Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren

Abstract

  Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Luft-Gemischhildungsvor richtung für Verbrennungsmotoren mit einem rotationssymmetrischen Düsenkörper (2), der zusammen mit einem in ihm verschiebbaren rotationssymmetrischen Drosselkörper (7) eine konvergentdivergente Düse (22) bildet, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet, wobei ein um die konvergent-divergente Düse umlaufender Kraftstoffluftspalt (17) mit einer umlaufenden Spaltöffnung (18) in die Düse mündet und mit einer Kraftstoffzuführung (11) sowie einer Luftzuführung (19) in Verbindung steht, so daß aus der Spaltöffnung mit Luft vermischter Kraftstoff annähernd quer zur Richtung des Hauptluftmassenstromes (L) in die Düse eingespritzt wird.
Um eine Entnahme des der Regelung von Luftmassenstrom und Kraftstoffmassenstrom zugrundeliegenden Drucks _PL der Luft im Bereich des engsten Düsenquerschnittes mit baulich einfachen Mitteln zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mindestens eine im Bereich des engsten Querschnitts der Düse im Düsenkörper angeordnete Öffnung (23) zur Entnahme des Drucks p_L der Luft in diesem Düsenbereich vorgesehen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit einem rotationssymmetrischen Düsenkörper, der zusammen mit einem in ihm verschiebbaren rotationssymmetrischen Drosselkörper eine konvergent-divergente Düse bildet, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet, wobei ein um die konvergent-divergente Düse umlaufender Kraftstoffluftspalt mit einer umlaufenden Spaltöffnung in die Düse mündet und mit einer Kraftstoffzuführung sowie einer Luftzuführung in Verbindung steht, so daß aus der Spaltöffnung mit Luft vermischter Kraftstoff annähernd quer zur Richtung des Hauptluftmassenstromes in die Düse eingespritzt wird. Eine derartige Gemischbildungsvorrichtung ist aus der DE 36 43 882 A1 bekannt. In der deutschen Patentanmeldung P 39 02 283.8 ist ferner eine Kraftstoff-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, mit einer entsprechend ausgebildeten Düse und Kraftstoffzuführung geoffenbart, wobei eine Kraftstoffmengenregeleinrichtung vorgesehen ist, die eine Zumeßeinheit mit einem motorlastabhängig bewegbaren Zumeßorgan zum Steuern der Kraftstoffdurchflußmenge umfaßt, das bewegungsschlüssig mit dem Drosselkörper gekoppelt ist. Über eine Steuerelektronik erfolgt je nach Motorbelastung in Abhängigkeit von motorunabhängigen Größen eine Korrektur der Koppelung von Zumeßorgan und Drosselkörper, wobei es sich bei den motorunabhängigen Größen um den Druck _PL der Luft im engsten Querschnitt der Düse, den Umgebungsdruck p_o vor der Düse und die Umgebungstemperatur T_o vor der Düse handelt. Als weitere Korrekturgröße kann schließlich das Luftverhältnis des Kraftstoff/Luftgemisches mittels einer Lambda-Sonde ermittelt und in die Steuerelektronik eingegeben werden.

[0002] Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Vorrichtung der genannten Art so weiter zu bilden, daß bei dieser eine Entnahme des der Regelung von Luftmassenstrom und Kraftstoffmassenstrom zugrundeliegenden Druckes p_L der Luft im Bereich des engsten Düsenquerschnittes mit baulich einfachen Mitteln möglich ist.

[0003] Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß mindestens eine im Bereich des engsten Querschnittes der Düse im Düsenkörper angeordnete Öffnung zur Entnahme des Druckes _PL der Luft in diesem Düsenbereich vorgesehen ist.

[0004] Die erfindungsgemäße Ausbildung der Gemischbildungsvorrichtung ermöglicht eine eindeutige Druckentnahme im stationären Bauteilbereich, womit bei minimalem Herstellungsaufwand eine optimale Luftdruckbestimmung möglich ist.

