-
Vorrichtung zur Betätigung des Verschlußorgans von Brennstoffinjektoren
für Wärmekraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffinjektoren für
Wärmekraftmaschinen (Verbrennungsmotoren oder Explosionsmotoren) und betrifft insbesondere,
da dies ihr interessantester Anwendungsfall zu sein scheint, jedoch nicht ausschließlich,
von diesen Vorrichtungen die durch den Druck des Brennstoffs betätigten.
-
Sie bezweckt insbesondere, diese Vorrichtungen so auszubilden, daß
sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen.
-
Sie besteht hauptsächlich darin, die betreffenden Vorrichtungen in
dem Injektionskreis und vorzugsweise in der eigentlichen Injektionsdüse mit wenigstens
einem Verschlußorgan auszurüsten, welches zweckmäßig durch eine Kugel gebildet und
durch ein Betätigungssystem gesteuert wird, welches gestattet, dieses entgegen der
Einwirkung von Rückführungsmitteln in eine Offnungsstellung zu bringen, und diese
Vorrichtungen gleichzeitig so auszubilden, daß das System zur BetätigungdesVerschlußorgans
vor derEinwirkung auf dasselbe in der Öffnungsrichtung einen nicht vernachlässigbaren
toten Weg zu durchlaufen hat, so daß dieses Betätigungssystem bereits bei Beginn
des Öffnungshubes eine Eigengeschwindigkeit angenommen hat, die gestattet, eine
schnelle Öffnung des Verschlußorgans zu bewirken.
-
Sie umfaßt außer dieser Hauptmaßnahme gewisse andere Maßnahmen, welche
vorzugsweise gleichzeitig angewandt werden und von denen weiter unten ausführlicher
die Rede sein wird.
Das Verständnis der Erfindung wird durch die
nachstehende ergänzende Beschreibung sowie durch die Zeichnungen erleichtert werden,
wobei Beschreibung und Zeichnungen wohlverstanden hauptsächlich beispielshalber
angegeben sind.
-
Fig. i dieser Zeichnungen zeigt in einem Axialschnitt einen erfindungsgemäßen
Brennstoffinjektor gemäß einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 und 3 zeigen das Verschlußorgan
dieses lnjektors in Betriebsstellungen, welche von der auf Fig. i dargestellten
verschieden sind; Fig.-I zeigt in einem Querschnitt ein Betätigungsorgan dieses
Verschlußorgans; F ig. 5 ist ein Schaubild zur Erläuterung gewisser Vorteile der
Erfindung; Fig. 6 und 7 zeigen in einem Axialschnitt weitere Ausführungsformen gewisser
Teile des Betätigungssystems eines erfindungsgemäßen Injektors; Fig. 8 zeigt schließlich
die Anwendung der Erfindung auf einen Injektor mit Mittelstift. Nachstehend ist
die Anwendung der Erfindung auf einen Brennstoffinjektor für Wärmekraftmaschinen
'beschrieben, bei welchem die Öffnung des Verschlußorgans durch den Druck des einzuspritzenden
Brennstoffs selbst erfolgt.
-
Diese Vorrichtung kann in ihrer Gesamtheit, jedoch mit Ausnahme des
Systems zur Erzielung der Öffnung des Verschlußorgans, auf beliebige bekannte geeignete
Weise ausgebildet werden. Sie weist z. B. wesentlich einen hohlen Körper i auf,
in dessen Inneres der Brennstoff unter Druck durch eine Leitung 2 eintritt, um über
hierfür im Inneren des Körpers i vorgesehene Kanäle eine Einspritzdüse mit beweglichem
Verschlußorgan zu erreichen, wobei die Einspritzdüse zweckmäßig durch eine Kugel
3 gebildet wird, die auf einem axial durchbohrten Sitz :I ruht.
-
Das System zur Betätigung der Kugel 3 wird so ausgebildet, daß es
gestattet, diese Kugel entgegen der Einwirkung von Rückführungsmitteln von ihrem
Sitz abzuheben, welche z. B. durch eine Feder 5 gebildet werden, die über ein Druckstück
6 mit der Kugel 3 zusammenwirkt, wobei gemäß dem Hauptkennzeichen der Erfindung
dieses Betätigungssystem so ausgebildet wird, daß sein Teil, der auf die Kugel 3
zur Vornahme der Öffnung einwirken soll, bereits vor dieser Einwirkung einen nicht
vernachlässigbaren toten Weg durchlaufen hat.
-
:Auf diese `''eise und entgegen dem, was bei den klassischen Injektoren
erfolgte, wird die Kugel 3 von ihrem Sitz mit einer Geschwindigkeit abgehoben, welche
von Beginn des Öffnungsvorgangs an einen verhältnismäßig großen Wert besitzt. Anders
ausgedrückt, die Öffnung des Injektors erfolgt schneller und plötzlicher.
-
Uni diesen Vorteil deutlich zu zeigen, ist in dem Schaubild der Fig.
