AT398808B - Einrichtung zur einbringung des kraftstoffes in den brennraum eines dieselmotors - Google Patents

Description

AT 398 808 B

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum eines Dieselmotors, wobei über eine Einspritzdüse sowohl der von einer Pumpe geförderte Kraftstoff eingebracht als auch eine im Vergleich zum Hubraum des Dieselmotors kleine Menge Druckluft, die aus dem Zylinderraum des Dieselmotors über ein Rückschlagventil entnommen wird, nachgeblasen wird, wobei das 5 Rückschlagventil über eine Leitung mit einem Luftspeicher verbunden ist, der mit der Einspritzdüse über Verbindungskanäle und eine Steuereinrichtung in Strömungsverbindung bringbar ist.

Es ist bekannt, daß bei der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Dieselmotors durch die üblichen Rundlochdüsen sich ein glatter Strahl direkt vom Düsenloch ausgehend über eine kurze Wegstrek-ke kegelförmig erweitert, dann beginnt ein Strahlteil mit einer im wesentlichen kegelförmigen Form, der io aber an der Oberfläche durch die Luftmitnahme stark aufgerauht ist. In diesem Teil tritt die erste Entzündung ein. Sie pflanzt sich gegen die Strahlrichtung mit geringer, in der Strahlrichtung mit großer Geschwindigkeit fort. Die Flamme streicht entgegen der Strahlrichtung bis zum glatten Strahl vor. Dieser glatte Strahlteil brennt nicht während des Einspritzens, da offenbar der notwendige Sauerstoff fehlt. Er hinterläßt aber nach dem Einspritzen einzelne leuchtende Punkte, die vermutlich von noch nicht verbrannten 75 Partikeln, wie Koksteilen, herrühren.

Aus der DE-PS 833 736 ist eine Vorrichtung zur Brennstoffeinspritzung mittels Druckluft bekannt, bei der ein Druckluftverdichtungskolben zur Erzeugung des entsprechenden Druckes vorgesehen ist. Ein solcher Kolben ist auch notwendig, da die Kraftstoffeinspritzung selbst zum Zeitpunkt des höchsten im Zylinderraum herrschenden Druckes erfolgen soll. Durch diesen Druckverdichtungskolben wird jedoch die 20 bekannte Vorrichtung kompliziert und aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Einbringung des Kraftstoffes der oben genannten Art zu schaffen, die eine möglichst vollständige Verbrennung des Kraftstoffes sicherstellt, wobei schädliche Emissionen möglichst vermindert werden sollen. Die Einrichtung soll dabei einfach in ihrem Aufbau und günstig herstellbar sein. 25 Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß der allenfalls wärmeisolierte Luftspeicher mit den Düsenbohrungen der Einspritzdüse über die Verbindungskanäle und die vom Druck im Luftspeicher und dem Druck in der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung der Einspritzdüse abhängige Steuereinrichtung in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei die Steuereinrichtung je nach Höhe des Druckes im Luftspeicher und in der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung der Einspritzdüse die Düsenbohrungen der Einspritzdüse entweder mit 30 dem Luftspeicher, wenn der Druck im Luftspeicher höher ist als in der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung, oder mit der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung, wenn der Druck in der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung höher ist als im Luftspeicher, verbindet und die Druckluft erst nach Beendigung des Einspritzvorganges nachgeblasen wird, wenn der Druck im Zylinder des Dieselmotors während der Expansion abgesunken ist.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Luftspeicher über ein 35 die Steuereinrichtung bildendes, federbelastetes, zweites Rückschlagventil mit der Einspritzdüse verbunden ist, welche in an sich bekannter Weise eine im Düsenkörper gieitbar gelagerte, federbelastete Düsennadel mit einem konischen, von den Düsenbohrungen durchsetzten Sitz im Düsenkörper aufweist, und zur Zuführung von Druckluft und Kraftstoff zu den Düsenbohrungen eine Querbohrung und eine daran anschließende zentrale Bohrung in der Düsennadel vorgesehen ist, und die Düsennadel der Einspritzdüse 40 im Bereich der Querbohrung eine Ringnut aufweist, an die sowohl die Kraftstoff-Zuieitungsbohrung als auch die Luftzuleitung vom zweiten Rückschlagventil angeschlossen ist.

