DE69200300T2

DE69200300T2 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungsmotoren.

Info

Publication number: DE69200300T2
Application number: DE69200300T
Authority: DE
Inventors: Jean Frederic Melchior
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2012-02-13
Also published as: CN1064527A; DE69200300D1; ES2057990T3; EP0526616A1; US5199402A; BR9204778A; FI924755A0; JPH05507540A; WO1992014924A1; AU1344592A; FI924755A; FR2673246A1; DK0526616T3; ATE109544T1; EP0526616B1; CA2074955A1; FR2673246B1; AU655806B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für eine Flüssigkeit, insbesondere einen Brennstoff, in zumindest eine unter Druck gehaltene Kammer einer periodisch betriebenen Maschine, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, und ein derartiger mit dieser Vorrichtung ausgestatteter Motor.
Die Erfindung betrifft gemäß einem ihrer Aspekte eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Flüssigkeit in zumindest eine Kammer, die durch ein Gas unter Druck gehalten ist und einen Teil einer periodisch betriebenen Maschine bildet, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, wobei die Vorrichtung ein Organ zum Druckausüben auf eine einzuspritzende Flüssigkeit umfaßt, das aus einem ersten Hohlraum mit veränderlichem Volumen besteht, das durch einen Kolben begrenzt ist, der im Innern eines Zylinders zu einer hin- und hergehenden Bewegung veranlaßt ist, wobei der erste Hohlraum einerseits mit einer unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung unter Zwischenschaltung eines Steuerorgans kommuniziert, das synchron mit dem periodischen Betrieb der Maschine eine derartige Kommunikation herstellt, und andererseits über einen durchgehend offenen Durchlaß, in dem gegebenenfalls eine Wiederansaugklappe oder ein dazu analoges Organ angeordnet ist, mit einer Einspritzdüse, die aus einer Düse und einer beweglichen Nadel in Gestalt eines Rotationskörpers besteht, wobei die Düse einen zweiten Hohlraum umfaßt, der mit dem Durchlaß verbunden und seitlich durch eine Zylinderwand mit kreisförmiger Mantellinie und axial durch eine teilweise konische Wand begrenzt ist, die einen Sitz bildet und koaxial zur Zylinderwand verläuft, und zumindest eine Einspritzöffnung, die in die unter Druck gehaltene Kammer mündet, wobei die Nadel (11) einen zylindrischen Bereich umfaßt, der einen Kolben bildet und mit einem minimalen Arbeitsspiel im Innern der Zylinderwand der Düse zu gleiten vermag, und einen konischen Bereich, der mit dem Sitz zusammenwirkt, wobei die Nadel einerseits derart ausgelegt ist, daß sie in der Ruhestellung durch eine Rückstelleinrichtung in Anlage auf dem Sitz derart gehalten ist, daß die Kommunikation zwischen dem zweiten Hohlraum und der Einspritzöffnung oder den Einspritzöffnungen unterbrochen ist, und andererseits derart, daß ihr Anlagequerschnitt auf dem Sitz in der Projektion auf eine lotrecht zur Achse (X-X) der Nadel verlaufenden Ebene kleiner ist als der Querschnitt des den Kolben bildenden zylindrischen Bereichs der Nadel, wobei die Stirnfläche des den Kolben bildenden zylindrischen Bereichs der Nadel einen dritten Hohlraum veränderlichen Volumens begrenzt, das mit einem unter Druck stehenden Flüssigkeitsakkumulator unter Bildung der Rückstelleinrichtung kommuniziert.
Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich Brennstofflüssigkeitseinspritzvorrichtungen für Verbrennungsmotoren, wobei die unter Druck gehaltene Kammer aus der Arbeitskammer oder aus jeder der Arbeitskammern des Verbrennungsmotors besteht.
Eine Einspritzvorrichtung der vorstehend genannten Art ist in der FR-A-2 326 588 beschrieben. In diesem Fall empfängt der Kolben des Organs zur Druckerzeugung seine hin- und hergehende Bewegung von einem freien Kolben, dessen eine seiner Stirnflächen andauernd dem Atmosphärendruck unterworfen ist, während seine andere Stirnfläche aufeinanderfolgend unter dem Einfluß zweier Ventile dem Flüssigkeitsdruck des Akkumulators und dem Atmosphärendruck unterworfen ist. Ohne den Betrieb der bekannten Vorrichtung abzuwandeln, könnte der vorstehend genannte Kolben mit seiner hin- und hergehende Bewegung darüberhinaus von einem System mit drehbarer Kurvenscheibe mit einer elastischen Rückstelleinrichtung beaufschlagt werden.
