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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Insbesondere ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
nach der Erfindung dazu geeignet, zerstäubte Kraftstoffpartikel in
eine Verbrennungskammer einzuspritzen, um sowohl den Wirkungsgrad
der Verbrennung bezogen auf das Volumen zu verbessern, als auch
das Entstehen von unverbrannten Gasen einzuschränken und dadurch die Verschmutzung
der Luft zu verringern.
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Beispiele für Maschinen zum Verbrennen von
flüssigen
Kraftstoffen zur Erzeugung von kinetischer Energie und/oder von
Wärmeenergie
sind Verbrennungskraftmaschinen wie Dieselmotoren und Benzinmotoren
sowie weiterhin Brennkessel zu Industriezwecken und zur Wärmeerzeugung,
welche Wasser erhitzen, um Warmwasser oder Dampf zu erzeugen.
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Einspritzdüsen für Verbrennungskraftmaschinen
spritzen ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff unter einem hohen Druck
in eine Verbrennungskammer ein.
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Wird in einem Einspritzvorgang der
Kraftstoff nicht ausreichend weit in der Verbrennungskammer verteilt,
so folgt hieraus eine unvollständige
Verbrennung und ein verschlechterter Wirkungsgrad der Verbrennung,
der eine Einflußgröße für die Luftverschmutzung
ist. Um diesem Problem abzuhelfen, wurde eine Technik vorgeschlagen,
bei der Luft unter einem hohen Druck eingespritzt und der eingespritzte
Kraftstoff in der Verbrennungskammer verwirbelt wird.
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Da herkömmliche Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
in der Regel auf das Einspritzen von Kraftstoff unter hohen Drücken beschränkt sind,
bestehen Einschränkungen
beim Zerstäuben
der Kraftstoffpartikeln. Bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
ist daher die Verbesserung des Wirkungsgrads der Verbrennung wegen
des geringen Leistungsvermögens
in bezug auf die Kraftstoffzerstäubung
problematisch.
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Die Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung
der vorstehend genannten Probleme. Ziel der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
in der Kraftstoff, der durch ein Einspritzaggregat abgegeben wird,
in an einer Spiralwelle eines Injektors ausgebildete Spiralnuten
eingebracht wird, um in dem Kraftstoff eine Wirbelströmung zu
erzeugen, wobei der Querschnitt der Spiralnuten kontinuierlich abnimmt,
um die Durchströmgeschwindigkeit
und die Zerstäubung
von Kraftstoffpartikeln durch Kollisionen zwischen den Kraftstoffpartikeln
zu erhöhen,
so daß der
Kraftstoff in einer Verbrennungskammer weit zerstreut wird, um das
Entstehen von unverbrannten Gasen einzuschränken und um eine feine Zerstäubung zu
bewirken und den Wirkungsgrad der Verbrennung zu verbessern.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung
wird zum Erreichen der obengenannten Ziele eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
geschaffen, welche eine Spiralewelle, ein Spiralrohr und einen Grundkörper aufweist.
Die Spialwelle weist eine Vielzahl von Spiralnuten auf, die an der
Außenumfangfläche derselben
ausgebildet sind, um Kraftstoff eines Einspritzaggregats in eine
Verbrennungskammer einzuspritzen, wobei die Strömung des Kraftstoffs in eine
Wirbelströmung
verwandelt wird, während
dieser durch die Spiralnuten der Spiralwelle strömt. Das Spiralrohr umgibt die
Spiralwelle und weist an seiner Außenumfangsfläche eine
Vielzahl eingeformter Spiralnuten auf, um Luft zusammen mit dem
Kraftstoff in die Verbrennungskammer einzuspritzen, wobei die Strömung der
Luft in eine Wirbelströmung verwandelt wird,
während
diese durch die Spiralnuten des Spiralrohrs strömt. Der Grundkörper koppelt
beide, das Spiralrohr und die Spiralwelle an das Einspritzaggregat.
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Insbesondere wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
nach Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Patentansprüchen
angegeben.
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Die obengenannten und weiteren Ziele, Merkmale
und zusätzliche
Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich anhand der nachfolgenden
detailierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
besser verstehen, in denen in:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
der Erfindung zeigt,
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2 eine
Längsschnittansicht
einer Spiralwelle und eines Spiralrohrs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
nach der Erfindung zeigt,
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3 eine
Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung in einem Zusammenbauzustand zeigt,
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4 eine
perspektivische Ansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung im zusammengebauten Zustand zeigt,
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5 eine
Längsschnittansicht
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
im zusammengebauten Zustand zeigt,
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6 eine
Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der nach
der vorliegenden Erfindung zeigt, und
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7 eine
Längsschnittansicht
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
im angekoppelten Zustand an ein Einspritzaggregat für einen
Dieselmotor zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Die nachfolgende detaillierte Beschreibung bezieht
sich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist.
