DE60319383T2

DE60319383T2 - Injektor für gasförmigen brennstoff

Info

Publication number: DE60319383T2
Application number: DE60319383T
Authority: DE
Inventors: Samuel Leroux
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Electrification SAS
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: EP1525385A2; AU2003273495A1; AU2003273495A8; EP1525385B1; FR2843175A1; US20060043220A1; WO2004013483A3; DE60319383D1; WO2004013483A2; FR2843175B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor für gasförmigen Brennstoff, der insbesondere in Verbrennungsmotoren mit Einfach- oder Doppelvergasung angewendet wird, die mit flüssigem Propangas (LPG) o. ä. betrieben werden.
In dieser Anwendung dient der Injektor dazu, den gasförmigen Brennstoff mit einem bestimmten Durchsatz in eine Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors einzuführen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein solcher Injektor ist in der Patentanmeldung WO 9964773 beschrieben und weist im Allgemeinen einen Körper auf, der mit einer Brennstoffzuführleitung und einer Leitung zum Abführen des Brennstoffs aus dem Injektor versehen ist. Die Zuführleitung und die Abführleitung besitzen jeweils ein erstes Ende, das außerhalb des Körpers mündet, um mit dem Brennstofftank bzw. der Verbrennungskammer des Motors verbunden zu sein, und ein zweites Ende, das in eine Kammer des Körpers mündet, in welcher ein Ventilelement und Mittel zum Betätigen des Ventilelements zwischen einer Schließstellung, in welcher das Ventilelement gegen das zweite Ende der Abführleitung angelegt ist, und einer Öffnungsstellung, in welcher das Ventilelement vom zweiten Ende der Abführleitung weggerückt ist, um einen Strömungsquerschnitt zu begrenzen, angebracht sind. Dieser Strömungsquerschnitt ist zylinderförmig und weist eine Fläche auf, die dem Produkt einerseits aus dem Umfang des zweiten Endes der Abführleitung und andererseits aus dem Abstand, der das zweite Ende der Abführleitung vom Ventilelement in der Öffnungsstellung trennt, entspricht. Dieser Abstand entspricht dem Hub des Ventilelements. Der so definierte Strömungsquerschnitt bestimmt den Durchsatz des zur Brennkammer abgeführten Brennstoffs und muss somit genau sein, da er die Leistungen des Verbrennungsmotors beeinflußt.
Nun ist der Hub des Ventilelements von den Abmessungen des Ventilelements und von bestimmten Bestandteilen der Betätigungsmittel sowie der zwischen diesen verschiedenen Elementen bestehenden Spiele abhängig. Die Genauigkeit des Hubs hängt somit von der Qualität der Bearbeitung und des Zusammenbaus dieser Elemente ab, was die Herstellung des Injektors schwierig macht. Zudem verursachen die Auswirkungen der Temperatur, der Stöße, der Vibrationen oder allgemeiner der Abnutzung (im Falle der Temperatur vorübergehende) Veränderungen der Abmessungen und der Spiele, die den Hub definieren, so dass der Strömungsquerschnitt und eben auch der Abführdurchsatz zeitlich nicht konstant sind.
GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Es wäre also interessant, über einen Injektor zu verfügen, der den Brennstoff ohne unvorhergesehene Durchsatzänderung liefert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Hierzu wird erfindungsgemäß ein Injektor für gasförmigen Brennstoff, mit einem Körper vorgesehen, der mit einer Brennstoffzuführleitung und einer Brennstoffabführleitung versehen ist, wobei die Zuführleitung und die Abführleitung in eine Kammer des Körpers münden, in welcher ein Ventilelement und Mittel zum Betätigen des Ventilelements zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung, in der das Ventilelement einen Strömungsquerschnitt des Brennstoffs begrenzt, angebracht sind, wobei die Abführleitung einen kalibrierten Abschnitt umfasst, dessen Querschnitt kleiner ist als der durch das Ventilelement in der Öffnungsstellung definierte Strömungsquerschnitt.
