Verfahren zum Zerstäuben von Brennstoff und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Einspritzdüsen, insbesondere Ein6pritz- düsen für Verbrennungskraftmaechinen, erge ben Widerstände und damit Einspritzpum- pendrücke, welche sich mit der je Zeiteinheit durchtretenden Menge sehr stark ändern. Dies ergibt häufig unüberbrückbare Nach teile, indem entweder der bei kleiner Un- ,
spritzmenge sich aufbauende Einspritzdruck zu gering wird, um eine gute Zerstäubung zu ergeben, oder indem umgekehrt der bei grösster Menge sich ergebende Druck eine zu starke Belastung für die zur Verfügung stehende Pumpe ergibt.
Um. diese Nachteile zu vermeiden, hat man vor allen Dingen bei intermittierender Ein- spritzung (Kolbenmotoren, Dieselmotoren) sehr viel Einspritzdüsen eingeführt, deren für die Zerstäubung massgebender Austrittsquer schnitt sich entsprechend der durchtretenden Einspritzmenge ändert, d. h. bei grösserer Menge grösser wird. Solche Einspritzdüsen haben jedoch einen erhöhten Bauaufwand und gewisse Funktionsempfindlichkeiten.
Für manche Aufgaben sind diese Funk tionsempfindlichkeiten nicht tragbar, so ,dass man unveränderliche Düsenaustrittsquer- schnitte beibehalten muss.
Ein solcher Fall sind z. B. die Einspritz anlagen von Rückstosstriebwerken, welche mit mehreren kontinuierlich zerstäubenden Ein spritzdüsen arbeiten, die von einem gemein samen Druckerzeuger aus mit Brennstoff ver sorgt werden.
Da die Anwendung von je einem Druckerzeuger (Pumpe) für jede dieser Einspritzdüsen ein zu grosser Bauaufwand für diese nach Einfachheit strebenden Trieb werke wäre, wünscht man alle 6, 8, oder 12 Einspritzdüsen von einer gemeinsamen Druck- erzeugungsatelle (Pumpe) aus .mit Brennstoff zu versorgen. In einem:
solchen Fall ist es je doch nicht möglich, Einspritzdüsen zu ver- wen.den, deren Querschnitt durch ein feder- oder membranbelastetes Organ .sich -den ver schiedenen Einspritzmengen je Zeiteinheit an passt. Die Fabrikation und Wartung solcher Organe derart, da3 alle 6, 8 oder 12 Düsen genau gleichmässig öffnen, trotzdem sie am gleichen Drucknetz hängen, ist zu schwierig.
Man muss also Einspritzdüsen mit konstantem Querschnitt verwenden.
Der Widerstand und damit der Zerstäu- bungsdruck solcher Einspritzdüsen steigt im Quadrat der je Zeiteinheit durchgedrückten Flüssigkeitsmenge. Steht nun eine einfache Zahnradpumpe als Druckerzeuger zur Ver fügung, die z.
B. 40 atü Betriebsdruck aus hält, und ist anderseits der mindeste zur Ver brennung benötigte Zerstäubungadruck 4 atü, so entspricht der hiermit zur Verfügung stehende Brennstoffdruekunters-chied 1:10 einem Mengenregulierbereich von 1 : v10 = 1 :<B>3,1,6.</B> Es gibt jedoch Aufgaben, wo ein solcher Regulierbereich nicht genügt, wie z.
B. bei den schon erwähnten Rückstosstrieb- werken. Sollen damit ausgerüstete Flugzeuge in 18 km Höhe fliegen, so finden sie dort nur 1111u .der Luftdichte und, da meist keine Höhen überlader hierfür verwendet werden, auch bei' Vollast nur den entsprechenden zehnten Teil. des Sauerstoffes vor.
Soll nun ausserdem noch in dieser Höhe Teillast und Leerlauf reguliert werden können, :so bedeutet dieses, d,ass auf 1I5 des Vollastbedarfes in der Höhe, @d. h. auf 1115u der Vollasteinspritzmenge am Boden, her unterreguliert werden muss. Bie Verwendung einfacher offener Düsen gäbe dieses einen Druckunterschied von 1 : 2500, d. h. bei Ver wendung eines Brennstoffes, welcher 4 atü Mindestdruck benötigt, 1,000.0 atü Pumpen druck.