[0005] Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die jeweilige Öffnung im engsten Querschnitt der Düse angeordnet ist. Da der engste Querschnitt aufgrund der Relativbeweglichkeit von Drosselkörper und Düsenkörper variabel ist, soll hierunter derjenige Düsenquerschnitt verstanden werden, der sich bei einer Teillaststellung des Drosselkörpers ergibt. Bevorzugt befindet sich die jeweilige Öffnung zur Entnahme des Luftdruckes im Bereich des engsten Querschnittes des Düsenkörpers, was auch für den Kraftstoffluftspalt gilt. Die jeweilige Öffnung zur Entnahme des Luftdruckes sollte, bezogen auf die Strömungsrichtung des Hauptluftmassenstromes, stromaufwärts der Spaltöffnung des Kraftstoffluftspaltes angeordnet seien, vorteilhaft wird die Düse zudem im Steigstrom durchströmt, so daß das Gemisch nach Verlassen der Gemischbildungsvorrichtung im wesentlichen im Fallstrom den Zylindern des Verbrennungsmotors zugeführt werden kann.

[0006] Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Öffnung Bestandteil eines in den Düsenkörper eingebrachten und um die Düse umlaufenden Ringspaltes ist. Ein derartiger Ringspalt ermöglicht eine eindeutige Entnahme des Luftdruckes über den gesamten Umfang der Düse, wobei zudem die Gefahr einer Verschmutzung dieser Meßstelle weitgehend ausgeschlossen ist, außerdem läßt sich der Ringspalt auf einfache Art und Weise herstellen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Düsenkörper quer zur Richtung des Hauptluftmassenstromes geteilt ausgebildet ist und ein Düsenkörperteil zur Bildung des Ringspaltes auf seiner dem anderen Düsenkörperteil zugewandten Fläche eine um die Düse umlaufende Ausnehmung aufweist. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß auch das andere Düsenkörperteil eine um die Düse umlaufende Ausnehmung aufweist und zwischen den beiden Düsenkörperteilen eine Ringscheibe angeordnet ist, zur Bildung des Ringspaltes zur Entnahme des Luftdruckes zwischen der Ringscheibe und dem einen Düsenkörperteil sowie zur Bildung des Kraftstoffluftspaltes zwischen der Ringscheibe und dem anderen Düsenkörperteil. Die genannte Ausführungsform gestattet es damit, innerhalb eines Bereiches kürzester Strömungslänge des Hauptluftmassenstromes durch die Düse sowohl die Meßstelle für die Druckentnahme als auch den Kraftstoffluftspalt zur Zuführung des mit Luft vermischten Kraftstoffes anzubringen, die Ringscheibe stellt dabei das Trennelement zwischen dem Meßort für die Luftdruckentnahme und dem Einspritzort für das Kraftstoff-Luft-Gemisch dar. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht schließlich vor, daß zwischen der Ringscheibe und dem anderen Düsenkörperteil eine weitere Ringscheibe angeordnet ist, die mit radial verlaufenden Kraftstoffzuführkanälen versehen ist, die unmittelbar in den um die Düse umlaufenden Kraftstoffluftspalt münden. Die Kraftstoffzuführkanäle sind zweckmäßig durch zum Inneren der weiteren Ringscheibe offene Schlitze gebildet.

[0007] Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß die Entnahme des Luftdruckes über einen Ringspalt erfolgt, es sind vielmehr die unterschiedlichsten Möglichkeiten zur Druckluftentnahme denkbar, beispielsweise kann die jeweilige Öffnung zur Entnahme der Druckluft Bestandteil einer oder mehrerer in den Düsenkörper eingebrachter Meßbohrungen sein.

[0008] Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

[0009] In den Figuren ist die Erfindung anhand einer Ausführungsform verdeutlicht, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für einen Ottomotor im Bereich von Düsenkörper und Drosselkörper,

Figur 2 einen Querschnitt gemäß der Linie A-A in Figur 1 durch den Düsenkörper und den Drosselkörper zur Verdeutlichung der Ausbildung der die Kraftstoffzuführkanäle aufweisenden Ringscheibe und

Figur 3 eine stark vereinfachte Darstellung der Düse und des sich hieran anschließenden Saugrohres des Ottomotors mit den physikalischen Zustandsgrößen der Düse.