Unabhängig von der Antriebsart der Kolbens des Organs zur Druckerzeugung, wird die vorstehend genannte Nadel durch den Flüssigkeitsdruck aufeinanderfolgend von ihrem Sitz abgehoben, der sich in dem zweiten Hohlraum aufgebaut hat und auf den Stufenbereich der Nadel gegen die Einwirkung des Flüssigkeitsdrucks des Akkumulators einwirkt, der auf den dritten Hohlraum sowie auf den gesamten Nadelbereich einwirkt, die daraufhin nach der Abnahme des Flüssigkeitsdrucks im zweiten Hohlraum durch den zuletzt genannten Druck gegen ihren Sitz zurückgestellt wird. Die im Betrieb hin- und hergehenden Bewegungen der Nadel werden deshalb ausschließlich auf hydraulischem Weg hervorgerufen.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die bei jedem Zyklus eingespritzte Brennstoffmenge durch die Länge des freien Kolbenrückstellhubs während des vorausgehenden Zyklus bestimmt, wobei die Länge durch den Zeitraum bestimmt ist, während dem die Ventile öffnen oder schließen. Dabei wird jedoch außerachtgelassen, daß diese Ventile unter gewissen Bedingungen betätigt sind. Ferner ist festzustellen, daß die bekannte Vorrichtung für eine Flüssigkeitsdruckentspannung auf Atmosphärendruck, außerdem drei Flüssigkeitsquellen unterschiedlichen Drucks erfordert, nämlich das Druckerzeugungsorgan (600 bar), eine Flüssigkeitsguelle hohen Drucks (300 bar) zum Speisen des Akkumulators und eine Flüssigkeitsguelle relativ niedrigen Drucks (10 bar) für unterschiedliche Funktionen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Einspritzvorrichtung derart auszulegen, daß die bei jedem Zyklus abgegebene Flüssigkeitsmenge in einfacher Weise geregelt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannte Konstruktion dahingehend zu vereinfachen, daß nur eine einzige Quelle für unter Druck stehende Flüssigkeit unter Aufrechterhaltung des Vorteils dieser Konstruktion erforderlich ist, der in der Abwesenheit der alternativen Rückstellfeder für die Nadel besteht, infolgedessen die mit einer derartigen Feder verbundenen Nachteile vermieden werden.
Vorzugsweise besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, die Einstellung des im zweiten Hohlraum herrschenden Einspritzdrucks im Lauf des periodischen Maschinenbetriebs als Funktion des in der unter Druck gehaltenen Kammer herrschenden Drucks derart einstellbar zu gestalten, daß für die eingespritzte Flüssigkeit optimale Durchdringungs- und Zerstäubungsbedingungen aufrechterhalten werden.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art zum Gegenstand, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, ist, daß der erste Hohlraum mit dem dritten Hohlraum unter Zwischenschaltung einer kalibrierten Öffnung und einer in einer Richtung wirkenden Klappe kommuniziert, die in Reihe angeordnet sind, und daß der Akkumulator mit der unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung unter Zwischenschaltung einer Durchlaßöffnung mit veränderlichem Durchlaßquerschnitt kommuniziert, die mit einer Reguliereinrichtung versehen ist, die dazu ausgelegt ist, den Flüssigkeitsdruck im Akkumulator für jeden gegebenen Betriebsbereich im Lauf des periodischen Betriebs der Maschine auf einem im wesentlichen konstanten Druck zu halten. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform spricht die Reguliereinrichtung für die Durchlaßöffnung auf zumindest einen Betriebsparameter der Maschine an und ist dazu ausgelegt, diesem Betriebsparameter den im wesentlichen konstanten Druck zu unterwerfen, der in dem Akkumulator herrscht.
Auf diese Weise wird eine Einspritzvorrichtung erhalten, welche die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben zufriednstellend löst, da einerseits ihre Regelung unter der Einwirkung der Auslaßöffnung erfolgt, und da andrerseits das vorstehend definierte Organ zum Druckausüben die einzigste unter Druck stehende Quelle bildet.
In dem Fall, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Speisen der Arbeitskammern veränderlichen Volumens eines Verbrennungsmotors, der zumindest zwei Arbeitskammern (von denen jede, wie vorstehend definiert, eine unter Druck gehaltene Kammer ist) umfaßt, mit einer Brennstoffflüssigkeit verwendet wird, ist es vorteilhafterweise vorgesehen, daß der dritte Hohlraum, der zur Einspritzdüse jeder Arbeitskammer gehört, mit einem einzigen Akkumulator für unter Druck stehenden Fluid kommuniziert, der mit der unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung veränderlichen Durchlaßquerschnitts kommuniziert, und daß die Durchlässe und Kommunikationsverbindungen zwischen dem ersten Hohlraum, der zu jeder Einspritzdüse gehört einerseits und die Einspritzdüse, das Steuerorgan, das einen Kommunikationszyklus mit der unter niederem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung herstellt, die kalibrierte Öffnung und ihre in eine Richtung wirkende Klappe zum einzigen Akkumulator andererseits von einer Einspritzdüse zu anderen so identisch wie möglich sind.