Um .diese übermässigen Anforderungen an Diuckerzeugung zu vermeiden, werden ge mäss dem Verfahren nach vorliegender Erfin dung dem vom Druckerzeuger -kommenden Brennstoff pro Brennstelle zwei Brennstoff wege zur Verfügung gestellt, von denen der eine Weg direkt zu einem Satz von Drossel öffnungen der Einspritzvorrichtung, während der andere Weg zu einem zweiten .Satz von Drosselöffnungen der Einspritzvorrichtung überein Steuerorgan führt,
welches bei klei nerer Einspritzmenge geschlossen bleibt und erst bei grösseren Einspritzmengen. je Zeitein heit geöffnet wird. Das Steuerorgan kann ver schieden ausgebildet sein. In jedem Fall muss dieses Organ in- der Lage sein, bei kleiner Gesamteinspritzmenge den zweiten Brenn stoffweg vollkommen abzusperren. Im übri gen kann das Öffnen entweder durch den bei grösserer Menge je Zeiteinheit steigenden Druckselber erfolgen oder durch irgend einen andern automatischen, z. B. Drehzahl bedingten Eingriff, oder von Hand.
An Hand der Fig. 1 und 2 wird das Ver fahren. nach der Erfindung beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine An ordnung. Die Pumpe A saugt aus demBrenn- stoffbehälter B und drückt über die Lei- turig C den Brennstoff in, die beiden Lei tungsnetze D1 und D, An fliese sind die Einspritzorgane E,
und EZ angesohlossen, von denen. jedes einen Satz von Drosselöffnungen besitzt. Es ist. vorausgesetzt, däss diePumpe A jeweils die von Hand- oder durch einen Reg- ler eingestellte Einspritzmenge je Zeiteinheit liefert.
Das Verfahren wird nun so durchgeführt dass zunächst das Steuerorgan F geschloo.sen ist und der Brennstoff, solange er in kleine rer Menge gefördert wird, in das Leitungs netz D, strömt und durch die Organe E1 zerstäubt wird.
Wird die Brennstoffmenge je Zeiteinheit - allmählich so vergrössert, .dass die Druckbelastung der Pumpe über das zu- lä6sige Mass hinaussteigen würde, so wird durch den Pumpendruck, dureh die Drehzahl oder von Hand das Steuerorgan F geöffnet. und dadurch das zweite Leitungsnetz D2 und die Gruppe von Einspritzorganen EZ zu geschaltet.
Bei Betätigung durch den Brennstoff pumpendruck würde ein solches Steuerorgan z. B. einer Diesel-Düsen:nadel entsprechen., die im geschlossenen Zuotand nur auf einem Teil ihrer Fläche vom Brennstoffdruck belastet ist.
Die im geschlossenen Zustand vom Pum pendruck nieht'belastete Nadelfläche und die Schliessfe-Jer sind .so berechnet, dass bei Errei chung .des Pumpenspitzendruckes das Nadel ventil den 'Weg öffnet, so dass nunmehr die gesamte Nadelfläche belastet ist. Der sich aus dieser grossen Nadelfläche und der Schlia@feder errechnende Schliessdruck ist wesentlich niedriger als der ÖEffnunglsdruck.
Die. Bemessung der Drosselöffnungen der Einspritzorgane erfolgt dabei zweckmässiger weise so, dass .die Einspritzorgane E1, die direkt mit der Pumpe verbunden sind., bei der kleinsten Einspritzmenge den Mindestdruck ergeben, welcher zu einer sauberen,Verbren- nung, ahne Abreissen der Flamme.
benötigt wird, während die Drosselöffnungen in den Einspritzorganen E= so dimensioniert sind, dass nach ihrer Zusehaltung bei der Magimal- einspritzmenge sich gerade der von der Ein spritzpumpe noch tragbare Förderdruck er gibt.
Während diese Variante des Verfahrens für Regulierbereiche von 1 : 5 bis etwa 1 : 20 brauchbare Resultate ergibt, solange guter Brennstoff und damit niedriger Mindestzer- gsdruck, gute Pumpen und damit e -täubun, hoher Zerstäubungsdruck zur Verfügung ste hen, genügt es nicht mehr, wenn diese Fak toren ungünstiger liegen.
