DE2906248C2

DE2906248C2 - Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2906248C2
Application number: DE2906248A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. Winterthur Servis
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1982-07-08
Also published as: DE2906248A1; CH633613A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Brennkammer, die sich zwischen dem Zylinderdeckel und der Stirnfläche des Arbeitskolbens befindet 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 getrennt von diesem Fortsatz in der Brennkammer angeordneter

Abienkkörper für den aus dem Ringspait austretenden Brennstoffstrahl vorgesehen ist Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-AS 10 46 950

bekannt Bei dieser Vorrichtung ist der Ablenkkörper fest mit dem Ventilgehäuse verbunden und besteht aus einer Platte, die vier bis acht Bohrungen aufweist, deren Achsen auf einer Kegelfläche liegen, wobei die Kegelspitze dem zapfenartigen Fortsatz der Ventilnadel zugekehrt ist Hierdurch soll der hohle, aus dem Ringspalt austretende Brennstoffstrahl direkt in die Bohrungen des Ablenkkörpers geleitet werden, ohne daß durch Wirbelbildung vor diesen Bohrungen die Geschwindigkeit des Brennstoffes aufgezehrt wird.

Damit sollen Energieverluste vermieden werden. Es hat sich gezeigt daß mit der bekannten Vorrichtung eine derartige Verbrennung, daß sich dabei ein flacher Druckverlauf ergibt nicht zu erreichen ist Dies gilt besonders bei Betrieb mit Schweröl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich, insbesondere bei Betrieb mit Schweröl, eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs mit flachem Druckverlauf ergibt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der am Arbeitskolben angebrachte Ablenkkörper in Form eines sich zum zapfenartigen Fortsatz hin verjüngenden Kegels mit stumpfem Kegelwinkel anschließend an den stumpfen Kegel einen sich gegen den Arbeitskolben hin verjüngenden, flachen Kegel aufweist und daß im Arbeitskolben unterhalb des Ablenkkörpers eine ringkammerartige, über eine eingeschnürte öffnung mit der Brennkammer in Verbindung stehende Vertiefung ausgebildet ist, in die

über die eingeschnürte öffnung eine Teilmenge des pro Arbeitstakt eingespritzten Brennstoffes gelangt

Durch diese Gestaltung des Ablenkkörpers und des Arbeitskolbens wird die pro Arbeitstakt eingespritzte Brennstoffmenge in zwei Stufen verbrannt Zunächst beginnt die in die Vertiefung gelangte Teilmenge zu verbrennen. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase gelangen dann Ober die eingeschnürte öffnung, an dem flachen Kegel entlangströmend in den Brennraum, wo sie sich mit der Restmenge des Brennstoffs vermischen.

Dieser Ablauf der Verbrennung ergibt einen flachen Druckverlauf. Günstig ist dabei, daß der Ablenkkörper wegen seiner Verbindung mit dem Arbeitskolben eine relativ hohe Temperatur aufweist, die die vollständige

Verbrennung des Brennstoffs fördert Dies wirkt sich besonders bei Betrieb mit Schweröl aus, da dieses während des Entlangströmens am Ablenkkörper Wärme aus diesem Körper aufnimmt, so daß das Schweröl nach Verlassen des Ablenkkörpers sich leicht in feine r, Tröpfchen aufspaltet

Aus der DE-AS 10 83 084 ist eine Vorrichtung bekannt, die einen Ablenkkörper für einen Brennstoffstrahl aufweist wobei der Ablenkkörper am Kolben angebracht ist ur.d die Form eines sich zur Brennstoffdü- ;u se hin verjüngenden Kegels aufweist Dieser Ablenkkörper befindet sich jedoch am Boden einer ringkammerartigen Vertiefung des Kolbens, die selbst den Brennraum bildet in den dementsprechend die gesamte, pro Arbeitstakt zu verbrennende Brennstoffmenge eingespritzt wird. Einen zapfenartigen Fortsatz weist die Ventilnadel der Einspritzdüse nicht auf.

