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B e s c h r e i b u n g
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des dlotorenbaues, und
betrifft insbesondere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen für Motore, und zwar Düsenzerstäuber
für Verbrennungsmotore Die Erfindung kann bei Verbrennungsmotoren in der Kraftfahrzeug-,
Schiffbau-, Diesellokomotivenindustrie Anwendung rinden.
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Eine bekannte Einspritzdüse (Düsenzerstäuber) für Verbrennungsmotore
(S. DT-Patentschrift Nr. 932209, Kl. 46 C3, 1952, Firma Bosch), nach dessen Typ
auch viele andere Zerstäuber, z.B. Zerstäuber für Kraftfahrzeuge " JaMZ-236", "KamAZ-740",
ausgeführt sind, enthält einen Körper, in dem eine axial verschiebbar angeordnete
Nadel vorgesehen ist, die zur Regelung der Kraftftoft.zuführung von der Pumpe über
den Hohlraum des Zerstäuberkörpers und das i)üsemnundstück des Zerstäubers mit Löchern
in den Brennraum des Verbrennungsmotors dient. Der Dichtteil der Nadel des Zerstäubers
ist von zwei kegelförmigen Flächen gebildet und wirkt mit einem Kegelsitz des Zerstauberkörpers
zusammen, der in der Strömungsrichtung des Kraftstoffes enger wird. Die Schnittlinie
von zwei kegelförmigen Flächen wird im folgenden als Dichtkante, und die hinter
der Dichtkante in der Strömungsrichtung des kraftstoffes angeordnete kegelförmige
Fläche als Dichtkegel bezeichnet. Die genannte Dicht kante schließt sich an die
seitliche Innenfläche des Kegelsitzes an und gewährleistet unter der Einwirkung
einer absperrenden Kraft z.i3. einer weder das Abdichten des Kraftstoffes über der
Berührungslinie zwischen Dichtkante und Kegelsitz. Die Differenz der Winkel an den
Kegelspitzen des Kegelsitzes und der Nadel des Zerstäubers am Eintritt des Kraftstoffes
vor der J)ichtksnte wird größer als die Differenz der Spitzenwinkel des Kegelsitzes
und des Dichtkegels ausgeführt,wobei diese Differenz in einem Bereich von 0,5 bis
40 liegt, Während des Betriebes findet jedoch je nach dem Grad des Verschleißes
der
Dicht kante und des gegenseitigen Einlaufens des Kegelsitzes
und des Dichtkegels eine Ausgleich der genannten Winkel statt. Dadurch wird eine
Beruhrung zwischen der seitlichen Inneniläche des Kegelsitzes und dem Dicht kegel
über die gegenseitige Berührungsfläche derselben verwirklichs bei der Kraftstot'rzurührung
und äe -nach Steigerung des Druckes desselben auf die seitliche Innenfläche des
Hohlraumes des Zerstäuberkörpers finden eine geringe Verformung und eine Vergrößerung
des Winkels an der Spitze des Kegelsftzes statt. Infolge dieser Erscheinung sickert
Kraftstoff zwischen den seitlichen Flächen des Kegelsitzes und des Dichtkegels bis
zu einer echten Berührunqslinie des Dichtkegels mit der seitlichen Fläche des Kegelsitzes
durch, die im wesentlichen eine kreisförmige Grenze zwischen dem Kegelsitz und dem
Düsenmundstück bildet. Ueber diese echte Berührungslinie zwischen Kegelsitz und
dem Dichtkegel wird auch eine effektive Abdichtung des Brennstoffes verwirklicht,
wobei der Durchmesser der Kreislinie der effektiven Abdichtung bedeutend kleiner
als der Durchmesser der Dichtkante ist, über die die ursprüngliche Verdichtung des
Kraftstoffes vorgenommen wurde. Das führt zu einer Vergrößerung der Nadelfläche,
auf die der Kraftstoff zu Beginn der Bewiegung der Nadel bei der Kraftstoffeinspritzung
einwirkt, sowie zu einer entsprechenden Verminderung des Druckes PO des Kraftstoffes
zu Beginn der Bewegung der Nadel Bine Verminderung des Druckes PO führt zu einer
VergröBerung der Durchlaßtähigkeitdes Zerstäubers und zu einer erhöhung des Kraftstoffverbrauches.
