DE2906248A1

DE2906248A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung einer kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2906248A1
Application number: DE19792906248
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Servis
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1980-08-07
Also published as: DE2906248C2; CH633613A5

Description

P. 5590/S.t/Ma Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Kolbenbrennkraftmas chine , '

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einer in einem Ventilgehäuse bewegbaren Ventilnadel, die stromunterhalb des Ventilsitzes einen zapfenförmigen Fortsatz aufweist, der zwischen sich und einem umgebenden Wandungsteil einen ßingspalt freilässt, und wobei stromunterhalb des Portsatzes ein Ablenkkörper für den aus dem Ringspalt austretenden Brennstoffstrahl vorgesehen ist.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 232 013 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist der Ablenkkörper fest mit dem zapfenartigen Fortsatz der Ventilnadel· verbunden, sodass er sich während des Einspritzvorganges zusammen mit der Ventilnadel bewegt. Dies hat zur Folge₅ dass sich der Querschnitt und der Winkel des aus dem Ringspalt austretenden hohlen Brennstoff Strahles in Abhängigkeit vom Nadelhub ändern". Eine weitere Querschnittsänderung kann durch Erosion der vom Brennstoff beaufschlagten Teile der Einspritzvorrichtung eintreten, insbesondere bei Betrieb mit schweren Brennstoffen, z« B„ Schweröl. Damit ändert sich auch die Form des vom dem Ablenkkörper aufgelösten Brennstoffstrahles sowie die Verteilung des Brennstoffes innerhalb des Brennraumes im Zylinder. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Verbrennung nachteilig beeinflusst wird und erhöhter Brennstoffverbrauch sowie starke Rauchentwicklung entstehen» Es hat sich ferner gezeigt* dass, es mit der bekannten Einspritzvorrichtung

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schwierig ist, Schweröl im Brennraum vollständig zu verbrennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die "Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, dass der Brennstoffverbrauch sowie die Rauchentwicklung, und zwar auch bei Betrieb mit schweren Brennstoffen, geringer werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Ablenkkörper getrennt vom zapfenartigen Fortsatz der Ventilnadel im Brennraum des Zylinders angeordnet ist. Durch diese getrennte Anordnung bleibt der Querschnitt des Ringspaltes
während des ganzen Einspritzvorganges im wesentlichen unverändert und von der jeweiligen Stellung der Ventilnadel unbeeinflusst. Damit unterliegen die Verteilung des Brennstoffes im Brennraum sowie die Zerstäubung keinen unerwünschten Aenderungen. Ausserdem wird die vollständige Verbrennung des Brennstoffs günstig beeinflusst, sodass starke Rauchentwicklung vermieden wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass der Ablenkkörper eine höhere Temperatur annimmt als in der bekannten Vorrichtung, in der der Ablenkkörper wegen

seiner Verbindung mit dem zapfenartigen Fortsatz intensiver
gekühlt wird. Die höhere Temperatur im Ablenkkörper der erfindungsgemässen Vorrichtung fördert ebenfalls die bessere
Verbrennung des Brennstoffes, was sich insbesondere beim Betrieb mit Schweröl auswirkt, denn das Schweröl nimmt während des Entlangströmens am Ablenkkörper Wärme aus diesem auf, so dass das Schweröl nach Verlassen des Ablenkkörpers sich
leichter in feine Tröpfchen aufspaltet.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:

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Fig. 1 schematisch einen Axialschnitt durch eine Einspritzvorrichtung nach der Erfindung mit an der Einspritzdüse befestigtem Ablenkkörper,

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie II - II in Pig. I,

Fig. 3 ebenfalls schematisch einen Axialschnitt durch eine abgewandelte Einspritzvorrichtung mit am Arbeitskolben befestigtem Ablenkkörper,

Fig. 4 schematisch einen Axialschnitt durch eine abgewandelte Einspritzvorrichtung mit einem Ablenkkörper, der relativ zum Arbeitskolben beweglich an diesem angeordnet ist und mit einer im Arbeitskolben angebrachten kammerartigen Vertiefung zusammenwirkt,

Fig. 5 schematisch einen Axialschnitt durch eine der Fig. ähnliche Ausführungsform, jedoch mit am Kolben fest angeordneten Ablenkkörper und

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Ablenkkörper in Fig. 5.

