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Einspritzvorrichtung
Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit innerem Gleichgewicht zur Aus- führung eines Verfahrens zum Einspritzen eines flüssigen oder gasförmigen Mittels unter Druck in ein an- deres unter Druck oder Unterdruck stehendes Medium, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in die
Zylinderräume von Verbrennungsmotoren.
Aus mehrfachen Gründen unterliegen die Einspritzvorrichtungen mit konischer Düse unvermeidlich inneren Druckschwankungen, die es sehr schwierig oder meist sogar unmöglich machen, eine ausreichende
Exaktheit des Einspritzungsvorganges unter verschärften Bedingungen, insbesondere höheren Tourenzahlen, zu erzielen. Ausserdem sind die Einspritzvorrichtungen, die hydraulisch gesteuert werden, für kleine Ein- spritzmengen von der Beziehung zwischen denhöchsten Drücken für das Öffnen und den niedrigsten Drücken für das Schliessen abhängig. Dies ist der Grund, warum sehr kleine Einspritzmengen nicht regelmässig er- halten werden können, obwohl sie für Motoren mit kleineren Zylinderhubräumen sehr notwendig wären, wo der Dieselmotor ein sehr beachtliches neues Anwendungsgebiet finden könnte.
Es stellt sich daher die Aufgabe nach der Schaffung einer Einspritzvorrichtung, die von diesen Schwä- chen der bisher bekannten Vorrichtungen frei und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie sich während ihres
Arbeitens in dem Zustand eines indifferenten Gleichgewichts befindet.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Konstruktion gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen im wesentlichen zylindrisch gestalteten Aussenkörper, der über eine Zuleitung von aussen her unter konstantem Druck mit Flüssigkeit gespeist wird, eine innerhalb des Aussenkörpers vorgesehene Ringkam- mer, die gleichbleibend Flüssigkeit aus der Zuleitung aufnimmt, ein axial im Aussenkörper angeordnetes bewegliches Einspritzorgan, eine im beweglichen Einspritzorgan vorgesehene Kammer, welche über Öff- nungen ununterbrochen mit der flüssigkeitsgefüllten Ringkammer in Verbindung steht, wobei die inneren
Abmessungen des Körpers, der feststehenden Kammer, der verschiebbaren Kammer und der im Einspritz- organ bzw.
Aussenkörper vorgesehenen Durchtrittsöffnungen sowie die Lage der Einspritzkanäle derart auf- einander abgestimmt sind, dass bei der von aussen gesteuerten bestimmungsgemässenBewegung des beweg- lichen Einspritzorganes die Öffnungen unmittelbar und ohne Zwischenstrecken den Mündungen der Ein- spritzkanäle gegenüberstehen, so dass letztere die über die Zuleitung zugeführte Flüssigkeit mit vollem
Druck empfangen, weil die feststehende Kammer und die zwar verschiebbare, aber während der ganzen
Dauer der Einspritzung festgehaltene Kammer nur noch einen einzigen Raum grossen Querschnitts bilden, der sich ohne Krümmung oder Ablenkung von der Zuleitung bis : ur Einspritzleitung erstreckt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Beschreibungsteil und aus den
Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 die Anordnung des Elektromagneten, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 4 die erfindungsgemässe Einspritzvorrichtung im Zusammenhang mit einer elektrischen Steuervorrichtung, wie eine solche auch vom Erfinder früher geoffenbart wurde.
In beiden in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Ausführungsformen besteht die eigentliche Einspritzvor- richtung aus einem feststehenden, im wesentlichen zylindrischen und auf einem grossen Teil seiner Länge ausgebohrten Teil A, in dessen Hohlräumen ein kolbenartiges Element BC (Fig. 1) oder B (Fig. 3) in Ach- senrichtung beweglich angeordnet ist. Das kolbenartige Element BC bzw. B ist ebenfalls mindestens auf einem grossen Teil seiner Länge ausgebohrt. Der so geschaffene Hohlraum ist mit 4 bezeichnet. Die ein- zuspritzende Flüssigkeit wird von einer nicht dargestellten Pumpe durch die Bohrung 1 und den Ringraum 2,
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die beide in dem Teil A hergestellt sind, der Einspritzvorrichtung zugeführt und tritt durch die im Kolben BC oder B hergestellten Löcher 3 in den hohlen Innenraum des oszillierenden Kolbens.
