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Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen Der den Gegenstand
der Erfindung bildende Zerstäuber gehört zu der Gattung ventilartiger, zerstäubender
Einspritzverrichtungen, die sich nach innen öffnen, und ist für Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung bestimmt, bei welchen ein flüssiger Brennstoff eingespritzt
wird und die Einspritzung durch die Einspritzpumpe selbst nach dem Grundsatz einer
festen Einspritzung, d. h. ohne Anwendung verdichteter Luft, erzielt wird. Der Zerstäuber
besteht im wesentlichen aus einem Ventil, welches sich unter der Wirkung des Druckes
des durch die Pumpe beförderten Brennstoffes selbsttätig so öffnet, daß der Brennstoff
mit großer Kraft austritt, und zwar in Form eines dünnen, kegeligen oder ebenen
Körpers, der sich selbst gegen die in dem Kopf des Zylinders enthaltene verdichtete
Luft bricht und zerteilt, daß aber andererseits die Zerstäubermündung dem Angriff
durch kohlige Ablagerungen entzogen bleibt. Die Erfindung besteht darin, daß die
Einspritzvorrichtung einen Zerstäubungskörper besitzt, dessen zylindrische Bohrung
auf der Seite des Brennraumes in einem großen Ventilsitz endet, wobei eine Büchse,
die in der Führung angeordnet ist und darin frei, aber dicht gleitet, das Zerstäubungsventil
aufnimmt und auf der Seite des Brennraumes einen kleinen Sitz für das Ventil, auf
der Seite der Pumpe eine Schulter oder einen regelbaren Anschlag besitzt, die an
den Zerstäubungskörper anstößt. Der Zerstäuber enthält endlich ein Zerstäubungsventil
mit zwei Sitzen, dessen kleiner Sitz den Zerstäuber bildet, während der große Sitz
sich in der Ruhe auf den Zerstäubungskörper aufstützt, wobei die Führungsbüchse
und das Zerstäubungsventil sich während eines Teiles ihres Hubes nach dem Innern
des Brennraumes zusammen bewegen, so daß das Ventil sich nur am Ende des Hubes von
dem kleinen Sitz der Büchse ablöst. Andererseits wird die Führungsbüchse und das
Ventil in die Ausgangsstellung zurückgeführt, sobald die Einspritzung beendet ist.
Durch diese Anordnung ist es möglich, die Öffnung des Zerstäubers vor der Verstopfung
durch kohlenhaltige Ablagerungen zu schützen. Weitere mit ihr verbundene Vorteile
werden im folgenden erläutert.
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Zweckmäßig erfolgt die Anwendung des Ventils in Verbindung mit einer
Einrichtung, die die Entspannung des in dem Zerstäuber und- seinem Zuführungsrohr
befindlichen-Brennstoffes bewirkt.
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Es sind bereits Zerstäuber bekannt, deren Ventil sich gegen eine Feder
öffnet, wenn der Brennstoffdruck einen gewissen Wert erreicht, um in diesem Augenblick
einen Brennstoffstrahl
in den Maschinenzylinder zu senden. Indessen
ist bei diesen bekannten Zerstäubern leinerlei Vorsorge getroffen, um den Sitz des
Zerstäuberventils bis auf den Augenblick. der Einspritzung abgedeckt zu halten und
es so außerhalb des Bereichs der Möglichkeit von Kohlenstoffablagerungen zu setzen.
Sodann vermag man mittels dieser bekannten Zerstäuber nur schwer eine gute Zerstäubung
zu erzielen, wenn die Kraftmaschine mit Verlangsamung läuft; denn das Ventil öffnet
sich dann nur wenig.
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Im Gegensatz dazu erfolgt bei dem Zerstäuber gemäß der Erfindung die
Öffnung des Zerstäuberventils erst am Hubende einer beweglichen Einheit, die von
dem Ventil und einer es umschließenden Büchse gebildet wird. Die Büchse wird plötzlich
angehalten, das Ventil setzt aber seinen Hub infolge der in seiner Masse aufgespeicherten
lebendigen Energie fort. Es öffnet sich daher plötzlich und frei, um bald darauf
wieder bedeckt zu werden.
