DE2750080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung nach der Gattung des Haupt­ anspruchs aus. Durch die DE-PS 3 25 664 ist schon eine solche Vor­ richtung bekannt, bei der der Kraftstoff von einem stirnseitig geschlossenen Ende des Rohres her eingespritzt wird. In dieses Rohr wird außerdem Verbrennungsluft eingeführt, die zur Bildung eines Verbrennungsgemisches aus Kraftstoff und Luft notwendig ist. Bei einer Ausführungsvariante der bekannten Vorrichtung wird die Ver­ brennungsluft durch elektrisches Erwärmen des Rohres erwärmt. In einer anderen Ausführungsvariante wird der zugeführte Kraftstoff durch Beheizung der Kraftstoffleitung erwärmt. Die Erwärmung erfolgt jeweils während der Startphase der Brennkraftmaschine. Im letzt­ genannten Fall besteht der Nachteil, daß infolge von Gasblasen­ bildung in dem kraftstofführenden, erwärmten Rohr die Kraftstoff­ zumessung und damit das Laufverhalten der Brennkraftmaschine ver­ schlechtert wird. Dieser Nachteil tritt zwar bei der erstgenannten Lösung nicht auf, jedoch ist hier die Möglichkeit der Wärmeüber­ tragung auf den zu verdampfenden Kraftstoff gering.

Durch die DE-OS 25 17 756 ist ferner eine Gemischaufbereitungsein­ richtung insbesondere für kontinuierlich betriebene Verbrennungsein­ richtungen wie Ölbrenner und auch Flammstartanlagen für Ver­ brennungsmotoren bekannt. Dort wird der Kraftstoff von einer Ein­ spritzdüse direkt in den Verbrennungsraum gespritzt, wobei die Kraftstoffstrahlen einen Bereich durchtreten, in dem eine ebene, von außen nach innen zur Achse der Einspritzdüse strömende Luftdrall­ strömung gebildet wird. Die dabei zuströmende Luft tritt über eine blendenartig geformte Öffnung axial in den Verbrennungsraum aus. Dabei ist aber die Übertrittsfläche nicht als Durchtrittsquer­ schnitts-Reduzierung ausgebildet, vielmehr wird der Drall durch Luftleitstücke in der Zuströmung dieser Luft gebildet. Mit der Luft­ drallströmung zusammen mit dem nur im kontinuierlichen Betrieb erzielbaren Druck- und Strömungsgefüge im Brennraum soll eine spezielle mit besonders hohem Wirkungsgrad arbeitende Verbrennungs­ flamme erzielt werden. Dabei dient die Drallströmung unter anderem auch zur Kraftstoffaufbereitung oder Kraftstoffverteilung. Die bekannte Einrichtung läßt sich jedoch nicht bei intermittierendem Betrieb einer Brennkraftmaschine und dort nur zur Kraftstoffauf­ bereitung allein verwirklichen.

Aufgabe der Erfindung ist es die gattungsgemäße Vorrichtung so weiterzubilden, daß auf kleinem Raum eine hohe Verdampfungsleistung des einzubringenden Kraftstoffs verwirklichbar ist und die Wirksam­ keit der Einrichtung damit über die Startphase hinaus beim Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kenn­ zeichens des Hauptanspruchs gelöst. Diese Lösung hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß durch die tangentiale Einführung von Luft und deren Durchtritt durch eine Querschnittsverengung im Bereich der Kraftstoffzuführung eine die schnelle Aufnahme von Kraftstoffdampf begünstigende Verwirbelung erzeugt wird. Dadurch wird eine gleich­ mäßige Verteilung des verdampften Kraftstoffs in der zugeführten Luftmenge erzielt. Die langgestreckte, dem Einspritzstrahl angepaßte Form des Rohres, im Bereich dessen Wandungen der Kraftstoff ver­ dampft wird, bietet dabei eine große Verdampfungsoberfläche und die Möglichkeit einer großen Verweilzeit des eingespritzten Kraftstoffes in einer beheizten Zone.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß weiter­ hin die Verwirbelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gefördert wird.

Die Erfindung wird durch die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung mit einem Rohr, dessen Innenwandung mit einem Heizleiter beschichtet ist,

Fig. 2 ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel mit einer Heizspirale zur Beheizung und einem das Rohr umgebenden Isolierspalt zur Wärmeisolation und

Fig. 3 ein Rohr, das innen und außen eine Heizspirale aufweist, wobei die äußere Heizspirale in dem das Rohr umgebenden Iso­ lierspalt liegt, über den Luft und/oder Abgas dem Rohr zuge­ führt wird.