Dadurch ist es möglich, mit Hilfe eines einzigen Akkumulators gleichzeitig die Speisung der verschiedenen Arbeitskammern zu regeln, ohne zwischen diese eine Ungleichgewicht einzuführen.
Es wird darauf hingewiesen, daß die FR-A-2 437 495 eine Einspritzvorrichtung analog zu der aus der FR-A-2 326 488 bekannten Vorrichtung, jedoch ohne Akkumulator beschreibt.
Gemäß einem weiteren ihrer Aspekte hat die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit zumindest einer Arbeitskammer variablen Volumens und mit einer Kraftstofflüssigkeitsdirekteinspritzung in dies Kammer oder in diese Kammern zum Gegenstand, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er mit einer Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 versehen ist.
Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert; es zeigen
Fig. 1 und 2 zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung;
Fig. 3 und 4 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Verbrennungsmotor in einer von der Achse eines seiner Zylinder durchsetzten Querschnittsansicht und in einer Aufrißansicht;
Fig. 5, 6 und 7 gleichzeitig von sich drehenden Verteilern eingenommene Stellungen in Schnittansichten entlang den Linien V-V, VI-VI und VII-VII von Fig. 4; und
Fig. 8 eine axiale Schnitthälftenansicht einer Einzelheit der Einspritzdüse von Fig. 3 in größerem Maßstab.
Die in Figur 1 gezeigte, die Erfindung betreffende Vorrichtung ist dazu bestimmt, eine Flüssigkeit in eine Kammer 1 einzuspritzen, die durch ein Gas unter Druck gesetzt ist und einen Teil einer periodischen arbeitenden Maschine 2 bildet. Diese Maschine besteht vorzugsweise aus einem Verbrennungsmotor und insbesondere aus einem Motor, der durch eine (nicht gezeigte) Turbokompressoranlage aufgeladen wird, die mit Abgasen des Motors 2 betrieben wird, in welchem Fall die Kammer 1 die Arbeits- oder Verbrennungskammer dieses Motors 2 oder eine Mehrzahl solcher Kammern bildet.
Die Einspritzvorrichtung umfaßt ein Organ zum Druckausüben auf die einzuspritzende Flüssigkeit, das aus einem ersten Hohlraum 3 variablen Volumens besteht, das durch einen Kolben 4 begrenzt ist, der im Innern eines Zylinders 5 zu einer hin- und hergehenden Bewegung veranlaßt wird. Der erste Hohlraum 3 kommuniziert einerseits mit einer Vorratseinrichtung für unter niedrigem Druck stehende Flüssigkeit (Behälter) 6 unter Zwischenschaltung eines Steuerorgans 7, das eine derartige Kommunikation synchron mit dem periodischen Arbeitsvorgang des Motors festlegt, und andererseits über einen ständig offenen Durchlaß 8 (in dem ggf. eine Wiederansaugklappe an sich bekannter Art angeordnet ist, wie sie beispielsweise von der deutschen Firma Robert BOSCH GmbH, Stuttgart, hergestellt wird) mit einer Einspritzdüse 9, die aus einer Düse 10 und einer als Drehkörper ausgebildeten beweglichen Nadel 11 besteht. Diese Düse 10 umfaßt einen zweiten Hohlraum 12, der im Durchgang 8 ausgebildet und seitlich durch eine Zylinderwand 13 mit kreisförmiger Mantellinie und axial durch eine teilweise konische Wand 14 begrenzt ist, die einen Sitz bildet und koaxial zur Zylinderwand 13 verläuft. Die Düse 10 umfaßt außerdem zumindest eine Einspritzöffnung 17, welche in die Kammer 1 mündet.
Die Nadel 11 umfaßt einen zylindrischen Bereich 15, der einen Kolben bildet und mit geringem Arbeitsspiel im Innern der Zylinderwand der Düse 10 zu gleiten vermag, und einen konischen Bereich 16, der mit dem Sitz 14 zusammenarbeitet.
Die Nadel 11 ist so ausgelegt, daß sie in der Ruhestellung 9 durch eine Rückstelleinrichtung derart in Anlage auf dem Sitz 14 gehalten wird, daß sie die Kommunikation zwischen dem zweiten Hohlraum 12 und der Einspritzöffnung 17 oder den Einspritzöffnungen unterbricht. Die Nadel 11 ist ferner in Art eines Stufenkolbens derart ausgelegt, daß ihr auf dem Sitz 14 anliegender Bereich bei einer Projektion auf eine lotrecht zu der Achse X-X verlaufenden Ebene der Nadel 11 einen kleineren Querschnitt als der den Kolben bildenden Zylinderbereich 15 der Nadel 11 hat. Die Stirnfläche 18 dieses Zylinderbereichs 15, d.h., seine vom konischen Bereich 16 entfernte Fläche, begrenzt einen dritten Hohlraum 19 variablen Volumens, der mit einem Flüssigkeitsdruckakkumulator 20 kommuniziert und dadurch die Rückstelleinrichtung bildet.