Der Querschnitt des kalibrierten Abschnitts bedingt somit den Abführdurchsatz unabhängig von dem Hub des Ventilelements.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer besonderen, nicht einschränkenden Ausführungsform der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors ist, wobei sich das Ventilelement in seiner Schließstellung befindet,
2 eine schematische und vergrößerte Teilschnittansicht dieses Injektors ist, wobei sich das Ventilelement in seiner Öffnungsstellung befindet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der hier beschriebene Injektor ist beispielsweise dazu bestimmt, einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs auszustatten.
In Bezug auf die Figuren weist der erfindungsgemäße Injektor einen Körper auf, der im Allgemeinen mit 1 bezeichnet wird und hier aus zwei Teilen, nämlich aus einem oberen Halbkörper 2 und einem unteren Halbkörper 3 gebildet ist, die aneinander befestigt sind.
Der obere Halbkörper 2 und der untere Halbkörper 3 begrenzen zwischen sich eine im Allgemeinen mit 4 bezeichnete Kammer, in welche eine Brennstoffzuführleitung 5 und eine im Allgemeinen mit 6 bezeichnete Brennstoffabführleitung münden.
Die Brennstoffzuführleitung 5 ist im unteren Halbkörper 3 ausgebildet und besitzt ein Ende, das außerhalb des Körpers 1 mündet, um mit dem Brennstofftank des Kraftfahrzeugs verbunden zu sein, und ein entgegengesetztes Ende, das in die Kammer 4 mündet.
Die Brennstoffabführleitung 6 ist in einem Ansatz 7 ausgebildet, der so am unteren Halbkörper 3 angebracht ist, dass die Brennstoffabführleitung 6 ein Ende besitzt, das außerhalb des Körpers 1 mündet, um mit der Brennkammer des Motors verbunden zu sein, und ein entgegengesetztes Ende, das durch eine Öffnung 8 in die Kammer 4 mündet.
Die Abführleitung 6 umfasst einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 9, der sich von der Öffnung 8 bis zu einem kalibrierten Abschnitt 10 erstreckt und sich dabei zum Letzteren hin verjüngt, und einen Endabschnitt 11, der mit dem kalibrierten Abschnitt 10 verbunden ist.
Der kegelstumpfförmige Abschnitt 9 besitzt am Scheitel einen Winkel von weniger als 55°, der hier vorzugsweise im Wesentlichen 40° beträgt. Dieser Wert ermöglicht es, die Durchsatzstörungen in diesem Abschnitt zu begrenzen.
Der kalibrierte Abschnitt 10 weist einen Querschnitt auf, der so bestimmt ist, dass er dem Abführdurchsatz entspricht, den der Injektor bereitstellen muß. Der Endabschnitt 11 hat einen Querschnitt, der mindestens gleich demjenigen des kalibrierten Abschnitts 10 ist.
Die Abführleitung 6 ist zudem so angeordnet, dass eine Strömung des Brennstoffs mit Schallgeschwindigkeit im kalibrierten Abschnitt 10 erhalten wird. Somit erhält man einen Abführquerschnitt, der trotz der Druckänderungen hinter dem kalibrierten Abschnitt 10 im Wesentlichen konstant ist.
Die Kammer 4 ist in einen oberen Raum 12 und einen unteren Raum 13 (in Anbetracht der Ausrichtung des Injektors in den Figuren) durch eine Membran 14 aufgeteilt, die sich quer zur Achse der Abführleitung 6 an der Öffnung 8 erstreckt. Die Membran 14 umfasst einen umlaufenden Rand 15, der zwischen dem oberen Halbkörper 2 und dem unteren Halbkörper 3 eingeschlossen ist, wobei sich ein zentraler Teil 16 gegenüber der Öffnung 8 erstreckt, um ein Ventilelement zu bilden, und einen Zwischenabschnitt 17, der den umlaufenden Rand 15 mit dem zentralen Teil 16 verbindet. Der