Insbesondere ist es günstig, wenn das zur Entnahme von Druckluft aus dem Zylinderraum des Dieselmotors dienende Rückschlagventil, eine dieses Rückschlagventil mit dem Luftspeicher verbindende Bohrung und der Luftspeicher im Zylinderkopf des Dieselmotors angeordnet sind und der Luftspeicher über 45 eine Leitung an eine im Düsenkörper angeordnete, zum zweiten Rückschlagventil führende Bohrung angeschlossen ist.

Diese Ausführung ist sowohl für ein Pumpe-Düse-Element als auch für die Anordnung einer getrennten Einspritzpumpe geeignet.

Insbesondere für die getrennte Anordnung von Pumpe und Düse aber auch für Pumpe-Düse-Elemente, so ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Einrichtung besonders geeignet, bei welcher der Luftspeicher mit der Einspritzdüse verbunden ist, welche in an sich bekannter Weise eine im Düsenkörper gleitbar gelagerte, federbelastete Düsennadel mit einem konischen, von den Düsenbohrungen durchsetzten Sitz im Düsenkörper aufweist, zur Zuführung von Druckluft und Kraftstoff zu den Düsenbohrungen eine Querbohrung, welche einerseits über die Kraftstoff-Zuleitungsbohrung an die Einspritzleitung und andererseits an die 55 Verbindungsleitung zum Luftspeicher angeschlossen ist, und eine daran anschließende zentrale Bohrung in der Düsennadei vorgesehen ist und in der Querbohrung ein die Steuereinrichtung bildender Rundschieber od. dgl. gleitbar angeordnet ist, dessen Länge mindestens um den halben Durchmesser der zentralen Bohrung in der Düsennadel kürzer ist als die halbe Länge der Querbohrung. 2

AT 398 808 B

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Pumpe-Düse, Fig. 2 Kennlinien zur Erklärung der Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 3 die Ausführung einer Einspritzdüse gemäß der Erfindung.

Aus dem Zylinderraum 1 wird Luft durch das Rückschlagventil 2 und eine Verbindungsbohrung 3 zu 5 einem Luftspeicher 4 durch den Überdruck im Zylinder befördert. Das Rückschlagventil 2 besitzt einen Sitzring 5, einen Ventilteller 6 und eine Schraubenfeder 7, welche den Ventilteller 6 so stark belastet, daß das Rückschlagventil nur bei Überdrücken im Zylinder öffnet. Vom Luftspeicher 4 führt eine Leitung 8 zum Pumpe-Düse-Element 9, in welchem eine Bohrung 10 zu einem zweiten Rückschlagventil 11 führt, welches im dargestellten Beispiel aus einer Kugel 11' und einer diese belastenden Schraubenfeder 12 besteht, aber io auch anders ausgeführt werden kann. Von dem zweiten Rückschlagventil 11 führt eine Bohrung 13 zur Ringnut 14 in der Düsennadel 15.

Das Pumpe-Düse-Element 9 besteht aus einem Pumpengehäuse 16 und einer Einspritzdüse 17, welche unter Zwischenlage einer beidseitig geschliffenen Platte 18 mittels der Schraubhülse 19 zusammengespannt sind. Der Düsenkörper 17' weist von der der Platte 18 anliegenden Seite her eine axiale Bohrung 20 75 auf, in welcher die Düsennadel 15 axial geführt ist. Das gesamte Pumpe-Düse-Element ist in eine Bohrung 22 des Zylinderkopfes 23 des Dieselmotors ersetzbar und mittels der Dichtringe 24 am Pumpengehäuse 16 abgedichtet. Im Pumpengehäuse 16 ist der Pumpenkolben 25 mit einer entsprechenden Passung axial verschiebbar gelagert. Die Betätigung des Pumpenkolbens 25 geschieht in nicht dargestellter Weise über einen an seinem oberen Ende 26 wirkenden Nocken, wobei das obere Ende 26 über Zwischenscheiben 27 20 und 28 von einer Feder 29 vorgespannt ist.

