DE3241679A1 - Einspritzeinrichtung, insbesondere bei direkteinspritzenden dieselmotoren - Google Patents
Einspritzeinrichtung, insbesondere bei direkteinspritzenden dieselmotorenInfo
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Abstract
Die Einspritzeinrichtung weist einen Düsenkörper (10) mit einem flüssigkeitsgesteuerten Nadelventil (18) auf. Am vorderen Ende des Düsenkörpers (10) befinden sich bei einer Einlochdüse ein Spritzloch (12), bei einer Mehrlochdüse mehrere Spritzlöcher (12; 13), die in einem beliebigen Winkel zueinander stehen können. Im engsten Querschnitt der Spritzlöcher (12; 13) führen Saugschlitze (14a; 14b) in den Brennraum (15). Von dem aus den Spritzlöchern (12; 13) austretenden Kraftstoffstrahl wird Luft aus dem Brennraum (15) angesaugt. Diese Luft vermischt sich im engsten Querschnitt der Spritzlöcher (12; 13) mit dem Kraftstoff, so daß am Fuße des Einspritzstrahles eine Zweiphasenströmung mit besonders günstigen Eigenschaften für die anschließende Gemischbildung vorliegt.
Description
Wiegand, Herbert, Dipl.-Ing.
Barbarastr. 29
5000 Köln 90
Barbarastr. 29
5000 Köln 90
Bäumer, Klaus, Dipl.-Ing.
Buschweg 20
5300 Bonn 3
Buschweg 20
5300 Bonn 3
Einspritzeinrichtung, insbesondere bei direktein-
Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung, insbesondere bei direkteinspritzenden Dieselmotoren.
Bei der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Dieselmotors ist anzustreben, durch die Saugwirkung
des Dieseleinspritzstrahles im engsten Querschnitt eines Spritzloches hochverdichtete Luft aus dem Brennraum anzusaugen
und als Zweiphasenströmung direkt am Austritt des Spritzloches oder über einen diesem Spritzloch anschließenden
Diffusor mit zylindrischem Teil in den Brennraum einzuleiten, damit während des Einspritzvorganges kontinuierlich
ein zündfähiges Gemj sch entsteht.
Es ist bekannt, daß zur Erzielung eines zündfähigen Gemisches im Dieselmotor hohe Luftgeschwindigkeiten anzustreben
sind, die durch den Impulsaustausch zwischen Einspritzstrahl und Luft und eine entsprechende Luftführung
erzielt werden sollen. Dabei hat sich gezeigt, daß am Impuls- und Stoffaustausch hauptsächlichdie Strahlspitze
beteiligt ist und nach bisherigen Beobachtungen
eine Steigerung des Einspritzdruckes [1],[2] sich z.T. nicht in einer Erhöhung, sondern sogar in einer Verminderung
der Strahlspitzengeschwindigkeit auswirkte. Aus Motorversuchen ist bekannt, daß Hochdruckeinspritzung beim
dieselmotorischen Prozeß zu einer geringeren NO -Bildung führt. Insbesondere konnte aufgrund bisheriger Untersuchungen
[3] kein Einfluß des Einspritzdruckes auf den Zündverzug nachgewiesen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Saugwirkung des Einspritzstrahles Luft im engsten Querschnitt'des
Spritzloches kontinuierlich anzusaugen und den im Εϊ·η-spritzstrahl
enthaltenen Impuls gezielt zur Erzeugung einer Zweiphasenströmung zu nutzen. Damit soll auch der ■
bei der Hochdruckeinspritzung [1]r[4] zur Verfügung stehende, größere Strahlimpuls zu einer Verbesserung der
Gemischaufbereitung herangezogen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Einspritzstrahl im engsten Querschnitt eines Spritzloches über eine Schlitzdüse hochverdichtete Luft aus dem Brennraum
eines Dieselmotors ansaugt und am Ende des Spritzloches, das mit einem Diffusor mit zylindrischem Teil
versehen sein kann, als Zweiphasenströmung in den Brennraum eintritt. Wie bei der in [5] beschriebenen Einspritzeinrichtung
wird beim Schließen des Nadelventils der Treibstrahl schlagartig unterbrochen. Die langsamer nachlassende
Sogwirkung der Luft dürfte aber auch hier noch ausreichend sein, etwaige Restkraftstoffmengen aus Spritzloch
und Sackloch herauszuziehen und in den Brennraum noch
während des Verbrennungsvorganges einzublasen.