Aus der DE-AS 12 42 400 ist weiter eine Vorrichtung bekannt bei der der mittels einer Düse eingespritzte Brennstoff durch einen im Brennraum um die Zylinderachse kreisenden Luftwirbel hindurch in mehreren Strahlen in eine ringförmige Brennkammer gelangt, die ebenfalls im Arbeitskolben angeordnet ist üer die innere Ringfläche der Brennkammer begrenzende Abschnitt des Arbeitskolbens weist in seiner der >5 Einspritzdüse zugekehrten Stirnfläche vier radiale Nuten auf, wobei die Grundflächen der vier Nuten auf einem Kegel verlaufen. Diese Nuten bilden dabei den Raum, durch den sich jeweils ein Brennstoffstrahl von der Einspritzdüse zur Ringkammer erstreckt. Der die innere Ringfläche der Brennkammer begrenzende Abschnitt des Kolbens bildet hier also keinen Ablenkkörper im Sinne der Erfindung. Abgesehen davon wird auch hier die gesamte pro Arbeitstakt zu verbrennende Brennstoffmenge in die ringförmige Brennkammer eingespritzt Dabei soll der Brennstoff mit solcher Durchschlagskraft eingespritzt werden, daß er noch in flüssiger Form auf die Außenwand der Brennkammer auftrifft

Da die beiden bekannten Vorrichtungen zur Lösung anderer Aufgaben dienen, können sie keine Anregung für die erfindungsgemäße Lösung vermitteln.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Axialschnitt durch eine Einspritzvorrichtung mit einem Ablenkkörper, der relativ zum Arbeitskolben beweglich an diesem angeordnet ist und mit einer im Arbeitskolben angebrachten kammerartigen Vertiefung zusammenwirkt

F i g. 2 schematisch einen Axialschnitt durch eine der Fig. 1 ähnlichen Ausführungsform, jedoch mit am Kolben fest angeordneten Ablenkkörper und

Fig.3 eine Draufsicht auf den Ablenkkörper in Fig. 2.

Gemäß F i g. 1 ist im Zylinderdeckel 1 einer Dieselbrennkraftmaschine ein Gehäuse 2 eines Einspritzventils 3 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 Brennstoffzufuhrbohrung 6 mündet Das untere Ende des Abschnitts 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 Weise, z. B. hydraulisch oder mittels Federkraft gedruckt wird. Im Ventilgehäuse 2 ist anschließend an dessen Sitzfläche eine zur Nadel 4 koaxiale Bohrung 21 vorgesehen. An die konische Sitzfläche 10 des Nadelabschnitts 9 schließt sich ein zapfenförmiger, zylindrischer Fortsatz 8 an, der in die Bohrung 21 ragt und zwischen sich und der umgebenden zylindrischen Begrenzungsfläche der Bohrung 21 einen Ringspalt 7 freiläßt

in dem unterhalb des Zylinderdeckels 1 angeordneten Zylinder 12 ist ein auf und ab bewegbarer Arbeitskolben 13 angeordnet der zwischen sich und dem Zylinderdekkel den Brennraum IS einschließt Der Arbeitskolben 13 weist in seinem Zentrum und koaxial zum zapfenartigen Fortsatz 8 einen Ablenkkörper 14" auf, der sich also mit dem Arbeitskolben bewegt und in F i g. 1 in den Brennraum 15 ragt Außerdem ist der Ablenkkörper 14" relativ zum Kolben 13 axial verschiebbar. 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 ü'.irgeht

unterhalb des Ablenkkörpers 14" ist ^:·π Boden des Arbeitskolbens 13 eine ringkammerartige Vertiefung 19 vorgesehen, die nach oben hin etwas eingeschnürt ist und in eine öffnung 26 übergeht die etwa dem größten Durchmesser des Kegels 17" entspricht. Durch das Zentrum der ringkammerartigen Vertiefung 19 erstreckt sich ein mit dem Ablenkkörper 14" verbundener Bolzen 23, der an seinem unteren Ende mittels eines Bundes 27 an einer Feaer 24 abgestützt ist Die Feder 24 ist in einer zylindrischen Ausnehmung 28 des Kolbens 13 untergebracht Durch die Feder 24 wird der Ablenkkörper 14" bis zu der gestrichelt gezeichneten Stellung in die ringkammerartige Vertiefung 19 hingezogen, was seiner Normallage entspricht. Auf der dem zapfenartigen Abschnitt 16" abgewendeten Seite des Kegels 17" ist ein sich gegen den Arbeitskolben 13 verjüngender fiacher Kegel 18" vorgesehen, der in den Bolzen 23 übergeht.

