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Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Diesel--Pfahlramme Die Erfindung
betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine mit Schlagzerstäubung arbeitende
Diesel-Pfahlramme.
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Bei einer bekannten Diesel-Pfahlramme der in Fig. 1 dargestellten
Art drückt der Kolben 1 bei seinem freien Fall im Zylinder 2 einen in das Innere
des Zylinders 2 ragenden Nocken- oder Kurvenhebel 3 der am Zylinder angebrachten
Kraftstoffpumpe, wobei der Kurvenhebel mit seinem Ende einen Stößel 4 nach unten
drückt und dabei einen Kraftstoffzulaß 7 in einer mit einem Kraftstoffbehälter 6
verbundenen Pumpenkammer 5--schlieBt, so daß in letzterer ein Druckzustand hergestellt
wird.
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Wenn der in der Pumpenkammer 5. herrschende Druck über den Öffnungsdruck
für ein Auslaß- oder Einspritzventil 8 angestiegen ist , wird letzteres durch den
in der Pumpenkammer 5 unter Druck gesetzten Kraftstoff geöffnet, so daß der Kraftstoff
über eine Düse 9 auf eine teilsphärische Mulde 11 au der Oberseite des Prall- oder
Rammblocks lo, welcher auf einem Pfahlkopf ruht, gespritzt wird. Da de Öffnungsdruck
für das Einspritzventil 8 sehr
niedrig ist und dieses Ventil eine
Verengung oder Drosselstelle darstellt, wird der über die Düse 9 eingespritzte Kraftstoff
durchaus nicht vollständig zerstäubt, vielmehr bleibt er in flüssiger Form auf der
Mulde 11 zurück.
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Der Kolben 1 schließt bei seiner weiteren Abwärtsbewegung den Ansaug-
und Auspuffschlitz 12, so daß im Zylinder ein Zustand hoher Temperatur und hohen
Drucks hergestellt wird. Wenn das untere Ende des Kolbens 1 auf die Mulde 11 des
Rammblocks 1o auftrifft, wird der in der Mulde 11 abgelagerte Kraftstoff durch den
Aufprall zerstäubt und verteilt. Die in dem durch den Kolben 1, die Mulde 11 und
den Zylinder 2 gebildeten Brennraum verteilten Kraftstoffteilchen entzünden sich
und verbrennen spontan unter den Umgebungsbedingungen hoher Temperatur und hohen
Drucks.
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Dies bewirkt einen weiteren Temperatur- und Druckanstieg im Brennraum,
so daß der Kolben 1 unter dem im Zylinder 2 entstehenden hohen Druck aufwärts getrieben
wird, wobei die Verbrennungsgase über den Ansaug- und Auspuffschlitz 12 austreten.
Beim weiteren Aufwärtshub des Kolbens 1 im Zylinder 2 wird über den Schlitz 12 Frischluft
in den Zylinder 2 eingesaugt. Der Arbeitstakt ist abgeschlossen, wenn der Kolben
1 seinen Ausgangspunkt im Zylinder 2 erreicht hat.
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Bei dieser bekannten Diesel-Pfahlramme bleibt jedoch nicht der gesamte
über die Düse 9 eingespritzte und auf die Mulde 11 treffende Kraftstoff in der Mulde,
vielmehr kann etwa die Hälfte des eingespritzten Kraftstoffs aus der Mulde herausspritzen,
so riß er nicht durch den Aufprall des Kolbens zerstäubt wird, sondern an der Innenwand
des Zylinders 2 anhaftet, ohne zu verbrennen.
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Folglich ist der effektiv an der Verbrennung teilhabende Kraftstoffanteil
nur etwa die Hälfte des eingespritzten Kraftstoffs, und selbst dieser Kraftstoffanteil
ist in der Mulde mangelhaft verteilt, so daß er beim Aufprall des Kolbens ungleichmäßig
im Brennraum verteilt wird. Infolgedessen strömt der Kraftstoff, der sich an der
Innenwand des Zylinders 2 abgesetzt hat, als unverbrannter Kraftstoffdampf über
den Ansaug- und Auspuff schlitz nach außen, so daß er eine Ursache für Umweltverschmutzung
durch weißen Rauch (white smoke) wird, während der beim Aufprall des Kolbens im
Brennraum ungleichmäßig verteilte Kraftstoff infolge eines lokalisierten Buftmangels
einer unvollkommenen Verbrennung unterworfen ist, so daß schwarzer Rauch entsteht.