Während die Einspritzeinrichtung für Dieselmotoren nach [5] entsprechend ihrer Geometrie auch für größere anzusaugende
Luftmengen geeignet ist, ist dies bei der nach dem Venturi-
BAD
verfahren arbeitenden Einspritzeinrichtung nicht mehr der Fall, da hier prinzipmäßig die Saugschlitze im engsten
Querschnitt des Spritzloches liegen müssen. Andererseits ist aus dem Betreiben von Venturidüsen bekannt, daß die
Sogwirkung schlagartig nach dem Aufbau der Treibstrahlströmung eintritt und ein Abreißen der Saugstrahlströmung,
wie dies bei Abweichung der Betriebsbedingungen vom Auslegungspunkt bei Ejektoren leicht, möglich ist, nicht
eintritt [6].
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es
zeigt Fjg. 1 einen Längsschnitt durch eine Einspritzeinrichtung,
bestehend aus einem Düsenkörper (10) mit Nadelventil (18), Sackloch (11), einem zentralen Spritzloch
(12) und einem unter einem beliebigen Winkel zur Düsenachse
angeordneten Spritzloch (13) . In den Spritzlöcherr (12) und (13) befinden sich im engsten Querschnitt Saugschlitze
(14a;14b), aus denen der Kraftstoffeinspritzstrahl
Luft aus dem Brennraum (15) ansaugt. Am Ende der Spritzlöcher (12) und (13) tritt der Einspritzstrahl· infolge
der Luftzumischung als Zweiphasenströmung in den Brennraum (15) ein. Um optimale Gemischbildungsbedingungen
in den Spritzlöchern (12) und (13) zu erreichen, kann diesen eine diffusorartige Erweiterung (16a;16b) mit
zylindrischem Teil (17a;17b) nachgeschaltet werden. Fig.
zeigt eine mögliche Anordnung der Saugschlitze (14a) um das Spritzloch (12). In Fig. 3 ist eine besonders
strömungsgünstige Anordnung der Saugschlitze (14a) um das Spritzloch (12) dargestellt, die. fertigungstechnisch
allerdings einen etwas größeren Aufwand erfordert.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die kontinuierliche Anlagerung
von Luft an den Kraftstoffstrahl bei kleiner Relativgeschwindigkeit
eine Zweiphasenströmung ent steht, bei der
BAD ORiGlNAL
ein schlagartiges Abbrennen, wie es nach Einbringung einer größeren Kraftstoffmenge in einen Brennraum entstehen
kann, vermieden wird. Bekanntlich führt schlagartiges Abbrennen zu einem steilen Druckanstieg mit hohem Spitzendruck
und hoher NO -Emission.
Mit Hilfe einer Einspritzeinrichtung nach dem Venturi-Prinzip soll erreicht werden, daß wie beim M-Verfahren
(filmartige Anlagerung des Kraftstoffes an die Brennraumwand) durch kontinuierliche Gemischaufbereitung während
des Einspritzvorganges sanfte Druckanstiege und niedrige Spitzendrücke, verbunden mit geräuscharmem Lauf bei hohen
Mitteldrücken und geringer NO -Bildung, erzielt werden. Da bei Verwendung einer Einspritzeinrichtung, die nach
dem Venturi-Prinzip arbeitet, eine Wandanlagerung des Kraftstoffes infolge Vorliegens einer Zweiphasenströmung
nicht erforderlich ist, treten die beim M-Verfahren bekannten Nachteile bei kaltem Motor nicht auf. Bekanntlich
führen dort bei kaltem Motor die ungünstigeren Verdunstungsbedingungen an der Wand zu Kaltstartschwierigkeiten
und zu erhöhter Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe [71. Mit der erfindungsgemäß■beschriebenen
Einspritzeinrichtung läßt sich beim direkteinspritzenden Dieselmotor Verbrennung und Motorlauf ähnlich weich
gestalten wie beim Vorkammerdieselmotor, ohne dessen Nachteile, wie z.B. höheren Kraftstoffverbrauch, in Kauf
nehmen zu müssen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung
ist, daß die durch die Saugschlitze verursachte Luftbewegung in Düsennähe örtliche Uberhitzungen vermeidet
und so ein Verkoken der Düsenaustrittsbohrungen verhindert wird. Werden die Saugschlitze beispielsweise durch Funkenerosion