Im Betrieb der Vorrichtung strömt der Brennstoff über die Bohrung 6 in den Raum 5. Der Druck des zust.ömenden Brennstoffs hebt die Ventilnadei 4 von der Sitzfläche im Gehäuse 2 ab, so daß Brennstoff aus dem Gehäuse 2 über den Ringspalt 7 austritt. Der aus dem Ringspalt 7 kommende hohle Brennstoffstrahl gelangt 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 ausgesogenen Linien gezeichnete Positicsi verschoben wird. Es treten dann die in der Vertiefung 19 erzeugten Verbrennungsgase über die öffnung 26, den fladien 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 Yerbrennungsgasen mitgenommen und in den Brennraum 15 getragen, wo er sich mit der Verbrennungsluft vermischt und verbrennt. Dieser Verbrennungsvorgang ergibt dabei einen relativ flachen Druckverlauf.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 und 3 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 Weise wie in F i g. 1 ist unterhalb des Ablenkkörpers 14'" eine ringkammerarlige Vertiefung 19 vorgesehen. Die Stellung des Ablenkkörpers 14'" entspricht der oberen Stellung des Ablenkkörpers 14" in Fig. 1, d.h. der Übergang zwischen den beiden Kegeln 17'" und 18'" liegt etwas oberhalb der Austrittsöffnung 26 der Vertiefung 19. Abweichend von der Ausführungsform nach F i g. 1 weist der Ablenkkörper 14'" drei über den Umfang gleichmäßig 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 Druckverlaiif wie jener bei der Ausführungsform nach Fig. I.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Zusammenfassung Die 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 Arbeitskolben (13) befestigt ist. Er weist einen zapfenartigen Abschnitt (16"') mit daran nach unten anschließendem Kegel (17'") auf, an den sich ein gegen den Arbeitskolben (13) hin verjüngender, flacher Kegel (18'") anschließt Im Arbeitskolben (13) ist unterhalb des Ablenkkörpers (14'") eine ringkammerartige, Ober eine eingeschnürte öffnung (26) mit der Brennkammer (15) in Verbindung stehende Vertiefung (19) ausgebildet Durch im Ablenkkörper (14'") angebrachte Nuten (25) wird eine Teilmenge des aus dem Ringspalt (7) austretenden hohlen Brennstoffstrahls in die Vertiefung (19) gelenkt Diese Teilmenge beginnt zu verbrennen und das dabei entstehende Gas strömt an dem flachen Kegel (18'") entlang über die eingeschnürte Öffnung (26) in die Brennkammer (15), wo es sich mit dem Rest des Brennstoffs mischt. Patentansprüche:

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Brennkammer, die sich zwischen dem Zylinderdeckel und der Stirnfläche des Arbeitskolbens .befindet mit einer in einem Ventilgehäuse bewegbaren Ventilnadel, die stromunterhalb des Ventilsitzes einer* zapfenförmigen Fortsatz aufweist, der zwischen sich und einem umgebenden Wandungsteil einen Ringspalt freiläßt und wobei stromunterhalb des Fortsatzes ein getrennt von diesem Fortsatz in der Brennkammer angeordneter Ablenkkörper für den aus dem Ringspalt austretenden Brennstoffstrahl vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der am Arbeitskolben (13) angebrachte Ablenkkörper (14", 14'") in Form eines sich zum zapfenartigen Fortsatz hin verjüngenden Kegels (17", 17'") mit stumpfem Kegelwinkel anschließend an den stumpfen Kegel (.17", 17'") einen sich gegen den Arbeitskolben (13) hin verjüngenden, flachen Kegel (18", 18"') aufweist und daß im Arbeitskolben (13) unterhalb des Ablenkkörpers (14", 14'") eine ringkammerartige, über eine eingeschnürte öffnung (26) mit der Brennkammer (15) in Verbindung stehende Vertiefung (19) ausgebildet ist, in die über die eingeschnürte öffnung (26) eine Teilmenge des pro Arbeitstakt eingespritzten Brennstoffes gelangt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit relativ zum Arbeitskolben fest angeordnetem Ablenkkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der stumpfe Kegel (17'") auf seinem Umfang mehrere radiale Nuten (25) aufweist, deren Grundflächen auf einer gemeinsamen, sich zum zapfenartigen Fortsatz (8) hin verjüngenden Kegelfläche liegen und über die die Teilmenge des pro Arbeitstakt eingespritzten Brennstoffes in die ringkammerartige Vertiefung (19) gelangt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkörper (17'") im Arbfiitskolben (13) axial und in dje Vertiefung (19) hinein

verschiebbar gelagert ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkörper (14", 14'"), ausgehend vom stumpfen Kegel (17", 17'"), einen sich zum zapfenartigen Fortsatz (8) hin verjüngenden, zapfenartigen Abschnitt (16", 16'") aufweist