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Abb. i ist ein axialer Schnitt durch eine erste Ausführungsform.
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i ist ein Zerstäubungsventil, welches einen ebenen Sitz a und einen
zugespitzten Rand 3 enthält. Dieser Sitz liegt mit seiner ganzen Fläche an dem Zerstäubungskörper
4 an, der zu diesem Zweck mit einem Sitz 6 versehen ist. Zwischen der Stange 5 des
Ventils und dem Körper 4 liegt eine bewegliche Hülse 7, und zwar praktisch ohne
Spiel innerhalb des Körpers. Er trägt einen zugespitzten Sitz B. Der Ring wird mit
dem Ventil durch eine Feder in Verbindung gehalten. Die Feder kann beispielsweise,
wie bei 9 gezeigt, die Form einer Bellevilleschen Scheibe besitzen. Sie stützt sich
auf die Mutter io, welche auf das Ventil aufgeschraubt ist. Die Mutter unterliegt
andererseits dem Druck einer Feder i i, die auf den Körper 4 gestützt ist. Der Brennstoff
tritt durch die Verbindung 12 ein und gelangt durch die Leitung 13 und die Löcher
14 in die Zerstäubungseinrichtung. Anstatt der Löcher kann man auch Rinnen verwenden.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Es werde angenommen, daß
die verwendete Einspritzpumpe in bekannter Weise die Zuführung des Brennstoffes
zwischen zwei Einspritzungen selbsttätig bewirkt. Sobald die Pumpe mit der Förderung
beginnt, ist der in dem Raum 15 herrschende Druck gleich dem atmosphärischen oder
gleich dem geringen Druck einer Zuleitungspumpe, wenn man eine solche zum Speisen
der Einspritzpumpe verwendet. Jedenfalls ist unter der Wirkung der Feder i i und
des Druckes der auf den Kopf des Ventils i einwirkenden Gase das Ventil geschlossen
und in der Lage der Abb. i. Wenn die Pumpe zu wirken beginnt, so erfolgt zunächst
kein Ausfließen, sondern nur eine Verdrängung des Ventils i zusammen mit -der Hülse
7, bis die Stellung der Abb. 2 erreicht ist, denn die Hülse 7 wird durch die Feder
9 gegen i angedrückt. Wenn nun die Förderung durch die Pumpe weiter fortgesetzt
wird und die Hülse 7 durch die Schulter 16 aufgehalten wird, öffnet sich das Ventil
i, so daß nunmehr die Einspritzung stattfindet.
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Sobald diese beendet ist, tritt die Brennstoffleitung in Wirksamkeit
und entspannt sich der gesamte Brennstoff, der in dem Zerstäuber enthalten ist.
Die Vorrichtung kehrt dann sofort in die Stellung der Abb. i zurück.
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Die Abb. 3 und 4 stellen eine Abänderung in der Ruhe und im Betrieb
dar, bei welcher das Ventil durch ein gewöhnliches Ventil mit einem Sitz 18, welcher
flach oder kegelig sein kann, aber zweckmäßig ziemlich schmal ist, ersetzt ist.
Diese Ausführungsform verwirklicht den Zweck der Erfindung noch besser, nämlich
die Öffnung des Zerstäubers vor kohlehaltigen Ablagerungen zu schützen. Man erkennt,
daß dies zutrifft, da diese Öffnung 18 nur während eines kurzen Augenblicks frei
wird und die Ablagerungen auch keine Stelle finden, an welcher sie sich festsetzen
können. Die Abbildungen lassen dies klar erkennen.