Wie Fig. 2 zeigt, ergibt .sich dann, d. h. wenn der Regulierbereich von kleinster auf grösste Zerstäubungsmenge weiter wächst, die Anforderung an den Mindestzerstäubungs- druck steigt und der zur Verfügung stehende Pumpendruck nicht wächst, beim Zuschalten des zweiten Satzes von Einspritzorganen ein so starkes Absinken des Druckes, dass er unter den Mindestzerstäubungsdruck sinkt.
Die Fig. 2 zeigt in Kurve a-b den Verlauf des Druckes, wenn nur die direkt angeschlossenen Einspritzorgane El in Betrieb sind, die Kurve a-c den Druckverlauf nach Zuschaltung der über das SteuerorganF arbeitenden Einspritz- organe E2. Dabei ist a-d der Mindestzer- stäubungsdruck und a-e der von der Pumpe maximal erzeugte Druck.
a-g ist die Min destfördermenge, a-h die Vollastmenge, so dass a-g <I>:</I> a-h .das Verhältnis der Förder inenge, d. h: den Regulierbereich, darstellt. Die Zerstäubung beginnt also bei der Menge a-g mit dem Druck a-d, d. h. im Punkt o: Bei allmählich gesteigerter Menge steigt der Druck entsprechend der Kurve a-o-b wei ter, um im Punkt b den Maximaldruck a-e, welchen die Pumpe erzeugen kann, zu errei chen.
Hier wird nun das Steuerorgan F ge öffnet und der zweite Satz von Einspritz- organen EZ zusätzlich eingesehaltet. Dieses ist bei der Einspritzmenge a-i, und der Druck sinkt dabei auf den sieh aus dem Ge- samtquerschnitt der Drosselöffnungen in den Organen E, und E. ergebenden Druck der Kurve a-c ab, d. h. bis zum Druck a-f <I>.</I> Dieser liegt in dem dargestellten;
Beiepiel ganz erheblich unter dem Mindestzerstäubungs- druek a-d' und bleibt auch unter dieser bis zur Menge a-k, so dass im gesamten Regulier- bereieh von i-k eine ungenügende Zerstäu- bung vorliegen würde.
Würde der Regulierbereichverkleinert, z. B. indem die Mindestmenge auf den Wert a-p heraufgesetzt wird, .so ergibt sich für die direkt arbeitenden Einspritzorgane El die Kurve a@m und nach der Umschaltung bei na ein Druckabfall zum Punkt n, der noch über dem Mindestdruck a-d liegt, eo dass ohne Gefährdung der Verbrennung von hier aus bei weiterer Mengensteigerung der Druck wieder auf der Kurve n-c weiter arbeiten kann.
Für die Fälle, wo ein derartiges Verklei nern des Regulierbereiches nicht möglich ist, sowie zur Überbrückung der sehr grossen Schwierigkeiten, welche sich für die Regu lierung aus dem Druckabfall bei Zuschalten des zweiter < Satzes von Drosselöffnungen er geben, kann eine weitere Massnahme vorge sehen werden.
Diese kann darin bestehen, adass das Steuer organ F als federbelastetes Ventil ausgebil det wird, derart, dass es erst. nach Lrberschrei- tung eines zur eicheren Zerstänbung auf alle Fälle genügenden Mindestdruckes im direkt mit der Pumpe verbundenen Leitungsnetz Dl allmählich öffnet und den Weg zum Lei- tungshetz D2 freigibt.
Diese Massnahme alleine würde nun noch nicht genügen, um bei jeder Einspritzmenge ein sicheres Zerstäuben zu sichern. Nach Überschreitung des vom Steuerorgan F be stimmten Staüdru Ikes würde zwar das Steuer organ öffnen und den Weg zu Aden Einspritz- organen E= freigeben, aber der in diese Or gane eintretende Brennstoff würde zunächst (immer gesehen bei allmählich steigender Menge) noch nicht genügen,
.um einen zur Zerstäubung genügenden Druck in den Dr os- selöffnungen der Organe E2 zu erzeugen. Der Brennstoff würde aus den Organen EZ ein fach heraustropfen.