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Außerdem stellt die bearbeitung der Oberfläche an der Grenze zwischen
dem Kegelsitz und dem Düsenmundstück bei der Herstellung eines Zerstäubers keine
ideale Schlichtarbeit dar, und die Linie einer effektiven Abdichtung des Kraftstoffes
bildet keine ideale kreislinie; aus diesem Grunde kann durch eine Berührung zwischen
dem Dichtkegel und dem Kegelsitz über die genannte Linie keine hermetische Abdichtung
des
Brennstoffes gewährleistet werden, was zu einer Durchsicherung
des Kraft stoffes in das Düsenmunds@ück und zu einem Verstopfen desselben mit Verkokungsprodukten
führt.
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Bei den beschriebenen bekannten Zerstäubern übt der Dichtkegel auch
eine Funktion der Drosselung des Eraftstoffstromes aus, die für eine qualitätegerechte
Kraftstoffzerstäubung notwendig ist.
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Es ist ein Düsenzerstäuber für Verbrennungsmotoren (S. 1'R-Patentschrift
Nr. 2363320, 1978, gemaß DT-Patentanmeldung Nr. 2709917.d) bekannt, bei dem die
Punktion der Drosselung von einem speziellen Drosselkegel ausgeübt wird, der am
Ende einer Nadel hinter dem Dichtkegel in der Strömungsrichtung des Kraftstoffes
angeordnet ist. Die Dichtkante wird normalerweise am Dichtkegel vorgesehen, wie
das oben beschrieben ist.
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Bein--Betrieb dieser Zerstäubers stößt man jedoch je nachdem Verschleiß
auf die oben beschriebenen Schwierigkeiten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen
Düsenzerstäuber zu schaffen, bei dem die Stabilität der effektiven Dichtungs linie
des Kraftstoffes während des Betriebes des Zerstäubers durch eine Verschiebung der
Zone des gegenseitigen Verschleißes des Kegelsitzes und des Dichtkegels oberhalb
der Dichtkante entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes gewährleistet wird.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Düsenzerstäuber
für einen Verbrennungsmotor, der einen Körper mit einem Kegelsitz und eine an diesem
angeordnete Nadel mit einem Drosselkegel am Ende, des--- sen Spitzenwinkel dem Spitzenwinkel
eines Kegelsitzes gleich ist, und einem Dichtkegel, der in der Strömungsrichtung
des Kraft stoffes enger wird und mit seiner Dichtkante mit dem Kegelsitz zusammenwirkt,
enthält, erfindungsgemäß, der Dichtkegel der Nadel mit einem Spitzenwinkel ausgebildet
ist, der kleiner als der
entsprechende Winkel des Kegelsitzes ist,
wahrend die Flächen des Dicht kegels und die des Drosselkegels über eine ebene Fläche
miteinander gekoppelt sind, die senkt recht zu der Nadel achse liegt und an der
Schnittlinie mit dem Dichtkegel eine Dichtkante bildet.
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Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Kreislinie der Dicht
kante und dem Durchmesser der Kreislinie des Drosselkegels wird zweckmäßigerweise
in einem Bereich von 1,01 bis zu 1,2 gewählt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Düsenzerstäuber für einen Verbrennungsmotor
bleibt die hermetische Abdichtung des Kraftstoffes bestehen, und folglich findet
eine Durc sickerung des Kraftstoffes aus dem Hohlraum des Körpers in das Düsenmundstück
nicht statt. sußerdem bleibt der Druck P0 des Kraftstoffes zu Beginn der Bewegung
der Nadel bei der Kraftstoffeinspritzung wahrend der gesamten Betriebszeit stabil,
wobei auf diese Weise eine konstante Durchlaßfähigkeit des Zerstäubers gesichert
wird.
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Diese und andere Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand
eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und beigefügter Zeichnungen erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Düsenzerstäubers für
einen Verbrennungsmotor (Längsschnitt); Fig. 2 einen Dichtteil mit einem Düsenmundstück
eines erfindungsgemäßen Düsenzerstäubers für Verbrennungsmotoren.
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Der Düsenzerstäuber für Verbrennungsmotoren umfaßt einen hörer 1
(Fig. 1) mit einem in diesem vorgesehenen Durchflußteil für die Kraftstoffzuführung,
der einen Kanal 2 und eine Zentralbohrung 3 aufweist,' die miteinander Über einen
Hohlraum verbunden sind.