Im unteren Teil des Kolbenhohlraumes 4 sind eine oder mehrere Durchbohrungen 6 vorgesehen, die, solange sich der Kolben BC bzw. B in der unteren Stellung befindet, durch die Innenwandung der Ausbohrung des Teils A i verschlossen sind (in dieser in Fig. 3 dargestellten Stellung ist die Einspritzvorrichtung ausser Tätigkeit).
Tritt jedoch der Kolben BC oder B in seine in Fig. 1 dargestellte obere Stellung, so stehen die Löcher 6 in der Kolbenwandung einer umlaufenden Rinne 5 gegenüber, die in der Bohrung des Teils A ausgearbeitet ist und von der die Einspritzkanäle 7 ausgehen. In dieser oberen Stellung des Kolbens BC oder B findet die Einspritzung statt.
Damit bei der Bewegung des Kolbens BC oder B von oben nach unten im Raum 8 keine schädliche Druckerhöhung des dort befindlichenLuftvolumens eintreten kann, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Kolben BC in seiner Mitte mit einem an beiden Seiten offenen durchgehenden zylindrischen Rohr C ausgestattet, durch das ein durch die Abwärtsbewegung des Kolbens im Raum 8 entstehender Luftdruckanstieg sich sofort nach oben gegen die Aussenluft ausgleicht. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der gleiche Effekt dadurch gewährleistet, dass im Teil A ein Kanal C ausgearbeitet ist, der in einer Ausnehmung 9 mündet, die bei 12 mit der Aussenluft in Verbindung steht. Der oszillierenden Bewegung des Kolbens BC bzw. B kann also im Raum 8 kein Luftdruckanstieg entgegenwirken.
Die Konstruktion nach der Erfindung hat den Vorteil, dass bei jedem beliebigen Druck der Einspritzflüssigkeit im Innern der Einspritzvorrichtung die Bewegungen des Kolbens keinerlei Gegendruck der Einspritzflüssigkeit oder der Luft verursachen können. Beim Verschieben des Kolbens mit der Hand kann man beobachten, dass er in jeder beliebigen Stellung angehalten werden kann, ohne dass irgendeine innere Kraft ihn aus derselben herauszubewegen versucht. Er befindet sich tatsächlich im Zustand eines indifferenten Gleichgewichts.
In der praktischen Anwendung führt eine ohne eigentliche Trägheit arbeitende Feder den Kolben BC oder B ständig in die Nicht-Einspritzstellung zurück, während der bewegliche Anker des Elektromagneten ihn in die Einspritzstellung zieht, wenn und solange der Magnetstromkreis unter Spannung gesetzt ist.
In beiden Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 ist bei 11 ein sogenannterO-Ring aus einem gegen hohe Temperaturen beständigen Spezialgummi angedeutet. Der Teil 10 in Fig. 1 zeigt ein eingeschaltetes Segment auf dem glatten Unterteil des Kolbens BC zwecks besserer Abdichtung. Diese beiden Teile stellen keine wesentlichen Merkmale der Erfindung dar.
Fig. 2 zeigt, wie die eben beschriebene eigentliche Injektionsvorrichtung mit dem beweglichen Anker des Elektromagneten verbunden ist.
Wenn im Laufe einer langen Benutzung zwischen dem Kolben BC bzw. B und dem Teil A eine gewisse Undichtigkeit entsteht, können kleinste Mengen Einspritzflüssigkeit austreten. Zur Ableitung derselben kann oberhalb des Teils A in der den Kolben aufnehmenden Halterung ein flacher Ringraum ausgearbeitet werden, von dem ein Kanal nach aussen zu einem Sammelraum führt, von dem aus ein Rückführungsrohr die ausgetretenen Flüssigkeitsmengen wieder zum Tank zurückführt.