Zur Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge weist der Pumpenkolben 25 in bekannter Weise eine schräge Steuerkante 30 auf, welche mit der Überströmbohrung 31 zusammenarbeitet. Mittels des Hebels 32 ist der Pumpenkolben 25 verdrehbar, wodurch die eingespritzte Kraftstoffmenge geregelt werden kann. Die dosierte Kraftstoffmenge passiert das Rückschlagventil 33, welches einen Ventilteller 34 aufweist, an 25 welchem sich die Belastungsfeder 35 abstützt. Das Rückschlagventil 33 öffnet in den Ringraum 36, der über die Nut 37 und eine Bohrung 38 in der Platte 18 mit der Zuleitungsbohrung 39 im Düsenkörper 17' verbunden ist. Die Zuleitungsbohrung 39 mündet an der der Platte 18 entgegengesetzten Seite in einen zwischen Düsenkörper 17' und Düsennadel 15 durch eine Eindrehung an der Düsennadel gebildeten Ringraum, welcher durch die Ringnut 14 und den Düsenkörper 17' begrenzt ist. Die Düsennadel 15 weist 30 im Bereich der Ringnut 14 eine Querbohrung 40 auf, welche mit einer axialen Bohrung 41 der Düsennadel 15 in Verbindung steht, die an der der Querbohrung gegenüberliegenden Seite am vorderen konischen Ende 42 der Düsennadel 15 in einen Druckraum 43 im Düsenkörper 17' mündet.

Die vom zweiten Rückschlagventil 11 ausgehende Bohrung 13 steht mit dem durch die Ringnut 14 und den Düsenkörper 17' gebildeten Ringraum ebenso in Verbindung wie die Zuleitungsbohrung 39 für den 35 Kraftstoff.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung des Druck- und Temperaturveriaufes in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel. Darin ist mit 44 der Druck im Zylinder, mit 45 der Einspritzdruck und mit 46 der Restdruck im Einspritzsystem (schematische Darstellung) bezeichnet. Der Temperaturverlauf im Zylinder ist mit 47 und der Druck der Luft im Luftspeicher 4 bzw. den anschließenden Leitungen mit 48 bezeichnet. 40 Während der Einspritzung des Kraftstoffes ist das Rückschlagventil 11 zwischen den Punkten 49 und 50 geschlossen und öffnet sich erst nach dem Punkt 50, sodaß dann Luft zwischen den Punkten 50 und 51 in das Einspritzsystem durch die Bohrungen 8, 10, 13 und 41 über die Düsenbohrungen 52 in den Zylinderraum 1 strömt. Die Feder 21 und das Rückschlagventil 33 sind so bemessen, daß der Restdruck im Einspritzsystem annähernd dem durch die annähernd horizontalen Äste von 45 dargestellten Wert ent-4s spricht, die Düsennadel 15 und das Rückschlagventil 33 daher bei diesem Druck schließen.

Die Luft im Luftspeicher hat daher nach Punkt 51 den Restdruck 46. Nach dem Punkt 54 strömt eine kleine Luftmenge durch das Rückschlagventil 11, bis sich nach Steigerung des Einspritzdruckes des Kraftstoffes bei Punkt 49 das Rückschlagventil schließt und die Einspritzung des Kraftstoffes beginnt. Zwischen den Punkten 50 und 51 strömt Luft durch die Düsenbohrungen 52 in den Verbrennungsraum; so während dieser Zeit bleibt der Raum um das Rückschlagventil 33 und die Bohrung 39 mit Kraftstoff gefüllt. Das geschieht infolge der Oberflächenspannung des Kraftstoffes und infolge der sehr kurzen Zeit der Lufteinblasung.

