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Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen Bei bekannten Einspritzdüsen
für BreinikraftniascIiinen wird ein Nadelventil entgegen der Fließrichtung des Brenistoffes
gegen die Kraft einer Feder durch den Brennstoffdruck von seinem Nadelsitz angehoben
und dadurch der Durchfluß zu den 1)üseniöcliern freigegeben. Dabei ist der Schließdruck
stet: wesentlich geringer als der Eröffnungsdruck. und da die Nadelbelastung sich
nicht ändert, bleibt er bei allen Drehzahlen gleich groß. Der Ventilsitz liegt tief
im Düsenkörper, er ist schwer herzustellen und hat nur beschränkte Betriebsdauer.
Die Düsenlöcher sind den heißen Gasen ausgesetzt, so daß der zwischen \'adelsitz
und Düsenlöchern nach der Einspritzung . verbliebene Brennstoff während der Spritzpausen
teilweise ausfließt und die Düse verschmutzt.
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Es sind auch Eicispritzdüsen mit in Fließrichtung des Brennstoffes
sich öffnender Nadel bekannt, bei welchen der Breinistolt zuerst einen Nadelsitz
durchfließt und nachher über einen kolbenförmigen Ansat7 der Nadel, der die Düsenöffnungen
enthält, in den Brennraum ausfließt. Diese Bauarten hallen den Nachteil, <laß
zwischen Nadelsitz und Düsenöffnungen eine relativ große Menge Brennstoff unter
dem Nadelschließdruck zurückgehalten wird, so daß nach erfblgter Einspritzung Nachtropfen
entsteht, was die Düse verschmutzt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen,
bestehend aus einem Absperrorgan, das in einem Gehäuse gleitet und dessen Bewegungen
die Ausspritzung von Brennstoff durch Düsenöffnungen steuert, welche mit Hilfe einer
an einer Speisemündung angeschlossenen Leitung gespeist werden, wobei die Öffnungsbewegungen
dieses Organs in der Fließrichtung des Brennstoffes erfolgen und durch den Druck
des Speisebrennstoffes bewirkt werden. Diese Einspritzdüse bezweckt die Beseitigung
der erwähnten Nachteile
dadurch, daß das Absperrorgan durch einen
aus zwei Teilen verschiedenes; Durchmesser bestehenden Kolben gebildet ist, welcher
in beidseitig einer durch die Speisemündung gespeisten Kompressionskammer angeordneten
abgedichteten Führungen gleitet, wobei der einen größeren Durchmesser aufweisende
Teil des Kolbens so angeordnet ist, daß eine Bewegung desselben in der Fließrichtung
des Brennstoffes eine Raumverminderung der Kompressionskammer bewirkt, sowie dadurch,
daß Kolben und Gehäuse Teile aufweisen, die in gegenseitiger Mitwirkung bei einer
solchen Bewegung des Kolbens einerseits die Schließung der genannten Kompressionskammer
und anderseits die Ausspritzung des Brennstoffes durch die Düsenöffnungen steuern.
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Die Zeichnung zeigt schematisch und als Beispiel einige Ausführungsarten
der Einspritzdüse.
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Fig. i ist eineLängsschnittansicht einer Einspritzdüse gemäß einer
ersten Ausführungsart, welche mehrere Düsenöffnungen aufweist; Fig. 2 ist eine Querschnitt-Teilansicht
einer Ausführungsvariante von Fig. i ; Fig.3 ist eineLängsschnittansicht einer Einspritzdüse
gemäß einer zweiten Ausführungsart, mit dem Kolben in Ruhelage; Fig.4 ist eine Schnittansicht
ähnlich wie diejenige der Fig.3, jedoch mit dem Kolben in Betriebslage; Fig. 5 ist
eine Längsschnitt-Teilansicht einer Ausführungsvariante der in Fig. 3 und 4 dargestellten
Einspritzdüse; Fig.6 ist eineLängsschnittansicht einer Einspritzdüse gemäß einer
dritten, eine einzige zentrale Düsenöffnung aufweisenden Ausführungsart; Fig. 7
ist eine Querschnitt-Teilansicht einer Ausführungsvariante von Fig.6.