Das erste Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist ein Rohr 1 auf, dessen offenes Ende 2 in das Saugsystem der Brennkraft­ maschine, z. B. in das Saugrohr 3, mündet. Das Rohr 1 kann da­ bei z. B. in das Saugrohr 3 eingeschraubt sein. Am gegenüber­ liegenden Ende des Rohres ist koaxial zur Rohrachse eine Ein­ spritzdüse 5 eingeschraubt, deren Mündungsteil, der Teil 6 des Düsenkörpers, von einem Ringkanal 7 umgeben ist, der über eine Verengung 8 des freien Querschnitts des Rohres 1 mit dem Inneren des Rohres 1 verbunden ist.

In den Ringkanal 7 mündet tangential eine Leitung 10 ein, über die Luft und/oder Abgas zugeführt werden kann.

Der innere Mantel 12 des Rohres 1 weist bei diesem Ausführungs­ beispiel eine Beschichtung 13 von elektrischem Widerstandsma­ terial auf. Zur Stromversorgung ist die Beschichtung über zwei elektrische Leitungen 14 und 15 mit einer Stromversorgungs­ quelle 16 verbunden. Dabei ist es selbstverständlich, daß die Zuleitung und die Beschichtung gegenüber der elektrischen Masse isoliert sind. Die Beheizung kann durch eine Schaltvorrichtung 18 in der Stromzuführung in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter gesteuert werden.

Der Kraftstoff wird von der Einspritzdüse 5 im Bereich der Verengung 8 in das Innere des Rohres 1 abgespritzt. Je nach Kegelwinkel α des abgespritzten Kraftstoffstrahles trifft ein Teil des Kraftstoffs auf die beheizte Innenwandung des Rohres, während ein Teil des Kraftstoffs durch das Rohr hin­ durch direkt in das Saugsystem gelangen kann. Der an der Be­ schichtung 13 auftreffende Kraftstoff wird dort verdampft und der Kraftstoffdampf von der über die Leitung 10 zugeführten Teilluftmenge aufgenommen und in das Saugsystem der Brenn­ kraftmaschine transportiert. Durch die Art der Einführung der Teilluftmenge wird ein Luftwirbel erzeugt, dessen Drall an der Verengung 8 vergrößert wird. Die Drallstärke dort ist abhängig vom Gasvolumenstrom. Die Drallstärke beeinflußt da­ bei den Kegelwinkel α des Kraftstoffstrahles derart, daß bei großem Drall auch der Winkel a vergrößert wird. Damit gelangt bei großer Durchsatzmenge mehr Kraftstoff an die beheizte Wandung des Rohres und es kommt mehr Kraftstoff zur Verdamp­ fung. Die Verwirbelung der zugeführten Teilluft vergrößert auch die Durchmischung von Kraftstoff mit Luft und die Auf­ nahmebereitschaft für den Kraftstoffdampf.

Die Luft kann sowohl durch den Saugrohrunterdruck als auch durch eine zusätzliche Luftpumpe gefördert werden. Außer Luft kann über die Leitung 10 auch Abgas zugeführt werden, das im erwärmten Zustand die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffes fördert. Es ist ferner möglich, auch die Luft zur Verbesserung einer homogenen Kraftstoff-Luft-Gemischbildung zusätzlich zu erwärmen. Mit derselben Einrichtung ist es möglich, die Brenn­ kraftmaschine auch mit mehreren Kraftstoffen zu betreiben, in dem z. B. über die Leitung 10 auch gasförmiger Kraftstoff dosiert zugeführt wird.

Damit das Widerstandsmaterial der Beschichtung 13 nicht über­ hitzt wird, was vom Wärmebedarf, der sich je nach Umweltbe­ dingungen und Menge des zu verdampfenden Kraftstoffs ändert, abhängt, ist es vorteilhaft, die Beheizung zu regeln. Das kann einerseits über den Schalter 18 geschehen, der in Ab­ hängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter von einer Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung betätigbar ist. Als Parameter kann z. B. eine mittlere Temperatur der Beschichtung gewählt werden. Vorteilhaft ist ferner eine Regelung der Tem­ peratur der Beschichtung 13, insbesondere über die Länge des Heizkörpers, dadurch, daß die Beschichtung aus einem PTC-Wider­ standsmaterial hergestellt wird, das bei der gewünschten Ober­ flächentemperatur der Beschichtung einen steilen Anstieg des Widerstandskoeffizienten aufweist. Auf diese Weise kann es auch zu keinen auch nur örtlich auftretenden Überhitzungen der Beschichtung 13 kommen, die die Gefahr der Zerstörung der Beschichtung mit sich bringen würden. Dabei sind die elektri­ schen Kontaktierungen 14 und 15 an der Zylinderinnen- und außen­ fläche anzubringen.

