-
Einspritzventil für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf ein Einspritzventil zur zeitlich und räumlich getrennten Einführung von wenigstens
zwei verschiedenen flüssigen Brennstoffen, insbesondere von Kraftstoff und Zündstoff
in den Verdichtungsraum eines :Maschinenzylinders, wobei das gemeinsame Ventilgehäuse
für jede Brennstoffart je ein sich mir durch den beim Förclern des betreffenden
Brennstoffs auftretenden Druck entgegen einer Schließkraft öffnendes, den Breinistoffaustritt
freigehendes, bewegliches Ventilglied enthält und die leiden beweglichen Ventilglieder
gleichachsig zueinander im gemeinsamen Ventilgehäuse untergebracht sind.
-
Gegenüber den bekannten Ventilen dieser Art sind die Ventile gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichtiet. dali jede Brennstoffart bis zu ihrer Atisinündtnig
aus dem Ventil getrennt geführt ist. Die be\veglichen Ventilglieder werden dabei
vorteilhaft als ineinandergeschachtelte Nadelventile ausgeführt, die möglichst so
im Ventilgehäuse untergebracht sind, daß der den eingepaßten Nadelführungen entlang
leckende Kraftstoff der einen Art in den Zufuhrraum für den andersartigen Kraftstoff
gelangt, so daß besondere Leitungen für das Wegführen von Leckbrennstoff vermieden
werden.
-
In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele des Gegenstands der
Erfindung dargestellt.
-
Ahb. i zeigt einen Längsschnitt durch ein Doppeleinspritzventil mit
schematischer Andeutung der zugehörigen Einspritzpumpen sowie deren Druckleitungen,
und Abb. 2 bis .4 stellen drei weitere Ausführungsformen ebenfalls im Längsschnitt
dar.
-
Beim Beispiel nach Abb. i ist im Ventilgehäuse i innerhalb einer Führungsbüchse
6o der Schaft einer Ventilnadel 2 mit möglichst dichtem Laufsitz eingepaßt.
Die
Nadel hat einen Nadelzapfen 3, mit dem sie in die Ausflußbohrung des Ventilgehäuses
mit geringem Spiel hineinragt. An den Nadelzapfen schließt sich der kegelige Sitz
der Nadel an, der in eine entsprechend ausgebildete Sitzfläche ¢ im Ventilgehäuse
hineinpaßt. Den Nadelsitz 4 umgibt ein Ringraum 5, dem eine Einspritzpumpe 6 Kraftstoff
über die an einem mit dem Ventilgehäuse verschraubten Nippel 61 angeschlossene Druckleitung
7 durch einen Kanal 8 im Nippel, einen Kanal g im Ventilgehäuse und einen zwischen
diesem und der Büchse 6o vorhandenen abgestuften Ringspalt io zufuhrt. Eine Schraubenfeder
i i, die sich mit einem Ende an einer Schulter einer in den Ventilkörper eingeschraubten,
über sie gestülpten Hülse 12 abstützt, drückt mit ihrem anderen Ende über ein kappenartiges
Zwischenglied 13 und den Bund 14 einer in eine Längsbohrung der Ventilnadel 2 durch
Einschrauben befestigten Büchse 15 die Nadel 2 auf ihre Sitzfläche 4.
-
Das Anheben der Nadel 2 von ihrer Sitzfläche 4 entgegen der Wirkung
der Schließfeder i i erfolgt bei jedem Förderhub der Einspritzpumpe 6 dadurch, daß
der dabei erzeugte Kraftstoffdruck an der Schulter 2° der Nadel angreift. Der Hub
der Nadel 2 wird begrenzt durch einen rohrförmigen, den Innenraum der Schraubenfeder
ii durchragenden Ansatz 16 am Teil 13.