Die Verbindung zwischen dem Kolben BC bzw. B der Einspritzvorrichtung und dem Anker des Elektromagneten kann durch einfache mechanische Mittel erfolgen, die am Ende des Kolbens, am Innenrohr C oder im Innern des'Magneten selbst vorgesehen sind. Der Magnet kann, wie in Fig. 3 angedeutet, sehr einfach auf dem Halterungskopf zentriert werden.
Wegen der besseren Zugänglichkeit oder aus andern Gründen kann es notwendig werden, den Magneten in einer grösseren Entfernung von der Einspritzvorrichtung anzuordnen. In diesem Fall können diese beiden Elemente durch eine Nockenwelle verbunden werden, wie sie zur Ventilsteuerung üblich ist. Eine solche Steuerungsvorrichtung kann auch dann notwendig werden, wenn man die Einspritzung in zwei Phasen vornehmen will, von denen die erste dem Zylinder nur einen kleinen Teil der gesamten Einspritzmenge. zuführt, die eine Zündung auslösen soll, bevor der Rest der Einspritzmenge in den Zylinder gelangt. Für diesen Zweck wird in dem Teil A in geeigneter Entfernung noch eine umlaufende Rinne angebracht.
Dadurch wird aber die Wegstrecke des Kolbens erheblich verlängert, und es ist daher notwendig, zwischen den Magneten und die Einspritzvorrichtung einen Kipphebel einzuschalten, was wegen des sehr schwachen Widerstandes, den die Bewegung der Einspritzvorrichtung besitzt, keine konstruktiven Schwierigkeiten bietet.
Fig. 4 zeigt die Anordnung der Einspritzvorrichtung nach der Erfindung im Zusammenhang mit einer elektrischen Steuervorrichtung, wie eine solche auch vom Erfinder bereits früher geoffenbart wurde.
Die Einspritzvorrichtung nach der Erfindung gemäss den Fig. 1 bis 3 ist mit demBezugszeichen 31 bezeichnet und wird unmittelbar von dem beweglichen Anker 41 des Elektromagneten 32 gesteuert. Die
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Hauptwicklung des Ankers 41 wird von der Batterie 40 über den Unterb-echer 39 und die Leitung 33 ge- speist, wogegen der Ankerwicklung der Strom über das Relais 39, die auf einer rotierenden Trommel 43 angeordnete leitende Fläche 36, den diese bestreichenden Stromabnehmer 35 und die Leitung 34 zuge- führt wird. Der Stromabnehmer 35 ist auf einem gegenüber der Trommel 43 verdrehbaren Träger 42 axial verschiebbar gelagert. Eine Stellschraube 37, die mit der Steuervorrichtung gekuppelt ist oder von Hand betätigt wird, dient zur Einstellung des Stromabnehmers 35.
Mittels einer Stellschraube 38 kann durch eine relative Verdrehung des Trägers 42 gegenüber der Trommel 43 der Zeitpunkt der Injektion vorgestellt oder zurückgestellt werden. Die rotierende Trommel wird über die Kupplung 21 von einer Welle des Mo- tors angetrieben. Die Flüssigkeitspumpe 22 wird durch die Leitung 23 aus dem Tank mit flüssigem Brenn- ) stoff gespeist und fördert den Brennstoff durch die Leitung 24 gleichzeitig zu den Zuleitungen 25,26, 27,
28 zu den entsprechenden vier Einspritzvorrichtungen, von denen der Übersichtlichkeit halber nur eine einzige, mit Bezugszeichen 31, angedeutet ist. Hier ist ferner ein Ventil 29 zur gemeinsamen Druckre- gulierung vorgesehen, das gemäss einer graduierten Skala verstellbar ist. Durch das Rohr 30 wird bei zu hohem Druck der Brennstoffüberschuss zum Brennstofftank abgeleitet.
Um die Zeichnung nicht zu kom- plizieren, sind der von der Einspritzvorrichtung bediente Zylinder, die Zündkerze und die Vorrichtung, die am Ende des Einspritzvorganges den Funken der Zündkerze auslöst bzw. den Glühkopfzilnder heizt, nicht dargestellt.