[0010] In den Figuren ist eine gedachte Langsachse der Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung, um die Teile dieser Gemischbildungsvorrichtung symmetrisch ausgebildet sind, mit 1 bezeichnet. Im wesentlichen rotationssymmetrisch geformt ist ein Düsenkörper 2 mit seiner inneren Wandung 3. Der von der inneren Wandung begrenzte Innenraum in dem Düsenkörper verjüngt sich in seinem unteren Bereich 4 nach oben stetig bis zu einer Stelle engsten lichten Querschnitts 5. An diesen schließt sich nach oben ein gerader Diffusor 6 an, der in ein Saugrohr 21 des Verbrennungsmotors mündet. Unten wird die Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung über ein nicht dargestelltes Luftfilter mit Luft beaufschlagt. Der Hauptluftmassenstrom strömt also inpfeilrichtung L von unten nach oben.

[0011] Zur Regelung des Hauptluftmassenstromes dient in Verbindung mit dem Düsenkörper 2 ein ebenfalls rotationssymmetrisch um die Längsachse geformter Drosselkörper 7, der dazu in Richtung der Längsachse gemäß Doppelpfeil B einstellbar ist. Ein unterer Teil des Drosselkörpers 7 erweitert sich von unten stetige und mündet in einen wesentlichen oberen Teil des Drosselkörpers, der sich von unten nach oben stetig verjüngt. Der Durchlaß für den Luftmassenstrom zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Drosselkörper 7 wird also um so mehr verengt, je weiter der Drosselkörper nach oben verschoben ist. Der Düsenkörper bildet zusammen mit dem Drosselkörper eine konvergent-divergente Düse 22.

[0012] Der Düsenkörper 2 ist im Bereich des engsten Querschnittes 5 in ein oberes Düsenkörperteil 2a und ein unteres Düsenkörperteil 2b geteilt. Zwischen den beiden Düsenkörperteilen sind zwei dünnwandige Kreisringscheiben 8 und 9 angeordnet, die beim Verbinden der beiden Düsenkörperteile zwischen diesen eingeklemmt werden. Die Kreisringscheiben 8 und 9 stützen sich an ihrem äußeren Umfang an einem Zentrieransatz 10 des oberen Düsenkörperteiles 2a ab. Der Innendurchmesser der dem Düsenkörperteil 2b zugewandten Kreisringscheibe 9 entspricht dem Durchmesser des Düsenkörpers 2 an seiner Stelle 5 engsten Querschnittes, der Innendurchmesser der dem Düsenkörperteil 2a zugewandten Kreisringscheibe 8 ist größer als der des Düsenkörpers 2 an der genannten Stelle.

[0013] Das Düsenkörperteil 2b weist in seiner Trennebene zum Düsenkörperteil 2a eine um die Düse 22 umlaufende Ausnehmung 23 geringer Stärke auf, die beabstandet zur Düse 22 in einen konzentrisch zu dieser umlaufenden Ringkanal 24 mündet, von dem eine Bohrung 25 im Düsenkörperteil 2b wegführt. Zwischen der Kreisringscheibe 8 und dem Düsenkörpertell 2b ist im Bereich der Ausnehmung 23 ein umlaufender Meßspalt gebildet, in dem zur Vorsteuerung des einzuspritzenden Kraftstoffes der Druck _PL der Luft im Bereich des langes des engsten Ouerschnittes A_L entnommen und über den Ringkanal 24 und die Bohrung 25 in Verbindung mit einer nicht gezeigten Meßeinheit einer gleichfalls nicht gezeigten Steuerelektronik steht.

[0014] Die Kreisringscheibe 9 selbst ist mit zwölf radial verlaufenden, jeweils um einen Winkel von 30⁰ zueinander versetzt angeordneten Schlitzen 11 versehen, die im Bereich ihres jeweiligen, der Düse zugewandten Endes 12 offen, hingegen im Bereich des entgegengesetzten Endes 13 verschlossen sind.

