DE833736C

DE833736C - Brennstoffeinspritzung mittels Druckluft

Info

Publication number: DE833736C
Application number: DED3005A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing E H Nallinger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1950-06-01
Filing date: 1950-06-01
Publication date: 1952-03-10

Description

Brennstoffeinspritzung mittels Druckluft Die luftlose, direkte Brennstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen bereitet,vorallem bei kleinem Zylindervolumen, insofern erhebliche Schwierigkeiten. als für dieEinspritzung sehr engeöffnungen erforderlich sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Brennstoff, um möglichst gleichmäßig auf die im Brennraum verdichtete Luft verteilt zu werden, in einer größeren Anzahl von Brennstoffstrahlen eingespritzt «erden muß, die eine entsprechende Zahl von, insbesondere bei kleinem Zylindervolumen, sehr engen Bohrungen verlangen. Diese engen Bohrungen sind einerseits schwierig herzustellen und verstopfen andererseits sehr leicht, was auch durch vorgeschaltete Filter nicht vermieden werden kann.
Dagegen hat die Einspritzung mittels Druckluft in der bisher üblichen Ausführung den Nachteil, daß eine hohe Luftkdtnpression erforderlich ist, utn die für die Zerstäubung erforderliche Energie zu erzeugen. Hierdurch wird .die Anlage verhältnismäßig kompliziert und teuer.
Die Erfindung bezweckt demgegenüber eine Drucklufteinspritzung, welche die Erzeugung des erforderlichenDruckes auf verhältnismäßig einfache und billige Weise und unter verhältnismäßig geringen Leistungsverlusten ermöglicht. Sie bezieht sich demgemäß auf eine Vorrichtung zur Brennstoffeinspritzung mittels Druckluft, bei welcher der Druck derselben erst unmittelbar vor der Einspritzdüse erzeugt und der Brennstoff im wesentlichen erst der aus der Einspritzdüse ausblasenden Druckluft beigemischt wird. Eine solcheEinspritzvorrichtung hat insbesondere den Vorteil, daß das Einspritzaggregat einschließlich Drucklufterzeuger sehr klein und leicht gehalten sein. kann. Gleichzeitig können die bei der Kompr"ssion entstehenden Leistungsverluste verringert werden, da die Luft unmittelbar der Düse zugeführt wind. Man erreicht eine verhältnismäßig hohe Kompression der Luft, da diese erst kurz vor Beginn des Einspritzvorganges verdichtet wird.
Durch die Erfindung wird eine weitere Vereinfachung und Verbesserung dieser bekannten Drucklufteinspritzvorrirhtungenerzielt, indemnaah einem Merkmal dler Erfindung ein den Einspritzzeitpunkt steuerndes Einspritzventil unmittelbar von dem die Druckluft verdirhtenden, zweckmäßig konzentrisch zii ihm angeordneten Druckluftverdichtungskolben am Ende des N"erdichtungshubes desselben eröffnet und damit die Einspritzung bewirkt wird. Der Brennstoff wird hierbei vorteilhaft in einem Vorraum zwischen derVerdichtungskammer derDruckltift und dem Einspritzventil vorgelagert, wobei der Vorraum zweckmäßig mit der Verdichtungskammer in offener, jedoch gedrosselter Verbindung steht, derart, daß beim Eröffnen des Einspritzventils die Druckluft durch den vorgelagerten Brennstoff hindurchgeblasen wird und ihn dadurch zur Einspritzdüsenöffnung mitreißt. Eine besondere, das Einspritzventil steuernde Vorrichtung wird hierdurch vermieden.
