DE916365C

DE916365C - Druckluft-Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzuendung

Info

Publication number: DE916365C
Application number: DED2377D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Glamann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1943-02-06
Filing date: 1943-02-06
Publication date: 1954-08-09

Description

Druckluft-Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckluft-Einspritzbrennkraftmaschine, bei welcher der Kraftstoff in zwei verschieden durchschlagskräftigen Strahlen derart in den Brennraum eingeblasen wird, daß an voneinander entfernten Stellen des Brennraumes Gemischwolken erzeugt werden.
Bei Einspritzbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung bereitet es Schwierigkeiten, ein gleichmäßiges Gemisch innerhalb, des Brennraumes zu erzeugen und damit eine ordnungsmäßige Zündung des gebildeten Gemisches zu gewährleisten, wenn der Brennstoff unmittelbar in den Brennrauen eingespritzt wird. Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten beseitigt. Sie besteht im wesentlichen darin, daß die Gemischwolken in den Bereichen zweier Zündkerzen erzeugt werden, von denen vorzugsweise die eine in der Nähe der Einspritzdüse, die andere etwa diametral gegenüber im Zylinderbrennraum angeordnet ist. Zweckmäßig erfolgt die Einspritzung einerseits in Form eines gebundenen Strahles und andererseits in Form eines schleierartigen Strahles, wobei der schleierartige Strahl den gebundenen Strahl kegelmantelartig umgibt. Durch die Bildung der Gemischwolken in der Nähe der Zündkerzen ist die Gewähr dafür gegeben, daß im Augenblick des Zündfunkens sich an der Stelle der Kerze ein zündfähiges Gemisch vorfindet. Dadurch, daß die Zündung gleichzeitig an verschiedenen Stellen, insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten des Brennraumes, stattfindet, werden eine gleichmäßige Flammenausbreitung und eine schnelle Zündung erreicht. Die Einblasung des Kraftstoffes durch Druckluft sichert dabei eine so gute Zerstäubung des Kraftstoffes, daß man unter Umständen nicht mehr die Einlaßströmung zur Zerstäubung mit heranzuziehen braucht, infolgedessen später einspritzen kann und daher stehende Gemischwolken erhält. Die Einspritzung des Kraftstoffes einerseits in einem gebundenen, sich erst kurz vor der gegenüberliegenden Wandung auflösenden Strahl und andererseits in einem schleierartigen Strahl ermöglicht einerseits, mit der gleichen Düse Wolken auf einander entgegengesetzten Brennraumseiten zu erzeugen, und andererseits, gleichzeitig den Verbrennungsvorgang auch im Leerlauf einwandfrei zu beherrschen.
Die Erfindung besteht des weiteren in einer Einspritzdüse, welche sich für eine derartige Einspritzbrennkraftmaschine besonders eignet, wobei die Düse insbesondere derart ausgebildet ist, daß die Düsennadel hinter dem Ventilsitz durch einen Ansatz verlängert ist, der einerseits zur Einblasung des gebundenen mittleren Strahles eine nach außen offene, vorzugsweise sich verengende Mittelbohrung und andererseits zur Einblasung des zweiten, den mittleren Strahl kegelmantelförmig umschließenden Strahles an seinem Umfang mit der den Ansatz umgebenden Düsenwandung einen ringförmigen Einspritzspalt bildet. In diesem Fall entstehen beim Einspritzen im Brennraum im wesentlichen zwei stehende Gemischwolken, die, wie in der Abb. i der Zeichnung schematisch angedeutet, mit steigender Belastung infolge der wachsenden Einspritzmenge gleichmäßig an Ausbreitung zunehmen. In der Abbildung bedeuten die durch die vollen Linien begrenzten Zonen L, T, l' die ungefähren Ausdehnungsbereiche der Wolken bei Leerlauf, Teillast und Vollast, während der Index ii bzw. in angibt, daß die betreffende Wolke vom umfänglichen bzw. mittleren Strahl herrührt.
Die Luft- und Kraftstoffzuführung in der Düse erfolgt vorteilhaft so, daß die Düsennadel einen axialen Längskanal erhält, der über im wesentlichen radiale Bohrungen der Düsennadel oder ihres Ansatzes in einen zunächst dem Ventilkopf der Nadel vorgesehenen Mischraum mündet, in welchen ein Teil oder der ganze durch den Längskanal zugeführte Kraftstoff mit von der Seite her vor den Ventilkopf zugeführter Einblaseluft zusammengeführt wird.
Der Mischraum kann, in der Einspritzrichtung gesehen, vor oder hinter dem Ventilkopf der Düsennadel liegen.
