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Brennstoffventil für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf ein für Brennkraftmaschinen geeignetes Brennstoffventil mit einer in einer Führungsbohrung
eines Düsenkörpers axial verstellbaren und mit einem Ventilsitz des Düsenkörpers
zusammenwirkenden Ventilnadel sowie mit durch letztere verschließbarer Spritzöffnung.
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Es sind Brennstoffventile bekannt, die unterhalb des in der Regel
kegelförmig äusgebildeten Endes der Ventilnadel einen von einer Düsenkuppe gebildeten
Beruhigungsraum aufweisen, von dem in verschiedene Richtungen weisende Spritzbohrungen
ausgehen.
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Diese bekannten Brennstoffventile haben den erheblichen Nachteil,
daß nach dem Schließen der Ventilnadel die sich dann noch im Beruhigungsraum befindliche
Frennstoffmenge über die Spritzhohrungen unkontrolliert in die Motorzylinder entweichen
kann.
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Dieses unkontrollierte Nachtropfen der Brennstoffmenge aus dem Beruhigunqsraum
führt nicht nur zu einer vergleichsweise langen sDritzdauer, sondern auch zu einer
hohen CEf-Emission und zu einer hohen Ahgastrübung. Des weiteren können über die
in der DiXsenkupse vorgesehenen Spritzhohrungen nur weitgehend kompakte Stahlenbündel
an
Brennstoff abgegeben erden, wodurch eine optimale Strahlaufbereitung nicht möglich
ist. Aus diesem Grund wird daher bei bekannten Brennkraftmaschinen eine drallförmige
Luftbewegung erzeugt, um die kompakten Strahlenbündel dennoch für eine gute Verbrennung
aufzubereiten. Die drallförmige Luftbewegung hat wegen der sich durch die drallerzeugenden
Bauteile notwendigerweise ergebenden Drosselstellen zwangsläufig eine verminderte
Füllung der Motorzylinder zur Folge, so daß sich auch insofern eine hohe Trübung
oder aber eine geringe '-totorleistung ergibt. Ferner ist bei den bekannten Brennstoffventilen
der erhebliche Nachteil zu verzeichnen, daß die mit den Spritzbohrungen versehene
Diise nach ihrer Fertigstellung b zw. ihrem Einhau,keine Korrektur des Durchflußwertes
mehr zuläßt, do daß infolge der durch I{erstellungsungenauigkeiten.bedingten Toleranzen
eine größere Streuung zwangsläufig in Kauf qenor?ren werden muß. Auch kann nur eine
bestimmte Düse für einen bestimmten Motortyp verwendet werden. Schließlich ist es
bei den bekannten Brenstoffventilen auch als nachteilig anzusehen, daß sie wegen
des vergleichsweise geringen Querschnitts der Spritzbohrungen eine verhältnismäßig
lange Spritzzeit benötigen. Der Snritzquerschnitt kann aus räumlichen Gründen in
der Düsenkuppe nicht beliebig vergrößert werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgahe zugrunde, ein für Brennkraftmaschinen
geeignetes Brennstoffventil der eingangs genannten Art zu schaffen, daß die Nachteile
der bekannten Brennstoffventile nicht mehr aufweist, sich vielmehr bei einfachem
Aufbau durch einen sehr großen Spritzquerschnitt und durch eine je nach den Anforderungen
schnell anpaßbare und eine optimale Strahlaufbereitung gewährleistende Brennstoff-Durchflußmenge
auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein zur Bemessung des Austrittquerschnittes
der sich über 360° erstreckenden Spritzöffnung axial gegenüber dem Düsenkörper einstellbares
und einen gleichbleibenden Spritzwinkel aufrechthaltendes Verteilerstück gelöst.
Durch den sich über 3600 erstreckenden Einspritzquerschnitt kann die Spritzzeit
bedeutend verkürzt werden. Die ringsum erfolgende spritzung des Brennstoffs und
die Einstellung des Tierteilerstücks ermöglicht es, den Durchfluß des Brennstoffs
optimal,
d.h. beispielsweise entsprechend dem Drehmomentverlauf der Brennkraftmaschine einzustellen.
Durch das gegenüber der Ventilnadel als separates Bauteil ausgebildete Verteilerstück
erfolgt dessen Einstellung unabhängig von dem öffnungs-Hub der Ventilnadel, so daß
insofern eine Veränderung des Durchflußes an der Ventilsitzfläche der Ventilnadel
nicht eintritt.