Der Kolben 4 kann seine hin- und hergehende Bewegung entweder, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, von einer drehbaren Kurvenscheibe 21 empfangen, die synchron mit der Maschine 2 gegen die Einwirkung einer Rückstellfeder 22 angetrieben wird, oder durch eine hydraulische Einrichtung, die in der vorstehend genannten FR-A-2 326 588 beschrieben ist, oder durch andere äquivalente Mittel. Die Kurvenscheibe 21 kann auf den Kolben 4 entweder direkt (Fig. 1) oder, wie dies häufiger der Fall ist, durch Zwischenschaltung eines Kipphebels 40 (Fig. 3) einwirken.
Wenn die Nadel 11 auf ihrem Sitz 14 anliegt, ist sie in der Schließrichtung dem Druck unterworfen, der im dritten Hohlraum 19 herrscht und auf den gesamten Abschnitt ihres Zylinderbereichs 15 einwirkt, und in der Öffnungsrichtung dem Druck, der im zweiten Hohlraum 12 herrscht und auf die Differenz zwischen dem Abschnitt ihres Zylinderbereichs 15 und dem Anlagebereich auf dem Sitz 14 einwirkt. Bei jedem Verdrängungshub des Kolbens 4 steigt der durch den Durchlaß 8 in den zweiten Hohlraum 12 übertragene Druck an, bis seine Einwirkung auf die Nadel 11 überwiegt und bis die Nadel 11 von ihrem Sitz 14 frei kommt, wodurch ein Teil der im zweiten Hohlraum 12 aufgenommenen, unter Druck stehenden Flüssigkeit die Öffnungen 17 erreichen kann und in die Kammer 1 eingespritzt werden kann. Wenn das Steuerorgan 7 die Kommunikation zwischen dem ersten Hohlraum 3 und der Vorratseinrichtung 6 für die unter niedrigem Druck stehende Flüssigkeit herstellt, fällt der im zweiten Hohlraum 12 herrschende Druck ab und erlaubt es dem im dritten Hohlraum 19 herrschenden Druck, die Nadel 11 auf ihren Sitz 14 zurückzustellen.
Der dritte Hohlraum 3 kommuniziert erfindungsgemäß mit dem dritten Hohlraum 19 unter Zwischenschaltung einer kalibrierten Öffnung 23 und einer in einer Richtung wirkenden Klappe 24, die in Reihe angeordnet ist, und der Akkumulator 20 kommuniziert mit der Vorratseinrichtung 6 für die unter niedrigem Druck stehende Flüssigkeit unter Zwischenschaltung einer Durchlaßöffnung 25 mit veränderlichem Durchlaßquerschnitt, die mit einer Reguliereinrichtung 26 ausgestattet ist, die dazu ausgelegt ist, den Flüssigkeitsdruck im Akkumulator 20 für jeden vorgegebenen Betriebsbereich im Lauf des periodischen Betriebs des Motors 2 in einem im wesentlichen konstanten Bereich zu halten. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die in eine Richtung wirkende Klappe 24 aus einer der Einwirkung der Rückstellfeder 27 unterworfenen Kugel bestehen, und die Klappe ist in jedem Fall dazu ausgelegt, zu gewährleisten, daß die vom Kolben 4 verdrängte Flüssigkeit den dritten Hohlraum 19 und den Akkumulator 20 erreicht, um zu verhindern, daß sie in entgegengesetzter Richtung zurückströmt.
Die die Kommunikation zwischen dem zweiten Hohlraum 12 und der unter Druck gehaltenen Kammer 1 bei von ihrem Sitz 14 abgehobener Nadel 11 gewährleistende Öffnung oder jede Öffnung 17 ist vorzugsweise eine in die Düse 10, und in bestimmten Anwendungsfällen auch der teilweise konischen Wand 14 eingebrachte, zylindrische Öffnung stromab von diesem Sitz 14.
Die Einrichtung zum Zurückstellen der Nadel 11 auf ihren Sitz 14 umfaßt ferner vorzugsweise eine mechanische Feder 49, die dazu bemessen ist, die Funktion der Vorrichtung beim niederfrequenten Anlassen des Motors 2 zu gewährleisten, wenn sich der Flüssigkeitsdruck in dem Akkumulator 20 noch nicht aufgebaut hat.
Die Reguliereinrichtung 26 spricht vorzugsweise auf zumindest einen Betriebsparameter Pr der Maschine 2 an und ist dazu ausgelegt, diesem Parameter den im wesentlichen konstanten Druck zu unterwerfen, der im Akkumulator 20 herrscht. Dieser Betriebsparameter ist vorzugsweise ein Parameter, von dem der Wert des in der Kammer 1 herrschenden Drucks im Augenblick des Einspritzens der Flüssigkeit in die Kammer abhängt.
