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Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in Verbrennungskraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nebst Vorrichtung zum Einspritzen von
Brennstoff in Verbrennungskraftmaschi= nen, bei denen der Brennstoff vor dem Einspritzen
aus dem Düsenvorraum angesaugt und der frei werdende Raum mit Luft erfüllt wird,
der bei dem folgenden Einspritzvorgang nach Mischung mit der neu zugeführten Brennstoffladung
eingespritzt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird der nach einem Arbeitsgang
in der Düse noch vorhandene Brennstoff mittels einer besonderen Rückholpumpe abgesaugt,
während in der Düse Luft gelagert wird. Beim folgenden Einspritzhub wird dann in
diese Luft der Brennstoff hineingedrückt. Bei diesem Verfahren kommt es leicht vor,
daß Luft in den Zylinder gelangt, ohne daß sie mit dem Brennstoff in Berührung kommt.
Eine innige Mischung von Luft und Brennstoff vor dem Eintritt in den Zylinder kann
hierbei mit Sicherheit nicht stattfinden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist itn wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß eine geschlossene Düse verwendet und die zum Ersatz des nach Ventilschluß abgesaugten
Brennstoffes dienende Luft aus der Atmosphäre oder einer anderen. selbständigen
Quelle entnommen und erst durch den Pumpenkolben zusammen mit dem Brennstoff :durch
den Einspritzdruck verdichtet wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine sehr weitgehende
Zerstäubung des Brennstoffes, so daß eine sofortige Zündung selbst ohne hohen Öldruck
leicht erfolgt, indem das unter dem hohen Druck von z. B. 9o Alm. in den Zylinder,
der unter erheblich niedrigerem Druck, z. B. von 3o Atm., steht, eingespritzte Gemisch
von Öl und Luft durch die plötzliche Entspannung der Luft in dem Gemisch eine Vernebelung
des Brennstoffes hervorruft.
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Zur Ausführung des vorgenannten Verfahrens dient eine Vorrichtung
mit einer mit Zerstäuberplatten ausgerüsteten Düse, die durch mehrere Luftzuführungsstellen
für jeden Zwischenraum zwischen den Platten gekennzeichnet ist. Zur Steuerung der
Luftzuführungskanäle dient ein den Düsenkörper umfassender und auf diesem gleitender
Rohrschieber.
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Erfindungsgemäß sind bei der Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten
Verfahrens zweckmäßig spiralförmig gestellte Kanäle für die Zufuhr von Brennstoff
allein zum Düsenvorraum und Kanäle zur Aufnahme von Luft abwechselnd angeordnet,
die tangential vor dem Ventilsitz ausrnünden und sich vereinigen.
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Zwischen der Brennstoffpumpe und dem Einspritzventil ist eine selbsttätig
wirkende Regelvorrichtung vorgesehen, die aus einem Ventil für den Umlauf und einem
die Größe der öffnung dieses Ventils regelnden Drosselventil besteht und derart
wirkt, daß eine bestimmte Luftmenge, entsprechend der vorher zugeführten Brennstoffmenge;
von der Pumpe bei. ihrem Saughub angesaugt, dann mit dem Brennstoff in dem Vorraum
der Düse gemischt
und mit diesem in den Arbeitszylinder durch den
Pumpendruck eingespritzt wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungen dargestellt.
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Abb. i ist ein Schnitt durch die erste Ausführung und Abb. 2 ein Schnitt
durch eine zweite Ausführung nach Linie A-fl der Abb. 3; Abb.3 ist eine Ansicht
auf Abb.2 von unten und Abb.4 eine Einzelheit im Schnitt nach Linie B-B der Abb.
3; Abb. 5 zeigt eine Form einer Ölpumpe und Abb. 6 und 7 sind Einzelheiten eines
bei der Pumpe gemäß Abb. 5 verwendeten Teils in zwei verschiedenen Stellungen.