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Ersichtlicherweise besitzt somit die bekannte Diese Pfahlramme den
Nachteil der Rauchentwicklung aufgrund einer unvollkommenen Verbrennung, weil der
Kraftstoff der auf der Oberseite des Rammblocks vorgesehenen Mulde nicht einwandfrei
zugefuhrt werden kann.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile
zu vermeiden und insbesondere eine verbesserte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
eine schlagzerstäubende Diesel-Pfahlramme zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine
aufprall- oder schlagzerstäubende Diesel-Pfahlramme erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß sie einen Düsenkörper mit einer darin ausgebildeten, mit seinem stromaufseitigen
Ende in Verbindung stehenden Bohrung, eine von diesem Ende aus in die Bohrung eingesetzte,
um ihre Längsachse verdrehbare Stange bzw. einen Rundstab, wobei die
Bohrung
stromab der Stange eine Wirbelkammer bildet, und ein Mittel zum selektiven Festlegen
der Winkelstellung der Stange relativ zum Düsenkörper aufweist, daß die Stange über
ihre Länge hinweg mit einer Abflachung versehen ist, die einen Kraftstoffkanal vom
stromaufseitigen Ende des Düsenkörpers zur Wirbelkammer bildet, wobei der Auslaß
dieses Kanals in die Wirbelkammer gegenüber der Achse der Stange in Querrichtung
versetzt ist, so daß beim Verdrehen der Stange das räumliche Verhältnis des Auslasses
gegenüber der Wirbetkammer beeinflußt wird, und eine Einrichtung in Form einer Düsenöffnung
vorgesehen ist, welche den Düsenkörper von der Wirbelkammer aus durchsetzt und welche
zum Einspritzen des Kraftstoffs von der Wirbelkammer aus dient.
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Mit der Erfindung wird also eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
eine Diesel-Pfahlramme geschaffen, die + eine drehbar im Körper der Einspritzpumpe
gelagerte Stange aufweist, bei welcher zur Bildung eines Kraftstoffkanals ein Teil
der Außenumfangsfläche weggeschnitten oder abgeflacht ist, so daß entsprechend der
Winkelstellung oder der Form der drehbaren Stange und des Ausschnitt~eils ein verwirbelter
Kraftstoffstrahl mit einer gewünschten Drehgeschwindigkeit erzielt wird.
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Wie eingangs erwähnt, besitzt die herkömmliche Einspritzvorrichtung
bei einer Diesel-Pfahlramme den Nachteil, daß etwa 50 der gesamten eingespritzten
Kraftstoffmenge aus der Mulde herausspritzen und daß auch bei dem in der Mulde verbleibenden
Kraftstoffanteil die Verteilung der Kraftstoffteilchen im Brennraum beim Aufprall
des Kolbens nicht gleichmäßig ist. Zur Ausschaltung dieses Nachteils wird mit der
Erfindung, wie erwähnt, eine drehbar im Körper der Einspritzdüse angeordnete Stange
geschaffen, die an einem Teil + der Pfahlramme
ihrer Oberfläche
einen Ausschnitt bzw. eine Abflachung aufweist, der bzw. die einen Kraftstoffkanal
einer gewünschten Form bildet, so daß ein verwirbelter Kraftstoffstrahl erzeugt
werden kann, durch den die Einspritzgeschwindigkeit des Kraftstpffs in Einspritzrichtung
herabgesetzt wird, so daß der Kraftstoffstrahl mit niedrigerer Geschwindigkeit auf
die Mulde auftrifft. Erfindungsgemäß kann zudem durch Verdrehen der drehbaren Stange
oder durch Auswahl der Form ihrer Abflachung ein Eraftstoffstrahl mit einer gewünschten
Drehgeschwindigkeit erzielt werden, so daß die angestrebte Funktion sicher gewährleistet
werden kann.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längs schnitt durch eine schlagz-erstäubende
Diesel-Pfahlramme mit einer bekannten Eraftstoffeinspritzvorrichtung, Fig. 2a einen
Schnitt längs der Linie 2a-2a in Fig. 2/durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit Merkmalen nach der Erfindung, Fig. 2b eine Aufsicht auf das stromaufseitige
Ende der Vorrichtung gemäß Fig. 2a, Fig. 2c einen Schnitt längs der Linie 2c-2c
in Fig. 2b, Fig. 3a bis 3g Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen der
drehbaren Stange der Einspritzvorrichtung gemäß den Fig. 2a bis 2c mit jeweils einem
Ausschnitt bzw. einer Abflachung unterschiedlicher Form, wobei jeweils auch der