Zwischenabschnitt 17 ist elastisch so verformbar, dass der zentrale Teil 16 der Membran 14 zwischen einer Schließstellung (siehe 1), in welcher der zentrale Teil 16 an den Rand der Öffnung 8 gedrückt wird, und einer Öffnungsstellung (siehe 2), in welcher der zentrale Teil vom Rand der Öffnung 8 weggerückt ist und mit diesem einen zylindrischen Strömungsquerschnitt für den Brennstoff begrenzt, beweglich ist. Der zylindrische Strömungsquerschnitt hat eine Fläche, die dem Produkt aus dem Umfang der Öffnung 8 und dem Abstand, der den Rand der Öffnung 8 und den zentralen Teil 16 der Membran 14 trennt, gleich ist. Der Umfang der Öffnung 8 und der Abstand, der den Rand der Öffnung 8 und den zentralen Teil 16 der Membran 14 trennt, sind derart bestimmt, dass der zylindrische Strömungsquerschnitt größer ist als der Querschnitt des kalibrierten Abschnitts 10, so dass der Abführdurchsatz des Brennstoffs durch den Querschnitt des kalibrierten Abschnitts 10 und nicht durch den zylindrischen Strömungsquerschnitt festgelegt ist.
Der Injektor umfasst Mittel zum Betätigen des zentralen Teils 16 der Membran 14 zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung. Diese Betätigungsmittel sind im oberen Raum 12 der Kammer 4 aufgenommen und umfassen eine Nabe 18, die mit einer Spule 19 umgeben ist, welche Mitteln 20 zum Anschluß an eine nicht dargestellte elektrische Versorgungsquelle zugeordnet ist. Es wird angemerkt, dass zum Verbessern der Rückkehr des zentralen Teils 16 der Membran 14 in seine Schließstellung ein Teil des aus der Zuführleitung 5 stammenden Brennstoffs in den oberen Raum 12 geleitet wird, um dort einen Gegendruck herzustellen.
Als Hinweis wird ausgeführt, dass für eine Öffnung 8 mit einem Durchmesser von 8 mm und eine Membran, deren zentrale Teil 16 einen Hub von 0,3 mm hat, der kalibrierte Abschnitt 10 einen Durchmesser in der Größenordnung von 2 mm hat.
Insbesondere kann der Injektor einen Aufbau aufweisen, der sich von dem beschriebenen beispielsweise dadurch unterscheidet, dass der untere Halbkörper 3 und der Ansatz 7 einstückig ausgebildet sein können. Die Betätigungsmittel können ebenfalls unterschiedlich sein und beispielsweise mechanische Mittel wie eine Feder zum Rückstellen des Ventilelements in die Schließstellung aufnehmen.
Zudem sind die Zahlenwerte nur als Beispiele angegeben worden.

Claims

Injektor für gasförmigen Brennstoff, mit einem Körper (1), der mit einer Brennstoffzuführleitung (5) und einer Brennstoffabführleitung (6) versehen ist, wobei die Zuführleitung (5) und die Abführleitung (6) in eine Kammer (4) des Körpers (1) münden, in welcher ein Ventilelement (16) und Mittel (18, 19) zum Betätigen des Ventilelements (16) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung, in der das Ventilelement (16) einen Strömungsquerschnitt für den Brennstoff begrenzt, angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführleitung (6) einen kalibrierten Abschnitt (10) umfasst, dessen Querschnitt kleiner ist als der durch das Ventilelement (16) in der Öffnungsstellung definierte Strömungsquerschnitt.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführleitung (6) einen kegelstumpfförmigen Abschnitt (9) umfasst, der sich von der Kammer (4) bis zum kalibrierten Abschnitt (10) erstreckt und sich dabei zum Letzteren hin verjüngt.
Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelstumpfförmige Abschnitt (9) am Scheitel einen Winkel von weniger als ca. 55° aufweist.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführleitung (6) so angeordnet ist, dass eine Strömung des Brennstoffs mit Schallgeschwindigkeit im kalibrierten Abschnitt (10) erhalten wird.