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Verfahren zum Einspritzen des Kraftstoffes für Brennkraftmaschinen,
bei denen der Kraftstoff im wesentlichen während des Saughubes in die Zylinder der
Maschine eingespritzt wird Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einspritzen
des Kraftstoffes für Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff im wesentlichen
während des Saughubes in die Zylinder der Maschine eingespritzt wird.
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Die bei der Kraftstoffeinspritzung in derartige Maschinen zu lösende
Aufgabe besteht darin, möglichst jedem der durch die Einlaßventile in die Zylinder
einströmenden Luftteilchen den für die Verbrennung notwendigen Kraftstoff mitzugeben.
Diese allgemeine Aufgabe gliedert sich in folgende Teilaufgaben: a) Man muß über
den Zylinderquerschnitt verteilt so einspritzen, daß man den eintretenden Luftstrom
in seiner Breite vollständig erfaßt; b) man muß scharf und mit Durchschlagskraft
einspritzen, um den Luftstrom auch in seiner Tiefe vollständig zu erfassen; c) man
muß möglichst während der ganzen Dauer der Lufteinströmung einspritzen, um den Luftstrom
auch in seiner Länge vollständig zu erfassen.
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Bei dem bisher bekannten Einspritzverfahren hat man sich mit der Erfüllung
der Forderungen a) und b) begnügt, indem man den Einspritzstrahl in der Breite möglichst
weit aufteilte (Mehrlochdüsen) und genügend große Spritzquerschnitte wählte, um
dem Einspritzstrahl eine ausreichende Durchschlagskraft zu sichern. Die Forderung
c) ließ sich jedoch mit den
bisherigen Mitteln nicht erfüllen, da
man, um die Einspritzung der für eine Arbeitsperiode erforderlichen Brennstoffmenge
zeitlich über den ganzen Saughub des Arbeitskolbens zu verteilen, so kleine Spritzquerschnitte
hätte wählen müssen, daß die Forderung b) nicht mehr erfüllt sein würde. Durch die
Erfindung werden alle drei Teilaufgaben gleichzeitig gelöst.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Einspritzung in einer Reihe von
über den Saughub des Arbeitskolbens verteilten Einzelstößen durch eine an sich bekannte
Mehrlochdüse in scharfen, geschlossenen Strahlen schräg zur Richtung der einströmenden
Verbrennungsluft erfolgt.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignete
Einrichtung beispielsweise dargestellt. Es zeigt Abb. i den oberen Teil des Zylinders
einer Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung im Längsschnitt, Abb. 2 und 3
die Einspritzdüse im Längsschnitt, und zwar Abb. 2 in der Ruhestellung, Abb. 3 in
der Spritzstellung, Abb. 4 ein Schaubild der Spritzzeiten bei der Anwendung des
neuen Verfahrens im Vergleich mit der Spritzzeit bei dem bisherigen Einspritzverfahren.
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In Abb. i ist 5 der einteilig mit dem Zylindermantel 6 hergestellte
Zylinderdeckel, in dem die Einlaßventile 7 und die Auslaßventile 8 angeordnet sind.
In der eingesetzten Zylinderlaufbüchse 9 gleitet der Arbeitskolben io, der in der
dargestellten Lage gerade seinen nach unten gerichteten Saughub begonnen hat, wobei
die Einlaßventile 7 (von denen in der Zeichnung nur eines sichtbar ist) geöffnet
sind. Während des Saughubes des Arbeitskolbens wird der Kraftstoff in die durch
die Einlaßventile in den Zylinder hineinströmende Verbrennungsluft eingespritzt,
und zwar durch eine Düse ii an sich bekannter Bauart, die in einer Ecke des Zylinderraums
so angeordnet ist, daß der durch die Ventile 7 in den Zylinder eintretende Luftstrom
in seiner ganzen Breite und Tiefe von den aus der Düse austretenden Kraftstoffstrahlen
bestrichen wird. Eine in der Zeichnung nicht mit dargestellte Einspritzpumpe bekannter
Bauart, deren Druckleitung mit dem Anschlußnippel 12 der Düse verbunden ist, führt
dieser den Kraftstoff im gewünschten Zeitpunkt unter dem erforderlichen Druck zu.
Das im Zylinder während des Saughubes des Arbeitskolbens gebildete Kraftstoff-Luftgemisch
wird beim darauffolgenden Aufwärtshub des Arbeitskolbens im oberen Teil des Zylinders
verdichtet und im geeigneten Zeitpunkt durch die Zündkerze 13 zur Entzündung gebracht,
um den Kolben io arbeitsleistend nach unten zu bewegen.
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Die Einspritzdüse ii ist in an sich bekannter Weise mit einem durch
eine Feder 14 belasteten Rückschlagventü versehen (Abb. 2 und 3), dessen Ventilkegel
15 in ebenfalls bekannter Weise zu einem in einer zylindrischen Führung 16 gleitenden
Stufenkolben 17 ausgebildet ist. Diese Maßnahme dient dazu, ein möglichst schlagartiges
Öffnen des Ventils zu erreichen, indem der von der Einspritzpumpe erzeugte Kraftstoffdruck
p bei geschlossenem Rückschlagventil (Abb. 2) über die Zuführungsleitung 18 zunächst
nur mit einer dem Querschnitt q dieser Leitung entsprechenden Kraft P = p
- q auf den Ventilkegel 15 drückt und das Ventil zu öffnen beginnt,
sobald die Kraft P die Federvorspannung P1 = pö - q überschritten
hat. In diesem Augenblick wird aber auch der Ringraum i9 und damit die gesamte Stirnfläche
F des Stufenkolbens 17 unter den in der Zuleitung 18 herrschenden Kraftstoffdruck
pö gesetzt und, da,F annähernd zehnmal größer als q ist, das Rückschlagventil nunmehr
mit einer entsprechend größeren Kraft P2 = pö - F plötzlich vollends
aufgerissen (Abb. 3), so daß sich der Pumpendruck auch in den Raum 2o unter dem
Rückschlagventil sowie in die Bohrung 21 fortpflanzt und der darin befindliche Kraftstoff
durch die Spritzlöcher 22 in den Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt
wird.