Durch die Steuerung der Heizleistung wird ferner im betriebs­ warmen Zustand elektrische Heizleistung eingespart.

Über die beschriebene Einrichtung kann sowohl ein Teil des Kraftstoffs, den die Brennkraftmaschine benötigt mit kon­ stanter Menge als auch in variabler Menge eingespritzt wer­ den, wobei der Kraftstoff vorteilhafte intermittierend ein­ gebracht wird. Die Restmenge des Kraftstoffs, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine notwendig ist, wird dann durch eine übliche Einrichtung geregelt oder gesteuert zugeführt. Auf diese Weise gelangt in die Brennkraftmaschine wenigstens ein Teil des Betriebsgemisches in optimaler homogener Vermischung, was insbesondere die Kaltstarteigenschaften der Brennkraftma­ schine und einen den ruhigen Warmlauf bei möglichst geringer Kraftstoffanreicherung begünstigt. Insgesamt ist eine geringere Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die mit der beschriebenen Einrichtung erzielte verbesserte Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches notwendig. Ferner wird die Schad­ stoffemission während des Kaltstarts und des Warmlaufs durch die geringere Anreicherung verbessert. Aber auch bei magerem Betrieb ist diese Kraftstoffaufbereitung von Vorteil, da we­ gen der größeren Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches eine höhere Abmagerung erzielt werden kann, ohne daß die Koh­ lenwasserstoff-Emission aufgrund unvollständiger Verbrennungen erhöht und die Laufruhe der Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird. Mit der beschriebenen Einrichtung kann auch in sehr gün­ stiger Weise eine Abgasteilmenge zur Verringerung der No _x -Be­ standteile der Abgase zugeführt werden, wobei gleichzeitig der Wärmeinhalt der Abgase zur Aufbereitung des Gemisches ausgenutzt wird.

Ein zweites Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Auch hier ist das Rohr 1 mit dem saugrohrseitigen, offenen Ende 2 in das Saugrohr 3 eingeschraubt. Am gegenüberliegenden Ende ist koaxial zum Rohr 1 die Einspritzdüse 5 eingesetzt. Im Bereich des mündungsseitigen Teils 6 der Einspritzdüse weist das Rohr 1 eine Verengung 8 des freien Innenquerschnitts auf. Im Bereich dieser Verengung münden Ausströmöffnungen 20 tangential ein. Die Ausströmöffnungen 20 stellen dabei die Verbindung von dem Ringkanal 7′ zum Inneren des Rohres 1 her. In den Ringkanal 7′ mündet, wie auch im vorigen Ausführungsbeispiel, die Leitung 10, über die Luft, Abgas oder ein anderer Betriebsstoff oder ein Gemisch aus Teilen dieser Betriebsstoffe im Inneren des Rohres 1 und damit dem Saugsystem zugeführt werden kann. Wie auch beim vorstehenden Beispiel ausgeführt, kann hier die Ab­ gasrückführung gesteuert und/oder die zugeführte Luft vorge­ wärmt werden.

Als Heizeinrichtung ist im Inneren des Rohres entlang des inneren Mantels 12 eine Heizspirale 22 angeordnet, deren Durchmesser sich vorzugsweise zum offenen Ende 2 des Rohres 1 hin verringert. Die Spirale weist einen geringen Abstand zum inneren Mantel 12 des Rohres 1 hin auf und ist somit als auch bezüglich der Zuleitung gegenüber Masse isoliert ange­ bracht. Die andere Zuleitung 15 erfolgt über Masse, wobei das eine Ende der Spirale unmittelbar mit dem metallischen Rohr 1 elektrisch verbunden ist. Zur Stromversorgung ist wie­ derum die Stromversorgungsquelle 16 vorgesehen, die mittels eines Schalters 18 zu- und abgeschaltet werden kann. Die Re­ gelung der Beheizung der Heizspirale 22, die selbst auch aus PTC-Widerstandsmaterial hergestellt sein kann, erfolgt nach denselben Gesichtspunkten wie zuvor beim ersten Ausführungs­ beispiel erläutert.