5 bei C die Geschwindigkeitskurve der Öffnung eines klassischen Injektors dargestellt,
bei weichem das Verschlußorgan seine Geschwindigkeit von der Geschwindigkeit null
an erhält, ,wenn die von dem Betätigungssystem entwickelte Kraft größer als die
der Belastungsfeder ist, während bei Cl die Geschwindigkeitskurve der beweglichen
Organe eine:, erfindungsgemäßen Injektors aufgetragen ist, wobei der Teil oa dieser
Kurve dem toten Weg des Betätigungssystems allein entspricht, ,während der Teil
ab dieser Kurve dem Weg des Betätigui?gssysteins und der Kugel 3 entspricht,
wobei diese letztere von dem Augenblick an, an welchem die Einwirkung auf sie erfolgt,
eine erhebliche Geschwindigkeit v annimmt.
-
Man sieht außer dein auf diesem Schaubild, daß, unter der Annahme,
daß die Waagerechte H die Kraft der Feder zur Zurückführung des Verschlußorgans
und die Gerade A die Beschleunigung des Betätigungssystems des Verschlußorgans darstellt,
die für die Betätigung dieses Verschlußorgans verfügbare Beschleunigung die von
der Achse ox aus zu zählende Ordinate in dein Fall eines erfindungsgemäßen Injektors
ist. z. B., Beschleunigungal, während sie für den Fall eines klassischen Injektors
nur von der Waagerechten H aus zu zählen ist, 7.B.
Beschleunigung a2.
-
Vor Besprechung weiterer Einzelheiten des Systems zur Betätigung der
Kugel 3 sei zunächst angegeben, daß man dieses S,-stcrn vorzugs"-eise so ausbildet,
daß es ,wesentlich eine bewegliche Anordnung 7 aufweist, ,welche durch den Einspritzdruck
entgegen der Wirkung eines Rückführungssystems, z. B. einer Feder 8, ,-erstellt
,werden kann, welche unabhängig von der Rückführungsfeder 5 der Kugel 3 ist und
eine erheblich größere Kraft als diese Feder 5 besitzt.
-
Auf diese Weise zeigt die Kugel 3, ,welche nur einer verhältnism;ißig
scll"-acli:#n Rückführungskraft ausgesetzt ist, keine Neigung, sich vorzeitig abzunutzen
und ihren Sitz zu verduetschen, ,wie dies bei den klassischen Itijektoren vorkommt,
deren Verschlußorgan auf Seinen Sitz durch dieselbe Feder zurückgeführt wird. ,welche
dazu bestimmt ist, dem Einspritzdruck entgegenzuwirken.
-
Obwohl man unter Berücksichtigung des oben Gesagten einen solchen
Injektor auf verschiedene Weise ausbilden kann. scheint es besonders vorteilhaft,
hierfür eine der weiter unten genauer beschriebenen Ausführungsformen zu benutzen.
-
Gemäß einer ersten. in Fig. i dargestellten Ausführungsform verwendet
inaii für die bewegliche Anordnung 7 eine an einem ihrer Enden hohle Stange, in
deren Inneres der Brennstoff durch einen Querkanal 9 eintreten kann, wobei das betreffende
Ende außerdem zur Aufnahme der Feder 5 und zur Führung des Druckstücks 6 dient,
,wobei dieses letztere seitliche Nitten aufweist, welche dem ins Innere der hohlen
Stange ; eingedrungenen Brennstoff ermöglichen sollen. bis zti der Kugel 3 zu gelangen.
-
Die Stange 7 ,wird durch eine elastische Membran io gehalten, ,welche
an ihrem Umfang an dem Körper i des Injektors befestigt ist, z. B. mit Hilfe von
Scheiben i i, welche der Einwirkung eines Blockierungsstöpsels 12 ausgesetzt sind,
wobei diese Membran die Abdichtung des Itijektors bewirkt, da der Brennstoff nur
zwischen dieser Membran und der eigentlichen Einspritzdüse umlaufen kann.
