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Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Kolbenbrennkraftmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer
aus einem Zylinder mit einem darin verschiebbaren Kolben bestehenden Pumpe, bei
der der Kraftstoff aus dem Pumpenzylinder durch den Kolben in den Brennraum der
Kolbenbrennkraftmaschine verdrängt wird, und mit einer Einrichtung, bei der der
Kraftstoff in einen Speicherraum verdrängt wird, in dem er infolge der Volumenänderung
unter Druck gespeichert wird, wobei eine Vorrichtung vorgesehen ist, durch die zu
einem vorgegebenen Zeitpunkt eine Öffnung freigegeben wird, durch die der Kraftstoff
sich aus dem Speicherraum in den Brennraum entspannt.
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Eine solche Vorrichtung ist in der Form bekannt, daß am Ende eines
Zylinders, in dem ein den Kraftstoff fördernder Kolben verschiebbar ist, ein Speicherraum
vorgesehen ist, in dem Kraftstoff unter Belastung durch eine Feder oder unter Volumenänderung
speicherbar ist und der durch einen durch ein druckabhängiges Ventil verschließbaren
Kanal mit dem Brennraum der Kolbenbrennkraftmaschine verbunden ist. Die Wirkungsweise
ist derart, daß bei der Verdrängungsbewegung des Kolbens Kraftstoff zunächst in
den Speicherraum verdrängt wird, bis dort ein vorgesehener Grenzdruck erreicht wird,
durch den das genannte Ventil geöffnet wird. Nach öffnen dieses Ventils strömt der
gespeicherte Kraftstoff ab, und weiterer von dem Kolben verdrängter Kraftstoff wird
durch den Speicherraum über das genannte Ventil in den Brennraum verdrängt. Derartige
Einspritzvorrichtungen mit einer Speicherwirkung haben den Vorteil, daß der Einspritzdruck,
mit dem die gespeicherte Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt wird, unabhängig
von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, so daß die Einspritzung unabhängig
von der Drehzahl gleichmäßig gut ist. Die beschriebene bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung
hat jedoch den Nachteil, daß das Verdrängen von weiterem unmittelbar durch den Kolben
verdrängten und nicht gespeichertem Kraftstoff in den Brennraum nur unmittelbar
im Anschluß an das Einspritzen des gespeicherten Kraftstoffes erfolgen kann.
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Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die es
möglich ist, die Verdrängereinspritzung von der Speichereinspritzung völlig unabhängig
zu machen, so daß sie zu einem anderen und vorzugsweise späteren Zeitpunkt erfolgt
als das Einspritzen des gespeicherten Kraftstoffes. Dadurch soll erzielt werden,
daß der mit von der Drehzahl unabhängig gleichmäßiger Einspritzgüte eingespritzte
Kraftstoff sich in der Verbrennungsluft verteilen und durch die in dieser herrschende
hohe Temperatur aufbereitet werden kann, ehe die unmittelbar verdrängte Kraftstoffmenge
in die Verbrennungsluft gelangt. Die gespeicherte Kraftstoffmenge kann jedoch auch
während des Verdrängens der nicht gespeicherten Kraftstoffmenge oder nach diesem
Verdrängen in die Verbrennungsluft eingeführt werden, insbesondere dann, wenn durch
die mit gleichmäßiger Güte eingespritzte gespeicherte Kraftstoffmenge die Zündung
der unmittelbar verdrängten Kraftstoffmenge eingeleitet werden soll.
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Es ist bei Kolbenbrennkraftmaschinen bekannt, die Gesamtmenge des
während eines Arbeitstaktes in einen Zylinder einzuführenden Kraftstoffes in zwei
Teilmengen einzuführen, wobei gegebenenfalls eine kleine Teilmenge vorab eingespritzt
wird, die im Zylinder bessere Bedingungen für die Zündung der größeren Kraftstoffteilmenge
schafft, wobei diese Hauptmenge in diesem Falle etwa zu dem Zeitpunkt eingespritzt
wird, zu dem die Verbrennung beginnen soll. Die vorab eingespritzte Teilmenge dient
in diesem Fall zur Verkürzung des Zündverzuges und zur Verbesserung des Verbrennungsablaufes
und insgesamt damit zur Verbesserung der Gangruhe der Maschine. Es ist weiterhin
bekannt, während des Saughubes bereits eine Teilkraftstoffmenge etwa in der Größenordnung
von 20 % der insgesamt während eines Arbeitstaktes zur Verbrennung gelangenden Kraftstoffmenge
einzuspritzen und die restlichen etwa 80 % des Kraftstoffes zur bzw. nach der Einleitung
der Zündung zu einem entsprechenden Zeitpunkt gegen Ende des Verdichtungshubes einzuspritzen.