Auf diese Weise wird eine Vorrichtung erhalten, deren einzige Flüssigkeitsdruckquelle vom Zusammenwirken des Kolbens 4 und des Zylinders 5 gebildet wird, und die den zweiten Hohlraum 12 und den dritten Hohlraum 19 und den Akkumulator 20 unter Zwischenschaltung der kalibrierten Öffnung 23 und der In eine Richtung wirkenden Klappe 24 parallel speist. Die in eine Richtung wirkende Klappe 24 hält den Druck im Akkumulator 20 während des Saughubs des Kolbens 4 aufrecht (oder während der Entladung des ersten Hohlraums 3 durch das Steuerorgan 7) und verhindert, daß sich dieser Druck in den zweiten Hohlraum 12 unter Zwischenschaltung des Durchlasses 8 ausbreitet und beim vorstehend beschriebenen Betrieb der Nadel 11 absinkt. Durch die einfache Einwirkung der Reguliereinrichtung 26 kann der konstante Wert, auf den der Druck im Akkumulator 20 gehalten wird, an die Betriebsbedingungen des Motors 2 angepaßt werden. Insbesondere kann der Wert des Flüssigkeitsdrucks im zweiten Hohlraum 12 während des Maschinenbetriebs stromauf von der Öffnung oder von den Öffnungen 17 als Funktion des Werts des Gasdrucks eingestellt werden, der in der Kammer 1 stromab der Öffnungen 17 herrscht, derart, daß optimale Zerstäubungs- und Durchdringungsbedingungen der in die Kammer 1 eingespritzten Flüssigkeit erhalten werden.
Vorstehend ist beschrieben worden, daß die einzige Flüssigkeitsdruckquelle aus der Einheit von Kolben 4 und Zylinder 5 besteht. Dies schließt jedoch nicht das Vorhandensein einer Zusatzpumpe, einer sogenannten "Überdruckpumpe", aus, wie diejenige, die in Fig. 2 mit 28 bezeichnet ist, dazu bestimmt ist, Flüssigkeit in einen Vorratsbehälter 29 einzusaugen, und sie während des Saughubs des Zylinders 5 auf einen Druck aufzuladen, der durch ein Ausgleichsorgan begrenzt ist, und die im übrigen keinerlei Einfluß auf den Betrieb der Einspritzvorrichtung hat. Ihre Rolle besteht vielmehr darin, die Gefahr des Hohlsogs und der Bläschenbildung im Kreislauf der unter Druck stehenden Flüssigkeit zu begrenzen.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung. Diese Vorrichtung ist dazu bestimmt, brennbare Flüssigkeit in die Arbeitskammer 1 veränderlichen Volumens eines Verbrennungsmotors 2 einzuspritzen, der wenigstens zwei derartige Arbeitskammern umfaßt. Die Fig. 2 und 4 zeigen beispielhaft einen Motor 2, der drei Arbeitskammern umfaßt, die mit 1, 1a und 1b bezeichnet und jeweils im Innern von Zylindern 32,32a,32b durch einen Kolben, wie beispielsweise 33, und durch ein Bodenstück 34 begrenzt sowie jeweils durch Einspritzvorrichtungen 9, 9a und 9b gespeist sind. In diesem Fall kommuniziert der dritte Hohlraum 19,19a,19b, der zur Einspritzvorrichtung 19,19a,19b jeder der Arbeitskammern 1, 1a, 1b gehört, mit einem einzigen Akkumulator 20 für unter Druck stehende Flüssigkeit, der über einen Kanal 31 mit der unter niedrigem Druck stehenden Vorratseinrichtung 6 (oder vorzugsweise mit dem Vorratsbehälter 29 dieser Einrichtung) über eine einzige Durchlaßöffnung 25 variablen Durchlaßquerschnitts kommuniziert. Die Durchlässe und Kommunikationsverbindungen zwischen dem ersten Hohlraum 3,3a,3b, die zu jeder Einspritzvorrichtung 9,9a,9b gehören, einerseits, und diese Einspritzvorrichtung, das Steuerorgan 7,7a,7b, das den Kommunikationszyklus mit der unter niedrigem Druck stehenden Vorratseinrichtung 6 schafft, und die kalibrierte Öffnung 23,23a,23b und ihre in eine Richtung wirkende Klappe 24,24a,24b zum einzigen Akkumulator 20 andererseits sind von einem der Einspritzvorrichtungen 9,9a,9b zur anderen ebenfalls so weit wie irgend möglich identisch.
In diesem Fall besteht der Betriebsparameter, auf den die Reguliereinrichtung 26 anspricht, vorteilhafterweise aus dem Druck Pr, der im Ansaugkrümmer 35 des Motors 2 insbesondere dann herrscht, wenn es sich bei diesem Motor um einen Motor handelt, der durch eine Turbokompressoranlage aufgeladen wird, der durch die Auspuffgase des Motors betrieben wird.
Obwohl die Fig. 2 eine Reguliereinrichtung 26 mit manueller Steuerung (Schraube 36) zeigt, wird vorzugsweise, wie in Fig. 4 gezeigt, auf eine automatische Steuerung zurückgegriffen, die beispielsweise aus einem Blasebalg 37 besteht, dessen Oberfläche dem Druck Pr unterworfen ist, der im Ansaugkrümmer 35 herrscht und der ein Auslaßregelorgan 38 betätigt.
Das vorstehend genannte Steuerorgan oder die Steuerorgane 7,7a,7b schaffen die zyklische Kommunikation zwischen dem ersten Hohlraum oder den ersten Hohlräumen 3,3a,3b, und die unter niedrigem Druck stehende Brennstoffvorratseinrichtung 6 ist vorteilhafterweise als Drehverteiler 39 (Fig. 3 und 4) ausgebildet, der aus einer hohlen Zylinderhülse 41 besteht, die mit der unter niedrigem Druck stehenden Brennstoffvorratseinrichtung 6 kommuniziert und in die die Kommunikationsverbindung oder die Kommunikationsverbindungen münden, die zu dem Hohlraum oder zu jedem der ersten Hohlräume 3,3a,3b gehören, und in deren Inneren sich synchron mit der Hauptantriebswelle 42 des Motors 2 eine Welle 43 dreht, die Wellenlager und Vertiefungen ebenso umfaßt wie kreisförmige Zylinderoberflächenbereiche 44 gleichen