Umriß des Kraftstoffkanals angegeben ist, der in Verbindung mit dem die Stange aufnehmenden
Düsenkörper festgelegt wird,
Fig. 4a und 4b den Fig. 2a und 2c ähnelnde
Längsschnittansichten abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung, Fig. 5. eine
den Fig. 2a und 4a ähnelnde Längsschnittansicht einer weiter abgewandelten Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher der Ausschnatt eil der Stange bzw. des Stifts wendelförmig
verläuft, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine schlagzerstäubende Diesel-Pfahlramme,
die mit einer Einspritzpumpe mit einer Einspritzdüse gemäß der Erfindung versehen
ist, Fig. 7a einen Teil-Längsschnitt durch den Bereich des Brennraums der Pfahlramme,
in welchem der Kraftstoff auf die Mulde gesprüht wird, welche die Kraftstoffeinspritzung
veranachaulicht, Fig. 7b eine Aufsicht auf die Mulde zur Veranschaulichung des am
Punkt P auftreffenden Kraftstoffstrahls, Fig. 8 eine graphische Darstellung von
Versuchsdaten bezüglich der Auswirkung des Zylinderdurchmessers D und der Strecke
t (gemäß Fig. 7b) auf die Rauch- oder Abgaskonzentration gemäß der Messung mittels
eines Bosch-Äbgasmessers und Fig. 9 eine graphische Darstellung von Versuchsdaten
bezüglich des Einflusses des Zylinderdurchmessers D und der 8trecke C (gemäß Fig.
7b) auf die mittels eines Boschabgasmessers bestimmte Rauch- oder Abgaskonzentration.
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Gemäß den Fig. 2a bis 2c ist der Düsenkörper 20 mit einer zylindrischen
Bohrung versehen, deren Innenendbereich 24
eine Wirbelkammer bildet.
In die Bohrung ist eine runde Stange bzw. ein Rundstab oder Stift 21 um seine Längsachse
herum verdrehbar eingesetzt. Ein Sehnenabschnitt der Außenfläche dieser Stange 21
ist über deren Gesamtlänge hinweg weggeschnitten, so daß die herbei gebildete Fläche
oder Abflachung zusammen mit der Innenwandfläche der Bohrung einen Kraftstoffkanal-23
bildet, der sich vom stromaufseitigen Ende des Düsenkörpers zur Wirbelkammer 24
erstreckt.
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Zur Festlegung der Winkelstellung der Stange 21 relativ zum Düsenkörper
20 ist ein Mittel in Form einer Stellschraube 22 vorgesehen, die in Querrichtung
in den Düsenkörper eingeschraubt ist. Wenn diese Schraube gelöst wird, kann die
Stange verdreht werden. Ist die Stellschraube dagegen angezogen, so legt sich ihr
Innenende an die Stange an und fixiert dabei deren Winkel stellung.
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Der Düsenkörper ist an seiner Außenfläche neben der Wirbelkammer mit
einer konkaven Ausnehmung 26 versehen, die eine begrenzende Führung für den Kraftstoffstrahl
bildet. Dabei erstreckt sich eine Düsenbohrung 25 von der Ausnehmung 26 zur Wirbelkammer
24.
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In Fig. 3a ist ein Querschnitt der Stange 21 gemäß den Fig.
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2a bis 2c nebst dem Umriß der im Düsenkörper vorgesehenen Bohrung
dargestellt, um die Querschnittsform des Kanals 23 zu veranschaulichen.
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Die Fig. 3b bis 3g veranschaulichen andere typische Querschnittsformen
der Stange 21 und des Kraftstoffkanals 23.
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Gemäß den Fig. 4a und 4b kann die Wirbelkammer 24 eine unter einem
rechten Winkel zur Achse der Bohrung, in welcher die Stange 21 drehbar angeordnet
ist, verlaufende Längsachse
besitzen, anstatt - wie in den Fig.
2a bis 2c dargestellt -als axiale Verlängerung dieser Bohrung ausgebildet zu sein.
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Tatsächlich braucht sich auch die Aussparung der Stange 21 nicht geradlinig
über eine Seite der Stange zu erstrecken, sondern sie kann auch wendelförmig verlaufen,
wie dies in Fig. 5 bei 21' angedeutet ist. Bei dieser Ausführungsform wird durch
die Wendelform des Kanals 23 die Drehgeschwindigkeit des Kraftftoffwirbels beeinflußt.
Nach der Einstellung der Winkelposition der Stange 21' kann die Stellschraube 22
angezogen werden, um die Stange gegenüber dem Düsenkörper 20 festzulegen.