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Die 'übereinstimmenden Organe und Teile der verschiedenen Ausführungsarten
werden in sämtlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In der Ausführungsart gemäß Fig. i weist die Einspritzdüse ein mit
einem Kolben ausgerüstetes Gehäuse i auf. Dieser Kolben besteht aus einem Kopf T
und zwei Teilen 2, 3, wobei der Durchmesser des einen Teils 2 kleiner als derjenige
des andern Teils 3 ist und der Durchmesser dieses letzteren Teils 3 wiederum kleiner
als derjenige des Kopfes T ist. Dieser Kolben ist in abgedichteten Führungen 4,
5 axial beweglich, deren Durchmesser denen der Teile 2 und 3 des Kolbens entsprechen
und die sich beidseitig einer Kompressionskammer6 befinden. Eine in dieser Kammer
6 untergebrachte, einerseits auf deren Boden 8 und anderseits auf dem durch die
Abstufung des Kolbendurchmessers gebildeten Ansatz 9 abgestützte Rückstellfeder
7 bezweckt, den Kolben in der durch die hintere Stirnfläche io seines Kopfes T und
eine Stützfläche 12 bestimmte Ruhelage festzuhalten. Dieser Kopf T befindet sich
im Innern einer Kammer 2o, welche einerseits durch die Stützfläche 12 und anderseits
durch eine Anschlagfläche 13 begrenzt ist. Der Kolben weist eine axiale Bohrung
14 auf, welche sich über den größten Teil seiner Länge erstreckt und in welche folgende
Kanäle einmünden: a) ein kalibrierter Kanal 15, welcher diese Bohrung mit der Kompressionskammer
6 in Verbindung setzt, b) Ausflußkanäle 16, welche sich in symmetrisch um die Achse
b des Kolbens angeordneten radialen Ebenen befinden und deren Achsen mit dieser
Achse b einen Winkel a bilden.
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Eine Speisemündung 18, welche durch eine Leitung an eine nicht dargestellte
Einspritzpumpe anzuschließen ist, mündet in die Kammer 2o ein.
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Die vorstehend beschriebene Einspritzdüse arbeitet folgendermaßen:
In Ruhelage, d. h. zwischen zwei Brennstoffeinspritzungen, nehmen die Organe der
Einspritzdüse die in der Fig. r der Zeichnung dargestellte Lage ein.
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Die Feder 7 hält den Kolben in seiner durch die mit der Stützfläche
12 wirkende Stirnfläche io bestimmten axialen Lage fest. Für diese Lage des Kolbens
münden die Ausflußkanäle 16 auf einen Teil der im Innern der Führung 4 gelegenen
zylindrischen Fläche des Teiles 2 des Kolbens aus, so daß diese Kanäle abgeschlossen
sind. Dagegen stellt der kalibrierte Kanal 15 eine Verbindung zwischen der
Kompressionskammer 6 und der Bohrung 14 her.
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Wenn die nicht dargestellte Einspritzpumpe Brennstoff durch die Speisemündung
18 treibt, so hat der Druck des in die Kammer 2o getriebenen Brennstoffes das Bestreben,
den Kolben axial zu verschieben. Diese axiale Verschiebung bewirkt eine Raumverminderung
der Kompressionskammer 6 und infölgedessen a) die Kompression des in dieser Kammer
6 enthaltenen Brennstoffes, b) das Zurücktreiben eines Teiles dieses Brennstoffes
durch den kalibrierten Kanal 15 in die Bohrung 14, welche mit der Kammer 2o in Verbindung
steht.
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Eine axiale Verschiebung des Kolbens um einen Wert h bringt den Kanal
15 in die Ebene des Bodens 8, der dessen Schließung steuert. Wenn dieser Kanal ganz
abgeschlossen ist, so kann der in Kammer 6 eingeschlossene Brennstoff nicht mehr
entweichen, so daß sich der Druck in derselben in Funktion der axialen Verschiebung
des Kolbens rasch steigert.
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Wenn dieser Kolben eine Verschiebung um einen Wert h' ausgeführt hat,
so befinden sich die Kanäle 16 in der Ebene der Stirnfläche der Einspritzdüse, so
daß die Kante 22 ihre Öffnung steuert. Die volle Öffnung der Kanäle 16 findet statt,
bevor der Ansatz i i des Kopfes T mit dem Boden 13 der Kammer 20 in Berührung kommt.
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Die Überprüfung der Zeichnung zeigt, daß der Wert der Kompression
des Brennstoffes bei Beginn der Einspritzung durch die auf den Kolben ausgeübten
und sich der axialen Verschiebung desselben in Richtung der Öffnung der Kanäle 16
entgegensetzenden Druckkräfte bedingt wird, und zwar a) durch den schwachen von
der Rückstellfeder 7 ausgeübten Druck, b) durch den auf die vordere Stirnfläche
24 des Kolbens von den im Zylinder des Motors verdichteten Gasen ausgeübten Druck,
c) durch den auf den Ansatz 9 von dem in der
Kompressionskammer
6 komprimierten Brennstoff ausgeübten Druck.