| Man sieht zweckmäßig in dem für den Brenn- |
| stoffumlauf vorgese'lienen Teil des Injektors einen |
| Entleerungskanal 13 vor, der vorzugsweise gegen- |
| über dem Kanal 2 zur Brennstoffzuführung liegt |
| und normalerweise durch einen Stöpsel 1.4 ver- |
| schlossen ist. |
| -#1 an sieht zum Ausgleich der Druckkraft der |
| Feder 8 eine Feder 15 vor, welche sich einerseits |
| auf dem Körper i des Injektors und andererseits |
| auf einem mit der Betätigungsstange 7 starr ver- |
| bundenen Bund ii; abstützt. |
| Diese Bet:itigungsstange wird vorteilhafterweise |
| so ausgebildet, daß sie zwei Teile aufweist, die |
| beiderseits der Membran liegen, wobei die einander |
| gegenüberliegenden Seiten dieser Teile vorzugs- |
| weise mit Aiiscle!agstiften 17 versehen sind, deren |
| Höhe etwaskleiner alsdie halbeDicke der-,Xleinbran |
| ist, so claß sie die Ahplattung derselben unter der |
| Einwirktueg der entgegengesetzten Druckkräfte der |
| Federn 8 und i 5 begrenzen. |
| 1)ie Stange 7 wird auf der Seite der Kugel 3 |
| durch eine Art -luffc 7" verlängert, deren auf der |
| Seite derinsl>ritzdüe gelegenes Ende mit inneren |
| Klauen i 8 versehen ist, welche auf die Kugel 3 von |
| unten einwirken können. wobei die Länge dieser |
| iNluffe so gegenüber der Höhe der Bohrung, in |
| welcher sie gleitet, gewiililt ist, daß, wenn sich diese |
| Muffe in der unteren Stellung befindet, falls die |
| Feder 8 den Einspritzdruck überwiegt, ein nicht |
| vernachlässigbares Spiel zwischen den wirksamen |
| Teilen cl,#i- platten iS und der Kugel 3 besteht (.in |
| Fig.2 dargestellte Stellung). |
| Dlit der Feder 8 ließt man eine Regelschraube i9 |
| zusammenwirken, welche gestattet, die Spannung |
| dieser Feder und somit die der Feder 15 so zu |
| regeln. dal.i die -lti@t@ 7" in der Ruhestellung tat- |
| siichlich die in l@ ig J dargestellte ättßei-stc Lage |
| einnimmt. |
| Ein solcher lnjektor arbeitet nun folgender- |
| maßen: Wenn der den Irijektor erfüllende Brenn- |
| stoff unter Druck gesetzt wird, verschiebt er in der |
| durch den Pfeil angegebenen Richtung entgegen |
| der Wirlwig der Fcfl:@r ># die -Membran io, welche |
| die Hohlstange 7 und die an dieser befestigte |
| Muffe 7a mitninnnt.Wobei die Klauen 18 ihren toten |
| Weg durchlaufen, worauf sie, nachdem sie ebenso |
| wie die Gesarntbeit der beweglichen Betätigungs- |
| anordnung eine gewisse Geschwindigkeit ange- |
| nommen lialx#ie. atif ilie Kuge13 einwirken (in |
| Fig. i dargestellte Stellung). |
| Von diesem Augenblick an wird die Kugel kräftig |
| von ihrem Sitz alrgeholien, und die I?,inspritzum, |
| erfolgt (in Feg. 3 dargestellte Stellung). |
| NVenn der Einspritzdruck aufhört, kehrt die be- |
| wegliche Anordnung in ihre Ausgangsstellung zu- |
| rück,, und die Kugel 3 wird von neuem durch die |
| Feder 5 auf ihren Sitz gepreßt. |
| Man sielet, daß inan, wenn man darauf achtet, an |
| den verscliiedenen Ansclilußstellen zur Zuführung |
| des Brennstoffs und an der Auslaßöffnung Dich- |
| tungen 2o anzuordnen. über einen Injektor verfügt, |
| welcher außer den hereits erwähnten Vorteilen den |
| aufweist, daß er vollständig geschlossen ist und |
keine Undichtigkeit aufweist, welche für die Einspritzung einer sehr geringen Brennstoffmenge
unter hohem Druck schädlich ist.
-
Gemäß einer zweiten, in Fig.6 dargestellten Ausführungsform ersetzt
man die elastische Einzelmembran io durch einen Stapel von elastischen l@letallscheiben2i,
welche durch plastische Scheiben voneinander getrennt sind, von denen die einen,
22, scheibenförmig und die anderen, 23, ringförmig sind.
-
Gemäß einer weiteren, in Fig.7 dargestellten Ausführungsform wird
die Membran io durch eine Art elastische Kappe 24 ersetzt, welche mit ihrem Umfang
gegen den Körper i gelegt ist und axial von einer Schraube 25 durchdrungen wird,
welche die beiderseits dieser Kappe liegenden Teile der beweglichen Anordnung 7
miteinander verbindet.
-
Es ist zti bemerken, daß die oben beschriebenen Anordnungen sehr gut
für einen Injektor mit Alitteldüse 26 verwendbar sind, wie er .in Fig. 8 dargestellt
ist.
-
In allen Fällen kann man zweckmäßig, wie ebenfalls in Fig.8 gezeigt,
unmittelbar jenseits .der Spritzdüse, durch welche der Brennstoff eingespritzt wird,
einen Diffusor 27 vorsehen, welcher z. B. durch ein Gewebe aus rostfreiem Metall
gebildet wird.
-
jedenfalls erhält man unabhängig von der gewählten Ausführungsform
schließlich einen Injektor, dessen Vorteile und Arbeitsweise vorstehend hinreichend
erläutert wurden und der außerdem die Eigenart aufweist, daß er aus verhältnismäßig
wenigen Teilen besteht, deren größter Teil ohne große Genauigkeit bearbeitet werden
kann, z. B. durch Abdrehen.
-
Wie es selbstverständlich ist und wie es iibrigens bereits aus obigem
hervorgeht, ist die Erfindung keineswegs auf die im besonderen angegebenen Anwendungsarten
oder Ausführungsformen ihrer verschiedenen Teile beschränkt, sondern umfaßt im Gegenteil
auch alle Abwandlungen.