Außendurchmessers für ein knappes Arbeitsspiel in Bezug auf den Innendurchmesser der Hülse 41, und die mit den Auslässen 46,46a,46b der Kommunikationsverbindungen derart zusammenwirkt, daß diese während identischer Winkelzeitdauern für jede der Einspritzvorrichtungen 9,9a,9b zyklisch unterbrochen und als Funktion der Zündabfolge der Zylinder 32,32a,32b des Motors 2 phasenverschoben werden. Die Welle 43 wird unter Zwischenschaltung eines Getriebezugs 45 durch die Hauptantriebswelle 42 mit derselben Winkelgeschwindigkeit angetrieben wie diese, wenn es sich beim Motor 2 um einen Zweitaktmotor handelt, und mit der halben Geschwindigkeit der Hauptantriebswelle, wenn es sich bei dem Motor um einen Viertaktmotor handelt.
Die Unterbrechungswinkelzeitdauer der zyklischen Kommunikationsvorgänge, die als Funktion der zunehmenden Winkelöffnung der Bereiche der Zylinderoberfläche 44,44a,44b in Übereinstimmung mit der axialen Richtung der Welle 43 geregelt wird, kann während des Motorbetriebs modifiziert werden, indem die Welle 43 in Bezug auf die Hülse 41 axial verstellt wird. In Fig. 4 ist vorausgesetzt, daß diese axiale Verstellung durch Verschwenken eines Hebels 47 zwischen zwei Stellungen ausgelöst wird, die mit durchgezogenen und unterbrochenen Linien dargestellt sind. Die Unterbrechungsphase der zyklischen Kommunikationsvorgänge kann in Bezug auf die Winkelstellung der Hauptantriebswelle 42 im Betrieb, dank eines an sich bekannten, jedoch nicht dargestellten Antriebsmechanismus mit variabler Keilung, modifiziert werden.
Die vorstehend genannte Reguliereinrichtung 26 ist vorzugsweise derart ausgelegt, daß der im Akkumulator 20 herrschende Flüssigkeitsdruck auf einen Wert entsprechend dem Flüssigkeitsdruck im zweiten Hohlraum 12 eingestellt wird, wenn die Nadel 11 von ihrem Sitz abgehoben ist, der dem Druck oder dem Dreifachen des Drucks entspricht, der in der unter Druck gehaltenen Kammer im Augenblick der Flüssigkeitseinspritzung herrscht. Auf diese Weise wird die Durchdringung und die Zerstäubung der in die unter Druck gehaltenen Kammer eingespritzten Flüssigkeit unter optimalen Bedingungen verwirklicht.
Dadurch, daß der im Akkumulator 20 herrschende Druck dem Druck Pr der Luft unterworfen wird, der im Ansaugkrümmer 35 des Motors herrscht, kann der Flüssigkeitsdruck im zweiten Hohlraum 12 stromauf von den Einspritzöffnungen 17 im selben Sinn variiert werden wie der Druck, der in den Arbeitskammern 1 des Motors im Augenblick der Brennstoffeinspritzung herrscht und der größer ist, da der zuletzt genannte Druck vom Einlaßdruck Pr des Motors abhängt.
Die derart ausgebildete hydraulische Rückstelleinrichtung für die Nadel 11 ist sehr leistungsfähig und bewirkt ein sehr rasches Zurückfallen dieser Nadel bei der Druckentlastung in den ersten Hohlraum 3. Dieses sehr rasche Schließen ist der Herabsetzung oder Verhinderung von Verbrennungserzeugnissen sehr förderlich, die in Motoren üblicherweise im Augenblick des Verschließens der Einspritzöffnung oder der Einspritzöffnungen angetroffen werden. Dagegen kann diese starke Beschleunigung der Nadel einen starken Stoß der Nadel gegen ihren Sitz 14 mit der Gefahr nach sich ziehen, daß sie beschädigt wird oder zerbricht. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, die Nadel 11 mit einer hydraulischen Dämpfungsvorrichtung zu versehen. Wie in Fig. 8 gezeigt, kann die Nadel 11 zu diesem Zweck an ihrem oberen Bereich eine Schulter 48 umfassen, die mit einer entsprechenden Ausnehmung zusammenwirken kann, die am oberen Bereich der Zylinderwand 13 der Düse 10 ausgebildet ist. Der minimale Abstand zwischen der Schulter 48 der Nadel 11 und der Ausnehmung der Düse 10 sollte positiv und ausreichend klein sein, um die dazwischen angeordnete Flüssigkeitsschicht mitzureißen, und um zu diesem Zweck das Zurückfallen der Nadel zu dämpfen, bevor diese in Kontakt mit dem Sitz gelangt. Beispielsweise kann eine Nadel 11 mit einem Durchmesser von 10 mm an ihrem zylindrischen Bereich 15 vorteilhafterweise durch eine Schulter 48 mit einem Durchmesser von 20 mm gedämpft werden, die sich bis auf 0,02 mm der entsprechenden Ausnehmung der Düse 10 nähert, wenn die Nadel 11 in Kontakt mit dem Sitz 14 gelangt. Die anhand der Fig. 8 beschriebene hydraulische Dämpfungsvorrichtung kann selbstverständlich durch eine äquivalente hydraulische Dämpfungsvorrichtung ersetzt werden, die vorzugsweise von einem in Längsrichtung verlaufenden Abnutzungsgrad der Nadel 11 unabhängig betreibbar ist.