Des weiteren besteht die Erfindung ferner darin, daß der Brennstoff der aus der Düsenöffnung ausblasenden Druckluft an einervor der offenen Düsenmiindung liegenden solchen Stelle des Düsenkanales heigemischt wird, an welcher die Druckluft mit zu- nehmender Beschleunigung der Düsenmündung zuströmt, wodurch sie den ihr gleichzeitig zugeleiteten Brennstoff zur Zerstäuhung mit sich reißt. Der Brennstoff wird hierbei zweckmäßig zentral zur Einspritzdüse und im wesentlichen in Strömungsrichtung der Druckluft zugeführt. Die z. B. konzentrisch zur Einspritzdüse angeordnete Verdichtungskammer für die Druckluft kann über eint selbsttätig in Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck gesteuerte Ventilvorrichtung oder üben zwangsläufig, z. B. durch den Verdichtungskolben, gesteuerte öffnungen in Verbindung stehen. Eine solche Drucklufteinspritzung kann im Vergleich zu der üblichen Drucklufteinspnitzung mit sehr% geringenLuftdrücken sowie auch geringen Brennstoffförderdrücken arbeiten. Gleichzeitig wird ein sehr kleines, im Zylinderkopf bzw. an der Einspritzdüse anzubringendes Drucklufterzeugungsaggregat erinöglicht. Trotz weiter Düsenöffnungen kann ferner eine besonders wirksame Aufteilung und Zerstäubung des Brennstoffes in feine Tröpfchen erreicht werden.
Die an der angeordnete Luftpumpe wird zweckmäßig bei Viertaktmotoren von der Ventilsteuerwelle, bei Zweitaktmotoren von der Kurbelwelle aus mittels Stoßstangen. Kipphebel od. dgl. betätigt. Der Brennstoff wird zweckmäßig unter einem höheren Druck als die Druckluft zugeführt, wobei e_- in dosierter Menge entweder der Druckluft vorgelagert oder in die strörnendeDruckluft eingeführt wird. Auch kann er direkt in der Einspritzdüse, die in diesen halle z. B. als Linspritzdüsen-Punipcnaggregat ausgebildet ist, dosiert und zusammen mit der Luft eingespritzt werden.
Die Zuführung der Druckluft zu (lein an der Einspritzdüse angeordneten Luftdruckerzeuger erfolgt zweckmäßig in bereits vorkompriniiertem Zustande, was besonders kleine Abmessungen des Drucklufterzeugers ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, die Druckluft der im Zvlinder verdichteten Luft zu. entnehmen und sie alsdann kurz vor dem Einspritzbeginn auf den erford;rlichen Einblasedruck zu kompri-nie:-:it.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele für die Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eineDruckluft,insliritzung mit gesteuertem Brennstoffventil, Fig.2 eine Druckluftcinspifitzung mit offener Einspritzdüse, selbsttätiger Druckluftsteuerung und Beschleunigung des Druckluftstromes vor der Düsenmündung und Fig.3 eine der Abb.2 :ihnliche Drucklufteinspritzung, jedoch mit vorn Pumpenkolben gesteuerter Druckluft.
In Fig. i ist io der Brennraum der Maschine, in dessen Zylinderkopf das Einspritzventil i i angeordnet ist. Das nach dem liiiiern des Brennraumes zu öffnendeEinspritzventil stellt unter derWirkung einer Feder 12. welche das Ventil auf seinen Sitz 13 drückt. Der bei 1d z. h. durch eine Brennstoffpumpe in pro Arbeitshuf> <her Maschine dosierter Menge zugeführte Brennstoff lagert sich im Ventilraum 15 vor, welcher durch Kanäle 16 mit einem Zylinderraum 17 in Verbindung steht, der als Pumpenraum fürdieDruckluftdient und inwelchern ein z. B. durch die Feder iS belasteter Kolben i9 gleitet. Die Druckluft wird beispielsweise dem Zylinder io entnommen und Tiber eine Leitung 20 und ein Rückschlagventil2i einem Speicherraum22 zugeleitet, welcher über- die Leitung 23 in offener Verbindung mit dem Pumpenraum 17 des gleichen oder auch anderer Maschinenzvlinder steht.
Der Kolben 1g wird durch einen Schwinghebel 24 betätigt, dar seinerseits, z. B. durch Stößel 25 od. dgl., von der Nockenwelle hei Viertaktmaschinen oder von der Kurbelwelle bei Zweitaktinaschinenangetrieben wird. Der- Kolben i9 ist mit einem Ansatz 26 versehen, der nach einem bestimmten Abwärtshub sich gegen das Schaftende 27 des Einspritzventils i i legt.