Wenn
eine Kraftstoffteihnenge mit hoher Güte der Einspritzung während des Einspritzens
der Kraftstoffhauptmenge eingespritzt wird, so wird damit dem Einspritzgesetz, das
für die Kraftstoffhauptmenge durch deren Verdrängung mittels des Kolbens gegeben
ist, stoßartig eine weitere Einspritzung überlagert, wobei diese weitere Einspritzung
zu Beginn oder zu Ende oder auch in der Mitte des Einspritzablaufes der Hauptkraftstoffmenge
liegen kann. Wird die Teilmenge erst nach Beendigung des Einspritzens der ohne Speicherung
verdrängten Hauptmenge eingespritzt, so kann der Verbrennungsablauf dadurch günstig
beeinflußt werden und gegebenenfalls ein bereits abgeklungener--Verbrennungsablauf
durch den Stoß, der durch die Einspritzung der Teilmenge entsteht, wieder angefacht
werden, insbesondere da die eingespritzte Teilmenge bei Wahl günstiger Bedingung
derart in den Brennraum tritt, daß sich eine Glocke fein verteilter Tröpfc-Iien
bildet, die in den mehr oder minder unvollkommen verbrannten Gasen eine weitere
Reaktionsphase auslöst. Als besonders zweckmäßig ist es aber anzusehen, wenn die
drehzahlunabhängig fein zerstäubte Kraftstoffteilmenge in. dem Zeitpunkt eingespritzt
wird, in dem die Verbrennung eingeleitet werden soll. Das schließt jedoch nicht
aus, daß die ohne. Speicherung verdrängte Kraftstoffhauptmenge bereits vor diesem
Zeitpunkt gegen Ende des Saughubes eingespritzt wird oder zumindest ein wesentlicher
Teil dieser Kraftstoffhauptmenge, während ein weiterer Teil erst nach dem Einspritzen
der gespeicherten Kräftstöffmenge und dem dadurch eingeleiteten Verbrennungsvorgang
eingespritzt wird. . . Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
für das Verdrängen in dem Brennraum der Kolbenbrennkraftmaschine und für das Verdrängen
in den Speicherraum, in dem Kraftstoff unter Volumenänderung gespeichert wird, je
ein besonderer, jeweils mit den Fördervorgang begrenzenden Steuerkanten versehener
Kolben vorgesehen ist und daß die Vorrichtung, durch die eine Öffnung zum Austritt
des Kraftstoffes aus dem Speicherraum freigegeben wird, wie an sich bekannt aus
einer mit geringem Spiel zwischen zwei Sitzen angeordneten Ventilnadel besteht,
die durch eine Feder gegen den die Kraftstoffaustrittsöffnung verschließenden Sitz
gedrückt wird und die nach einseitiger Entlastung diese Öffnung freigibt, wobei
der zweite Sitz dieser Ventilnadel zwischen dem Speicherraum und dem Raum vor dem
Kolben, der in den Speicherraum verdrängt, angeordnet ist.
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In manchen Fällen hat es sich als günstig erwiesen, die gespeicherte,
mit gleichmäßiger Zerstäubungsgüte eingespritzte Teilmenge in einem Zeitabstand,
der etwa der Länge des Zündverzuges entspricht, vor der unmittelbar verdrängten
Hauptmenge einzuspritzen. Insbesondere in diesem Fall kann es zweckmäßig sein, für
die Einspritzung der Teilmenge einen anderen Ort zu wählen als für die Einspritzung
der Hauptmenge. Insbesondere bei einem solchem Einspritzverfahren ist es jedoch
wesentlich, wenn, wie das bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung der Fall ist,
gesichert ist, daß die Teilmenge stets mit gleicher Zerstäubungsgüte unabhängig
von der Drehzahl und mit einem ganz bestimmten zeitlichen Abstand von der Hauptmenge
eingespritzt wird.
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In Weiterausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen,
daß die Verbindung zwischen dem Verdrängungsraum vor dem unmittelbar in den Brennraum
der Kolbenbrennkraftmaschine verdrängenden Kolben und diesem Brennraum in der Verbindung
zwischen diesem. Brennraum und dem diesem zugewandten Sitz der zwischen zwei Sitzen
angeordneten Ventilnadel mündet.