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In Abb. i ist die Ventilspindel i verschiebbar in einer Büchse 2 gelagert,
die in einer äußeren Büchse iö sitzt. Die Spindel wird gegen den Ventilsitz durch
eine Feder (in der Zeichnung nicht dargestellt) gedrückt, um die Einspritzdüse 3
abzuschließen; 4 ist die Brennstoffkammer, die unmittelbar mit der Brennstoffpumpe
verbunden ist. Diese Pumpe ist in der Saugleitung mit einem Rückschlagventil versehen,
während die Druckleitung kein derartiges Ventil besitzt. Wenn infolgedessen die
Pumpe ihren Saughub beginnt, wird ein Teil des Brennstoffes der Kammer 4 nach der
Brennstoffpumpe zu fließen, und infolgedessen wird ein Teil der Luft, die in der
Luftkammer 5 innerhalb des Gehäuses 12 enthalten ist, in die Brennstoffkammer 4
durch Öffnungen 6' eines zylindrischen Ventils 6 und kleine Öffnungen 7 in den festen
Zylinder i i eindringen und hierbei Blasen bilden. Die in die Kammer 4 eingesaugten
Luftblasen werden durch eine Reihe durchlochter kreisförmiger Scheiben 8 oder durch
Drahtnetze daran verhindert, daß sie sich auf die oberste Brennstoffschicht legen.
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Das zylindrische Ventil 6 kann an dem festen Düsenkörper r i gleiten
und wird durch Daumen o. dgl. von der Antriebswelle der Brennstoffpumpe derart gesteuert,
daß sowohl die Menge der in die Kammer 4 einzusaugenden Luft als auch die Dauer
der Luftansaugung geregelt wird. Wenn nun eine bestimmte Menge Luft in die Kammer
4 in einer bestimmten Zeit eingesaugt ist, so schließt das Ventil 6 die Verbindung
zwischen der Luftkammer 5 und der Brennstoffkammer 4, worauf die Ölpumpe den Brennstoff
in ihren Zylinder saugt. Beginnt der Kolben der Ölpumpe seinen Förderhub, so wird
der Öldruck in der Brennstoffkammer 4 erhöht, und es werden dadurch die in dieser
Kammer enthaltenen Luftblasen zusammengedrückt; wobei ein Teil des öles die Neigung
hat, nach der Düse 3 durch Durchbohrungen 9 der Scheibe 8 zu fließen. Die
Ventilspindel r wind jedoch noch nicht geöffnet, weil sie gegen den Ventilsitz durch
die erwähnte Feder mit genügend großem Druck gepreßt wird. Hat nun der Luftdruck
in -dem Maschinenzylinder seinen größten Wert fast erreicht und entsprechend der
Öldruck in der Ölkammer 4 einen .bestimmten Wert, z. B. go Atm., angenommen, so
wird die Ventilspindel I gehoben und .der die Luftblasen enthaltende Brennstoff
in den Maschinenzylinder durch die DÜSe 3 eingeblasen. Da der: Luftdruck in der
Ölkammer erheblich größer ist als der Luftdruck im Maschinenzylinder, der beispielsweise
3o Atm. beträgt, so dehnt sie sich bei ihrem Eintritt in den Zylinder plötzlich
aus, und es werden infolgedessen die Ölteilchen bis zum feinsten Grad zerstäubt,
so daß eine plötzliche und vollständige Verbrennung darauf stattfinden kann.
