DE3617255C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen
Patentanspruches von der DE-OS 34 32 663 aus.
Die bekannte Vorrichtung dient zum Einspritzen eines flüssigen
Brennstoffes in den Brennraum eines Dieselmotors, wobei dem
Einspritzstrahl zur besseren Gemischbildung eine Eigendrehung um
die Strahlachse aufgeprägt ist. Diese Eigendrehung bzw. der Drall
des Einspritzstrahles wird durch die Ventilachse geneigt angeord
nete Kanäle bewirkt, über die der Brennstoff bei geöffnetem Ventil
aus einer im Ventilkörper ausgebildeten Kammer der Austrittsöffnung
zugeführt wird. In einem ersten Beispiel ist der Kanal am Außenum
fang eines dem Ventilkegel benachbarten zylindrischen Bundes
schraubenlinienartig angeordnet, wobei der Kanal mit einer den
Brennstoff bevorratenden Ringkammer in Verbindung steht. Die
Ringkammer ist einerseits vom Schaft des Ventiles und andererseits
von der den Ventil-Bund aufnehmenden Bohrung im Ventilkörper
begrenzt. In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die den Brenn
stoff bevorratende Kammer als eine vom Ventil im Ventilkörper
radial beabstandete Ringkammer ausgebildet, von der aus der
Brennstoff bei geöffnetem Ventil über tangential angeordnete
Kanäle der Austrittsöffnung zugeführt wird. Für beide Beispiele
gilt ein relativ ungehinderter Wärmezufluß zum Brennstoff in der
jeweiligen Vorratskammer der Vorrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der
eingangs beschriebenen Bauart für die Verwendung eines kryogenen,
gasförmigen Brennstoffes, insbesondere Wasserstoff, so zu gestal
ten, daß der wesentliche Teil des in der Vorrichtung bei Betrieb
bevorrateten kryogenen Brennstoffes wenig Wärme aufnehmen
kann.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhän
gigen Patentanspruches gelöst. Durch einen überwiegend mit Spiel
im Ventilkörper angeordneten Schaft ist eine Unterbrechung des
Wärmeflusses vom Ventilkörper zu dem im hohlen Schaft des Ventils
bevorrateten Brennstoff erreicht, so daß der kryogene Brennstoff
mit unwesentlich geänderter Dichte den Brennraum der Brennkraftma
schine zugeführt werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfidung mit einfachen Mitteln
ist im Anspruch 2 beschrieben. Mit den darin beschriebenen Mitteln
kann kryogener Brennstoff aus der Zulaufkammer über das Schaft-
Spiel mit dem Ventilkörper zu der der Austrittsöffnung benachbar
ten Überströmkammer fließen, wobei dieses im Bypass stattfindende
Fließen vor allem bei geöffnetem Ventil auftritt. Dies hat den
Vorteil, daß der kryogene Brennstoff im Bypass nur eine kurze
Verweilzeit aufweist und somit einerseits wenig Wärme aufnimmt und
andererseits den hohlen Schaft des Ventiles von außen zusätzlich
kühlt. Anspruch 3 beschreibt eine weitere Ausgestaltung der
Vorrichtung, bei der das Ventil über den Schaft durch eine geson
derte Hub-Betätigungseinrichtung intermittierend gesteuert wird.
Um den durch die große Masse der Betätigungseinrichtung begünstig
ten Wärmezufluß zu dem hinter dem Ventil im hohlen Schaft befind
lichen Brennstoffvorrat gering zu halten, wird der Schaft nach
einem Teilmerkmal des Anspruches 6 etwa bis zur Kupplung mit
der Hub-Betätigungseinrichtung hohl gestaltet. Damit ist bei
radialer Brennstoffzuführung auf etwa der halben Länge des
Schaftes zur Vorratskammer im hohlen Schaft des Ventiles zwischen
der Zuführung und der Betätigungseinrichtung ein Kältepolster
verwirklicht. Mit der im Anspruch 4 beschriebenen Anordnung für
den über den Ventilkörper hinaus zur Kupplung mit der Hub-Betäti
gungseinrichtung verlängerten Schaft ist eine hermetische Abdich
tung nach außen zur Umgebung erreicht und damit eine bei kryogenen
Brennstoffen schwierig zu beherrschende Gleitdichtung vermieden.