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Die Verstellung des Verteilerstücks macht es ferner möglich, eine
einzige, als Einheitsdüse ausgebildete Düse für verschiedene Spritzquerschnitte
zu verwenden. Damit hat man es in der Hand, eine Düse für verschiedene Motortypen
zu verwenden. Da während des Abspritzens der Spritzwinkel zwischen dem Düsenkörper
und dem Verteilerstück stets unverändert gehalten wird, läßt sich bei geeigneter
Ausbildung des Spritzwinkels ein rtantelförmiaer Spritzkegel erzeugen. Das ist z.B.
dann möglich, uenn das Verteilerstück als Spritzteller ausgebildet und dessen Spritzfläche
beispielsweise mit einem Spritzwinkel von etwa 90' - 1200 versehen ist. Der auf
diese Weise erzeugte mantelförmige Strahlenbereich führt dazu, daß durch die im
äußeren Bereich der Brennraummulde eintretende frühe Verbrennung außen höhere Temperaturen
als im Inneren der Brennraummulde herrschen, so daß infolge der unterschiedlichen
Dichte der vorhandenen Luft eine Strömung von außen nach innen erzwungen wird, die
zu einer guten Gemischaufbereitung beiträgt.
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Man kennt zwar schon Einspritzdüsen, bei denen über 3600 abgespritzt
wird Es handelt sich hierbei um sogenannte Zapfendüsen, die am Ende der Ventilnadel
einen zylindrisch oder kegelförmigen Zapfen aufweisen. Bei diesen Zapfendüsen ist
der Zapfen mit der Nadel stets einstückig ausgebildet, so daß zur };nderung der
Einspritzcharakteristik nur die Möglichkeit besteht, den Hub der Ventilnadel und
damit auch die relative Lage des Zapfens gegenüber dem Düsenkörper zu verändern.
Durch diese Relativverschiebunq zwischen dem Zapfen und dem Düsenkörper ergibt sich
nicht nur eine Veränderung des Spritzwinkels, sondern zwangsläufig auch eine Onerschnittscinderung
am Ventilsitz der Ventilnadel. Dadurch entstehen ungewollte Veränderungen der Einspritzmenge,
wodurch sich wiederum die Einspritzcharakteristik des Brennstoffventils
in
nichtkontrollierter Weise ändert. Darüberhinaus können Zapfendüsen wegen des von
ihnen mehr oder weniger zentral ausgehenden, gebündelten Strahls nur bei Vorkammer-,
Luftspeicher- oder Wirbelkammermotoren verwendet werden. Die Aufbereitung des,Rraftstoffs
muß daher bei diesenMotoren ehenfalls hauptsächlich durch die Wirbelarbeit der Luft
erfolgen, wodurch sich wiederum die oben genannten Nachteile ergeben. Hinzu kommt,
daß man bei Zapfendüsen wegen des gebündelten zentrischen Strahls in der Mitte der
Brennraummulde sehr hohe Verbrennungstemperaturen und dadurch warme Luft mit geringerer
Dichte und in den äußeren Bereichen der-Brennraummulde kalte Luft mit höherer Dichte
erhält, so daß die in den äußeren Bereichen befindliche' Luft kein Bestreben hat,
in den innen'gelegenen Teil der Brennraummulde zu strömen, so daß sich insofern
schlechte Verbrennungseigenschaften erseSen .
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Der Spritzteller nach der Erfindung kann als Verschlußstück ausgebildet
sein. Dadurch wird jegliches unkontrolliertes Nachtropfen vermieden und gleichzeitig
die Einspritzzeit und die CH-Emission entschieden verringert. Dies führt wiederum
zu einer geringen Trübung und ermöglicht hohe Motordrehzahlen. Auch kann bei einem
solchen vollständigen Abschluß die sonst bei üblichen Brennstoffventilen bestehende
Gefahr der Verkokung nicht mehr eintreten.
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In zveckmäRiger Ausgestaltung der Erfindung ist in einer Ringkammer
des Düsenkörpers eine sich einerseits an einer Stirnfläche eines Tragkörpers und
andererseits an einer Schulter des Düsenkörpers abstützende Druckfeder untergebracht,
Bevorzugte Ausgührungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung datgestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform eines Brennstoffventils nach der Erfindung, Fig.
2 einen Schnitt entlang der Linié II-II der Fig. 1
Fig. 3 einet
Längs schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Brennstoffventils nach der
Erfindung und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
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In einem in seinen Einzelheiten nicht dargestellten Düsenhalter 1
ist ein Düsenkörper 2 eingeschraubt, der Bohrunqen 3 besitzt, und in dem unter Wirkung
einer Feder 4 eine Ventilnadel 5 axial verschiebbar gelagert ist. An ihrem unteren
Ende 6 ist die Ventilnadel 5 kegelförmig ausgebildet. Mit diesem kegelförmigen Ende
6 wirkt die Ventilnadel 5 mit einer Ventilsitzfläche 7 des Düpenkörpers 2 zusammen.
Unterhalb der Ventilsitzfläche 7 befindet sich im Düsenkörper 2 ein von einer Bohrung
gebildeter Beruhigungsraum 8, in den von unten her ein im wesentlichen pilzförmig
ausgebildetes Verteilerstück 9 mit einem- zapfenförmigen Teil 11 eingesetzt ist.