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Innerhalb des Körpers 1 ist auch eine Leitbohrung 5 vorgesehen. In
der Leitbohrung 5 und in der Zentralbohrung 3 ist eine Nadel 6 entlang der Achse
der Leitboh-
rung 5 und der Zentralbohrung 3 bewegbar angeordnet.
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Die Nadel 6 enthält einen Schaft 7, der zur Aufnahme einer absperrenden
Kraft z.B.einer Feder (in Fig. 1 nicht wiedergegeben) durch die Nadel 6 bestimmt
ist. Mittels eines Bundes 9 wird der Schaft 7 in einen Führungsteil d geleitet,
der mit einem Stab 10 verbunden ist.
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Die Gruppe II, die ein Dichtteil der Nadel 6 darstellt, ist in einem
vergrößerten Maßstab in Fig. 2 wiedergegeben. Der Stäb 10 (Fig. 1) der Nadel 6 geht
in einen Dichtkegel 11 (Fig. 2) über, an welchen sich ein Drosselkegel 12 anschließt.
Die Zentralbohrung 3 (Fig. 1) geht in einen Kegelsitz 13 (Fig. 2) über, dem sich
ein Brunnen 14 des Düsenmundstückes anschließt, und in den Düsenlöcher 15 für die
Kraftstoffzuführung münden. Der Spitzenwinkel ob des Drosselkegels 12 ist dem Spitzenwinkel
» des Kegelsitzes 13 gleich, und der Spitzenwinkel γ des Dichtkegels 11 ist
um mindestens 10 kleiner als der Winkel ß ausgeführt. Die Flächen des Dichtkegels
11 und des Drosselkegels 12 sind mittels einer ebenen Fläche 16 miteinander gekoppelt,
die an der Schnittliniemit der Seitenfläche des Dichtkegels 11 eine Dichtkante 17
bildet, welche mit der Seitenfläche des Kegelsitzes 13 zusammenwirkt und auf diese
Weise eine Abdichtung des Kraftstoffes über deren Berührungslinie gewährleistet.
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Die ebene Fläche 16 ist senkrecht zu der Achse der Nadel 6 (Fi. 1)
ausgebildet, wobei das Verhältnis zwischen dem Durchmesser d1 (Fig. 2) der Kreislinie
der Dichtkante 17 und dem Durchmesser d2 der kreislinie der Grundfläche vom Drosselkegel
12 in einem Bereich von 1,01 # d1 @ d2 # 1,2 liegt.
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Die Vorrichtung hat folgende Wirkungsweise. In der Ausgangsstellung
befindet sich der Dichtteil des Düsenzerstäubers in einem Zustand, der in Fig. 2
wiedergegeben ist, d.h. der Dichtteil 17 der Nadel 6
(Fig. 1) schlieBt
sich an die Seitenfläche des Kegelsitzes 13 (Fig. 2) infolge der Einwirkung einer
absperrenden Kraft an, die z.3. durch eine Feder (in Fig. 1, 2 nicht wiedergegeben)
erzeugt wird.
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Aus einer Kraftstoffpumpe (in Fig. 1, 2 nicht wiedergegeben) wird
der Kraftstoff über den Kanal 2 (Fig. 2)'des llohlraumes 4 und die Zentralbohrung
3 in die obere Zone des Kegelsitzes 13 (Fig. 2) geleitet, die von der Berührungslinie
der Dichtkante 17 mit der Seitenfläche des Kegelsitzes 13 begrenzt ist.
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Die Strömungsrichtung des Kraftstoffes ist mit einem Pfeil 18 angegeben.
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Die Linie der Abdichtung des hraftstoffes fällt in diesem Fall bei
einem nicht verschließenen Zerstäuber mit der Linie der Berührung der Dichtkante
17 mit der Seitenfläche des Kegelsitzes 13 zusammen.
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Dei einem Übersteigen der Kraft des Kraftstoffes, die einen Druck
auf die Seitenfläche des Bundes 9 (Fig. 1) und auf die Seitenfläche des Dichtkegels
11 (Fig. 2) ausübt, bewegt sich die Nadel 6 (Fig. 1) gegenläufig zu der Strömungsrichtung
1d des Kraftstoffes.
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Dabei strömt der Kraftstoff aus der oberen Zone des hegelsitzes 13
(Fig. 2) in den Brunnen 14 über einen Spalt zwischen den Seitenflachen des Kegelsitzes
13 und des Drossel'Kegels 12. Aus dem Brunnen 14 gelangt der kraftstoff über die
Düsenlöcher 15 in einem zerstäubten, "nebelartigen" Zustand in den Brennraum des
Motors (in Fig. 2 nicht wiedergegeben).