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Bei der zweiten Ausführung nach Abb.2 bis 4. wird die Ventilspindel
i gegen. den Ventilsitz mittels einer starken Feder i' gedrückt, die durch eine
Schraube 13 eingestellt wer-.den kann. 4 ist das Zuführungsrohr für den Brennstoff,
der unter hohem Druck durch eine Ölpumpe zugeführt wird. Das aus dein Rohr 4 austretende
Öl geht durch Ölkanäle 15, 16 und öffnet ein Rückschlagventil 17, es geht
dann durch einen, die Ventilnadel umgebenden Kanal 18 und Leitungen ig und tritt
schließlich in :die im Kegel angeordneten Ölkanäle 2o. Sobald der Öldruck eine bestimmte
Höhe erreicht hat, wird das Nadelventil i von seinem Sitz durch den .auf eine Schulter
2 i des Ventils wirkenden Öldruck gehoben, so daß die Düse 3 geöffnet und das Öl
in den Zylinder eingespritzt wird. Wenn der Öldruck am Ende des Förderhubes der
Ölpumpe abnimmt, so wird das Ventil i von neuem gegen seinen Ventilsitz durch die
Feder i' gedrückt und schließt die Düse 3. Sobald dann die Ölpumpe ihren Saughub
beginnt, so fließt das in dem Ölrohr 4 ,enthaltene Öl nach -der Pumpe zurück, da
diese auf der Druckseite kein Rückschlabbventil hat. Das in dem Raum 18, der Leitung
i9 und der kegelförmigen Leitung 2o enthaltene Öl wird dagegen am Zurückfließen
durch das Rückschlagventil 17 verhin(dert. Sobald das in .der Leitung 15
enthaltene t51 nach der Pumpe zurückfließt, so fließt das Öl der Leitungen 23 und
24 ebenfalls zurück, und es wird dort ein Vakuum in den kegelförmigen Leitungen
25 erzeugt. Das untere Ende jeder dieser Leitungen 25 steht mit einer halbkreisförmigen
Nut 26 in Verbindung; durch die die Kanäle 25 mit der freien Luft oder einem anderen
Gasraum verbunden sind. Infolgedessen dringt Luft in die kegelförfnigen Kanäle 25
durch eine Leitung 27, 28', ein jetzt geöffnetes Rückschlagventil 28, Leitungen
29 und
30 und die Ringnut 26. Ist die Menge dieser Luft sehr
groß, so können auch :die Leitungen 23 und 24 mit ihr gefüllt werden. Sobald nun
die Ölpumpe ihren Förderhub beginnt, wird das Ventil 28 geschlossen, und die vorhin
eingesaugte Luft wird stark zws@ammengepreßt, und wenn der Öldruck in der Leitung
18 groß genug geworden ist, um,das Ventil t von seinem Sitz abzuheben, so wird das
0I aus seinen kegelförmigen Leitungen 2o herausgedrückt, während die Luft unter
demselben Druck aus den kegelförmigen Leitungen 25 herausgepreßt wird, so daß Öl
und Luft infolge ihrer schraübenförmi,gen Bewegung in dem Ventilsitz und um edenselben
schließlich in fein zerstreutem Zustande in den Maschinenzylinder in Form eines
vollständigen Schleiers treten.
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Die Brennstoffpumpe kann irgendeine belielbige Form haben, sie braucht
z. B. nur für hohen Förderdruck eingerichtet zu sein, während die Luft durch eine
unabhängige Pumpe unter Druck gesetzt und den Leitungen 23 durch Abschließen der
Verbindung zwischen den Leitungen 15 und 23 zugeführt werden kann. In diesem Felle
können die halbkreisförmigen Nuten. 26 und die Leitungen 29 und 30 weggelassen
werden.
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In den Abb. 5 bfis 7 ist eine Ausführung einer Ölpumpe beschrieben,
die für das zweite Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 bis .4 geeignet ist. Diese Ölpumpe
3 i saugt den Brennstoff in ihren Zylinder beim Saughub aus einem nicht dargestellten
Behälter durch ein Rückschlagventil32 und fördert das Öl in die Einspritzvorrichtung
durch ein Rückschlagventil 33 und in die Ölzuführung 4. 35 ist der Körper eines
selbsttätigen Regelventils, das mit einem zylindrischen Ventil 36
und einem
gewöhnlichen Kolben 37 versehen ist. Wenn der Pumpenkolben seinen Arbeitshub beginnt
und hierdurch der Öldruck in der Einspritzvorrichtung erhöht wird, so wird ein Rückschlagventil
38 unter dem Kolben 37 gehoben, und das zylindrische Ventil 36, das zwischen dem
Kolben 37 und einer Feder 39 gehalten wird, wird entgegen dem Druck dieser Feder
angehoben. Das Ventil 36 besitzt eine Ausnehmung 4o, deren Vorderansicht aus A'bb.