-
Die in der Längsbohrung der Ventilnadel 2 eingeschraubte Büchse 15
hat an ihrem dem Sitzende der Nadel 2 benachbarten Ende eine Sitzfläche 17 für den
Sitz einer zweiten Ventilnadel 18, deren Schaft in der Büchse geführt ist. Der Sitz
der Nadel 18 wird durch eine von der Kappe 13 umschlossene Schließfeder i9, die
sich einerseits auf dem Bund 14 der Büchse 15 abstützt und andererseits an einem
am Nadelschaft befestigten Ring 62 angreift, auf die Sitzfläche 17 gepreßt. Die
innerhalb und außerhalb der Kappe13 liegenden Räume 20, 21, in denen sich die Federn
ii und i9 befinden, sind Tiber einen Kanal 63 an die Druckleitung 22 einer Zündstoffeinspritzpumpe
23 angeschlossen. Die Ventilnadel 18 ist bei 24 abgeflacht, so daß eine freieVerbindung
zwischen dem Raum 2o und einem vor dem Nadelsitz 17 vorgesehenen Ringraum 25 vorhanden
ist. Durch Drucksteigerungen in der Druckleitung 22, die durch die Förderhübe der
Einspritzpumpe 23 erzeugt werden, wird der Sitz der Ventilnadel i8 entgegen der
Wirkung ihrer Schließfeder i9 von der Sitzfläche 17 abgehoben. Hierdurch kann der
Zündstoff in einen kleinen Hohlraum 26 fließen und von dort durch eine das spritzseitige
Ende der Nadel 2 axial durchsetzende Düsenbohrung 27 in den nicht dargestellten
Motorzylinder ausspritzen. Das Ventilgehäuse i wird durch ein Gewinde 28 im Zylinderdeckel
des Motorzylinders befestigt.
-
Die Zündstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum der Maschine durch
die von der Nadel 18 gesteuerte Ausspritzöffnung 27 hat keinerlei Einwirkung auf
die Bewegung der Nadel 2 und die durch sie gesteuerte Kraftstoffeinspritzung. Der
Zündstoff gelangt trotz der Ineinanderschachtelung der beweglichen Nadeln 2 und
18 zeitlich und räumlich getrennt vom Kraftstoff in den Verbrennungsraum. Dagegen
könnte bei jedem Öffnungshub der Nadel 2, bei dem diese in den ziindstoffgefüllten
Raum 2o bis 21 im Ventilgehäuse eintaucht, infolge der dabei auftretenden Verdrängungswirkung
eine Einspritzung von Zündstoff hervorgerufen werden, wenn mau nicht dafür sorgt,
daß bei der durch die Rufsteuerung der Ventilnadel 2 hervorgerufenen Volumenverkleinerung
der Räume 2o bis 21 und der daran anschließenden Druckleitung io keine Drucksteigerung
in diesen Räumen hervorgerufen wird, die ein Öffnen dies Ventils 18 herbeiführen
könnte. Eine solche zu einer ungewollten Zündstoffeinspritzung führende Drucksteigerung
läßt sich indessen leicht durch eine entsprechende Entlastung der Druckleitung und
der mit ihr verbundenen Räume 2o bis 21 anschließend an jede Zündölausspritzung
vermeiden.
-
Das beschriebene Doppeleinspritzventil arbeitet zusammen mit den beiden
daran angeschlossenen, Einspritzpumpen 6 und 23 wie folgt: Lange vor dem Ende jedes
Verdichtungshubes eines Motorkolbens fördert die Pumpe 6 unter Öffnung der Ventilnadel
2 Kraftstoff von verhältnismäßig hoher Entzündungstemperatur über die Zapfendüse
in den Verdichtungsraum. Dieser Kraftstoff kann sich bei dem Verdichtungsverhältnis,
mit dem der Motor arbeitet, nicht von selbst entzünden. Nach Abschluß der Kraftstoffeinspritzung
setzt die durch die Förderung der Pumpe 23 hervorgerufene Einspritzung von Zündstoff
ein. Die Entzündungstemperatur dieses Zündstoffs ist so nieder, daß Selbstzündung
des Zündstoffs an der verdichteten Luft im Motorzylinder mit Bestimmtheit erfolgt.
Infolge der beim Selbstzünden des Zündstoffs auftretende Temperatursteigerung wird
auch das vorher gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch entflammt und arbeitsleistend
verbrannt.