Im Kompressionshub des Maschinenkolbens wiird die imMaschi.nenzylinder verdichteteLuft teilweise über 20, 21 in den Speicherraum 22 verdrängt, von wo die Luft über 23 in den Pumpenraum 17 übertreten kann. Gleichzeitig hiermit oder am Ende des Kompressionshubes kurz vor Beginn der Einspritzung, wird der Brennstoff ini Ventilraum 15 vorgelagert. Kurz darauf oder gleichzeitig mit der Vorlagerung des Brennstoffes wird der Pumpenkolben i9 nach abwärts bewegt, wodurch die Verbindung zwischen 22 und 17 abgesperrt und die ini Pumpenraum 17 eingeschlossene Druckluft weiter komprimiert wird. Die Feder 12 des Ventils ist liierl:ei derart bemessen, daß das Ventil i i durch den im Raum 17 entstehenden Überdruck nicht geöffnet wird. Erst wenn im Augenblick des gewünschten Einspritzzeitpunktes nach Erreichen eines durch die Abmessungen bestimmten Überdruckes der Ansatz 26 am Kolben i9 gegen das Schaftende 27 des Ventils ii stößt, wird dieses geöffnet und damit der vorgelagerte Brennstoff aus (lern Raum i 5 in den Brennraum io eingespritzt.
Im Falle der Fig. 2 und 3 ist jeweils eine Einspritzdüsemit offenerDüsenmündung28vorgesehen, der die Druckluft durch einen düsenförmigen Kanal 29 zugeführt wird. Innerhalb des Kanales ist ein stromlinienförmiger Körper 3o angeordnet, dessen Innerem der Brennstoff durch eineLeitung 14 zugeführt wird und aus welchem er durch ein oder mehrere Bohrungen 31 in den Kanal 29 ausmündet. Die Wandungen des letzteren sind hierbei im Verein mit der Gestaltung des stromlinienförmigen Körpers 30 so geformt, daß der Kanalquerschnitt von dem Austritt der Brennstoffkanäle 31 bis zur Düsenmündung 28 sich ständig verringert, wodurch die von oben her zuströmende Druckluft eine ständige Beschleunigung erfährt.
Die Druckluft wird durch einen Kanal 23 zugeführt, welche z. B. von einem besonderen Kompressor reit verhältnismäßig niedrigem Druck oder auch vom iNIaschinenzylinder beliefert wird und deren Verbindungsöffnungen zum Pumpenraum 17 vom Kolben 19 gesteuert werden. Der Kolben kann hierbei zwangsläufig oder unter Verwendung einer Feder ig in :ihnlicher Weise wie im Falle der Fig. i angetrieben werden. Der Pumpenraum 17 steht bei der Ausführungsform nach Fig. 2 über eine mittlere Öffnung 32 mit dein Kanal 29 in Versbindung, ist jedoch gegen diesen durch eine selbsttätige Ventilvorrichtung, z. B. durch federnde Klappen 33, abgesperrt.
Solange die Druckluft im Pumpenraum 17 unterhalb einer gewissen Höhe ist, sind die Ventile 33 geschlossen. Wird jedoch am Ende des Kompressionshubes der Kolben i9 nach abwärts bewegt, wobei die 1_eitung 23 abgeschlossen wird, so öffnen sich, sobald der Druck der Druckluft auf die vorher bestimmte Höhe gestiegen ist, dieVentile33, so daß die Druckluft über den Kanal 29 und die Düsenmündung 28 in dien Verdichtungsraum io überströmen kann, wobei sie sich vor- der Düsenmündung ständig beschleunigt. Gleichzeitig hiermit wird der Brennstoff durch die Leitung 14 zugeführt und durch die Bohrungen31 in den sich imKanal 29 beschleunigenden Druckluftstrom eingespritzt. Infolge der Beschleunigung der Druckluft behält diese ständig eiu# relative Geschwindigkeit gegenüber den in sie austretenden Brennstoff bei, wodurch der letztere eine feine Verteilung erfährt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 unterscheidet sich von demjenigen nachFig.2 imwesentlichen dadurch, daß die Verbindung des Pumpenraumes 17 mit dem Kanal 29 durch einem mit Öffnungen 3.I versehenen schieberartigen Steueransatz 35 des Kolbens i9 gesteuert wird, derart, dali der Ansatz 35 die \"crl>indung zwischen 17 und 29 normalerweise sperrt und erst dann freigibt, wenn der Pumpenkolben i9 so weit nach abwärts bewegt ist, daß der gewünschte Einspritzdruck der Druckluft erreicht ist. In diesem Augenblick kann die im Pumpenraum 17 zusätzlich komprimierte Luft über die Öffnungen 36 und 34 in den Kanal 29 überströmen und dadurch dien gleichzeitig unter verhältnismäßig geringem Überdruck bei 31 zugeführten Brennstoff in der vorher beschriebenen Weise in den Brennraum zerstäuben.