[0015] Zur Kraftstoffzufuhr in den Innenraum des Düsenkörpers 2 ist das untere Düsenkörperteil 2b mit einer Kraftstoffzuleltungsbohrung 15 versehen, die in einen im Düsenkörperteil 2b rotationssymmetrisch zur Längsachse 1 angeordneten Kraftstoffringkanal 16 übergeht, der im Bereich der Enden 13 der Schlitze 11 über eine der Anzahl der Schlitze 11 entsprechende Anzahl von Bohrungen 14 in der Kreisringscheibe 8 mit den Schlitzen 11 in Fließverbindung steht. Der Kraftstoff tritt somit durch die Kraftstoffzuleitungsbohrung 15 in den Kraftstoffringkanal 16 und verteilt sich von dort durch die Bohrungen 14 in der Kreisringscheibe 8 auf die einzelnen Schlitze 11, die in radialer Richtung gemäß Pfeil D zum Düsenkörperinneren durchströmt werden. Dort tritt der Kraftstoff aus den Schlitzen 11 aus, in einen zwischen dem oberen Düsenkörperteil 2a und der Kreisringscheiben 8 gebildeten Spalt 17, der im Bereich des engsten Querschnittes 5 der Düse um diese umläuft und eine zu dem Innenraum des Düsenkörpers 2 gerichtete Spaltöffnung 18 aufweist, die sich wie der Spalt 17 über 360° erstreckt. Zur gleichmäßigen Verteilung des in den Düsenkörper 2 eintretenden Kraftstoffstroms ist der Kraftstoffringkanal 16 mit einem verhältnismäßig kleinen Strömungswiderstand ausgebildet, während die Schlitze 11 einen verhältnismäßig hohen Strömungswiderstand aufweisen. Die Querschnitte der Schlitze sind so abgestimmt, daß die Strömung des Kraftstoffes vorwiegend laminar ist, die Höhe ist insbesondere so bemessen, daß bei üblichen feinen Filtern eine Verstopfung durch Schmutzteilchen nicht auftritt.

[0016] In den Spalt 17 wird benachbart zu den jeweiligen Schlitzenden 12 Luft unter höherem Druck , annähernd unter Umgebungsdruck, eingeleitet. Hierzu steht der Spalt 17 über einen zur Längsachse 1 gleichfalls rotationssymmetrischen, im oberen Düsenkörperteil 2 angeordneten Luftringkanal 19 sowie mindestens eine Bohrung 20 mit einem nicht näher gezeigten Innenraumabschnitt in dem Düsenkörperteil 2a in Verbindung. Im Spalt 17, präziser dem Kraftstoffluftspalt entsteht eine Kraftstoff-Luft-Emulsion, die durch den Druckunterschied zwischen Luftringkanal 19 und dem Bereich des engsten Querschnittes der konvergent-divergenten Düse 22 in den Hauptluftmassenstrom L eingebracht wird, wobei stromabwärts ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch entsteht.

[0017] Figur 3 verdeutlicht die grundsätzlichen physikalischen Verhältnisse im Bereich der Düse der insoweit beschriebenen KraftstoffLuft-Gemischhildungsvorrichtung. So erreicht bei einem Druckverhältnis p_L/p_o ≈ 0,5 die Strömungsgeschwindigkeit _CL im engsten Querschnitt A_L der Düse 22 Schallgeschwindigkeit. Dieses Druckverhältnis p_L/p_o wird bereits erreicht, wenn beim Druck p_s im Saugrohr 21 das Druckverhältnis p_s/p_o = 0,7 - 0,75 beträgt. Für Druckverhältnisse p_s/p_o < 0,7 - 0,75 bleibt das Druckverhältnis p_L/p_o konstant und damit auch der Strömungszustand (_CL, p_L, υ_L) und bei unverändertem Querschnitt A_L der Massenstrom m_a. konstant. Für Druckverhältnisse pdpo 0,5 entsprechend p_s/p_o) > 0,7 - 0,75 wird die Strömungsgeschwindigkeit im engsten Querschnitt kleiner als die Schallgeschwindigkeit, mit einer entsprechenden Verkleinerung des Luftmassenstromes m_a. Zur Erhaltung eines konstanten Lambda-Wertes des Gemisches erfolgt über Steuerungselemente eine Veränderung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge proportional zur Veränderung des Luftmassenstromes. Der mit der Vorsteuerung des Kraftstoffes im Zusammenhang stehende Druck _PL wird wie zuvor beschrieben amumfang des engsten Querschnittes A_L entnommen und fließt als Steuerrröße in die Kraftstoffmengenbestimmung ein. Wegen des grundsätzlichen Aufbaus und der Funktionsweise der Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung wird in diesem Zusammenhang auf die in der deutschen Patentanmeldung
P 39 02 283.8 beschriebene Gemischbildungsvorrichtung Bezug genommen.