Um diesen Naehteil nun zu überbrücken, ,sind bei der ebenfalls Ge genstand vorliegender Erfindung bildenden Einrichtung zur Durchführung des Verfall- renn nach der Erfindung die beiden Sätze von Drosselöffnungen in einer Einspritzvorrich- tung derart vereinigt, dass der aus dem mit dem Druckerzeuger direkt verbundenen Satz von Drosselöffnungen austretende Brennstoff infolge seiner in -den Dr.oseelöffnungen erhal tenen kinetischen Energie imstande ist,
den aus dem zweiten Satz von Drosselöffnungen austretenden Brennstoff, .der vor Erreichung einer Mindestmenge ungenügend zerstäubt würde, mitzureissen und zu zerstäuben.
Eine besonders einfache und wirksame Form ergibt sich hierbei; wenn-,die bauliche Vereinigung der beiden Sätze von Drossel- öffnungen so weit geführt wird, dass auch der bei Einspritzvorrichtungen für Zerstäu- bung in einem Kegelnebel meist vorhandene Drallraum für beide Sätze von Drosselöffnun gen gemeinsam ist. Die in diesen Drallraum eintretenden tangentialen Kanäle sind jedoch getrennt.
Bei Förderung der kritischen Über- gangsmenge wird dabei der Brennstoff aus .den als Tangen-tialkanäle ausgebildeten Dros selöffnungen, < welche direkt mit der Pumpe verbunden sind, mit einem Druck eintreten, welcher auf adle Fälle höher ist als der durch das Steuerorgan F bestimmte, und .der Brenn stoff wird mit einer entsprechenden hohen Ge schwindigkeit im Drallraum. rotieren.
Wird nun der Ansprechdrwck des Steuerorganes F überschritten, so wird auch aus den Tangen- tialkanälen, welche mit dem gesteuerten Lei tungsnetz Dz verbunden sind, allmählich Brennstoff in .den Drallraum kommen.
Dieser :wird keine grosse Geschwindigkeit haben und würde, wie schon erwähnt, nicht in der Lage sein, die zu einer - guten Zerstäubung genü gende Rotation in einem Drallraum zu erzeu gen;
dagegen ist die Energie ödes mit sehr hoher Geschwindigkeit im Drallraum schon rotierten Brennstoffes aus dem Leitungs- netz Di in der Lage,
den Zusatzbrennstoff mitzureissen und mitzuzerstäuben. Bei wei terer Erhöhung der Einspritzmenge erhöht sieh naturgemäss auch der Widerstand in den Drosselöffnungen des Leitungsnetzes DZ und damit die Eigengeschwndigkeit des auf diesemWeg eintretenden Brennstoffes, ;
so dass er bei den weiterwachsenden Mengen dann in immer stärkerem Masse selber zur Zeretäu- bung beiträgt. .
Der Druckverlauf bei dieser Variante des Verfahrens ist vergleichsweise voll 9,usgezo- gen. in Fig. 2 eingetragen. Auch .hier beginnt bei Zunahme der Menge die für die Ver brennung genügende Zerstäubün2:
im Punkt o bei Menge ä-g und Druck a-d. Der Druck folgt ,dann der Kurve ä-b bis zu dem Druck a-q. Hier, im Punkte<I>r,</I> öffnet -das Steuer organ F und der. von .der Pumpe zu überwin dende Dmuck ,steigt zunächst bei Steigerung der Menge nur wenig, @da das grosse zweite Leitungssystem DZ jetzt zugeschaltet ist.
Bei Erreichung ,der Vollastmenge a-h sind dann .die beiden Sätze von Drosselöffnungen voll belastet, so .dass der vorgesehene Pumpen höchstdruck a-e im Punkte c erreicht wird.
In Fig. 3 ist ein Ausfüh-runb beispiel einer. Einspritzvorrichtung für eine solche Variante-dargestellt. Im Gehäuse H ist das Düsenmundstück J eingeschraubt, .das zu gleich das Drallstück G dichtend gegen die Planflächen im Gehäuse presst. Aus der Brennstoffleitung D, kommt der Brennstoff direkt von der Pumpe, aus DZ über das Steuer organ F.
Der erstere Brennstoff kommt über den Zuführungskanal K, die Bohrungen L und den Ringraum M in die den ersten Satz von Drosselöffnungen bildenden tangentialen Kanäle N, welche in dem Drallräum 0 eine Rotation des Brennstoffes erzeugen.