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In den Abb. 3 und 4 ist in einer Ausführungsform statt einer Druckfeder
i i, wie in Abb. i, eine Feder i9 dargestellt, welche als Zugfeder wirkt und einerseits
in einen Ring 2o, der sich am Ende des Ventils befindet, und anderseits in einen
Stift, der in der Haube 22 eingeschraubt ist, eingehakt ist. Die Ventilstange ist
in diesem Fall mit Rinnen 23 für den Durchtritt des Brennstoffes versehen.
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Die weiteren Vorzüge der den Gegenstand der Erfindung bildenden Anordnung
bestehen in folgendem: Bei den bekannten Ventilen ist es unabhängig von der Form
des Sitzes schwierig, eine gute Zerstäubung zu erzielen, da das Ventil sich nur
wenig öffnet und die Reibungen des Flüssigkeitsstromes an den Wänden der Öffnung
einen erheblichen Einfluß erlangen. Infolgedessen und auch deshalb, weil es schwierig
ist, eine gleichmäßige Öffnung im ganzen Umfang des Sitzes herzustellen, ist die
Zerstäubnug schlecht und erfolgt häufig nur in einem Kreisabschnitt. Bei der vorliegenden
Ausführung wird, wenn die Hülse 7 durch den Anschlag der Schulter 16 an dem Körper
4 plötzlich aufgehalten wird, das Ventil i nicht augenblicklich aufgehalten. Es
öffnet sich daher plötzlich und frei und in solcher Menge, daß die Verschiedenheiten
der
durch die Unvollkommenheiten der Ausführung entstandenen Abschnitte nicht in die
Erscheinung treten. Man kann gegebenenfalls diese Erhebung begrenzen, indem man
die Bewegung der Bellevilleschen Scheibe g genau regelt. Bei diesem Verfahren kann
man eine ziemlich schwache Feder g verwenden.
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Aus allen diesen Gründen ergibt sich, daß die Öffnung des Ventils
r zu groß ist. Der in dem Zerstäuber und seiner Leitung unter Druck stehende Brennstoff
wird plötzlich entlastet und entweicht durch die plötzlich entstandene Öffnung,
als ob er durch eine Explosion vorwärts getrieben wäre. Es entsteht also eine Störung
des Gleichgewichts. Der Druck bei 15 wird zu schwach für die Kraft der Feder i i.
Die, Einheit des Ventils z und der Hülse 7 kehrt also sogleich in gewissem :Maße
in das Innere der Führung zurück. Die Schulter 16 ist darin nicht mehr in Berührung
mit dem Körper des .Zerstäubers. Infolgedessen fangen die vorher beschriebenen Erscheinungen
wieder an (die Pumpe beginnt dabei von neuem zu arbeiten), so daß sich das Ventil
r von neuem öffnet. Dies erfolgt unter denselben Bedingungen, d. h. mit derselben
Explosion. Alle diese Vorgänge wiederholen sich mehrmals im Laufe einer Einspritzung,
welche auf diese Weise in eine Aufeinanderfolge von Teileinspritzungen von beträchtlich
wechselnder Kraft und eine infolgedessen erheblich verbesserte Feinheit zerlegt
wird. Diese Erscheinung wird infolge der Massenträgheit zunehmend unempfindlicher
in dem Maße, in dem die Geschwindigkeit der Kraftmaschine erhöht wird, um schließlich
praktisch unmerklich zu werden, und zwar insbesondere dann, wenn man die Erscheinung
nicht mehr benötigt.
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Es ist immerhin zu beachten, daß die Größe und die Geschwindigkeit
der Schläge fies Ventils von zahlreichen Einflüssen (Massen, Drucke, Federkräfte,
verdichtete Luftmenge, Brennstoffmenge) abhängig ist. Es kann unter bestimmten Bedingungen
wohl eintreten, daß die Drehgeschwindigkeiten, welche klein genug sind, um mehrere
merkliche Stöße zuzulassen, in der Praxis unverwertbar sind. Aber die plötzliche-
Loslösung des Ventils und die sich daraus ergebende Explosion der unter Druck stehenden
Flüssigkeit treten immer wenigstens einmal ein, und das ist das Wesentliche.