6 und 7 ersichtlich ist. Befindet sich das zylindrische Ventil 36 in der
in Abb. 5 dargestellten Stellung, so ist die Verbindung zwischen einer Leitung 41
und der Ausnehmung 4o abgeschlossen. Wenn dagegen das zylindrische Ventil entgegen
,dem Druck der Feder 39 gehoben isst, so stehen die Leitung 41 und eine zweite Leitung
42 .durch einen freien Ouerschnitt in Verbindung, der dem Teil der Ausnehmung 4o
entspricht, der sich mit dem Kreis der Leitung 41, wie aus Abb. 7 ersichtlich, deckt.
Infolgedessen sind die Teile in solcher Stellung, daß Öl der Einspritzvorrichtung
sowohl durch das Rückschlagventil 33 unmittelbar als auch durch einen Umlauf 43,
der mit der Leitung 42, der Ausnehmung 4o und der Leitung 4i in Verbindung steht,
zugeführt wird. Wenn das zylindrische Ventil 36 noch weiter gehoben wird, so wird
.der freie Durchtrittsquerschnitt der Ausnehmung 4o noch weiter vergrößert, d. h.
dieser Ouerschnitt vergrößert sich in dem Maße, wie die Zusammendrückung d.er Feder
39 erfolgt. Sobald :dann nach beendeter Öleinspritzung die Pumpe ihren Saughub beginnt,
werden die Rückschlagventile 33 und 38 geschlossen, und das zylindrische Ventil
3,6 drückt den Kolben 37 infolge der Feder 39 nach unten. Wird indessen ein Drosselventil,
z. B. ein Nadelventil 44, .gegen seinen Ventilsitz gepreßt, so kann das zylindrische
Ventil 36 nicht nach unten kommen, und infolgedessen wird die Ölpumpe nicht nur
aus dem Ölbehälter, sondern auch aus der Einspritzvorrichtung durch die Leitung
41, die Ausnehmung 40, die Leitung 42 und den Umlauf 43 ansaugen. Infolgedessen
wird Luft in die Einspritzvorrichtung, wie vorhin beschrieben, angesaugt, und die
Luftmenge wird gleich der Ölmenge sein, die in der Einspritzvorrichtung enthalten
war und in die Pumpe hineingesaugt ist. Wird dagegen das Nadelventil 44 etwas angehoben,
so kommt das zylindrische Ventil 36 allmählich infolge des Druckes -der Feder
39 nach unten und schließt endlich die Verbindung zwischen 41 und 40. Durch Einstellung
des Nadelventils 44 kann also die in die Einspritzvorrichtung einzusaugende Luftmenge
geregelt werden.
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Sollten Luftblasen in der Einspritzvorrichtung angesammelt sein, so
daß der Öldruck nicht genügend erhöht werden kann, so kann das zylindrische Ventil
36 die Feder 39 nicht genügend zusammendrücken, und infolgedessen ist der freie
Querschnitt der Ausn:ehmung 40 nicht groß genug, wie in Abb. 7 dargestellt. Außerdem
wird die Verbindung zwischen 41 und 40 verhältnismäßig rasch abgesperrt. Infolgedessen
wird die in die Einspritzvorrichtung eingesaugte Luftmenge verhältnismäßig gering
sein., so daß diese Menge selbsttätig durch die Feder 39 geregelt werden kann. Ist
die Luftansammlung in der Einspritzvorrichtung so groß, d!aß der Öldruck nicht zu
dem vorbestimmten Ventil gelangt, so wird das zylindrische Ventil 36 nicht ganz
gelüftet, so daß keine Luft in die Einspritzvorrichtung beim Saughub der Pumpe eingesaugt
wird, die dann nur Brennstoff aus dem Ölbehälter ansaugt. Infolgedessen wird die
in die Einspritzvorrichtung zugeführte Brennstoffmenge erheblich vergrößert und
dex Öldruck bald so hoch, daß die normalen Arbeitsbedingungen wieder vorhanden sind.
Das
zylindrische Ventil 36 und der Kolben 37 können zwecks Vereinfachung der Herstellung
aus zwei Teilen bestehen, sie können aber auch aus einem Teil hergestellt sein.
Es ist ferner zweckmäßig, einen kleinen Kanal in dem Ventil 36 vorzusehen,
um Lecköl durchzulassen, das durch ein Rohr 46 zu den Ölbehälter geht. -