Im Anspruch 5 ist schließlich eine Betätigungseinrichtung beschrie
ben, die im Durchmesser in vorteilhafter Weise klein baut und den
für die hermetische Abdichtung vorgesehenen Balg vor Beschädigun
gen schützt.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung in einem halben
Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Eine Vorrichtung 1 zum dosierten Zuführen von kryogenem, gasförmi
gem Wasserstoff in den Brennraum einer nicht gezeigten Brennkraft
maschine umfaßt in einem Ventilkörper 2 ein über einen Schaft 3
geführtes Ventil 4, das eine im Ventilkörper 2 angeordnete Aus
trittsöffnung 5 intermittierend steuert. Die intermittierende
Steuerung des Ventiles 4 wird durch eine gesonderte Hub-Betätigungs
einrichtung 6 bewirkt, die am Schaft 3 des Ventiles 4 angreift. Im
Ventilkörper 2 ist der Schaft 3 in einem dem Ventil 4 abgewandten
Endbereich durch eine Buchse 7 geführt. Im Hinblick auf den
kryogenen Brennstoff kann diese aus Teflongraphit oder Teflonbronze
gebildet sein.
Wie aus der Figur hervorgeht, ist der Schaft 3 zwischen dem Ventil
4 und der Kupplungsstelle mit der Hub-Betätigungseinrichtung 6
hohl gestaltet. Der hohle Schaft 3 dient in der Vorrichtung 1 als
Vorratskammer 8 für den kryogenen Wasserstoff, der über die
Austrittsöffnung 5 in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingeführt werden soll. Für die Zuführung des kryogenen Wasserstof
fes ist der Buchse 7 ventilseitig benachbart im Ventilkörper 2 eine
mit einem Brennstoffanschluß 9 in Verbindung stehende Zulaufkammer
10 angeordnet. Die Zulaufkammer 10 steht über Öffnungen 11 im
Schaft 3 mit der Vorratskammer 8 in brennstofführender Verbindung.
Weiter sind im Schaft 3 dem Ventil 4 nahe benachbart Kanäle 12
angeordnet. Die Kanäle 12 verbinden die Vorratskammer 8 mit einer
im Ventilkörper 2 zum Schaft 3 konzentrischen Überströmkammer
13. Die Überströmkammer 13 schließt unmittelbar an die Austritts
öffnung 5 bzw. den Ventilsitz 14 an. Die Kanäle 12 sind zur
Erzielung eines mit Drall behafteten Einspritzstrahles zur Ventil
achse 15 schräg und/oder in Umfangsrichtung des Schaftes 3 etwa
tangential angeordnet. Weiter steht die Zulaufkammer 10 über einen
zwischen Schaft 3 und Ventilkörper 2 gebildeten Spalt 16 mit der
Überströmkammer 13 in brennstofführender Verbindung.
Aus der von der Buchse 7 vom Ventil 4 abgewandten Seite ist der
Schaft 3 über den Ventilkörper 2 hinaus verlängert zur Verbindung
mit der gesonderten Hub-Betätigungseinrichtung 6. Wie aus der
Zeichnung weiter hervorgeht, ist der Schaft 3 etwa bis zur Kupp
lungstelle mit der Hub-Betätigungseinrichtung 6 hohl gestaltet.
Weiter ist am Schaft 3 in seinem der Hub-Betätigungseinrichtung 6
zugewandten Endbereich ein vom Ventilkörper 2 axial beabstandeter
Verbindungsflansch 17 brennstoffdicht angeordnet. Zur Erzielung
einer brennstoffdichten Anordnung ist zwischen dem Verbindungs
flansch 17 und dem freien Ende des Ventilkörpers 2 ein axial
nachgiebiger Balg 18 angeordnet, der an beiden Enden mit dem
jeweiligen Bauteil in brennstoffdichter Verbindung steht.