In der beschriebenen Ausführungsform ist angenommen, dass der den Magnetkolben der Einspritzvor- richtung steuernde Anker von einem Strom gleicher Spannung wie die Hauptwicklung gespeist wird. Die- ser Typ von Elektromagneten gestattet es aber auch, zwischen dem Unterbrecher 39 und dem rotierenden
Verteiler einen Transformator einzuschalten, so dass für Betätigung des Magnetkolbens ein Strom höhe- rer Spannung zugeführt wird. Dadurch kann der Querschnitt des Stromabnehmers 35 verkleinert werden, so dass die Zeiten, in denen der Stromabnehmer die obere oder die untere Kante der leitenden Fläche 36 gerade überschreitet und daher nicht mit seinem vollen Querschnitt auf dieser Fläche steht, tatsächlich minimal werden und daher vernachlässigt werden können.
Das Druckregulierventil 29 gestattet es dem Fahrer, mit einer einfachen Handbewegung während der
Fahrt für sämtliche Zylinder den Einspritzdruck gleichmässig je nach der augenblicklichen Beanspruchung des Motors zu verstellen. Man kann auf diese Weise Korrekturen für das Fahren in wechselnden Höhen und mit wechselnden Brennstoffqualitäten vornehmen, und man kann ausserdem den Brennstoffverbrauch je- weils der Leistung anpassen, die dem Motor abverlangt wird. Mit den bisherigen Einspritzvorrichtungen war dies nicht möglich.
Ausserdem zeichnet sich die Einspritzvorrichtung nach der Erfindung durch eine sehr grosse Präzision des Arbeitens unter einfachsten wie schwersten Bedingungen aus, weil die Verschiebungen im Innern der
Vorrichtung unter keinen Umständen irgendeinen Gegendruck von Flüssigkeiten oder Gasen verursachen können, sondern einen ständigen indifferenten Gleichgewichtszustand gewährleisten. Die Einspritzung er- folgt mit einem konstanten und totalen Druck vom Beginn bis zum Ende jedes einzelnen Einspritzvorgan- ges, der augenblicklich einsetzt und augenblicklich beendet wird, so dass es keine verwischten Übergangs- zeiten gibt. Auf Grund dieser Tatsache können die Kanäle für die Brennstoffzuleitung mit geringerer Wei- te gebaut werden, die schärfere und weiterreichende Einspritzstrahlen ergeben und die Zündung erleich- tern.
Es besteht infolgedessen ferner die Möglichkeit, dass die Einspritzvorrichtung nicht einen einzigen dicken Einspritzstrahl, sondern mehrere dünne Strahlen von sich gibt, die den unter Druck stehenden Hohl- raum an verschiedenen Punkten erreichen und infolgedessen den Zündverzug verkürzen. Die Vorrichtung nach der Erfindung bietet ferner die Möglichkeit, ausserordentlich kleine Brennstoffmengen sowohl bei langsamem Motorlauf wie auch bei hohen Tourenzahlen einzuspritzen. Die Einspritzmenge ist ausschliess- lich von der Zeit abhängig, während der Einspritzkolben in der Stellung gehalten wird, die den Brenn- stoff durchtreten lässt, und diese Zeit wird durch die Gestalt der leitenden Fläche 36 auf der rotierenden
Trommel des Verteilers bestimmt.
Die Möglichkeit der Zerlegung des Einspritzvorganges in zwei getrennte Phasen wurde bereits weiter oben erwähnt. Zu diesem Zweck wird in der Einspritzvorrichtung eine zweite umlaufende Rinne zur Speisung der Einspritzkanäle 7 vorgesehen und der Einspritzkolben entsprechend verlängert. Jede der Teilenspritzungen hat dabei ebenfalls eine exakte und gleichmässige Bemessung der Einspritzmenge.
Gegenüber dem Innendruck der Motorzylinder ist die Einspritzvorrichtung völlig unempfindlich.