Ansprüche

1. Kraftstoff-Luft-Gemischhildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit einem rotationssymmetrischen Düsenkörper, der zusammen mit einem in ihm verschiebbaren rotationssymmetrischen Drosselkörper eine konvergent-divergente Düse bildet, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet, wobei ein um die konvergent-divergente Düse umlaufender Kraftstoffluftspalt mit einer umlaufenden Spaltöffnung in die Düse mündet und mit einer Kraftstoffzuführung sowie einer Luftzuführung in Verbindung steht, so daß aus der Spaltöffnung mit Luft vermischter Kraftstoff annähernd quer zur Richtung des Hauptluftmassenstromes in die Düse eingespritzt wird, dadurch gekennzßichnet, daß mindestens eine im Bereich des engsten Querschnitts der Düse (22) im Düsenkörper (2) angeordnete Öffnung (23) zur Entnahme des Drucks _PL der Luft in diesem Düsenbereich vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung(en) (23) im engsten Querschnitt der Düse (22) angeordnet ist (sind).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekßnnzeichnet, daß die Öffnung(en) (23), bezogen auf die Strömungsrichtung des Hauptluftmassenstroms (L) stromaufwärts der Spaltöffnung (18) des Kraftstoff luftspaltes (17) angeordnet ist (sind).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzßichnßt, daß die Öffnung (23) Bestandteil eines in den Düsenkörper (2) eingebrachten und um die Düse (22) umlaufenden Ringspaltes ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (2) quer zur Richtung des Hauptluftmassenstromes (L) geteilt ausgebildet ist und ein Düsenkörperteil (2b) zur Bildung des Ringspaltes auf seiner dem anderen Düsenkörperteil (2a) zügewandten Fläche eine um die Düse (22) umlaufende Ausnehmung (23) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch das andere Düsenkörperteil (2b) eine um die Düse (22) umlaufende Ausnehmung aufweist und zwischen den beiden Düsenkörperteilen (2a, 2b) eine Ringscheibe (8) angeordnet ist, zur Bildung des Ringspaltes (23) zur Entnahme des Luftdruckes zwischen der Ringscheibe

(8) und dem einen Düsenkörperteil (2b) sowie zur Bildung des Kraftstoffluftspaltes (17) zwischen der Ringscheibe (8) und dem anderen Düsenkörperteil (2a).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ringscheibe (8) und dem anderen Düsenkörperteil (2a) eine weitere Ringscheibe (9) angeordnet ist, die mit radial verlaufenden Kraftstoffzuführkanälen (11) versehen ist, die unmittelbar in den um die Düse (22) umlaufenden Kraftstoffluftspalt (17) münden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Öffnung Bestandteil einer in den Düsenkörper eingebrachten Meßbohrung ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (22) im Steigstrom durchströmt wird.

Bezugszeichenliste

1 Längsachse

2 Düsenkörper

2a oberes Düsenkörperteil

2b unteres Düsenkörperteil

3 innere Wandung

4 unterer Bereich

5 Stelle engsten lichten Querschnitts des Düsenkörpers

6 Diffusor

7 Drosselkörper

8 Kreisringscheibe

9 Kreisringscheibe

10 Zentrieransatz

11 Schlitz

12 Ende

13 Ende

14 Bohrung

15 Kraftstoffzuleitungsbohrung

16 Kraftstoffringkanal

17 Spalt

18 Spaltöffnung

19 Luftringkanal

20 Bohrung

21 Saugrohr

22 Düse

23 Ausnehmung

24 Ringkanal

25 Bohrung

Zeichnung