Bei Beginn der Einspritzung des Kraftstoffes füllen sich die Querbohrung 40 und die axiale Bohrung 41 sowie die Düsenbohrungen 52 mit Kraftstoff, und die Luft in der Bohrung 13 und im Raum beim zweiten 55 Rückschlagventil wird infolge des hohen Einspritzdruckes auf ein sehr kleines Volumen durch den Kraftstoff zusammengedrückt. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt daher zwischen den Punkten 49 und 50, die Einblasung von Luft zwischen den Punkten 50 und 51. 3

Claims (4)

1. AT 398 808 B Dem Einspritzsystem fließt Kraftstoff durch die Bohrung 31 zu, die in üblicher Weise von der schrägen Steuerkante 30 überschliffen wird. Um das Rückschlagventil 2 nicht zu sehr zu erhitzen, kann es innerhalb der Bohrung 3 so angeordnet sein, daß es z.B. innerhalb des Zylinderkopfes liegt. In diesem Fall wird z.B. ein Stück der Bohrung 3 vom Zylinderraum 1 bis zum Rückschlagventil 2 führen und dieses im gekühlten 5 Teil des Zylinderkopfes liegen. Da Interesse daran besteht, daß die dem Zylinderraum 1 entnommene und im Luftspeicher 4 gespeicherte Luft möglichst ungekühlt wieder in den Zylinderraum gelangt, können Teile des Luftsystems, insbesondere aber der Luftspeicher 4, wärmeisoliert ausgeführt sein. Die nachgeblasene Luftmenge kann durch Bemessung des Luftspeichers 4 und des Rückschlagventils io 2 verändert werden. Es ist auch möglich, den Inhalt des Luftspeichers 4 während des Betriebes z.B. durch Verschiebung eines eingepaßten Kolbens zu verändern, um bestimmte Wirkungen zu erzielen. Die Nacheinblasung im in Fig. 1 dargestellten Pumpe-Düse-Element kann sinngemäß im Rahmen der Erfindung auch bei einem Einspritzsystem mit getrennter Pumpe und Düse angewendet werden. In diesem fall werden im allgemeinen der Luftspeicher und die erforderlichen Rückschlagventile in der Nähe der Düse 75 angeordnet und die Pumpe mit der Düse durch eine Einspritzleitung verbunden sein. Der in Fig. 3 dargestellte Düsenteil eines Einspritzsystems mit getrennter Pumpe und Düse besteht aus einem Düsenkörper 55, welcher einerseits den Anschluß 56 für die von der Einspritzpumpe kommende Einspritzleitung und andererseits den Anschluß 57 für die Luftzuführung enthält. Der übrige Aufbau der Düse ist ähnlich wie bei Ausführung nach Fig. 1, und es sind daher gleiche Teile mit denselben 20 Bezugszeichen versehen. Unterschiedlich ist lediglich, daß in der Querbohrung 40 ein Rundschieber 58 angeordnet ist, der während der Kraftstoffeinspritzung in der dargestellten linken Position steht. Sobald die Kraftstoffeinspritzung beendet ist und der Luftdruck in der Bohrung 13 gegenüber dem Kraftstoffdruck überwiegt, wird der Rundschieber 58 in der Zeichnung nach rechts verschoben, wodurch der Rundschieber die axiale Bohrung 41 für die Luft freigibt, welche sodann zunächst den noch in der axialen Bohrung 41 und 25 in den Düsenbohrungen 52 befindlichen Kraftstoff in den Zylinderraum fördert und dann über die Düsenbohrungen 52 in den Zylinderraum 1 einströmt. Dieser Einblasevorgang ist beendet, sobald der Druck im Luftsystem unter den Restdruck 46 des Kraftstoffes fällt, siehe Punkt 51 in Fig. 2. Der Rundschieber 58 bewirkt also eine Trennung zwischen dem Luftsystem und dem Kraftstoffsystem in der Einspritzdüse und wird durch den Kraftstoffdruck einerseits und den Luftdruck andererseits selbsttätig 30 gesteuert. Eine Drehung der Düsennadel 15 muß dann durch eine geeignete Einrichtung verhindert werden. Diese Einrichtung läßt sich selbstverständlich auch beim Pumpe-Düse-Element verwenden. Die Einrichtung gemäß der Erfindung läßt sich auch bei einem Pumpe-Düse-Element oder bei getrennter Pumpe und Düse verwenden, bei denen eine Steuerung des Einspritzzeitpunktes und des Einspritzendes elektrisch erfolgt. 