Der Ansatz der Düsennadel ist hinter dem Ventilkopf eingeschnürt und erweitert sich dann wiederum so, daß er seinen größten Durchmesser etwa an seinem freien Ende aufweist. Im Bereich des Überganges von der Einschnürung zu dem größten Durchmesser weist der Ansatz im wesentlichen radial und schräg gegen die Mitte hin gerichtete Bohrungen- auf, die in die mittlere Einspritzöffnung einmünden.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung an Hand der Abb. 2 und 3 der Zeichnung, welche zwei Ausführungsbeispiele einer Düse gemäß der Erfindung veranschaulichen.
Die Einspritzdüse besteht gemäß Abb. 2 aus dem Düsenoberteil i mit dem Kraftstoff anschlußstutzen 2, aus dem Düsenunterteil 3 mit dem Luftanschlußstutzen q. und aus dem i\Tadelführungsteil 5, welcher die Düsennadel 6 enthält.
Der Düsenoberteil i besitzt einen axialen Kraftstofführungskanal7, welcher gegen das innere Ende 8 des Oberteiles i in eine Erweiterung 9 übergeht. Der Düsenunterteil 3 umschließt den Düsenoberteil i, und zwischen beiden ist ein Zwischenraum io vorhanden, mit welchem die Bohrung i i des Lufteinlaßstutzens in Verbindung steht. Der in axialer Richtung zwischen Düsenoberteil und-unterteil und gleichachsig mit ihnen angeordnete Nadelführungsteil 5 besteht aus einem breiteren Teil 12, dessen Ausnehmung 13 den Ventilkopf i,. der Düsennadel 6 aufnimmt, und aus einem unmittelbar zur Führung des Düsennadelschaftes dienenden Führungshals 15. Dieser Führungshals 15 ragt in die Erweiterung 9 des Düsenoberteiles i hinein, welcher gleichzeitig die um den Hals 15 herum angeordnete Ventilfeder 16 und das am inneren Ende des Düsennadelschaftes angeordnete Widerlager 17 der Ventilfeder umschließt.
Am Düsennadelschaft selbst ist, in der Einspritzrichtung gesehen, unmittelbar vor dem Ventilkopf 14 die übliche umfängliche Sammelnut 18 vorgesehen. Im Bereich dieser Sammelnut 18 ist die Bohrung des Nadelführungsteiles 5 zu einer Kammer ig verbreitert, deren dem Ventilkopf 14. benachbarte entsprechend abgeschrägte Randkante 20 den Ventilsitz bildet und in welche schräge Bohrungen oder Kanäle 21 einmünden, die die Wand des Führungsteiles 5 durchsetzen und die Verbindung der Kammer ig mit dem Zwischenraum 1o zwischen Düsenoberteil und -unterteil und daher mit dem Luftzuführungskanal i i herstellen.
Die Düsennadel 6 enthält einen axialen Kanal 22, welcher z. B. bei der Ausführungsform nach Abb. 3 mittels radialer Bohrungen 23 ebenfalls in die Kammer ig des Nadelführungsteiles 5 mündet. Dieser Kanal 22 mit den Bohrungen dient zur Zuführung des durch den Kraftstofführungskanal7 des Düsenoberteiles in die Düse eingetretenen Kraftstoffes, so daß die Kammer ig zur Mischung des Kraftstoffes mit der durch 2i eingeblasenen Luft dient. Die Düsennadel 6 ist über den Ventilkopf 14 hinaus durch einen Ansatz 24. verlängert, welcher von der entsprechend verlängerten Wandung des Nadelführungsteiles 5 umgeben ist. Dieser Ansatz 24 ist knapp hinter dem Ventilkopf 1.4 eingeschnürt und verbreitert sich gegen sein freies Ende hin, so daß der größte Durchmesser an dem freien Ende selbst (bei 25 in Abb. 2j oder in dessen unmittelbarer Nähe (bei 26 in Abb. 3) zu liegen kommt. Die Ausnehmung 13 des Nadelführungsteiles 5 ist etwas weiter als der Durchmesser des Ventilkopfes 14.. Im Bereich der breitesten Stelle des Nadelansatzes 24 erhält die Ausnehmung 13 einen solchen Durchmesser, daß ein ständig offener Einspritzspalt 27 verbleibt. Am L'rbergang in diesen breiteren Teil der Ausnehmung 13 wird vorteilhaft eine scharfe Kante 28 ausgebildet, deren Zweck aus der Beschreibung der Wirkungsweise des Ansatzes 2,4 ersichtlich wird.
