung überflutet jedoch der eingespritzte Kraftstoff die beheizbare Wand so daß es Schwierigkeiten bereitet, die benötigten hohen Zündtemperaturen für eine sichere und schnelle Zündung ohne eine hohe elektrische Heizleistung zu erreichen. ■*-——

Ferner zeigr3ie4JS-PS* 14 54 972 eine nicht als Einbaueinheit ausgebildete Anordnung relativ großen Volumens, welche aus einer Kraftstoffzuführvorrichtung und zwei in den Brennraum hineinragenden Röhrchen besteht, die unter Bildung eines geringen Spalts konzentrisch zueinander angeordnet sind und sich zum Brennraum hin konisch erweitern. Das äußere Röhrchen steht dabei gegenüber dem inneren etwas vor. Die Übertragung der Wärme an den langsam eingebrachten Kraftstoff erfolgt durch die heiße Luft und die von der Wand des inneren Röhrchens abstrahlende Wärme. Ferner sind am düsenseitig verjüngten Ende des inneren Röhrchens mehrere Bohrungen vorgesehen, die einen Übertritt von bei der Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffs entstandenen leichteren Gasen zwecks leichterer Zündung derselben im Bereich des Spalts zwischen den beiden Röhrchen ermöglichen. Hinweise bezüglich einer Ausbildung des Kraftstoff-Strahls im Zusammenhang mit dem vom Kraftstoffstrahl durchsetzten Raum lassen sich dieser Patentschrift nicht entnehmen.

Weiter weist die FR-PS 12 90 986 eine mittels Hochspannungszündung arbeitende, zum eingespritzten Strahl koaxiale Einspritz- und Zündeinheit ohne Wärmeschutzfutter auf. Der vom Kraftstoffstrahl durchsetzte Raum dient als Vorkammer, an derem brennraumseitigen Ende Zündelektroden angeordnet sind. Eine Zündung von Kraftstoff durch eine auf Zündtemperatur gebrachte heiße Wand tritt hier nicht ein. Außerdem fehlen Mittel zur berührungslosen Führung des eingespritzten Kraftstoffstrahls.

Die gemäß der DL-PS 11 464 bekannte Einspritzdüse besitzt keinen wirklichen Glühheizkörper innerhalb einer Aushöhlung vor der Düse. Sie sieht nur vor, den Kraftstoff zwecks Verdampfung die heißen Wände einer erweiterten Bohrung am Austrittsende der Düse berühren zu lassen.

Aus der OE-PS 1 86 468 ist lediglich die Anordnung einer üblichen Glühkerze in Verbindung mit einer Wirbel- oder Vorkammereinspritzung bekannt. Die als Glühkerze hier verwendete kreisförmige Glühspirale ist konzentrisch zur Düsenachse so angeordnet und ausgebildet, daß der Kraftstoffstrahl die Spirale nur durchsetzt aber nicht direkt auf sie auftrifft.

Die US-PS 14 97 390 zeigt weiter eine bekannte Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff durch ein relativ großvolumiges Heizrohr gespritzt wird, um ihm