Die Hub-Betätigungseinrichtung 6 umfaßt einen das Ventil 4 über
den Schaft 3 in Öffnungsrichtung bewegenden Hubantrieb 19 sowie
eine Schließfeder 20. Die Schließfeder 20 ist in einem einerseits mit
dem Ventilkörper 2 verbundenen und andererseits den Hubantrieb
19 tragenden Gehäuse 21 angeordnet und einenends gegen das
Gehäuse 21 abgestützt. Andernends stützt sich die Schließfeder 20
auf einem radial auswärts gerichteten Flansch 22 einer über den
Verbindungsflansch 17 am Schaft 3 angeordneten, hutförmigen
Büchse 23 ab. Über das Gehäuse 21 bildet die Hub-Betätigungs
einrichtung 6 mit dem Ventilkörper 2 eine Baueinheit.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine tritt der mit Druck über den
Brennstoffanschluß 9 zugeführte kryogene Wasserstoff über Öffnungen
11 dem im hohlen Schaft 3 gebildeten Vorratsraum 8 zu. Bei öffnen
dem Ventil 4 tritt der Wasserstoff aus der Vorratskammer 8 über
die Kanäle 12 mit Drall in die Überströmkammer 13 ein und von ihr
über die Austrittsöffnung 5 in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
Der Spalt 16 zwischen dem Schaft 3 und dem Ventilkörper 2 bewirkt
zum einen ganz allgemein eine Unterbrechung des Wärmeflusses zu
dem im hohlen Schaft 3 bzw. im Vorratsraum 8 befindlichen kryogenen
Brennstoff. Zum anderen bewirkt der Spalt 16 einen Brennstofftrans
port von der Zulaufkammer 10 zur Überströmkammer 13 mit dem
Effekt einer großflächigen Kühlung des Schaftes 3 an seiner Außen
fläche. Der aus der Vorratskammer 8 über die Kanäle 12 und die
Überströmkammer 13 der Austrittsöffnung 5 zuströmende Wasserstoff
übt eine Sogwirkung auf den im Spalt 16 befindlichen Wasserstoff
aus, so daß der zur Vorratskammer 8 durch den Spalt 16 im
Bypass befindliche Wasserstoff rasch erneuert wird und damit eine
gute Kühlung des Schaftes 3 bewirkt.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum dosierten Zuführen eines Brenn
stoffes, insbesondere in den Brennraum einer
Brennkraftmaschine,
- - mit einem Ventil (4) an einem hubbeweglich in einem starren Ventilkörper (2) geführten Schaft (3),
- - wobei das Ventil (4) eine im Ventilkörper (2) angeordnete Austrittsöffnung (5) intermittierend öffnet, und
- - der Brennstoff bei geöffnetem Ventil (4) aus einer stromauf der Austrittsöffnung (5) angeordneten Vorratskammer (8) über Kanäle (12) der Austrittsöffnung (5) zugeführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Vorratskammer (8) in einem hohlen Schaft (3) des Ventils (4) ausgebildet ist, und
- - daß im Schaft dem Ventil (4) benachbart die Kanäle (12) angeordnet sind,
- - die die Vorratskammer (8) mit einer im Ventilkörper (2) angeordneten Überströmkammer (13) verbinden,
- - die der Austrittsöffnung (5) und dem Ventilsitz (14) benachbart ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Schaft (3) in einem dem Ventil (4) abgewandten Endbereich des Ventilkörpers (2) geführt ist,
- - daß im Ventilkörper der Führung (7) ventilseitig benachbart eine mit einem Brennstoffanschluß (9) in Verbindung stehende Zulaufkammer (10) angeordnet ist,
- - die einerseits über Öffnungen (11) im Schaft (3) mit der Vorratskammer (8), und
- - andererseits über einen zwischen Schaft (3) und Ventilkörper (2) gebildeten Spalt (16) mit der Überströmkammer (13) in brennstofführender Verbindung steht.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich
net,
- - daß der Schaft (3) über den Ventilkörper (2) hinaus verlän gert ist zur Verbindung mit einer gesonderten Hub-Betätigungs einrichtung (6),
- - die mit dem Ventilkörper (2) eine Baueinheit bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- - daß am Schaft (3) in seinem der Hub-Betätigungseinrichtung (6) zugewandten Endbereich ein vom Ventilkörper (2) axial beabstandeter Verbindungsflansch (17) brennstoffdicht angeord net ist,
- - die weiter mit dem Ventilkörper (2) über einen axial nachgiebigen Balg (18) in brennstoffdichter Verbindung steht.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeich
net,
- - daß die Hub-Betätigungseinrichtung (6) einen das Ventil (4) über den Schaft (3) in Öffnungsrichtung bewegenden Hubantrieb (19) und eine Schließfeder (20) umfaßt,
- - der in einem einerseits mit dem Ventilkörper (2) verbundenen und andererseits den Hubantrieb tragenden Gehäuse (21) angeordnet ist, und
- - auf einen radial auswärts gerichteten Flansch (22) einer über den Verbindungsflansch (17) am Schaft (3) angeordneten, hutförmigen Büchse (23) einwirkt.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Schaft (3) im Ventilkörper (2) über eine Buchse (7) aus Teflongraphit oder Teflonbronze geführt und
- - etwa bis zur Kupplungsstelle mit dem Hubantrieb (19) hohl gestaltet ist.
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