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Zapfendüse für Einspritzbrennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft
eine flüssigkeitsgesteuerte Zapfendüse für Einspritzbrennkraftmaschinen, deren Zapfen
mit der im Düsenkörper vorgesehenen Zapfenbohrung einen feinen Ringspalt bildet.
Wenn bei einer solchen Düse in bekannter Weise die Mantelflächen des Zapfens und
der ihm zugeordneten Bohrung im Düsenkörper durchgehend die Zylinderform aufweisen,
so ist der aus dem Ringspalt als feiner Schleier austretende Brennstoffstrahl über
den ganzen Nadelhub gleich stark gedrosselt, und da der Brennstoffdruck vom Beginn
bis zum Ende des Einspritzvorganges entsprechend der Entlastung der Einspritzleitung
absinkt, so wird anfangs eine r g - ößere Menge in der Zeiteinheit ausgespritzt
als im weiteren Verlauf des Vorganges. Nun überdeckt aber die Dauer des Zündverzuges
einen erheblichen Anfangsteil der Einspritzzeit, so daß sich im Augenblick der Zündung
schon eine große Brennstoffmenge im Brennraum befindet, durch deren plötzliche Entflammung
ein starker Druckstoß entsteht. Die Maschine läuft dann hart und geräuschvoll und
wird im Triebwerk übermäßig beansprucht.
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Zur Vermeidung dieses übelstandes weist gemäß einem vorausgehenden
Vorschlag der Nadelzapfen einer Düse der genannten Bauart eine Längsbohrung auf,
die in eine den Zapfen unterhalb des Nadelsitzes durchsetzende Querbohrung einmündet,
und die Querbohrung ist so hoch im Zapfen angeordnet, daß sie im Verlauf der Aufwärtsbewegurig
der
Nadel aus der Zapfenbohrung im Düsenkörper auftaucht und die Längsbohrung mit dem
brennstoffgefüllten Raum unter der Schulter der _Nadel verbindet. Zu Beginn des
Nadelhubes tritt somit der Brennstoff: lediglich durch den feinen Zapfenringspalt,
also unter erheblicher Drosselung und in verringerter Menge aus, während die Hauptmenge
erst nach dein Auftauchen der Zapfenquerbohrung über die Unterkante der Nadelsitzfläche
durch die Zapfenlängsbohrung in den bereits entflammten Brennrauminhalt abspritzt.
Mit dieser Verteilung der Einspritzmenge über die Dauer des Nadelaufwärtshubes soll
ein weicher Gang der Maschine erreicht werden.
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Nun weisen zwar Schleierstrahlen, die aus nur Bruchteile eines Millimeters
breiten Düsenringspalten austreten, einen hohen, für die Verwirbelung der Tröpfchen
mit der Verbrennungsluft und für die Zündung günstigen Zerstäubungsgrad auf. ihre
Durchschlagskraft aber ist gering, so daß der Ort des Zündbeginns in der Nähe der
Einspritzdüse liegt und sich eine Düsenüberhitzung mit ihren bekannten schädlichen
Folgen ergeben kann.
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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenürer darin,
den Zündort tiefer in den Brennraum hinein zu verlegen, und zwar insbesondere an
solche Stellen, an denen infolge der größeren Entfernung von den gekühlten Brennraumwandungen
die Bedingungen für eine Abkürzung des Zündverzuges von vornherein günstig sind.
Es kommen aber beispielsweise auch solche Stellen in Betracht, an denen infolge
besonderer Gestaltung des Brennraumes eine lebhaftere Luftströmung als anderwärts
vorhanden ist, so daß die zuerst und am weitesten in den Brennraum hineingespritzten
Mengen am heftigsten verwirbelt und rasch gezündet werden.