Gemäss Fig. 1 ist im Zylinderdeckel 1 einer Dieselbrennkraftmaschine ein Gehäuse 2 eines Einspritzventiles 3 in an sich bekannter, hier nicht näher dargestellter Weise befestigt. Im Ventilgehäuse 2 ist eine Ventilnadel 4 auf und ab bewegbar gelagert, die mit ihrem unteren verjüngten Abschnitt 9 in einen mit Brennstoff gefüllten Raum 5 ragt, in den eine Brennstoffzuführbohrung 6 mündet. Das untere Ende des Ab-Schnitts 9 geht in eine konische Ventilsitzfläche 10 über, die mit einer entsprechend konischen Ventilsitzfläche am unteren Ende des Raumes 5 im Gehäuse 2 zusammenwirkt und gegen die die Ventilnadel 4 in. bekannter Wöise z. B. hydraulich

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oder mittels Federkraft gedrückt wird. Das untere Ende des Gehäuses 2 ist von einem kappenartigen Bauteil 20 umgeben, in dessen Boden eine zur Nadel 4 koaxiale Bohrung 21 vorgesehen ist. An die konische Sitzfläche 10 des Abschnitts 9 schliesst sich ein zapfenförmiger, kreiszylindrischer Fortsatz 8 an, der in die Bohrung 21 ragt und zwischen sich und der umgebenden kreiszylindrischen Begrenzungsfläche der Bohrung 21 einen Ringspalt 7 freilässt. Unterhalb des kappenartigen Bauteiles 20 ist ein Ablenkkörper 14 über vier Stege 22 im Brennraum 15 angeordnet, wobei die Stege 22 mit dem Bauteil 20 verschweisst oder hart verlötet sind. Der Ablenkkörper 14 weist einen zylindrischen Zapfen 16 auf, der etwas kleineren Durchmesser hat als der zapfenartige Fortsatz 8 der Ventilnadel 4. Das untere Ende des Zapfens 16 geht in einen stumpfen Kegel 17 über.

In dem unterhalb des Deckels 1 angeordneten Zylinder 12 ist ein auf und ab bewegbarer Arbeitskolben 13 angeordnet, der zwischen sich und dem Zylinderdeckel 1 den Brennraum 15 einschliesst. Im Betrieb der Vorrichtung strömt der Brennstoff über die Bohrung 6 in den Raum 5. Der Druck des zuströmenden Brennstoffs hebt in bekannter V/eise die Ventilnadel 4 von der Sitzfläche im Gehäuse 2 ab, sodass Brennstoff aus dem Gehäuse 2 über den Ringspalt 7 austritt. Der hohle Brennstoffatrahl strömt dann über den zylindrischen Zapfen 16 des Ablenkkörpers I4, der ihn dabei auf der Innenseite des Strahles führt, bevor er auf dem stumpfen Kegel 17 umgelenkt und fächerförmig im Brennraum 15 verteilt wird. Zugleich überträgt der Ablenkkörper 14 Wärme auf den an ihm entlang strömenden Brennstoff, sodass dieser sich gut im Brennraum 15 aufspaltet und praktisch ohne starke Rauchentwicklung verbrennt. Durch den sehr stumpfen Winkel des Kegels 17 wird

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der fächerförmige Brennstoffstrahl im Brennraum 15 fast parallel zur Unterseite des Zylinderdeckels 1 geführt.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 trägt der Arbeitskolben 13 in seinem Zentrum und axial zum zapfenartigen Fortsatz 8 einen Ablenkkörper 14'. Der auf dem Kolben 13 befestigte Ablenkkörper bewegt sich also mit dem Arbeitskolben und rai^rt in den Brennraum 15, der sich wiederum zwischen dem Zylinderdeckel 1 und der Stirnfläche des Kolbens 13 befindet. Der Ablenkkörper 14' weist einen zapfenartigen Abschnitt 16' auf, der sich zum Fortsatz 8 der Ventilnadel 4 hin kegelig verjüngt und der an seinem unteren Ende in einen stumpfen Kegel 17° gerundet übergeht. Unterhalb des stumpfen Kegels hat der Ablenkkörper 14' einen Sockel 18 von kleinerem Durchmesser als der grösste Durchmesser des Kegels 17'. Ueber den Sockel 18 ist der Ablenkkörper 14' mit dem Arbeitskolben 13 in nicht näher dargestellter Weise fest verbunden. Ausserdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel die den Ringspalt 7 aussen begrenzende Bohrung 21 im Ventilgehäuse 2 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der Einspritzvorrichtung nach Fig. 3 ist prinzipiell gleich der gemäss Fig. 1 und 2, indem nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens 13 ein hohler Brennstoffstrahl den Ringspalt 7 verlässt und am sich verjüngenden Abschnitt 16' und am Kegel 17' umgelenkt wird und sich dabei fächerartig über den gesamten Umfang des Brennraumes 15 verteilt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss FIg₀ 4 ist das Einspritzventil 3 gleich ausgebildet wie in Fig., 3 und ebenfalls im Zylinderdeckel 1 befestigt. Der Äblenkkörper 14'' ist wiederum am Arbeitskorben 30 angebracht), aber diesmal relativ zu ihm axial verschiebbar. Unterhalb des Ablenkkörpers 14·' ist im Boden des Arbeitskolbens 13 eine ringkammerartige Yer-