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die in ihnen dargestellten und beschriebenen Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Die Erfindung ist bei Dieselmaschinen jeder Art, insbesondere mit direkter Einspritzung, jedoch auch bei solchen mit Vorkammer od. dgl. anwendbar. Sie kann ferner auch bei Maschinen mit Leichtbrennstoffeinspritzung Verwendung finden, desgleichen für beliebige Zwecke, z. B. bei Fahrzeugmaschinen, Schiffsmaschinen oder stationären Maschinenanlagen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Brennstoffeinspritzung mittels Druckluft, bei welcher der Druck derselben erst unmittelbar vor der Einspritzdüse erzeugt und der Brennstoff im wesentlichen erst der aus der Einspritzdüse ausblasenden Druckluft beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, cfaß ein den Einspritzzeitpunkt steuerndes Ventil (i i) unmittelbar von dem die Druckluft verdichtender, zweckmäßig konzentrisch zu ihm angeordneten Druckluftverdichtungskotben (i9) am Ende des Verdichtungshubes desselben eröffnet und damit die Einspritzung bewirkt wird (Abb. i). z. Brennstoffeinspritzvorrichtung . nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in einem Vorraum (15) zwischen der Verdichtungskammer (17) der Druckluft und dem Einspritzventil (i i) vorgelagert wird, wobei der Vorraum (15) zweckmäßig mit der Verdichtungskammer (17) in offener, jedoch gedrosselter Verbindung steht" derart, daß beim Eröffnen des Einspritzventils die Druckluft durch den vorgelagerten Brennstoff zur Düsenöffnung hindurchgeblasen wird. 3. Brennstoffeinspritzvorrichtung mittels Druckluft, bei welcher der Druck der Druckluft erst unmittelbar von der Einspritzdüse erzeugt und der Brennstoff im wesentlichen erst der durch die Einspritzdüse ausblasenden Druckluft beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff der aus der Düsenöffnung (28) ausblasenden Druckluft an einer vor der offenen Düsenmündung (28) liegenden solchen Stelle des Düsenkanales beigemischt wird, an welcher die Druckluft mit zunehmender Beschleunigung der Düsenmündung (28) zuströmt, wodurch sie den ihr gleichzeitig zugeleiteten Brennstoff zur Zu, st:itibung finit sich reißt (^.1>h. 2 und 3). 4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff zentral zur Einspritzdüse und zweckmäßig im wesentlichen in Strömungsrichtung der Druckluft zugeführt wird. 5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach An7 Spruch 3 und, 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise konzentrisch zur Einspritzdüse angeordnete Verdichtungskammer (t7) für die Druckluft über eine selbsttätig in Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck gesteuerte Ventilvorrichtung (33) mit dem Einspritzdiisenkanal (2g) in Verbindung steht (Abt. 2). 6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise konzentrisch zur Einspritzdüse angeordnete Verdichtungskammer (i7) für die Druckluft über zwangsläufig, z. B. durch den Verdichtungskolben (ig), gesteuerte öffnungen (36, 34) in Verbindung steht (Abt. 3). 7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i und. 2 oder 3 bis (, dadurch gekennzeichnet, @daß dieDruckluftinvorkomprimiertem Zustande der cler Einspritzdüse vorgeschalteten Verdichtungskammer (t7) zugeführt wird. B. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft in verdichtetem Zustande <lcm Maschinenzylinder entnommen wird. g. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einspritzdruck der Druckluft erzeugende Pumpe zusammen mit der Einspritzdüse bzw. dem Einspritzventil, gegebenenfalls auch zusammen mit cle@r Einspritzpumpe, eine bauliche Einheit bildet. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 243 gig, 615 203, 472 o18.