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1 zeigt
eine Explosionsdarstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
nach der Erfindung. 2 zeigt
eine Längsschnittansicht
einer Spiralwelle 1 und eines Spiralrohrs 3 der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Die Einspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfaßt einen
zylindrischen Grundkörper 5,
der an einer Düse 18 an
einem unteren Ende eines Einspritzaggregats 17 angebracht
ist.
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Der Grundkörper 5 weist vorzugsweise
an seiner Innenumfangsfläche
ein Innengewinde auf und ist damit an das Einspritzaggregat angeschraubt.
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Eine Spiralwelle 1 und ein
Spiralrohr 3 sind in dem Grundkörper 5 angeordnet,
der an seinem oberen und unteren Ende offen ist. Drei bis sechs
Spiralnuten 2 bzw. 4 sind jeweils radial in die
Außenumfangsflächen der
Spiralwelle 1 und des Spiralrohrs 3 eingeformt.
Die Spiralnuten 2 der Spiralwelle 1 wirkenden
als Durchgangskanäle
für von
dem Einspritzaggregat eingespritzten Kraftstoff, wohingegen die Spiralnuten 4 des
Spiralrohrs 3 einen Durchgang für Luft oder Wasser bilden.
In dem Spiralrohr 3 ist eine sich in Längsrichtung erstreckende Durchgangsöffnung ausgebildet.
Die Spiralwelle 1 ist in diese Durchgangsöffnung eingesetzt.
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Die Spiralnuten 2 und 4 verjüngen sich
von ihrer Einlaßseite
zu ihrer Auslaßseite
kontinuierlich in ihrer Breite, wodurch die Durchströmgeschwindigkeit des
Kraftstoffs erhöht
wird. Dabei nimmt die Strömungsgeschwindigkeit
der Kraftstoffpartikel beim Hindurchtreten durch die Spiralnuten 2 der
Spiralwelle 1 in der Durchgangsöffnung des Spiralrohrs 3 zu. Diese
werden in Form einer Wirbelströmung
in eine Verbrennungskammer eingespritzt. Folge hiervon ist eine
breite Zerstreuung der Kraftstoffpartikel in der Verbrennungskammer,
wodurch das Entstehen von unverbrannten Gasen eingeschränkt wird.
Die Erhöhung
der Durchströmgeschwindigkeit
führt zu
einer Zunahme von Kollisionen zwischen den Kraftstoffpartikeln und
fördert
deren Zerstäubung,
wodurch der Wirkungsgrad der Verbrennung verbessert wird.
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Luft oder Wasser wird in Form einer
Wirbelströmung über die
Nuten 4 des Spiralrohrs 3 eingespritzt. Die Luft
oder das Wasser werden gemeinsam mit den Kraftstoffpartikeln eingespritzt,
um die Feinverteilung bzw. Diffusion der Kraftstoffpartikel zu erhöhen.
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Der Grundkörper 5 umfaßt einen
Düsenkopf 7 zur
Abstützung
des Spiralrohrs 3 an der Unterseite des Grundkörpers 5.
Der Grundkörper 5 nimmt
weiterhin das Spiralrohr 3 auf, sowie eine Spiralrohrhülse 9 zur
Lagerung des Spiralrohrs 3, eine untere Halteplatte 10 zur
Festlegung der Spiralrohrhülse 9,
eine Spiralwellenhülse 12 zur
Lagerung der Spiralwelle 1 und eine obere Halteplatte 14 zur
Festlegung der Spiralwellenhülse 12,
die in dieser Reihenfolge auf dem Düsenkopf 7 in dem Grundkörper 5 aufeinander
gestapelt sind. Die untere Halteplatte 10 und die obere Halteplatte 14 weisen
jeweils ein Außengewinde
zum Verschrauben mit dem Innengewinde in dem Grundkörper 5 auf.