Der Ansatz 24 enthält eine mittlere, geeignet geformte Einspritzbohrung 29. In dem Übergang von dem eingeschnürten Teil des Ansatzes 24 zu seiner breitesten Stelle sind schräg nach unten gerichtete, in die Mittelbohrung 29 mündende Überleitbohrungen 30 vorgesehen. In dem Bereich der Einschnürung können an dem Ansatz 24 in der Längsrichtung der Düse verlaufende radiale Rippen 31, z. B. fünf Rippen, wie in Abb. 3 a im Querschnitt angedeutet, derart angeordnet sein, daß zwischen je zwei benachbarten Rippen eine Überleitbohrung 30 liegt.
Die Düse gemäß Abb.3 wirkt in folgender Weise: Wie bereits oben angedeutet, gelangt der Kraftstoff über den Kanal 7 des Düsenoberteiles i in die Erweiterung 9 dieses Teiles. Von hier aus wird er über den Axialkanal 22 und die Bohrungen 23 der Düsennadel 6 in die als Mischraum mit der über den Stutzen q. bzw. i i, den Ringraum io und die Kanäle z zugeführten Einblasedruckluft dienende Kammer i9 geleitet. Unter dem vor den Drosselbohrungen 23 sich ausbildenden Druck des von einer Einspritzpumpe zugeführten Kraftstoffes wird die Düsennadel 6 im gegebenen Zeitpunkt geöffnet und der mit der Einblaseluft vermischte Kraftstoff durch den Spalt am geöffneten Ventilkopf 14 in die Ausnehmung 13 geblasen, von wo das Gemisch, teils unmittelbar durch den Einspritzspalt 27, teils von den Rippen 31 geführt, über die Überleitbohrungen 30 und die Mittelbohrung 29 in den Brennraum geblasen wird.
Der Axialkanal 22 der Düsennadel 6 kann, von dem einen Ende der Düsennadel ausgehend, zu den Querbohrungen 23 reichen, so daß die Steuerung des Kraftstoffes durch entsprechende Bemessung dieser Bohrungen erfolgt, oder es kann, wie in der Abb. 2 dargestellt, das innere Ende des Kanals 22 geschlossen sein und der Kraftstoff von der Seite her in den Kanal 22 eintreten. Zu diesem Zweck besitzt die Düsennadel eine oder mehrere Querbohrungen 32, welche beim Öffnen der Düsennadel gegenüber einer Querbohrung 33 des Nadelführungshalses 15 zu liegen kommen und so die Verbindung zwischen dem Raum 9 und dem Kanal 22 herstellen. Zur Erzielung des notwendigen Zeitquerschnittes münden die Bohrungen 32 oder 33 in eine am Nadelschaft oder im Führungshals vorgesehene entsprechend breite Nut 3q.. Der Raum 9, welchen der Kraftstoff durchfließt, ist von dem Ringraum to durch einen geeigneten Abschlußring 36 getrennt.
Die Ausführungsform nach Abb. 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach Abb. 3 nur dadurch, daß die Mündungsbohrungen des in der Düsennadel 6 vorgesehenen Axialkanals 22 nicht vor dem Ventilkopf 14, sondern in dem Nadelansatz 2q., also hinter dem Ventilkopf, angeordnet sind, während der Axialkanal 22 selbst in die Mittelbohrung 29 der Düsennadel übergeht. Die in der Abb. 2 mit 35 bezeichneten Mündungsbohrungen verlaufen dabei jeweils in den Rippen 31 des Nadelansatzes.
Die `'Wirkungsweise der Düse nach Abb.2 ist folgende: In den Raum i9 gelangt lediglich die Einblaseluft, welche dann bei geöffneter Düsennadel am Ventilkopf entlang in den Raum 13 und hier teils längs der Wandung dieses Raumes zum Einspritzspalt 27, teils zwischen den Rippen 31 und durch die Überleitbohrungen 30 in die mittlere Einspritzbohrung 29 strömt. In den dem Spalt 27 zufließenden Luftstrom wird der aus den Querbohrungen 35 austretende Kraftstoff geführt, während die zur Mittelbohrung 29 abgezweigte Einblaseluft in dieser Mittelbohrung mit dem aus dem Kanal 22 in Richtung des Pfeiles x zuströmenden Kraftstoff zur Mischung kommt.