Das mit vorspringenden Stegen 12 versehene zapfenförmige Teil feldes Verteilerstücks
9 ist in der Bohrung des Beruhigungsraumes 8 klemmend gehalten. Das Verteilerstück
9 wird derart in den Düsenkörper 2 eingesetzt, daß sich zwischen einer schrägverlaufenden
Spritzfläche 13 des Verteilerstücks 9 und einer sich parallel dazu erstreckenden
Stirn fläche 14 des Düsenkörpers 2 eine sich um 3600 erstreckende Spritzöffnung
15 ergibt. Der Querschnitt dieser Abspritzöffnung kann durch entsprechendes axiales
Verstellen des Verteilerstücks 9 gegenüber dem Düsenkörper 2 eingestellt werden.
Die Spritzfläche 13 verläuft vorzugsweise derart schräg, daß sich ein Spritzwinkel
von vorzugsweise 90-120° ergibt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des Verteilerstücks
9 im Düsenkörper 2 ergibt sich eine mantelförmige, Strahlverteilung, die eine gewünschte
optimale Strahlaufbereitung und damit die-Voraussetzungen zu einer guten Verbrennung
ermöglicht.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig 3 und 4 ist im Prinzip gleich-ausgebildet.
Auch in diesem Fall sitzt in einem Düsenhalter 16 ein Düsenkörper 17, der einen
Ringraum 18 -aufweist.
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Im Ringraum 18 ist durch nicht näher dargestellte Mittel ein
Tragkörper
19 über an seinem Umfang vorgesehene -Fühoungsstege 20 axial versciiebbar gelagert.
Am Tragkörper 19 ist ein linsenkopfförmig ausgebildetes Verteilerstück 21 einstellbar
befestigt. Zu diesem Zweck ist das Verteilerstück 2i mit einem zapfenförmig'2n und
mit Gewinde versehenen Teil 22 in einer Einschraubbohrung 23 des Tragkörpers 19
eingeschraubt. thnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 besitzt
das Verteilerstück wiederum eine sich über 3600 erstreckende kegelförmig verlaufende
Spritzfläche 24 und das Verteilerstück 21 eine parallel dazu verlaufende Stirnfläche
25. Die beiden Flächen 24, 25 schließen zwischen sich eine ringförmige Spritzöffnung
26 ein, die über einen Ringraum 27 mit dem Rinsraum 18 im Düsenkörper 17 in Verbindung
steht. Auch in diesem Fall kann der Spritzwinkel i zwischen 90 und l200,ausgebi'Idet
sein, Die Spritzöffnung 26 steht ferner über eine zentrische Bohrung 28 mit einer
Ringkammer 29 in Verbindung, in der eine Druckfeder 31 untergebracht ist, die sich
einerseits an einer Stirnfläche 32 des Tragkörpers 19 und andererseits an einer
Schulter 33 des Düsenkörpers 17 abstützt.
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Das Verteilerstück 21 wird normalerweise durch Wirkung der Druckfeder
31 nach oben gezogen, so daß durch das als Verschlußstück wirkende Verteilerstück
21 die Spritzöffnung 26 abgeschlossen ist. Die Bewegung des Verschlußstückes 21in
öffnungsrichtung, erfolgt durch den Druck des in die Ringräume 18 und 27 sowie gleichzeitig
in den Ringkanal 29 und die zentrische Bohrung 28 einströmenden Brennstoffs.Da der
durch den Brennstoff beaufschlagte Teil der Spritzfläche 24 des Verteilerstücks
21 relativ groß ist, wird eine sehr schnelle Öffnung des Verteilerstücks 21 erreicht.
Hierdurch kann unmittelbar nach Aufhören des Drucks das Vertilerstück 21 die Spritzöffnung
26 hermetisch abschließen, so daß kein weiterer Brennstoff mehr nachtropfen kann.
Dadurch wird das sonst übliche Totvolumen vollständig vermieden, so daß sich nur
eine geringe CH-Emission ergibt. Außerdem ist ein Verkoken der Spritzöffnung durch
zurückschlagende Flammen nicht mehr möglich.
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Die Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern laßt im Rahmen, der Ansprüche Abänderungen zu. So Ist es grundsätzlich
möglich, die Spritzfläche
des Spritztellers 21 so auszubilden,
daß sich ein Einspritzwinkel von annähernd 1800 ergibt. Auch kann' die Verbindung
zwischen dem Spritzteller 21 und dem Tragkörper 19 anders als durch eine Schraubverbindung
hergestellt sein, beispielsweise durch eine sonstige formschlüssige Verbindung.
Außerdem kann der wie Ringkamm'er 29 und die Druckfeder 31-aufnehmende Teil des
Düsenkörpers 17 als separates Einschraubstück ausgebildet sein. Ferner ist es möglich,
überall dort, wo im Düsenkörper Ringräume oder Ringkammerh vorgesehen sind, diese
durch sich axial erstreckende Bohrungen zu ersetzen.