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Die untere und obere Halteplatte 10 bzw. 14 weisen
jeweils entsprechend einen oberen und einen unteren Luftkanal 11 bzw. 15 auf,
während
die Spiralwellenhülse 12 einen
mittleren Luftkanal 13 aufweist. Die Luftkanäle 11, 13 und 15 dienen
dazu, Luft in die Spiralnuten 4 einzuleiten.
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Der Grundkörper 5 ist an einem
seitlichen Abschnitt mit einem Lufteinlaß 6 versehen, der
mit den Luftkanälen 11, 13 und 15 kommuniziert.
Die Halteplatte 14 besitzt in ihrer Mitte einen Einlaß 16 für das Einspritzaggregat 17,
die mit der Düse 18 an dem
unteren Ende des Einspritzaggregats 17 verbunden ist, um
Kraftstoff zu der Spiralwelle 1 zu fördern. Das bisher nicht erwähnte Bezugszeichen 8 kennzeichnet
eine Feder, welche die Spiralwelle 1 gegen den Einspitzaggregat-Einlaß 16 drückt, um den
Einspritzaggregat-Einlaß 16 zu
verschließen, wenn
kein Kraftstoff eingespritzt wird.
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Bei der oben erläuterten Einspritzvorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung wird Kraftstoff von dem Einspritzaggregat über den
Einspritzaggregat-Einlaß 16 in
Richtung der Spiralwelle 1 eingespritzt. Die Vielzahl der
Spiralnuten 2 den ist an der Außenumfangfläche der Spiralwelle 1 derart
ausgebildet, daß die
Durchflußgeschwindigkeit
des Kraftstoffs erhöht
und dadurch beim Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer
eine Wirbelströmung
erzeugt wird. Infolgedessen wird der Kraftstoff in der Verbrennungskammer
weit zerstäubt
und verteilt.
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Die Spiralnuten 2 nehmen
von der Einlaßseite
zu der Auslaßseite
in ihrer Breite kontinuierlich ab, um die Durchströmgeschwindigkeit
zu erhöhen
und den Kraftstoff zu komprimieren, so daß die Kraftstoffpartikel aktiv
miteinander zusammenstoßen
und die Zerstäubung
des Kraftstoffs beschleunigt wird. Hieraus resultiert eine Erhöhung der
Effizienz der Verbrennung des in die Verbrennungskammer eingespritzten
Kraftstoffs.
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Die Einspritzvorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung wird wie folgt zusammengebaut.
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Zunächst wird der Düsenkopf 7 in
den Grundkörper 5 eingesetzt.
Der Düsenkopf 7 besteht aus
einem Material, das hohen Temperaturen widersteht, da dieser der
Verbrennungskammer ausgesetzt ist. Das Spiralrohr 3 und
die Spiralrohrhülse 9 werden
ineinander in den Grundkörper 5 eingeführt, die
Spiralwelle 1 in die Durchgangsöffnung des Spiralrohrs 3 eingesetzt,
und die Feder 8 um die Spiralwelle 1 angeordnet.
Anschließend
wird die untere Halteplatte 10 in das Innengewinde des
Grundkörpers 5 eingeschraubt,
um die Spiralrohrhülse 9 mit dem
Spiralrohr 3 zu fixieren.
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Die Spiralwellenhülse 12 wird um die
Spiralwelle 1 angeordnet. Die obere Halteplatte 14 wird
in das Innengewinde des Grundkörpers 5 auf
die Spiralwellenhülse 12 geschraubt,
um den Zusammenbau der Einspritzvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung zu vervollständigen.
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Selbstverständlich werden die Luftkanäle 11, 13 und 15 in
der unteren Halteplatte 10, der Spiralwellenhülse 12 und
der oberen Halteplatte 14 bei dem Zusammenbau der Einspritzvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung so ausgerichtet, daß diese
mit den Spiralnuten 4 des Spiralrohres 3 kommunizieren.
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Nach der Beendigung des Zusammenbaus wird
die obere Halteplatte 14 unter dem Lufteinlaß 6, der
in einem Seitenabschnitt des Grundkörpers 5 ausgebildet
ist, plaziert, so daß Wasser
oder Luft über
die Luftkanäle 11, 13 und 15 in
das Spiralrohr 3 eingebracht werden kann.
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7 zeigt
eine Längsschnittansicht
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
in Ankopplung an ein Einspritzaggregat 17 für einen
Dieselmotor. Die Einspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
kann an dem Einspritzaggregat 17 zusammengebaut oder integral
an diesem montiert werden.