35 Patentansprüche 1. Einrichtung zur Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum eines Dieselmotors, wobei über eine Einspritzdüse sowohl der von einer Pumpe geförderte Kraftstoff eingebracht als auch eine im Vergleich 40 zum Hubraum des Dieselmotors kleine Menge Druckluft, die aus dem Zylinderraum des Dieselmotors über ein Rückschlagventil entnommen wird, nachgeblasen wird, wobei das Rückschlagventil über eine Leitung mit einem Luftspeicher verbunden ist, der mit der Einspritzdüse über Verbindungskanäle und eine Steuereinrichtung in Strömungsverbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der allenfalls wärmeisolierte Luftspeicher (4) mit den Düsenbohrungen (52) der Einspritzdüse (17) über die 45 Verbindungskanäle (10, 13) und die vom Druck im Luftspeicher (4) und dem Druck in der Kraftstoff-Zuieitungsbohrung (39) der Einspritzdüse (17) abhängige Steuereinrichtung (11; 58) in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei die Steuereinrichtung (11; 58) je nach Höhe des Druckes im Luftspeicher (4) und in der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung (39) der Einspritzdüse (17) die Düsenbohrungen (52) der Einspritzdüse (17) entweder mit dem Luftspeicher (4), wenn der Druck im Luftspeicher (4) höher ist als so in der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung (39), oder mit der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung (39), wenn der Druck in der Kraftstoff-Zuleitungsbohrung (39) höher ist als im Luftspeicher (4), verbindet und die Druckluft erst nach Beendigung des Einspritzvorganges nachgeblasen wird, wenn der Druck im Zylinder (1) des Dieselmotors während der Expansion abgesunken ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher (4) über ein die Steuereinrichtung bildendes, federbelastetes, zweites Rückschlagventil (11) mit der Einspritzdüse (17) verbunden ist, welche in an sich bekannter Weise eine im Düsenkörper (17') gleitbar gelagerte, federbelastete Düsennadel (15) mit einem konischen, von den Düsenbohrungen (52) durchsetzten Sitz 4 AT 398 808 B im Düsenkörper (17') aufweist, und zur Zuführung von Druckluft und Kraftstoff zu den Düsenbohrungen (52) eine Querbohrung (40) und eine daran anschließende zentrale Bohrung (41) in der Düsennadel (15) vorgesehen ist, und die Düsennadel (15) der Einspritzdüse (17) im Bereich der Querbohrung (40) eine Ringnut (14) aufweist, an die sowohl die Kraftstoff-Zuleitungsbohrung (39) als auch die Luftzuleitung 5 (13) vom zweiten Rückschlagventil (11) angeschlossen ist (Fig. 1).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Entnahme von Druckluft aus dem Zylinderraum (1) des Dieselmotors dienende Rückschlagventil (2), eine dieses Rückschlagventil (2) mit dem Luftspeicher (4) verbindende Bohrung (3) und der Luftspeicher (4) im Zylinderkopf (23) des io Dieselmotors angeordnet sind und der Luftspeicher (4) über eine Leitung (8) an eine im Düsenkörper (17') angeordnete, zum zweiten Rückschlagventil (11) führende Bohrung (10) angeschlossen ist (Fig. 1).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher (4) mit der Einspritzdüse (17) verbunden ist, welche in an sich bekannter Weise eine im Düsenkörper (17’) gleitbar gelagerte, is federbelastete Düsennadel (15) mit einem konischen, von den Düsenbohrungen (52) durchsetzten Sitz im Düsenkörper (17') aufweist, daß zur Zuführung von Druckluft und Kraftstoff zu den Düsenbohrungen (52) eine Querbohrung (40), welche einerseits über die Kraftstoff-Zuleitungsbohrung (39) an die Einspritzleitung und andererseits an die Verbindungsleitung (10, 13) zum Luftspeicher (4) angeschlossen ist, und eine daran anschließende zentrale Bohrung (41) in der Düsennadel (15) vorgesehen ist und 20 daß in der Querbohrung (40) ein die Steuereinrichtung bildender Rundschieber (58) od. dgl. gleitbar angeordnet ist, dessen Länge mindestens um den halben Durchmesser der zentralen Bohrung (41) in der Düsennadel (15) kürzer ist als die halbe Länge der Querbohrung (40) (Fig. 3). Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 25 30 35 40 45 50 5 55