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tiefung 19 vorgesehen, die nach oben hin etwas eingeschnürt ist und in eine Oeffnung 26 übergeht, die etwa dem grossen Durchmesser des Kegels 17" entspricht. Durch das Zentrum der ringkaminerartigen Vertiefung 19 erstreckt sich ein mit dem Ablenkkörper 14'' verbundener Bolzen 23, der an seinem unteren Ende mittels eines Bundes 27 an einer Feder 24 abgestützt ist. Die Feder 24 ist in einer zylindrischen Ausnehmung 28 des Kolbens 13 untergebracht. Durch die Feder wird der Ablenkkörper 14" bis zu der gestrichelt gezeichneten Stellung in die ringkammerartige Vertiefung 19 hingezogen, was seiner Normallage entspricht. Auf der dem Abschnitt 16'' abgewendeten Seite des Kegels 17" ist ein sich gegen den Arbeitskolben 13 verjüngender flacher Kegel 18'' vorgesehen, der in den Bolzen 23 übergeht.

Im Betrieb der Vorrichtung strömt der aus dem Ringspalt 7 kommende hohle Brennstoffstrahl zunächst über den Abschnitt 16'' und den Kegel 17'* des in seiner Normallage befindlichen Ablenkkörpers 14 in die kammerartige Vertiefung 19, wobei - infolge der Wärmeübertragung vom Ablenkkörper an den Brennstoff - dieser in der Vertiefung 19 zu verbrennen beginnt. Dabei ergibt sich ein Druckanstieg in der Vertiefung 19, durch die der Ablenkkörper 14" in die obere, mit ausgezogenen Linien gezeichnete Position verschoben wird. Es treten dann die in der Vertiefung 19 erzeugten Verbrennungsgase über die Oeffnung 26, dem flachen Kegel 18*· entlangströmend, in den Brennraum 15. Bei diesem Vorgang wird dann der restliche, aus dem Ringspalt 7 austretende und über den Abschnitt 16'· und den Kegel 17'' strömende Brennstoff von den aus der Vertiefung 19 austretenden heissen Verbrennungsgasen mitgenommen und in den Brennraum 15 getragen, wo er sich mit der Verbrennungsluft vermischt und verbrennt.

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Dieser Verbrennungsvorgang hat dabei einen relativ flachen Druckverlauf.

Bei dem Ausführungsbeispiel geraäss Fig. 5 ist der Ablenkkörper 14''' ebenfalls mit einem an den stumpfen Kegel 17''' nach unten anschliessenden flachen Kegel 18''· versehen, der in einen Bolzen 23 übergeht, jedoch ist der Ablenkkörper 14''' fest mit dem Arbeitskolben 13 verbunden. In gleicher V/eise wie in Fig. 4 ist unterhalb des Ablenkkörpers 14' " eine ringkammerartige Vertiefung 19 vorgesehen. Die Stellung des Ablenkkörpers 14'^lf entspricht der oberen Stellung des Ablenkkörpers 14'' in Fig. 4, d. h. der Uebergang zwischen den beiden Kegeln 17''' und 18' " liegt etwas oberhalb der Austrittsöffnung 26 der Vertiefung 19. Abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 4 weist der Ablenkkörper 14' " drei über den Umfang gleiehmässig verteilte radiale Nuten 25 auf, die je durch zwei parallele Seitenflächen und eine Grundfläche begrenzt sind. Die Grundflächen der drei Nuten 25 liegen auf einer gemeinsamen, sich zum zapfenartigen Fortsatz 8 hin verjüngenden Kegelfläche. Durch die Nuten 25 wird im Betrieb der Vorrichtung ein Teil des aus dem Ringspalt 7 austretenden BrennstoffStrahles in die Vertiefung 19 geleitet, wo wiederum eine raschere Zündung erfolgt. Die hier entstehenden Verbrennungsgase gelangen über die Austrittsöffnung 26 und nach Umlenkung an der Kegelfläche 18' " in den Brennraum 15, wo sie sich mit dem Rest des direkt in den Brennraum 15 sich fächerförmig verteilenden Brennstoffs vermischen, der dabei ebenfalls verbrennt. Der Verbrennungsvorgang hat einen ähnlichen, flachen Druckverlauf wie jener bei der Ausführungsform nach Fig. 4.