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Das Einspritzaggregat weist an einem
unteren Ende desselben eine Düse 18 zum
Einspritzen von Kraftstoff und an einem oberen Abschnitt desselben
einen Kraftstoffeinlaß 20 auf.
Eine Nadel 19 zum Öffnen
und Schließen
der Düse 14 ist
innerhalb des Einspritzaggregats 17 angeordnet. Ein Solenoid 21 zur
Steuerung der Nadel 19 befindet sich in einem oberen Abschnitt
des Einspritzaggregats 17. Außengewinde um das untere Ende
des Einspritzaggregats 17 dienen zum Verschrauben mit dem
Innengewinde des Grundkörpers
5, um das Einspritzaggregat 17 mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung zu koppeln.
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Nach Herstellung einer Kopplung zwischen dem
nach der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Grundkörper 5 und
dem Einspritzaggregat 17 ist die Düse 18 mit dem Einspritzaggegat-Einlaß 16 in
der oberen Halteplatte 14 des Grundkörpers 5 verbunden,
so daß Kraftstoff
in die Spiralwelle 1 eingespeist werden kann.
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Das Einspritzaggregat arbeitet bei
einem Kraftstoffeinspritzvorgang an einem Dieselmotor wie folgt:
wird Kraftstoff durch den Kraftstoffeinlaß 20 in das Einspritzaggregat 17 eingeleitet
und das Solenoid 21 gleichzeitig betätigt, so wird die Nadel 19 nach oben
geschoben, um die Düse 18 zu öffnen, worauf Kraftstoff
durch den Einspritzaggregat-Einlaß 16 zu der Spiralwelle 1 gefördert wird.
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Kraftstoff, der die Spiralwelle 1 erreicht,
wird dort beim Durchströmen
der Spiralnuten 2 mit einer Wirbelströmung beaufschlagt. Folglich
wird beim Einspritzen in die Verbrennungskammer die Strömungsgeschwindigkeit
des Kraftstoffs erhöht
und dieser weit verteilt und zerstreut, wodurch die Entstehung von
unverbrannten Abgasen vermindert wird.
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Die Spiralnuten 2 sind von
der Einlaßseite
zu der Auslaßseite
verjüngt,
so daß die
Zerstäubung von
Kraftstoff infolge des Ansteigens der Durchflußgeschwindigkeit des Kraftstoffs
und wegen der Kollisionen zwischen den Partikeln zunimmt. Hieraus
resultiert eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Verbrennung.
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Luft, welche durch das Spiralrohr 3 entlang des
Lufteinlasses 6 und der Luftkanäle 15, 13 und 11 geführt wird,
gelangt entlang der Spiralnuten 4 des Spiralrohrs 3 in
die Verbrennungskammer, wo die Luft mit dem Kraftstoff verbrennt.
Nachdem Hindurchtreten durch die Spiralnuten 4 weist die
Luft beim Eintritt in die Verbrennungskammer eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
auf und ist zudem in eine Wirbelströmung gewandelt. Dies fördert die
Zerstäubung
und Diffusion des Kraftstoffs, wodurch das Entstehen von unverbrannten
Abgasen in vorteilhafter Weise vermindert wird.
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Nach der vorliegenden Erfindung,
die vorstehend erläutert
wurde, wird an Kraftstoff, der über
das Einspritzaggregat in die Verbrennungskammer eingespritzt wird,
beim Durchströmen
der Spiralnuten die Strömungsgeschwindigkeit
und die Verwirbelung erhöht,
so daß die
Feinverteilung des Kraftstoffes das Entstehen von unverbrannten
Abgasen in vorteilhafter Weise vermindert. Die Spiralnuten sind
von der Einlaßseite
zu der Auslaßseite
in ihrer Breite verjüngt,
um sowohl die Durchströmgeschwindigkeit
zu verbessern als auch die Kollisionen von Kraftstoffpartikeln zu
erhöhen,
wodurch der Wirkungsgrad der Verbrennung aufgrund der Zerstäubung der
Kraftstoffpartikel verbessert wird.
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Die vorliegende Erfindung läßt sich
sowohl an auf Verbrennungskraftmaschinen als auch auf Industrie-
und Heizkessel anwenden. Das Ausführungsbeispiel wurde zwar im
Zusammenhang mit einer Verbrennungskraftmaschine in Form eines Dieselmotors
erläutert,
es ist jedoch festzuhalten, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt ist,
sondern auch bei Industrie- und Heizkesseln oder Benzinmotoren anwendbar
ist.