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Nun ist festzustellen, daß der zuerst erwähnte Druck konstant bleibt,
-,während der zweite durch die Konstruktion des Motors bedingt wird. Dagegen ist
der Wert des drittgenannten Druckes veränderlich, und zwar ist dieser Wert von der
durch den kalibrierten Kanal i 5 vor seiner gänzlichen Schließung zurückgetriebenen
Brennstoffmenge abhängig.
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Es ist klar, daß diese Zlenge um so größer ist, je größer die Lichtweite
des Kanals 15, je kleiner die Geschwindigkeit der Verschiebung des Kolbens und je
länger der vom Kolben bis zur gänzlichen Schließung des Kanals 15 zurückzulegende
Weg ist.
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Da aber die Geschwindigkeit der Verschiebung des Kolbens um so größer
ist, je größer die Geschwindigkeit des Motors ist, hat dies zur Folge, daß der in
der Kompressionskammer 6 herrschende Druck und somit der Druck des Brennstoffes
während der Einspritzung und insbesondere der am Schluß der Einspritzung bestehende
Druck sich mit der Geschwindigkeit des Motors steigern, was für ein richtiges Arbeiten
des letzteren große Vorteile bietet.
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Sobald die Speisung der Kammer 2o mit Brennstoff unterbrochen wird,
nimmt der Druck in derselben rasch ab, und der Kolben wird in seine Ruhelage (Fig.
i) zurückgetrieben durch i. den Druck der Rückstellfeder 7, 2. den Druck des in
der Kammer 6 komprimierten Brennstoffes, 3. den Verbrennungsdruck der im Motorzylinder
brennenden Gase.
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Nun ist aber der Verbrennungsdruck immer bedeutend höher als der Verdichtungsdruck,
so daß die Resultante der auf den Kolben ausgeübten und dessen Rücklauf (Schließbewegung)
bewirkenden Druckkräfte stets größer ist als die Resultante der zur Öffnung der
Kanäle 16 auf ihn ausgeübten Druckkräfte.
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Beim Rücklauf des Kolbens steuert die Kante 22 die Schließung der
Kanäle 16, hernach steuert der Boden 8 die Öffnung des Kanals 15. Die in den Kammern
20 und 6 herrschenden Drücke können sich alsdann ausgleichen.
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Selbstverständlich müssen Anzahl, Lichtweite und Neigung a der Kanäle
16 der Form und den Abmessungen des Verbrennungsraumes des Motors angepaßt xverden.
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In einer Ausführungsvariante der mit Bezug auf Fig. i hiervor beschriebenen
Einspritzdüsen können die Kanäle 16 annähernd tangential zum Kanal 14 angeordnet
werden (Fig.2). In diesem Fall ruft während der Einspritzung der diese schräge Kanäle
durchfließende Brennstoff eine Drehung des Kolbens um seine Achse b hervor. So wird
der Brennstoff im ganzen Verbrennungsraum des Motors gleichmäßig verteilt.
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In der Ausführungsart gemäß Fig. 3 und 4 weist die Einspritzdüse eine
Kompressionskammer 6 auf, welche über die Führung 5, eine im Gehäuse i eingeschnittene
ringförmige Rille 25 und einen Kanal 26 mit Brennstoff gespeist wird. Dagegen werden
die Düsenöffnungen 16 über den axialen Kanal 14, dessen oberes Ende gesperrt ist,
und über radiale Kanäle 27 gespeist, welche eine Verbindung zwischen Kanal r4 und
Rille 25 herstellen. Die Betriebslage (Fig.4) des Kolbens ist veränderlich und durch
den auf den Ansatz 9 wirkenden Druck bestimmt. Der Kugelanschlag 29 setzt die maximale
Bewegung des Kolbens fest. Dieser Kugelanschlag stützt sich auf den Boden 13 der
Kammer 2o ab.
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Diese Ausführungsart arbeitet auf ähnliche Weise wie die mit Bezug
auf die Fig. i und 2 beschriebene Einspritzdüse. Wenn nämlich der Brennstoff durch
die nicht dargestellte Einspritzpumpe über den Speisekanal 18 getrieben wird, so
wird der Kolben von der in Fig.3 dargestellten Ruhelage aus bis in seine Betriebsstellung
axial verschoben. Im Verlaufe dieser Verschiebung unterbricht die Kante 28 des Ansatzes
9 unter :Mitwirkung der durch die Schnittlinie einer der `Fände der Rille 25 mit
der zylindrischen Fläche der Führung 5 gebildeten Kante 30 die Verbindung
zwischen Kammer 20 und Kompressionskammer 6. Alsdann steuert bei weiterer axialer
Bewegung des Kolbens die durch die zylindrische Fläche der Führung 4 und die Stirnfläche
der Einspritzdüse gebildete Kante 22 die Öffnung der Kanäle 16. Endlich steuert,
bevor der Ansatz ii auf dem Kugelanschlag 29 Abstützung findet, die durch eine der
Wände der Rille 25 und die zylindrische Fläche der Führung 5 gebildete Kante 31
die Öffnung der Kanäle 27. Nunmehr befindet sich die Kammer 2o in Verbindung mit
den Ausflußkanälen 16, welche vollständig freigelegt sind, so daß durch diese Brennstoff
hinausgetrieben wird. Somit ist während der Einspritzung der Druck des Brennstoffes
eine Funktion des in der Kammer 6 herrschenden Druckes.