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Dabei sinkt der Kraftstoffdruck in der Zuleitung 18 allmählich ab,
da die Einspritzpumpe den Kraftstoff nicht so schnell nachfördern kann, wie dieser
unter dem hohen Öffnungsdruck aus den Spritzlöchern ausspritzt. Trotzdem wird das
Rückschlagventil für eine ausreichende Zeit offen gehalten, da der Kraftstoffdruck
p" bei dem das Rückschlagventil schließt, erheblich niedriger liegt als der Öffnungsdruck
pö, indem zum Schließen des Rückschlagventils die Spannung der Feder P1 nunmehr
die Kraft p3 - F
überwiegen muß.
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Bei den bisher gebräuchlichen Einspritzverfahren sind nun die Hubkurve
des den Kolben der Einspritzpumpe betätigenden Nockens das Veihältnis q/F und die
Vorspannung der Feder 14 so aufeinander abgestimmt, daß sich das im Teil a der Abb.
4 dargestellte Spritzbild ergibt. Dort ist der jeweils vor den Spritzlöchern der
Einspritzdüse herrschende Kraftstoffdruck p in Abhängigkeit von dem Kurbel-' winkel
a der Kurbelwelle zwischen dem oberen und unteren Totpunkt des Saughubes dargestellt.
Das Rückschlagventil 15 der Düse öffnet beim Erreichen des Drucks pö in der Zuleitung
18 und schließt, sobald der Pumpendruck den Wert p, unterschreitet. In dem schraffierten
Bereich A erfolgt das Einspritzen des Kraftstoffes in den Zylinder mit einem Höchstdruck
ph, der pö und p, weit übertrifft.
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Der Teil b der Abb. 4 zeigt das Spritzbild einer gleichartigen Düse
bei Anwendung der Erfindung. Hier ist die Vorspannung der Feder 14 so weit erhöht
worden, daß sich , in Verbindung mit einer entsprechenden Hubkurve des Pumpennockens
anstatt eines einzigen längeren Spritzstoßes wie im Teil e deren drei ergeben, wie
durch die schraffierten Flächen B1, B, und B3 angedeutet. Diese drei Spritzstöße
sind bereits weitgehend über den Saughub verteilt, so daß sich eine gleichmäßigere
Durchmischung zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft ergibt als im Falle a. Der
Höchstdruck ph = pö gibt aber dieselbe Durchschlagskraft wie im Falle u.
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Eine noch weitergehende Verteilung über . den SaughLb des Arbeitskolbens
der Maschine ergibt sich gemäß Teil c der Abb. 4, wenn außer einer höheren Vorspannung
der Feder 14 die Hubkurve des Pumpennockens in ihrem maßgebenden Teil so flach gestaltet
wird,
daß nach dem jedesmaligen Schließen des Rückschlagventils eine größere Zeitspanne
entsteht, bis der Pumpendruck den Wert pö wieder erreicht hat und das Rückschlagventil
wieder zu einem neuen Spritzstoß geöffnet wird. Es ergeben sich also im Falle c
drei gleichmäßig über den ganzen Saughub des Arbeitskolbens verteilte Spritzstöße
Cl, CE, C3.
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Die gleiche Wirkung wie durch eine flache Hubkurve des Einspritzpumpennockens
kann auch durch die Anwendung eines Pumpenkolbens von im Verhältnis zu seinem Hub
geringem Durchmesser erzielt werden, indem auch hierdurch die Einspritzpumpenförderzeit
auf die gewünschte Dauer auseinandergezogen wird. Die Zahl der während der Gesamteinspritzung
erfolgenden Einzelstöße läßt sich leicht dadurch beherrschen, daß man den Schließdruck
des Rückschlagventils 15 um ein bestimmtes Maß kleiner wählt als den Öffnungsdruck,
was lediglich von dem Verhältnis qIF abhängt. Ist der Unterschied gering, so erfolgen
sehr viele Einspritzstöße, von denen jeder einzelne sehr kurz ist. Ist der Unterschied
groß, so erfolgen wenige, je für sich länger andauernde Einspritzstöße.
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Ein anderer Weg zur Durchführung des neuen Verfahrens ist der, die
Einspritzdüse in der auch bisher verwendeten Ausführung zu belassen, die Pumpenförderzeiten
in der oben angegebenen Weise zu verlängern und die Aufteilung in einzelne Stöße
durch die Ausbildung des Druckventils in der Einspritzpumpe zu erzielen, das Druckventil
muß zu diesem Zweck hoch vorgespannt sein. Die Beherrschung der Zahl der Einspritzstöße
geschieht dann durch Vergrößern bzw. Verkleinern des Unterschiedes zwischen Offnungs-
und Schließdruck am Druckventil der Einspritzpumpe.