In weiterer Ausgestaltung ist das Rohr 11 von einer Hülse 24 umgeben, die mit dem Rohr zusammen einen geschlossenen Ring­ luftspalt 25 bildet. Dieser Spalt sorgt für eine Wärmeisolie­ rung des Rohres 1 nach außen und reduziert somit die notwen­ dige Heizleistung.

Die Ausgestaltung der Heizeinrichtung in Form der beschriebenen Spirale hat den Vorteil, daß ein wesentlich größerer Anteil des von der Düse 5 eingespritzten Kraftstoffs mit der Heiz­ vorrichtung direkt in Berührung kommt. Insbesondere wird der Anteil des in das Saugsystem durchgespritzten Kraftstoffs ver­ ringert. Die Heizspirale erwärmt ferner den Innenmantel 12 des Rohres 1, wo der dort auftreffende Kraftstoff ebenfalls verdampfen kann. Zwischen Heizspirale und Wand ist dabei noch genügend Raum, um es dem in das Rohr 1 eintretenden Luftwirbel zu ermöglichen, den dort vorhandenen Kraftstoff mitzunehmen. Dabei sorgt die Spirale weiterhin für eine gute Durchwirbelung. Wie auch im vorstehenden Ausführungsbeispiel wird durch die tangentiale Einführung der Teilluft und die Einführung an einer Querschnittsverengung des Rohres 1 ein starker Wirbel erzeugt, dessen Drall von der Durchsatzmenge pro Zeiteinheit abhängig. Die Verwirbelung der eintretenden Luft sowie die Heizleistung pro Raumeinheit kann durch ein geeignetes Wickelschema der Heizspirale noch vergrößert wer­ den. Vorteilhaft wird dabei die Heizspirale als Doppelspirale mit zwei verschiedenen Durchmessern ausgeführt.

Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in Fig. 3 gezeigt. Bei der im wesentlichen gleichen Aus­ gestaltung dieses Ausführungsbeispiel wie bei Fig. 2 geht der Ringluftspalt 25′ hier direkt in den Ringkanal 7′ des Aus­ führungsbeispiels nach Fig. 2. Der obere Teil des Ringluft­ spalts 25′ bildet also diesen Ringkanal, der wiederum über die Auströmöffnungen 20 ins Innere des Rohres 1 einmündet und zwar im Bereich der Verengung 8. Die Leitung 10′, die der Zufuhr von Luft, Abgas oder eines weiteren Betriebsstoffes dient, erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel am untersten, dem offenen Ende 2 des Rohres 1 zugewandten Ende des Ring­ luftspalts 25′. Ferner erstreckt sich die Heizspirale 22 als zusätzliche Heizspirale 23 auch bis in diesen Luftringspalt 25′, so daß dort das eintretende Medium, z. B. Teilluft bereits vorgewärmt wird und dann erwärmt im Bereich der Mündung der Einspritzdüse in das Rohr 1 eintritt. Auf diese Weise erhält man eine erhöhte Aufnahmebereitschaft der Luft für den ver­ dampften Kraftstoff und eine intensive Beheizung des Rohres 1, das wegen der stützenden und isolierenden Hülse 24 sehr dünn­ wandig ausgeführt werden kann. Die Stromversorgung und die Re­ gelung der Beheizung erfolgt wie oben bereits beschrieben.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoff in einem Ansaugluft­ strom für Kolben-Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzdüse, die den Kraftstoff vorzerstäubt in ein elektrisch beheiztes Rohr ein­ spritzt, um als Vorgemisch von der Brennkraftmaschine angesaugt zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß Luft oder Abgas tangential um die Einspritzdüse (6) geführt dem Rohr (1) im Bereich einer Quer­ schnittsverengung (8) zugeführt wird, in den auch der zerstäubte Kraftstoff der Einspritzdüse (6) mündet.

2. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Rohres (1) eine weitere elektrisch beheizbare Heizspirale ( 22) angeordnet ist.

3. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (10) am saugrohrseitigen Ende des Rohres (1) von einer einen Ringluftspalt (25) bildenden wärmeisolierenden Hülse (24) umgeben ist.

4. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (10) am saugrohrseitigen Ende des Rohres (1) in den Ringluftspalt (25′) und am einspritz­ düsenseitigen Ende des Ringluftspaltes (25′) in das Rohr (1) mündet.

5. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringluftspalt (25′) eine zusätzliche Heizspirale (23) angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoff nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Beheizung über einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten erfolgt.