Claims

1. Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Flüssigkeit in zumindest eine Kammer (1), die durch ein Gas unter Druck gehalten ist und einen Teil einer periodisch betriebenen Maschine (2) bildet, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, wobei die Vorrichtung ein Organ zum Unterdrucksetzen einer einzuspritzenden Flüssigkeit umfaßt, das aus einem ersten Hohlraum (3) mit veränderlichem Volumen besteht, das durch einen Kolben (4) begrenzt ist, der im Innern eines Zylinders (5) zu einer hin- und hergehenden Bewegung veranlaßt ist,

wobei der erste Hohlraum (3) einerseits mit einer unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung (6) unter Zwischenschaltung eines Steuerorgans (7) kommuniziert, das synchron mit dem periodischen Betrieb der Maschine (2) eine derartige Kommunikation herstellt, und andererseits über einen durchgehend offenen Durchlaß (8), in dem gegebenenfalls eine Wiederansaugklappe oder ein dazu analoges Organ angeordnet ist, mit einer Einspritzdüse (9), die aus einer Düse (10) und einer beweglichen Nadel (11) in Gestalt eines Rotationskörpers besteht,

wobei die Düse (10) einen zweiten Hohlraum (12) umfaßt, der mit dem Durchlaß verbunden und seitlich durch eine Zylinderwand (13) mit kreisförmiger Mantellinie und axial durch eine teilweise konische Wand (14) begrenzt ist, die einen Sitz bildet und koaxial zur Zylinderwand (13) verläuft, und zumindest eine Einspritzöffnung (17), die in die unter Druck gehaltene Kammer (1) mündet,

wobei die Nadel (11) einen zylindrischen Bereich (15) umfaßt, der einen Kolben bildet und mit einem minimalen Arbeitsspiel im Innern der Zylinderwand (13) der Düse (10) zu gleiten vermag, und einen konischen Bereich (16), der mit dem Sitz (14) zusammenwirkt,

wobei die Nadel (11) einerseits derart ausgelegt ist, daß sie in der Ruhestellung durch eine Rückstelleinrichtung in Anlage auf dem Sitz (14) derart gehalten ist, daß die Kommunikation zwischen dem zweiten Hohlraum (12) und der Einspritzöffnung oder den Einspritzöffnungen (17) unterbrochen ist, und andererseits derart, daß ihr Anlagequerschnitt auf dem Sitz (14) in der Projektion auf eine lotrecht zur Achse (X-X) der Nadel (11) verlaufenden Ebene kleiner ist als der Querschnitt des den Kolben bildenden zylindrischen Bereichs (15) der Nadel (11), wobei die Stirnfläche (18) des den Kolben bildenden zylindrischen Bereichs (15) der Nadel (11) einen dritten Hohlraum veränderlichen Volumens (19) begrenzt, das mit einem unter Druck stehenden Flüssigkeitsakkumulator unter Bildung der Rückstelleinrichtung kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (3) mit dem dritten Hohlraum (19) unter Zwischenschaltung einer kalibrierten Öffnung (23) und einer in einer Richtung wirkenden Klappe (24) kommuniziert, die in Reihe angeordnet sind, und daß der Akkumulator (20) mit der unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung (6) unter Zwischenschaltung einer Durchlaßöffnung (25) mit veränderlichem Durchlaßquerschnitt kommuniziert, die mit einer Reguliereinrichtung (26) versehen ist, die dazu ausgelegt ist, den Flüssigkeitsdruck im Akkumulator (20) für jeden gegebenen Betriebsbereich im Lauf des periodischen Betriebs der Maschine (2) auf einem im wesentlichen konstanten Druck zu halten.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliereinrichtung (26) für die Durchlaßöffnung (25) auf zumindest einen Betriebsparameter der Maschine (2) anspricht und dazu ausgelegt ist, diesem Betriebsparameter den im wesentlichen konstanten Druck zu unterwerfen, der in dem Akkumulator (20) herrscht.

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter des Motors (2) ein Parameter ist, von dem der Wert des Drucks in der unter Druck gehaltenen Kammer (1) im Augenblick der Flüssigkeitseinspritzung abhängt.

4. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Speisen der Arbeitskammern (1) veränderlichen Volumens eines Verbrennungsmotors (2), der zumindest zwei Arbeitskammern (1,1a,1b) umfaßt, mit einer Brennstofflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Hohlraum (19,19a,19b), der zur Einspritzdüse (9,9a,9b) jeder Arbeitskammer (1,1a,1b) gehört, mit einem einzigen Akkumulator (20) für unter Druck stehendes Fluid kommuniziert, der mit der unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung (6) veränderlichen Durchlaßquerschnitts kommuniziert, und daß die Durchlässe und Kommunikationsverbindungen zwischen dem ersten Hohlraum (3,3a,3b), der zu jeder Einspritzdüse (9,9a,9b) gehört einerseits und der Einspritzdüse, dem Steuerorgan (7,7a,7b), das einen Kommunikationszyklus mit der unter niederem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung (6) herstellt, der kalibrierten Öffnung (23,23a,23b) und ihrer in eine Richtung wirkenden Klappe (24,24a,24b) zum einzigen Akkumulator (20) andererseits von einer Einspritzdüse (9,9a,9b) zu anderen so identisch wie möglich sind.

5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3 und 4 zusammengenommen, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter der im Ansaugkrümmer (35) des Motors (2) herrschende Druck ist.

6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (7), das die zyklische Kommunikation zwischen dem ersten Hohlraum oder den ersten Hohlräumen (3,3a,3b) und der unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung (6) herstellt, ein Drehverteiler (39) ist, der aus einer hohlen Zylinderhülse (41) besteht, die mit der unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeitsvorratseinrichtung (6), in die die Kommunikationsverbindungen münden, die zu dem ersten Hohlraum oder zu jedem der ersten Hohlräume (3,3a,3b) und zum Innern der Drehhülse gehören, synchron mit der Hauptantriebswelle (42) des Motors (2) kommuniziert, wobei eine Welle (43) Wellenlager und Vertiefungen, sowie kreiszylinderförmige Oberflächenbereiche (44) gleichen Außendurchmessers aufweist, die ein knappes Arbeitsspiel gegenüber dem Innendurchmesser der Hülse (41) aufweisen und mit den Auslässen (46) der Kommunikationsverbindungen derart zusammenwirken, daß diese während einer Zeitdauer unterbrochen werden, die für jede Einspritzdüse (9,9a,9b) identisch und als Funktion der Zündreihenfolge der Zylinder (32,32a,32b) des Motors (2) phasenverschoben ist.

7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (47) zum Regeln der Winkelzeitdauer des Kommunikationszyklus als Funktion der Winkelöffnung der zylindrischen Oberflächenbereiche (44) während des Betriebs des Motors (2) umfaßt, wobei die Einrichtung eine axiale Verstellung der Welle (43) in Bezug auf die Hülse (41) bewirkt.

8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine variabel einstellbare Drehantriebseinrichtung für die Welle umfaßt, die dazu ausgelegt ist, die Unterbrechungsphase des Kommunikationszyklus während des Betriebs in Bezug auf die Hauptantriebswelle (42) des Motors (2) zu modifizieren.

9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine in die Düse (10) eingelassene zylindrische Einspritzöffnung (17) die Kommunikation zwischen dem zweiten Hohlraum (12,12a,12b) und der unter Druck gehaltenen Kammer (1,1a,1b) sicherstellt, während die Nadel (11) von ihrem Sitz (14) abgehoben ist.

10. Brennstoffeinspritzungvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Einspritzöffnung oder die zylindrischen Einspritzöffnungen (17) in die Düse (10) stromab vom Sitz (14) der Nadel (11) eingelassen ist oder sind.

11. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Einspritzöffnung oder die zylindrischen Einspritzöffnungen (17) in die Düse (10) in die konische Auflagefläche oder den Sitz eingelassen ist oder sind, auf dem sich die Nadel (11) abstützt, wenn sie sich in ihrer Schließstellung befindet.

12. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliereinrichtung (26) derart ausgelegt ist, daß sie im Akkumulator (20) einen dem Flüssigkeitsdruck im zweiten Hohlraum (12,12a,12b) entsprechenden Druck aufbaut, wenn die Nadel (11) von ihrem Sitz (14) abgehoben ist, wobei dieser Druck gleich dem in der unter Druck gehaltenen Kammer (1,1a,1b) im Augenblick der Flüssigkeitseinspritzung herrschenden Druck oder dreimal so groß wie dieser Druck ist.

13. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Rückstellen der Nadel (11) auf ihren Sitz (14) zusätzlich eine mechanische Feder (49) umfaßt, die derart dimensioniert ist, daß sie den Betrieb der Einspritzvorrichtung beim Anwerfen des Motors (2) mit niedriger Drehzahl sowie dann erlaubt, wenn der Flüssigkeitsdruck im Akkumulator (20) noch nicht aufgebaut worden ist.

14. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (11) mit einer hydraulischen Dämpfungsvorrichtung versehen ist, die vorzugsweise das Ende der Bewegung der Nadel (11) auf ihren Sitz (14) beeinflußt.

15. Verbrennungsmotor mit Arbeitskammern (1,1a,1b) variablen Volumens und mit einer Kraftstofflüssigkeitsdirekteinspritzung in diese Kammern, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 versehen ist.