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Der Rücklauf des Kolbens wird am Schluß der Einspritzung durch den
raschen Druckabfall im Innern der Kammer 2o bewirkt.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante besitzt der Kolben nur eine
einzige zentrale Düsenöffnung. Der Beginn und der Schluß der Einspritzung werden,
wie hiervor beschrieben, von der durch die zylindrische Fläche der Führung 5 und
eine der Wände der Rille 25 gebildeten Kante 31 gesteuert.
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Gemäß dieser Ausführungsart ist eine Stange 38 in der axialen Bohrung
i4 untergebracht, wovon das eine Ende in die Bohrung der Stirnwand des Kolbens eindringt,
so daß eine ringförmige Ausmündung geschaffen wird. Das andere Ende dieser Stange
ist im Teil 3 des Kolbens festgehalten. Diese Stange ist aber zwecks Reinigung leicht
abnehmbar. In der Nähe ihrer Einspannung weist diese Stange einen Teil 39 mit vermindertem
Querschnitt auf, wodurch ihr eine genügende Elastizität verliehen wird, damit sich
ihr Ende 37 bei der Einspritzung von Brennstoff automatisch in die Bohrung der Stirnwand
des Kolbens zentrieren kann. Bei der dargestellten Ausführungsart weisen der ringförmige
Schlitz 16 die Form eines Kreises und das Ende 37 die Form eines Kegels auf; selbstverständlich
können jedoch dieser Schlitz und dieses
Ende jede gewünschte Form
aufweisen, indem diese entsprechend der gewünschten Form des Brennstoffstrahles
gewählt werden. Praktische Versuche haben bewiesen, daß bei mechanischer Exzentrierung
des Endes 37 im Innern der Bohrung dieses während der Einspritzung durch die Wirkung
des die Ausmündung 16 durchfließenden Brennstoffes automatisch in die Achse der
Bohrung wieder eingestellt-wird.
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Es können auch mehrere Teile mit vernlilr<lertem Querschnitt wie
39 vorgesehen werden, welche durch zwei gemäß senkrecht zueinander liegenden Ebenen
abgeplattete Teile ersetzt werden können.
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In der Ausführungsart gemäß Fig.6 weist die Einspritzdüse nur eine
einzige zentrale Diiseniiffnung auf. Der Kanal 14 ist unterhalb des kalibrierten
Kanals 15 abgesperrt, um jede Verbindung zwischen diesem Kanal 14 und der Düsenöffnung
16 aufzuheben. Letztere mündet in einen durch im Teil 2 des Kolbens gebohrte Kanäle
32 gespeisten axialen Kanal 14a ein. Eine Leitung,33 verbindet die Kammer 2o mit
einer innerhalb der Führung ,4 eingeschnittenen Rille 34.
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Beginn und Schluß der Einspritzung werden von der durch eine der «fände
der Rille 34 und die zvlindrische Fläche der Führung 4 gebildeten Kante 35 gesteuert.
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In der Betriebsstellung, d. h. im Verlaufe der Einspritzung, nimmt
der Kolben eine axiale Lage ein, bei welcher die Kanäle 32 die Rille 34 mit dem
axialen Kanal 14a verbinden.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsvariante weist der Kopf
T des Kolbens Kanäle 36 auf, welche seine Stirnflächen 1o und 1i verbinden. Diese
Kanäle sind im Verhältnis zu radialen, durch die Achse b des Kolbens gehenden Ebenen
schräg angeordnet, damit der in die Kammer 20 getriebene und durch diese Kanäle
fließende Brennstoff eine Drehung des Kolbens hervorruft.
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Es sind hier einige Ausführungsarten der den Gegenstand der Erfindung
bildenden Einspritzdüse mit Bezug auf beiliegende schematische Zeichnungen beschrieben
worden; selbstverständlich können aber zahlreiche Baueinzelheiten abgeändert werden,
ohne aus dem ]Zahmen des beanspruchten Patentschutzes zu treten.