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Zweckmäßigerweise ist sowohl der Kolben, welk eher Kraftstoff in den
Speicherraum verdrängt, als auch der Kolben, der unmittelbar in den Brennraum der
Kolbenbrennkraftmaschine verdrängt, wie bekannt, um seine Längsachse verdrehbar
und mit einer Schrägkante versehen, die mit einer Saugbohrung in dem Zylinder, in
dem dieser Kolben gleitet, derart zusammenwirkt, daß durch die Lage dieser Kante
der Fördervorgang begrenzt wird, Der Speicherraum kann unmittelbar in dem Einspritzventil
angeordnet sein, derart, daß beide Kraftstoffteihnengen durch die durch ein Nadelventil
freigegebene Düsenöffnung abströmen. Dabei kann der Kanal, über den die nicht in
den Speicherraum geführte Kraftstoffmenge geleitet wird, vor dem Sitz des Nadelventils
-derart einmünden, daß der Kraftstoff, längs des freien Endes der Ventilnadel strömt,
wobei das Durchströmen des Ringspaltes zwischen Bohrung. und Nadel ausreicht für
eine hinreichende Zerstäubungsgüte. Der unmittelbar in den Brennraum verdrängte
Kraftstoff kann jedoch auch durch den Speicherraum geführt werden, wobei eine derartige
An-
ordnung natürlich nur dann -möglich ist, wenn vorgesehen ist, daßdie in
dem Speicherraum gespeicherte Teilmenge eingespritzt wird, bevor die unmittelbar
einzuspritzende Teilmenge verdrängt wird, oder der Speichervorgang wird erst begonnen,
nachdem die unmittelbar zu. verdrängende Kraftstoffmenge bereits vollkommen eingespritzt
worden ist.
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Zur Unterstützung der erstrebten besseren Verbrennung ist es zweckmäßig,
wenn die Düse gegenüber dem Brennraum derart zurückgesetzt wird, daß zwischen der
Düse bzw. der Düsenmündung und dem, eigentlichen Brennraum ein zylinderförmiger
oder trichterförmiger übergangsrauen vorgesehen ist, in welchem bei allen Belastungen
und Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine zur Einleitung der Zündung günstige Kraftstoffdampf-Luft-Konzentration
erzielt wird. Ein weiteres Mittel zur Verbesserung der Zündverhältnisse ist dadurch
gegeben, daß die Wände dieses übergangsraumes als Wärmespeicher in Form eines Einsatzstückes
aus wärmefestem und wenig wärmeleitendem Material vorgesehen sind.
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Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, zur Unterstützung der durch
die Erfindung angestrebten Wirkung -im Zylinder eine rotierende Luftwirbelströmung
zu erzeugen, beispielsweise dadurch, daß einseitig abgedeckte Schirmventile verwendet
werden bzw. Schlitze mit schrägen Schlitzwandungen oder daß Mulden im Kolben angeordnet
sind.
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In den Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
im Schnitt dargestellt.
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F i g. 1 zeigt im Schnitt eine Kraftstoffördervorrichtung gemäß der
Erfindung; F i g. 2 zeigt eine andere Ausgestaltungsform eines Kolbens für eine
Kraftstoffördervorrichtung nach Fig.1; F i g. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform
des Erfindungsgegenstandes, bei der der Speicherraum vom Pumpenkörper getrennt angeordnet
ist; F i g. 4 zeigt eine gegenüber der in F i g. 3 dargestellten Form geänderte
Ausgestaltungsform eines. Einspritzdüsenkörpers, und
F i g. 5 zeigt
eine -weitere Ausgestaltungsform des Erfindungsgegenstandes.