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In Fig. 6 ist die Wirbel-Einspritzdüse gemäß den Fig. 2a bis 2c in
ihrer Anwendung auf die Einspritzpumpe einer Diesel-Pfahlramme dargestellt. Dabei
sind bei 4a und 8a die Federn eines Stößels 4 bzw. eines Auslaßventils 8 angedeutet.
Die anderen Teile sind mit den in Fig. 1 benutzten Bezugsziffern bezeichnet.
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Während seines freien Falls im Zylinder 2 drängt der Kolben 1 einen
Nocken- oder Kurvenhebel 3 der am Zylinder 2 angebauten Kraftstoffpumpe nach außen,
wobei dieser Hebel seinerseits einen Stößel 4 gegen die Kraft seiner Feder 4a nach
unten drückt, um den Kraftstoffzulaß 7 der mit dem Kraftstoffbehälter 6 in Verbindung
stehenden Pumpenkammer 5 zu schließen und dabei in letzterer einen Druckzustand
herzustellen. Wenn der in der Pumpenkammer 5 herrschende Druck über den Öffnungsdruck
des Auslaßventils 8 ansteigt, drückt der in der Pumpenkammer 5 unter Druck gesetzte
Kraftstoff das Ventil 8 in die Offenstellung, wobei er über einen Kraftstoffkanal
in die Wirbelkammer 24 einströmt, in welcher ihm eine Drehbewegung erteilt wird
und aus welcher er über die Düse 25 in Form eines kegeligen Sprühstrahls eingespritzt
wird.
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Die Geschwindigkeit des auf die Mulde 11 auftreffenden kegelförmigen
Strahls ist niedrig, und ungeachtet des niedrigen Einspritzdrucks wird der Strahl
gut zerstäubt, so daß in Verbindung mit dem geringen Trägheitsmoment der Kraftstofftröpfchen
eine wirksame Verzögerung des Kraftstof! infolge der Reibung auf der Oberfläche
der Mulde 11 gewährleistet wird. Der Kraftstoff bleibt daher gleichmäßig über die
Oberfläche der Mulde 11 verteilt.
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Der nicht auf die Mulde 11 gelangte Kraftstoff wird im Zylinder 2
gleichmäßig verteilt, da er von Anfang an zerstäubt worden war.
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Bei seinem weiteren Abwärtshub im Zylinder 2 verschließt der Kolben
1 den Ansaug- und Auspuffschlitz 12, so daß im Zylinder 2 ein Zustand hohen Drucks
und hoher Temperatur erzeugt wird. Hierdurch wird ein Teil des am Zylinder 2 abgelagerten
Kraftstoffs vergast.
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Hierauf trifft der Kolben 1 auf die Mulde 11 auf, wodurch der auf
der Mulde 11 befindliche Kraftstoff in dem durch den Kolben 1, den Zylinder 2 und
die Mulde 11 gebildeten Brennraum als Kraftstoffnebel gleichmäßig verteilt und infolge
der hohen Temperatur und des hohen Drucks im Brennraum augenblicklich gezündet wird,
so daß eine schnelle Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs, der durch den Aufprall
des Kolbens zerstäubt und gleichmäßig verteilt worden ist, eingeleitet und mithin
der Kraftstoff vollkommen verbrannt wird; Durch diese Verbrennung entsteht im Brennraum
eine weitere Temperatur- und Druckerhöhung, wobei der Kolben 1 durch den Druck der
Verbrennungsgase im Zylinder hochgetrlaben wird.
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Während des Aufwärtshubs des Kolbens strömt das Abgas über den Schlitz
12 aus, worauf über den Schlitz 12 Frischluft in den Zylinder 2 eingesaugt wird.
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Anschließend kommt der Kolben 1 unter Beendigung seines Arbeitstakts
an einer Stelle im Zylinder 2 zum Stillstand, an welcher die Verbrennungsenergie
verbraucht ist.
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Ersichtlicherweise ermöglicht die in den Figuren dargestellte Kraftstoffeinspritzvorrichtung
die Konstruktion einer Diesel-Pfahlramme, bei welcher das bei der bekannten Vorrichtung
vorkommende Herausspritzen des Kraftstoffs aus der Mulde 11 verhindert wird und
der gesamte eingespritzte Kraftstoff augenblicklich verbrennt so daß der Wirkungsgrad
des Arbeitstakts unter Vermeidung einer Rauchbildung verbessert wird.