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Erfindungsgemäß werden zu diesem Zwecke an einer Zapfendüse der vorausgesetzten
Bauart ein oder mehrere zusätzliche, gesteuerte Spritzkanäle derart angeordnet,
daß ihre Einlässe, in Richtung des Brennstoffflusses gesehen, vor dem Einlaß des
ringförmigen Zapfenspaltes liegen. Der Brennstoff tritt daher aus diesen Zusatzkanälen
früher aus als aus dem Ringspalt, und da es sich um geschlossene Strahlen handelt,
so dringt der ersteingespritzte, die Zündung einleitende Brennstoffanteil auch am
tiefsten in den Brennraum ein. Wie groß dieser Anteil im Verhältnis zur Gesamtmenge
einer Einspritzung ausfallen und um wieviel größer die Durchschlagskraft eines geschlossenen
Strahles gegenüber derjenigen des nachfolgenden Schleierstrahles bemessen werden
soll, läßt sich, da es sich um gesteuerte und somit gut beherrschbare Einspritzvorgänge
handelt, in weiterer Entwicklang der Erfindung durch das Verhältnis der Bohrungsweiten
der Zusatzkanäle zu dem Ringspaltquerschnitt genau bestimmen. Ein weiterer Erfindungsschritt
liegt darin, daß den geschlossenen Strahlen von der Düsen- und Schleierachse abweichende
Richtungen erteilt werden, so daß einerseits mehrere Bremiraumabschnitte mit geschlossenen
Pilotenstrahlen beliefert, andererseits solche Strahlen auf Zündstellen hingelenkt
«-erden können, die nicht in Richtung der Düsenachse liegen, wie dies von Lochdüsen
an sich bekannt ist.
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In der Zeichnung sind sieben Ausführungsbeispiele der Erfindung in
sieben Abbildungen dargestellt. Die Abb.4a ist ein Schnitt längs Linie A-A der Abb.4.
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In allen Abbildungen bezeichnet a den Düsenkörper, b die Düsennadel,
a' die Sitzfläche der Nadel und c den Düsenzapfen, der mit der Bohrung i
des Düsenkörpers den Ringspalt-h bildet. Die zusätzlichen Spritzkanäle, die sich
in Abb. i bis 5 in der Nadel bzw. dem Zapfen befinden, sind mit d und
e
und einem der Abbildungsnummer entsprechenden Index bezeichnet; in Abb.6
und 7 sind die Spritzkanäle als Bohrungen im Düsenkörper selbst ausgebildet und
mit f bzw. f und g bezeichnet.
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In den Abb. i, 2, 4 und 5 gehen die Spritzkanäle als Querbohrungen
d von der beweglichen Ventilsitzfläche a' aus und durchdringen den Kegel der Düsennadel
b in der Querrichtung. Anschließend durchdringen die Kanalzweige e den Nadelzapfen
längsweise.
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In Abb. i ist dargestellt, wie sich bei dieser Ausführungsform ein
kräftiger Mittelstrahl x ausbildet, der infolge der Weg- und Drosselungsunterschiede
dem schwächeren Schleierstrahl y-y zeitlich vorauseilt und von diesem zylindrischen
Strahl nur auf eine gewisse Strecke umhüllt wird. In Abb.4 ist das Kanalpaar d,'-e,'
wie in Abb. i ausgebildet, es sind jedoch noch vier das erstere umgebende und ebenfalls
vom Ventilsitz a' ausgehende Kanalpaare d,'-e,' vorgesehen, im ganzen also fünf
Züge von gesteuerten Spritzkanälen, wie der Querschnitt Abb.4a erkennen läßt. Die
zeitliche Versetzung der Spritzvorgänge bei der Nadeleröffnung entspricht auch hier
der aufeinanderfolgenden Beaufschlagung mit Brennstoff der Kanäle di'-e,'
,
darauf der Kanäle d,"-e," und zuletzt des Ringspaltes h.