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Je nach dem gegenseitigen Verschleiß des Dichtkegels 11 der adel
6 (Fig. 1 ) und der Seitenfläche des Kegelsitzes 13 (Fig. 2) findet ein Einlaufen
dieser Teile statt, das zu einem Zusammenfallen der Jinkel g und ß fiiirt, wobei
ein Kontakt zwischen den Dichtkegel 11 und der Seitenfläche des Kegelsitzes 13 über
die Fläche der gegenseitigen beruhrung derselben verwirklicht wird. Bei der Kraftstoffzufuhr
und je
nach der Steigerung des Druckes des Kraftstoffes auf die
seitliche Innenfläche der Zentralbohrung 3 finden eir-e geringe Verformung und eine
Vergrößerung des Spitzenwinkels 18 des Kegelsitzes 13 statt, was seinerseits zu
einer Durchsickerung des Kraftstoffes zwischen den Seitenflächen des Dichtkegels
11 und des Kegelsitzes 13 bis zur einer Linie führt, die mit der ursprünglichen
Berührungslinie der Dichtkante 17 mit der Seitenfläche des Kegelsitzes 13 etwa zusammenfällt.
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Die oben'beschriebene Vergrößerung des Winkels / und die Durchsickerung
des Kraftstoffes gewährleisten eieinen Ausgleich des gegenseftigen Verschleißes
der Seitenflächen des Kegelsitzes 13 und des Dichtkegels 11, wobei die Lage der
Linie der effektiven Abdichtung des Kraftstoffes an der Seitenfläche des Kegelsitzes
13 praktisch unveränderlich bleibt und von dem Verschleiß der genannten Se'itenflächen
unabhängig ist.
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Durch die Stabilität der Linie der effektiven Abdichtung dos Kraftstoffes
wird nicht nur eine hermetische Abdichtung des Kraftstoffes, sondern auch die Stabilität
der Größe des Druckes P0 des Kraftstoffes erreicht, bei dem die Bewegung der Nadel
6 (Fig. 1) beginnt und die Kraftstoffeinspritzung in der Brennkammer erfolgt.
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Da, wie bekannt, eine Verminderung dieser Größe P0 des Druckes des
Kraftstoffes unter den zulässigen Stand unterwünscht ist, ist bei der vorliegenden
Konstruktion des Zerstäubers eine Verminderung der genannten Größe P0 des Kraftstoffdruckes
ausgeschlossen. Durch die Stabilität der Linie der effektiven Kraft stofi abdichtung
wird eine qualitätsgerechte Zerstäubung des Kraftstoffes aus den Düsenlöchern 15
gewährleistet.
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Außerdem ist, wie bekannt, die Stabilität der Durchlaßfähigkeit des
Zerstäubers durch die Stabilität der Größe P0 des Kraftstoffdruckes bedingt, bei
dem ein Abheben der Nadel 6 von dem Kegelsitz 13 einsetzt, die durch eine umgekehrte
Abhängigkeit miteinander verbunden sin. ei der vorgeschlagenen Erfindung wird
aut'
diese Weise eine Stabilität der Durchlaßfähigkeit des Zerstäubers erreicht, wobei
als Folge ein Mehrverbrauch des Kraftstoffes und eine damit verbundene Vergrößerung
der Rauchintensität der Abgase vermieden werde kann. Durch die gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erreichende hermetische Abdichtung des Kraftstoffes in der oberen Zone
des Kegelsitzes 13> die oben beschrieben ist, wird eine Durchsickerung des Kraftstoffes
in den brunnen 14 bis zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung, d.h. bis zu Beginn des
Anhebens der Nadel 6 (Fig. 1) ausgeschlossen, was, seinerseits, ein Verstopfen der
Düsenlöcher 15 mit Verkokungsprodukten verhindert.
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Die oben beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Zerstäubers
ermöglichen eine Erhöhung der Lebensdauer des Düsenzerstäubers und des Motors, eine
Einsparung an Kraftstoff, eine Verminderung des Anteils von schädlichen Bestandteilen
der Abgase.
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Die vorliegende Eri'indung kann eine breite Anwendung im Motorenbau,
insbesondere,im Diese@motorenbau für Diesellokomotiven, Schiffe, Kraftfahrzeuge
und traktoren rinden.