hergestellt, so ist ihre geometrische Form in weiten Grenzen frei wählbar, wodurch sich der zeitliche
und räumliche Ablauf der Gemischbildung gezielt beeinflussen läßt. Dabei können bei einer Mehrlochdüse die Saugschlitze
verschieden große Querschnitte für die einzelnen Spritzlöcher haben, so daß sich sowohl Härte als auch
Eindringtiefe der einzelnen Einspritzstrahlen vorgeben
lassen. Dadurch ist es möglich, auch bei höchsten Einspritzdrücken,
die für die geforderten kurzen Einspritzzeiten notwendig sind, gezielt Einspritzstrahlen geringerer
Härte und unterschiedlicher Eindringtiefe bei gleichem Einspritzdruck zu erzeugen, so daß mit einer Einspritzeinrichtung,
die mit mehreren Spritzlöchern versehen ist, im Brennraum eines direkteinspritzenden Dieselmotors.i,
dadurch die für eine optimale Gemischbildung starke Ladungsschichtung entsteht.
Weiterhin wird beim Schließen des Nadelventils (18) durch
die kurzeitig noch vorhandene Sogwirkung der Luft erreicht,
daß in Spritzloch und Sackloch verbliebene Kraftstoffreste
herausgesaugt werden und noch während des Verbrennungsvorganges in den Brennraum gelangen.
Mit Hilfe von theoretischen Ansätzen und von Kennwerten, die- aus Versuchen zu ermitteln sind, kann eine Einspritzeinrichtung
nach dem Venturi-Prinzip so ausgelegt werden, daß eine Zweiphasenströmung mit optimalen Zündbedingungen
für eine vorgegebene Brennraumgröße und -geometrie entsteht.
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BAD. ORIGINAL
Claims (5)
- Patentansprüche:Einspritzeinrichtung zur Kraftstoffeinspritzung, insbesondere für direkteinspritzende Dieselmotoren, bei denen entweder eine Einlochdüse mit zentralem Spritzloch (12) oder eine Mehrlochdüse, deren Spritzlöcher (12; 13) in einem beliebigen Winkel zur Düsenachse stehen können, zur Anwendung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß im engsten Querschnitt eines SpritzLoches (12;13) die Sogwirkung des KraftstoffStrahls dazu genutzt wird, daß während des Einspritzvorganges Luft über die Saugschlitze (14a;14b) dort kontinuierlich angesaugt wird, und daß durch Vermischung der Luft mit dem Kraftstoff· Ibis zum Ende des Spritzloches eine Zweiphasenströmung entstanden ist, so daß ein weicher Strahl von Dieselkraftstoff in den Brennraum (15) eindringt, der leichter durch Turbulenz mit der Luft vermischt werden kann.
- 2. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Saugschlitze (14a;14b) eine frei wählbare geometrische Querschnittsform haben können und zur Beschleunigung der anzusaugenden Luft als Düsen ausgebildet sind.
- 3. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Mehrlochdüse die Saugschlitze (14a;14b) für die einzelnen Spritzlöcher (12;13) jeweils verschieden große Querschnitte haben können, so daß Härte und Eindringtiefe jedes einzelnen Einspritzstrahls unabhängig voneinander über die vorgegebene Größe der Saugschlitze (14a;14b) eingestellt werden können und dadurch eine Ladungsschichtung im Brennraum erreicht wird.
- 4. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß nach Schließen des Nadelventils (18) noch im Sackloch (11) und den Spritzlöchern (12; 13) befindliche Kraftstoffreste durch die noch vorhandene Sogwirkung der Luft abgesaugt werden und noch während des Verbrennungsvorganges in den Brennraum gelangen.
- 5. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4.dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung optimaler Gemischbildungsbedingungen für die Ausbildung einer Zweiphasenströmung sich den Spritzlöchern (12; 13) eine diffusorartige Erweiterung (16a;16b) mit zylindrischem Mischteil (17a;17b) anschließt.BAD ORIGINAL
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