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In Abb.2 und 5 gehen von den Querbohrungen d zwei oder mehrere
Zweigkanäle e
aus, deren Achsen Winkel miteinander bilden und die in Abb.2
an der Stirnfläche, in Abb. 5 an der Stirnkante des Zapfens c ausmünden. Bei der
Ausführungsform nach Abb. 2 haltensichdiegegeneinanderdivergierenden,
aus
den Kanälen e2 austretenden Mittelstrahlen, -soweit sich ihre Spritzdauer mit derjenigen
des Schleierstrahles deckt, noch innerhalb des kürzeren Schleierstrahles. Bei der
Form nach Abb.5 dagegen halten bei der Nadeleröffnung zunächst die ersten Teile
der geschlossenen Strahlen die Richtungen x' der Kanäle e,; ein, kurz nachher tritt
jedoch -der Schleierstrahl hinzu, kreuzt die geschlossenen Strahlen und ergibt
mit diesen zusammen resultierende Strahlen der Richtung x", die innerhalb der Zone
der in Richtung x' vorher ausgespritzen Strahlen verlaufen. Während also beispielsweise
bei der Bauform nach Abb. q. infolge der besonderen Ausbildung und Anzahl der Kanalarten
der weitaus größere Teil einer Einspritzmenge in von der Düse entferntere Zonen
des Brennraumes gespritzt wird, zerstreut sich bei der Form nach Abb. 5 der größere
Mengenanteil in der Nähe der Düse, nachdem nur Pilotenstrahlen, die die Zündung
einleiten und zu diesem Zwecke von geringer Menge, aber großer Durchschlagskraft
sind, in weitere Entfernungen von der Düse gespritzt worden sind. Bildet man noch
gemäß Abb.5 den Zapfen nur so kurz aus, daß seine Stirnkante bei fortschreitendem
Nadelhub bis in die Zapfenbohrung 1 eintritt, so werden die resultierenden Strahlen
der Richtung x" immer weiter einwärts gedreht und bestreichen somit größere Raumteile
vor der Düse. Die Volleröffnungsstellung der Nadel ist durch Strichelung angedeutet.
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Bei der Düse nach Abb.3 sind die Spritz-1,:anäle (13,e3 ganz im Nadelzapfen
angeordnet. Die Querbohrungends liegen aber dabei im obersten Teil des Zapfens und
gehen von einer ringförmigen, zwischen der Ventilsitzfläche a' und dem Einlaß des
Ringspaltes vorgesehenen Aussparung k des Düsenkörpers a, aus. Die Ecken- und Stauwirkung
der Aussparung k in Abb. 3 muß dazu führen, daß ein besonders großer Anteil der
Einspritzmenge durch die Bohrungend3, e3 tritt.
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Erscheint es zweckmäßig, die geschlossenen Strahlen außerhalb des
Schleierstrahles zu legen, weil beispielsweise Herstellungsrücksichten bei sehr
kleinen Düsen eine Durchbohrung der Düsennadel und ihres Zapfens ausschließen, so
können nach Abb. 6' und 7 die gesteuerten Zusatzbohrungen f bzw. f und g,
ausgehend von der Ventilsitzfläche a', auch den Düsenkörper selbst in der Nähe des
Ringspaltes k durchdringen und dabei zu letzterem entweder parallel oder, wie die
Kanäle g in Abb. 7, leicht geneigt verlaufen. Da diese Kanäle nunmehr ohne Verzweigung
und Richtungswechsel ausgebildet sind, ergeben sie besonders harte geschlossene
Strahlen.
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Die Kombination einer mit ein und derselben Düsennadel gesteuerten
Zapfendüse und Lochdüse nach der Erfindung ist mit den dargestellten Ausführungsbeispielen
nicht erschöpft, sondern gestattet noch die Verwirklichung einer großen Zahl anderer
Bauformen, wobei, wie schon vielfach in den dargestellten Beispielen, von im einzelnen
an sich bekannten Maßnahmen und Bauteilen Gebrauch gemsicht werden kann.