Der zweite Brennstoffstrom fliesst über Boh rung g2, Ringnut P, Bohrung Q in den Ringraum R, aus welchem nun, den zweiten Satz, von Drosselöffnungen bildend, ebenfalls tangentiale Kanäle W in den gleichen Drall raum 0 mün:dlen. Die eigentliche Zerstäubung findet unter der Wirkung der Rotation in der bekannten Weise beim Austritt aüs der Düsenöffnung<B>S</B> in Form eines Kegelnebels statt.
Um die Nachteile zweier Rohrleitungs systeme in bezug auf Verletzlichkeit; Schwin gungen, Dichten und ähnliches zu verklei nern, ist vorgesehen, die Verteilerkanäle D, und Dz im Gehäuse der Maschine selber ein zuformen.
Das Gehäuse H der Einspritzvor- richtung ist zu diesem Zweck ohne die üb lichen Rohranschlüsse gestaltet und mit Übertrittsöffnungen Ü,. und Ü2 in der Flanechfläche T versehen, derart, .dass durch .das Befestigen des Gehäuses H mittels Fest ziehen des Spannbügels V zugleich auch das Anschliessen der beiden Leitungen erfolgt ist.
Die vorstehende Schilderung war in erster Linie für Einspritzvorrichtungen für konti nuierliche Zerstäubung dargestellt.
Die Erfindung lässt sich jedoch unter ge wissen Voraussetzungen auch auf Einspritz- vorrichtungen für die intermittierende Ein spritzung, z. B. für Dieselmotoren, anwenden und ermöglicht es dann, auch in .diesen Ein spritzvorrichtungen mit offener Düse zu ver wenden, d. h. solche- ohne ein die Zerstäu- bungsöffnüng steuerndes Organ.
Vorausge <B>s</B> -,etzt ist dabei eine Druckerzeugungsanlage (Pumpe, Akkumulator, Druckleitung usw.), welche bei zunehmenderEinspritzmenge nicht im gleichen Umfang die Einspritzdauer ver längert, sondern die Einspritzdauer gleich lässt, mindestens aber nicht im gleichen Masse verlängert, wie die Menge wächst.
Eine Einspritzvorrichtung für eine solche Anwendung zeigt Fig. 4. Im Gehäuse H sind das Düsenmundstück J und das Drallstück G durch das Ventilgehäuse X eingespannt. Der Brennstoff kommt von einer die Einspritz menge zuteilenden Stoss-Einspritzpumpe über die Leitung C und die Kanäle D, in den Ringraum M. Von hier aus tritt er durch -die tangentialen Kanäle N in den Drallraum 0.
wo er rotiert und über die Zerstäubungsboh- rung S in Form eines Kegelnebels in den Ver brennungsraum tritt. Bestimmend für die er reichte Zerstäubung sind dabei die Charak teristik der Einspritzpumpe und die Drall- behrungen N.
Sind die Pumpe, die Rohrlei tungen oder die sonstigen Druckerzeugungs- anlagen nun so eingerichtet, dass bei grösserer Belastung des Motors und dementsprechend grösserer Einspritzmenge auch die Menge je Zeiteinheit zunimmt, so ergibt sich ein ent sprechend steigender Einspritzdruck. Es ist nun vorgesehen, das Ventil F mit Feder Y so einzustellen, dass es vor Überschreitung des für die Einspritzpumpe zulässigen Druckes öffnet, um den Weg für einen Teil dies Brenn stoffes über Kanal DZ nach dem Drallraum 0 freizugeben.
In vorliegendem Fall sind die Tangentialkanäle W als Bohrungen im Boden des Drallstückes G angeordnet. Der Brenn- stoff wird zwar durch das Ventil F gedros selt, jedoch durch den in voller Geschwindig- keit im Drallraum rotierenden Brennstoff, der auf dem direkten Weg eintritt, mitgeris sen.
Erst bei Vollast ergibt der auf dem Weg über das Steuerorgan F strömende Brennstoff einen wesentlichen Widerstand in den Drall bohrungen W und erst etwa bei Überlast überschreitet er den Widerstand der Drall bohrungen N.