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Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Diesel-Pfahlramme gemäß
Fig. 6 muß unter den möglichen AuStreffpunkten des kegelförmigen Kraftstoffstrahls
aus der Einspritzdüse 25 ein Punkt gewählt werden, der für die Verbrennung am zweckmäßigsten
ist. Dies ist in den Fig. 7 bis 9 veranschaulicht. Die Fig. 8 und 9 zeigen die Ergebnisse
der mittels eines Bosch-Rauchmessers durchgeführten Messungen der Konzentration
des Abgasrauches nach der Verbrennung für Wirbel-Einspritzvorrichtungen bei Diesel-Pfahlrammen
mit verschiedenen Zylinderdurchmessern.
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Genauer gesagt, bezeichnet in den Fig. 7b und 8 der Buchstabe t den
Abstand von der Öffnung der Düse 25 der Einspritzvorrichtung zum geometrischen Auftreffpunkt
des kegelförmigen Strahls auf der Mulde 11, gemessen parallel zur Projektion bzw.
Verlängerung der die Düse und den Mittelpunkt der Mulde 11 verbindenden, geraden
Linie, wobei die Abweichung dieses Aufbeffpunkts gegenüber dem Mittelpunkt der Mulde
in den Fig. 7b und 9 durch den Mindestabstand C (in mm) über der mittels eines Bosch-Rauchmessers
bestimmten Rauchkonzentrationi/angegeben ist.
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Gemäß Fig. 8 kann eine gute Verbrennung als gegeben angenommen werden,
wenn die Rauchkonzentration # # 3,0 beträgt, so daß eine Wirbeldüse, welche diese
Bedingung erfüllt und das relative Verhältnis zwischen Mulde und Düse gemäß Fig.
8 besitzt, als für eine Diesel-Pfahlramme geeignet angesehen werden kann.
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Gemäß Fig. 8 entspricht der der genannten Bedingung genügende Bereich
von t.der Beziehung 40 D - 20 # t # 60 D ............. (1) 100 100 Bezüglich des
Werts für C hat andererseits ein ähnlicher Versuch gezeigt, daß innerhalb des durch
Gleichung (1) angegebenen Bereichs der Bedingung t # 3,0 Genüge getragen wird, wenn
der Wert von C in dem in Fig. 9 angegebenen Bereich liegt.
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Gemäß Fig. 9 ist dieser Bereich des Werts für C gleich C - 12, 5 D
- 7,5 100 Die Erfindung umfaßt auch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Diesel-Pfahlrammen,
die mit einer Wirbeldüse der Art gemäß den Fig. 2 bis 4 und mit einer herkömmlichen
Wirbeldüse der Art gemäß Fig. 5 versehen ist, wobei das Relativverhältnis zwischen
der Düse und der Mulde gleichzeitig den beiden folgenden Bedingungen Genüge trägt:
40 D - 20 # t # 60 D (in mm), und daß 100 100 C # 12,5 D - 7,5 (in mm) 100 Obgleich
vorstehend nur einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben
sind, ist die Erfindung
selbstverständlich nicht darauf beschränkt,
da innerhalb des Rahmens der Erfindung weitere Änderungen und Abwandlungen möglich
sind.
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Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine
schlagzerstäubende Diesel-Pfahlramme wird somit ersichtlicherweise die eingangs
genannte Aufgabe voll gelöst. Da diese Vorrichtung innerhalb des Rahmens der Erfindung
gewissen Änderungen und Abwandlungen zugänglich ist, soll die Erfindung alle innerhalb
des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit umfassen.
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Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für eine schlagzerstäubende Diesel-Pfahlramme geschaffen, bei welcher die Einspritzdüse
mit einer Stange bzw. einem Rundstab versehen ist, die bzw. der in verschiedene
Winkelstellungen verdrehbar und in diesen festlegbar ist. Diese Stange weist einen
längsverlaufenden Ausschnitt- oder Aussparungsteil auf, der einen Kraftstoffkanal
bildet. Durch Änderung der Winkelstellung wird die Drehgeschwindigkeit des aus dem
Kanal ausströmenden, verwirbelten Kraftstoffstrahls geändert. Erfindungsgemäß ist
auch eine Änderung der Querschnittsform des Kraftstoffkanals möglich, um den Kraftstoff
einwandfrei auf der muldenförmigen Oberseite des Rammblocks zu halten, bis der Kolben
auf diese Fläche aufschlägt und dabei den Kraftstoff zur Begünstigung seiner vollständigerbrennung
zerstäubt und gleichmäßig verteilt.