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In F i g.1 ist der Nockenwellenantrieb nicht dargestellt, durch den
der Kolben 1 in seiner Bohrung 1' verschiebbar ist, ebenso wie die Einrichtung,
durch die der.. Kolben 1 in der Bohrung 1' um seine Längsachse verdrehbar ist. Der
Kolben 2 wird durch eine Feder 12 gegen den Kolben 1 gedrückt und ist mit einer
Hülse 13' verbunden, die einen Schlitz aufweist, in den ein exzentrischer Zapfen
13 eingreift, .der mit einem Hebel 13": verbunden ist. Durch Schwenken des Hebels
13" kann somit der Kolben 2 um seine Längsachse verdreht, werden. Die Hülse 13'
ist fest mit dem Teller verbunden, der am Ende des Kolbens 2 angeordnet ist. Der
Kolben 2 weist eine Entlastungsbohrung 11 auf. Ein Speicherraum 7 ist durch Bohrungen
4 und 5 mit dem Raum vor dem Kolben 2 verbunden. Die Bohrung 4 ist durch eine Ventilnadel
6 verschließbar. Das andere Ende der Ventilnadel 6 hat einen Sitz in der Mündung
einer Bohrung $. Die Ventilnadel 6 wird durch eine Feder 9 gegen ihren Sitz in der
Mündung der Bohrung 8 gedrückt. Durch eine Überströmbohrung 3 und einen Saugkanal
3' sind die Räume vor den Kolben 1 und 2 bzw: die Ringnut 11'; in. die die Entlastungsbohrung
11-mündet, je nach der Lage der Kolben verbunden. In einer Bohrung 10
-ist ein Rückschlagventil 15 angeordnet.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Bei der Aufwärtsbewegung
des Kolbens 1 verdrängt dieser aus dem vor ihm befindlichen Raum Kraftstoff durch
die Bohrung 10 über das Rückschlagventil 15 in die Bohrung 8, sobald die Vorderkante
des Kolbens 1 die Saugbohrung 3' verschließt. Das Rückschlagventil 15 verschließt
die Bohrung 10 während der Abwärtsbewegung des Kolbens 1, so daß in den Raum vor
dem Kolben 1 Kraftstoff gesaugt wird. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 1 wird
durch diesen ebenfalls der Kolben 2 aufwärts bewegt. Sobald der Kolben 2 mit seiner
Vorderkante die Mündung der Saugbohrung 3' verschließt, wird der vor dem Kolben
2 befindliche Kraftstoff durch die Bohrung 4 und die Bohrung 5 in den Speicherraum.7
verdrängt und mit zunehmendem Druck in diesem gespeichert. Ist der Kolben 2 so weit
nach oben verschoben, daß die Ringnut 11' mit der überströmbohrung 3 in Verbindung
steht, so ist das andere Ende der Saugbohrung 3' durch die schräge Kante des Kolbens
1 freigelegt. Der Kraftstoff in dem Raum vor dem Kolben 2 entspannt sich somit durch
die Entlastungsbohrung 11, die überströmbohrung 3, die Saugbohrung 3' in die Bohrung
1'. Dadurch sinkt schlagartig der Druck in der Bohrung 4 ab, und der auf die freie
ringförmige Fläche des Sitzes der Ventilnadel 6 in der Mündung der Bohrung 8 wirkende
Flüssigkeitsdruck übt auf die Ventilnadel 6 eine größere Kraft aus, als die Feder
9, so daß die Ventilnadel 6 nunmehr so weit abwärts geschoben wird, daß sie mit
ihrem unteren Ende die Bohrung 4 verschließt. Gleichzeitig gibt sie damit die Bohrung
8 frei. Der in dem Speicherraum 7 unter Druck gespeicherte Kraftstoff fließt nunmehr
durch die Bohrung 8 ab und entspannt sich dabei. Ein Rückfließen durch die Bohrung
4 ist nicht möglich, da diese Bohrung durch die Ventilnadel 6 nunmehr verschlossen
ist.
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In F i g. 2 ist in größerer Darstellung ein Kolben 2' gezeigt, der
dem Kolben 2 in F i g.1 entspricht, mit dem einzigen Unterschied, daß der Kolben
2' eine Schrägkante 14 aufweist, wobei durch Verdrehen des Kolbens 2' mittels des
Hebels 13" und des exzentrischen Zapfens 13 über die Hülse 13' -die Lage des Kolbens
wählbar ist, bei der die Mündung der Saugbohrung 3' durch den Kolben 2' verschlossen
wird. Im allgemeinen wird stets mit der gleichen Voreinspritzmenge gearbeitet und
deren Größe auf die Abmessungen des Motors abgestimmt.