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Zusammenfassung

HIe Ventilnadel (4) des Einspritzventils (3) weist unterhalb ihrer Sitzfläche (10) einen zapfenartigen Fortsatz (8) auf, der von einem Ringspalt (7) umgeben ist. Koaxial zum zapfenartigen Fortsatz (8) befindet sich im Brennraum (15) ein Ablenkkörper (14) der unabhängig von der Bewegung der Ventilnadel (4) am Zylinderdeckel (1) befestigt ist. Er besteht aus einem zapfenartigen Abschnitt (16) mit daran nach unten anschliessendemflachem Kegel (17).

Durch den Ablenkkörper (14) wird der aus dem Ringspalt (7) austretende hohle Brennstoffstrahl in den Brennraum (15) umgelenkt und in diesem fächerförmig verteilt, wobei die Umlenkung und Verteilung wegen der von der Ventilnadel (4) getrennten Anordnung der Ablenkkörper während des Einspritz-Vorganges gleichbleiben, wodurch die Verbrennung des Brennstoffes verbessert wird.

(Fig. 1)

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Claims

P. 5390/St/Ma Patentansprüche

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einer in einem Ventilgehäuse bewegbaren Ventilnadel·, die stromunterhalb des Ventilsitzes einen zapfenförmigen Fortsatz aufweist, der zwischen sich und einem umgebenden Wandungsteil einen Ringspalt freilässt, und wobei stromunterhalb des Fortsatzes ein Ablenkkörper für den aus dem Ringspalt austretenden Brennstoffstrahl vorgesehen ist, dadurch gekenn ze lehnet, dass der Ablenkkörper getrennt vom zapfenartigen Fortsatz der Ventilnadel im Brennraum des Zylinders angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper am Venilgehäuse befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper am im Zylinder bewegten Arbeitskolben befestigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper eine den aus dem Ringspalt austretenden Brennstoffstrahl fächerförmig in den Brennraum verteilende Form aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper einen konzentrisch zum zapfenartigen Fortsatz angeordneten, zapfenartigen, dem aus dem Ringspalt austretenden Strahl zugewendeten Abschnitt aufweist, der an seinem anderen Ende in einen stumpfen Kegel übergeht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der zapfenartige Abschnitt des Ablenkkörpers etwas klei-

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neren Durchmesser aufweist als der zapfenartige Portsatz der Ventilnadel.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zapfenartige Abschnitt des Ablenkkörpers sich zum zapfenartigen Fortsatz der Ventilnadel hin verjüngt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper anschliessend an den stumpfen Kegel einen gegen den Arbeitskolben sich verjüngenden, flachen Kegel und auf seinem Umfang mehrere radiale Nuten aufweist, deren Grundflächen auf einer gemeinsamen, sich zum zapfenartigen Portsatz hin verjüngenden Kegelfläche liegen, und dass im Arbeitskolben unterhalb des Ablenkkörpers eine ringkammerartige, mit der Brennkammer im Verbindung stehende Vertiefung ausgebildet ist, in die über die radialen Nuten eine Teilmenge des pro Arbeitstakt eingespritzten Brennstoffes gelangt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkkörper anschliessend an den stumpfen Kegel einen gegen den Arbeitskolben sich verjüngenden, flachen Kegel aufweist, dass im Arbeitskolben unterhalb des Ablenkkörpers eine ringkammerartige, mit der Brennkammer- in Verbindung stehende Vertiefung ausgebildet ist und dass der Ablenkkörper im Arbeitskolben axial und in die Vertiefung hinein verschiebbar gelagert ist.

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