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Zu diesem Vorzug. der Erfindung kommen noch die folgenden: Bei der
bekannten Einrichtung mit einfachem Zerstäubungsv entil ist man im allgemeinen genötigt,
zu diesem Ventil ein zusätzliches Ventil hinzuzufügen, welches vor jenem angeordnet
ist, da das Zerstäubungsv entil für sich allein nicht dicht genug ist und durchaus
verhindert werden muß, daß die Zylindergase in den Zerstäuber-zurückgelangen. Beim
praktischen Arbeiten braucht man nicht ein Ventil, sondern zwei oder- sogar drei,
welche in Reihen geschaltet sind, und zwar aus Sicherheitsgriülden, da diese Ventile
sich ziemlich schnell abnutzen. Die Ventile haben die nachteilige Wirkung, nach
dem Ende der Einspritzung in dem Zerstäuber eine beträchtliche Menge des Brennstoffs
unter hohem Druck abzufangen. Da man nun auf die absolute Dichtheit des Zerstäuberventils
nicht rechnen kann, entspannt sich der Brennstoff, indem er durch das Ventil entweicht,
und zwar hauptsächlich während der verhältnismäßig langen Entweichungszeiten der
Gase aus dem Zylinder. Dieser Verlust ist nicht zu vernachlässigen. Die vorliegende
Anordnung will ihn vermeiden. Ein vor dem Zerstäubungsventil angeordnetes weiteres
Ventil wird nicht verwendet. Der ganze Brennstoff entspannt sich daher unmittelbar
nach dem Ende der Einspritzung nach der Pumpe zu. Der Sitz 6 sichert für sich allein
die Dichtheit. Er ist haltbar, denn er ist der durch die Flüssigkeit hervorgerufenen
Abnutzung entzogen. Mit Rücksicht auf die Vermeidung der erwähnten Nebenbestandteile
ist im übrigen die vorliegende Einrichtung einfacher, leichter, genau auszuführen,
weniger empfindlich gegen Unvollkommenheiten und dauerhaft.
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Eine in der Abb. 5 dargestellte abgeänderte Ausführung besteht darin,
daß die Feder g zwischen der Hülse und dem Ventil fortgelassen und eine Hülse 7
mit zwei Durchmessern verwendet wird, so daß die auf der Hülse von oben nach unten
durch den Flüssigkeitsdruck ausgeübte Kraft jedenfalls größer ist als die von unten
nach oben ausgeübte, da der Sitz des Zerstäubungsventils nicht als vollständig dicht
betrachtet werden kann. Um sicher zu sein, daß ein Gegendruck bei 2q. nicht eintritt,
kann man z. B. eine oder mehrere Entweichungsrillen bei 25 anbringen, die sich in
das Innere des Sitzes öffnen oder auch ein leichtes Spiel an dieser Stelle in Anwendung
bringen.
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Die Ausführung eines Zerstäubungskörpers mit einer Führung von zwei
Durchmessern für die Hülse 7 bietet mit Rücksicht auf die erforderliche Vollkommenheit
der Einrichtung gewisse Schwierigkeiten. Man kann daher mit Vorteil die Anordnung
der Abb.6 verwenden, welche zu demselben Zweck ausgebildet ist, bei der aber nur
die Hülse 7 zwei Durchmesser besitzt.
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In den beiden Abb. 5 und 6 wird, während die Feder g fortgelassen
ist, die Öffnung des Ventils durch das Spiel 27, welches mit Hilfe
von
Muttern oder Gegenmuttern 28 und 29 regelbar ist, begrenzt. In diesen Abbildungen
ist die Hauptfeder nicht dargestellt. Diese soll die Form i9 der Abb. 3 besitzen.