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Bei der Ausgestaltungsform gemäß F i g. 3 ist der Speicherraum 7'
möglichst nahe der Einspritzdüse im Einspritzdüsenkörper angeordnet, um störende
Einflüsse infolge von Leitungsschwingungen auszuschalten. Die Bohrung 4' entspricht
der Bohrung 4 in F i g.1, und die Bohrung 10 entspricht der Bohrung 10 in F i g.1,
und bis zu dieser Höhe sind alle Teile der linken Seite der F i g. 3 gleich den
Teilen in F i g. 1. Jedoch schließen bei der Ausgestaltungsform gemäß F i g. 3 an
die Bohrung 4' eine Leitung 18 und an die Bohrung 10 eine Leitung 17 an, die in
den Einspritzdüsenkörper münden, wobei die Leitung 17 in einer Bohrung 10' und die
Leitung 18 in einer Bohrung 8' mündet. Von der Bohrung 8' geht eine Seitenbohrung
aus, die zu einem Sitz 19 der Ventilnadel 6' führt. Weiterhin ist- in der Bohrung
8' ein Rückschlagventil 16 angeordnet, hinter dem sich die Bohrung 8' in der Bohrung
8" fortsetzt, die in den Speicherraum 7' mündet. Ebenfalls in den Speicherraum 7'
mündet eine Bohrung 5', die über ein Rückschlagventil 15' mit der Leitung 10' verbunden
ist.
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Wird durch den Kolben 2 Kraftstoff durch die Bohrung 4' und die Leitung
18 verdrängt, so fließt dieser Kraftstoff über das Rückschlagventil16 und die Bohrung
8" in den Speicherraum 7'. Aus dem Speicherraum 7' kann er durch die Bohrung 5'
nicht abfließen, da das Rückschlagventil 15' dies verhindert. Wird über die Entlastungsbohrungen
3,11 die Leitung 18 druckentlastet, so drückt der Druck in dem Speicherraum 7' die
Ventilnadel 6' gegen den Druck einer Feder 9' auf den Ventilnadelsitz 19. Dadurch
hebt die Ventilnadel 6' von dem Ventilnadelsitz 20 ab, so daß der Kraftstoff aus
dem Speicherraum 7' an dem Ventilnadelsitz 20 vorbei in den Brennraum ausströmen
kann. Anschließend wird Kraftstoff aus dem Raum vor dem Kolben 1 über die Leitung
17, die Bohrung 10', das Rückschlagventil 15', die Bohrung 5' und den Speicherraum
7' über den Ventilnadelsitz 20 gefördert.
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In F i g. 4 ist eine andere Ausgestaltungsform eines Einspritzdüsenkörpers,
wie in F i g. 3 rechts unten gezeigt, dargestellt. Bei dieser Ausgestaltungsform
mündet die Bohrung 8" ebenso wie bei der Ausgestaltungsform gemäß F i g. 3 in den
Speicherraum 7'. An der Ventilnadel 6' ist jedoch noch ein Düsenzapfen 21 angeordnet.
Die Bohrung 5", die über das in F i g. 4 nicht dargestellte Rückschlagventil 15'
an die in F i g. 4 ebenfalls nicht dargestellte Leitung 17 angeschlossen ist, mündet
jedoch bei der Ausgestaltungsform gemäß F i g. 4 nicht auch in den Speicherraum
7', sondern vor dem Nadelventilsitz 20 in die Bohrung, in der der Zapfen 21 verschiebbar
ist, so daß die durch die Bohrung 5" geförderte Kraftstoffmenge durch die Düsennadel
21 eine in den meisten Fällen hinreichende Zerstäubung erfährt. Bei der Ausgestaltungsform
gemäß F i g. 4 ist der Zeitpunkt, in dem die in dem Speicherraum 7' gespeicherte
Kraftstoffmenge unter Entspannung eingespritzt
wird, unabhängig
von dem Zeitpunkt, indem die durch den Kanal 5" geförderte Kraftstoffmenge eingespritzt
wird.
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In F i g. 5 ist wiederum eine Ausgestaltungsform dargestellt,
die weitgehend der in F i g.1 dargestellten entspricht, wobei jedoch bei dieser
Ausgestaltungsform ebenfalls der durch den Kolben 1 verdrängte Kraftstoff durch
den Speicherraum 7 geführt wird, und zwar über das Rückschlagventil 16 ', welches
erforderlich ist, damit während des Speichervorganges in dem Speicherraum 7 dieser
gegenüber dem Raum vor dem Kolben 1 abgeschlossen ist. Bei der Ausgestaltungsform
gemäß F i g. 5 sitzt die gesamte Einspritzeinrichtung unmittelbar auf dem Zylinderkopf
22, von dem ein Ausschnitt im Schnitt dargestellt ist. Vor der Mündung der Einspritzeinrichtung
ist im Zylinderkopf 22 ein übergangsrauen 23 vorgesehen, der an den Brennraum 24
im Zylinder anschließt. Der zylinderförmige übergangsrauen 23 ist mit einer schlecht
wärmeleitenden, hochwarmfesten und wärmespeichernden Masse 25 ausgekleidet.