Der aus den Querbohrungen 35 in den Raum 13 eingespritzte Kraftstoff schneidet den Luftstrom einmal bei seinem Austritt aus den Bohrungen 35, prallt dann auf die gegenüberliegende Wandung auf, wird dabei zerstäubt und schneidet den Luftstrom zum zweitenmal. Sollte trotz dieser kräfti gen Zerstäubung und innigen Vermischung noch flüssiger Kraftstoff vorhanden sein, der an der Wandung des Raumes 13 herabfließt, dann kommt die obenerwähnte scharfe Übergangskante 28 zur Wirkung, indem der flüssige Kraftstoff durch die Einblaseluft an dieser Kante abgerissen und in den Brennraum eingeblasen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Druckluft-Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung, bei welcher der Kraftstoff in zwei verschieden durchschlagskräftigen Strahlen derart in den Brennraum eingeblasen wird, daß an voneinander entfernten Stellen des Brennraumes Gemischwolken erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischwolken in den Bereichen zweier Zündkerzen erzeugt werden, von denen vorzugsweise die eine in der Nähe der Einspritzdüse, die andere etwa diametral gegenüber im Zylinderbrennraum angeordnet ist.
2. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung einerseits in Form eines gebundenen Strahles und andererseits in Form eines schleierartigen Strahles erfolgt und der schleierartige Strahl den gebundenen Strahl kegelmantelartig umgibt.
3. Einspritzdüse für Einspritzbrennkraftmaschinen nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel hinter dem Ventilsitz durch einen Ansatz verlängert ist, der einerseits zur Einblasung eines gebundenen mittleren Strahles eine nach außen offene, vorzugsweise sich verengende Mittelbohrung aufweist und andererseits zur Einblasung eines zweiten, den mittleren Strahl umschließenden schleierartigen Strahles von Kegelmantelform an seinem Umfang mit der den Ansatz umgebenden Düsenwandung einen Einspritzspalt bildet.
4. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel einen axialen Längskanal aufweist, der über im wesentlichen radiale Bohrungen der Düsennadel oder ihres Ansatzes in einen zunächst dem Ventilkopf der Nadel vorgesehenen Mischraum mündet, in welchem ein Teil oder der ganze durch den Längskanal der Düsennadel zugeführte Kraftstoff mit von der Seite her vor dem Ventilkopf zugeführter Einblaseluft zusammengebracht wird.
5. Einspritzdüse nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer, in der Einspritzrichtung gesehen, vor dem Ventilkopf der Düsennadel angeordnet ist.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer, in der Einspritzrichtung gesehen, hinter dem Ventilkopf der Düsennadel angeordnet ist.
7. Einspritzdüse nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz der Düsennadel hinter dem Ventilkopf eingeschnürt ist und im Bereich der Einspritzöffnung der Düse seinen größten Durchmesser erreicht. B.
Einspritzdüse nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz der Düsennadel im Bereich des Überganges von dem eingeschnürten Teil zum größten Durchmesser schräg gegen die Mitte hin gerichtete, in die Mittelbohrung einmündende Überleitbohrungen besitzt. g.
Einspritzdüse nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz der Düsennadel im Bereich der Einschnürung mit in der Längsrichtung der Düse verlaufenden Radialrippen zur Führung der Einblaseluft oder des Gemisches zu den Überleitbohrungen des Ansatzes versehen ist. io.
Einspritzdüse nach Anspruch 3, 4 und 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Einführung des Kraftstoffes in die Mischkammer hinter dem Ventilkopf der Düsennadel im Nadelansatz vorgesehenen Radialbohrungen die Radialrippen durchsetzen, während die die Einblaseluft zur Mittelbohrung des Ansatzes führenden Überleitbohrungen zwischen den Radialrippen angeordnet sind. ix.
Einspritzdüse nach Anspruch 3 bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff vor der Berührung mit der Einblaseluft gesteuert wird.
12. Einspritzdüse nach Anspruch 3 bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Kraftstoffes im Ventilnadelschaft bzw. in dem diesen durchsetzenden Axialkanal eine gegebenenfalls gesteuerte Drosselstelle vorgesehen ist.
13. Einspritzdüse nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelführungsteil und der Düsenoberteil in dem seitlich den Luftanschlußstutzen tragenden Düsenunterteil axial hintereinander angeordnet sind.
14. Einspritzdüse nach Anspruch 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Ventilkopf der Nadel hinaus verlängerte Nadelführungsteil den Ansatz der Düsennadel auch im Bereich des größten Durchmessers desselben mit Abstand umgibt. i5. Einspritzdüse nach Anspruch 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die den Düsennadelansatz umgebende Wandung des Nadelführungsteiles in der Nähe des Einspritzspaltes erweitert und am Übergang zu dieser Erweiterung eine scharfe Kante ausgebildet ist. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 488 218, 259 o65, 259 976, 259 977, 539 336, 635 716.