Auch der obere Teil des Zerstäubers ist fortgelassen. In Abb.6 wird als Beispiel
ein Ventilkopf dargestellt, für den es möglich ist, ein Metall zu verwenden, welches
die Wärme gut leitet.
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Bei einer weiteren. Abänderung gemäß Abb. 7 wirkt die Feder 3o der
Einheit Ventil und Hülse nicht mehr auf das Ventil i, sondern auf die Hülse 7. In
diesem Fall muß natürlich die Feder 3 i, welche zwischen der Hülse 7 und den Muttern
32 und 33, die auf der Ventilstange 5 aufgeschraubt sind, angeordnet ist, im Verhältnis
zu 30 eine solche Kraft besitzen, daß sie nicht zur Wirkung kommt, bevor
die Schulter 16 mit dem Zerstäubungskörper in Berührung gelangt ist.
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Es ist bereits dargelegt worden, daß, wenn das Zerstäubungsventil
sich plötzlich öffnet, ein plötzlicher Ausfluß erfolgt, der durch die Entlastung
des in dem Zerstäuber unter Druck stehenden Brennstoffs hervorgerufen wird. Hinzu
kommt die Trägheit des bewegten Brennstoffs in dem im allgemeinen langen und engen
Rohr, welches die Pumpe mit dem Zerstäuber verbindet. Es genügt, diesen Umstand
auszunutzen. In diesem Fall kann die Feder 3o der Abb. 7 (oder i9 oder i i der Abb.
3 und i) fortgelassen werden. Dies wird beispielsweise in Abb. 8 dargestellt. Hier
besteht nur eine Feder 3 i, die ziemlich schwach ist. Man kann im übrigen auch diese
fortlassen, indem man die schon in den Abb. 5 und 6 beschriebene Anordnung einer
Hülse 7 mit zwei Durchmessern anwendet. Diese Anordnung ist in Abb.9 gezeichnet.
In diesen letzten beiden Beispielen führt der Druck der Gase des Zylinders die Einheit
Ventil und Hülse in die Abschlußstellung zurück. Diese Anordnungen setzen allerdings
voraus, daß die Zurückdrängungsleitung, welche von der Pumpe zu dem Zerstäuber führt,
und der Zerstäuber selbst zwischen zwei Einspritzungen hinreichend entleert sind
und daß der Druck der in dem Zylinder enthaltenen Gase stets höher als derjenige
des Brennstoffs in der Leitung ist.
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Die beiden letzten Abbildungen zeigen weiterhin ein Beispiel für Regelungsarten
der Bewegung der Hülse 7, die in einer Mehrzylinderkraftmaschine für alle Zylinder
gleich sein muß, da sie die Menge der Einspritzung beeinflußt. In Abb.8 erfolgt
die Regelung durch Mutter und Gegenmutter 34 und 35. In Abb. 9 wird sie durch eine
Scheibe 36 erzielt, der eine geeignete Dicke gegeben werden muß. In dieser letzten
Abbildung sieht man auch bei 37 eine Regelungsscheibe für die Öffnung des Zerstäubungsventils.
Weiterhin ist die Ventilstange mit einem Kopf 38 versehen, welcher den Stoß aufnimmt,
während am anderen Ende das eigentliche Ventil i an seiner Stange befestigt ist.
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Die beschriebenen Anordnungen können natürlich mit den anderen beschriebenen
Anordnungen vereinigt werden. Es ist nicht nötig, alle diese Zusammenstellungen
und alle Abänderungsformen zu beschreiben, denn die Erfindung ist nicht auf die
Verwendung bestimmter mechanischer Anordnungen beschränkt; diese sind vielmehr nur
dargestellt worden, um die Eifindung und ihre Tragweite verständlich zu machen.
Es sei jedoch bemerkt, daß die genaue Einfügung der Hülse 7 in seine Führung durch
die Verwendung irgendeiner bekannten Einrichtung zur Erzielung dichter metallischer
oder plastischer Anordnungen vermieden werden kann.