-
Das beschriebene Einspritzventil ermöglicht eine außerordentlich kleine
und raumsparende Bauweise, ohne daß der Nachteil der Vermischung der beiden Kraftstoffe
oder der Verzicht auf genaue Dosierung der Kraftstoffmengen (im Gegensatz zur offenen
Düse) in Kauf genommen werden mußte. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das
Einspritzventil es gestattet, den Kraftstoff fein zerstäubt als Kegelstrahl durch
Anheben der Ventilnadel 2 und den Zündstoff innerhalb des Treibölkegels als Schnurstrahl
vor großer Durchschlagkraft aus der Öffnung 27 auszuspritzen.
-
Darüber hinaus ist es von erheblicher Bedeutung, daß die entgegen
der Spritzrichtung öffnende Ventilnadel 2 keine besondere Leckölableitung benötigt,
wie dies sonst bei derartigen Ventilnadeln erforderlich ist. Die etwa entlang dem
Schaft der Nadel 2 nach oben leckenden geringen Kraftstoffmengen können höchstens
am Flansch i-1 vorbei in die den flüssigen Zündstoff enthaltenden Räume 21, 21 gelangen,
wo sie mit durch das lecköllose, in der Spritzrichtung öffnende Ventil 17, 18 ausgespritzt
werden.
-
Bei der Ausführungsform gemäß Abb.2 ist die von der Einspritzpumpe
kommende Kraftstoffzuleitung
innerhalb des Ventilgehäuses 37 mit
30, 31, 32, 33 bezeichnet. Der beim Förderhub einer Einspritzpumpe crzere-te Flüssigkeitsdruck
greift hier an einer Schulter 34 einer Ventilnadel 35 an und hebt fliese x oel ihrer
Sitzfläche 36 ien Düsenkörper 37 ab, so daß der Kraftstoff durch die Spritzlöcher
38 ausstri>lneel kann. Der Öffnungshub der Ventilnadel 35 erfolgt entgegen derWirkung
einer Schließfeder 4o, die sich lnit eineng Ende über einen Federteller 4i und ein
»rit einem Bund 42 versehenes rohrartiges Stück I3 an einem auf den Düsenkörper
aufgeschraubten Nippel 4.1 abstützt und mit ihrem anderen Ende über einen Federteller
45 und eine zweite \-elltilnadel .16 die Ventilnadel 35 auf ihre Sitzfl;irlle 36
zu drücken bestrebt ist. Die zweite \'entilll;rilcl 1(> ist gleichachsig zur ersten
in derselben 1@ üllrungshohrung im Ventilgehäuse angeordnet und wird unter der Wirkung
der Schließfeder 40 atlf ihre Sitzfläche 47 gepreßt, die durch eine Kegelschulter
der abgestuften Achsdurchbohrung der \"entiltradel 35 gebildet wird. Sie kann von
dieser Sitzfläche abgehoben werden durch Drucl<steigel-ttngetr im Ringraum 48,
der durch Bohrungen 49, 5o mit der Druckleitung einer zweiten, den flüssigen Zündstoff
fördernden Einspritzpumpe verl>tetlden ist. Beim Förderhub der zweiten Einspritzpumpe
lebt sich die zweite Ventilnadel 46 von ihrer Sitzfl:icllc 47 ab, 4vodurch der flüssige
Zündstoff durch (las düsenartig verengte Ende 51 der in der Ventilnadel 45 vorgesehenen
abgestuften Achsdurchbohrung ausspritzt, ohne (laß sich dabei die Ventilnadel 35
bewegt. Diese wird vielmehr durch den Zündstoftdrttck auf ihre Sitzfläche 36 gepreßt.
Da die 1-, ülir-trelgen der beiden hintereinandergeschalteten Nadeln gleichen Durchmesser
haben und die der Scllließfe(ler 4o benachbarte Nadel 46, die sich sowohl leim Kraftstoff-
als auch beim Zündstoffeinspritzen bewegt, in 'keinen der Zufuhrräume für Kraftstoff
oder Zündstoff eintaucht, erübrigt sich beim Beispiel nach Abb. 2, im Gegensatz
zum Beispiel nach Abb. 1, die Entlastung eines der mit den I?insl)ritzptrelll)en
verbundenen Druckräume.
-
Durch die :\chsbohrtrtrg 52 des zur Begrenzung des l lubes vier- Nadeln
dienenden rohrförmigen Teils 43 kann etwaiger Leckstoff, der am Schaft der Ventiltradel
40 entlang entweichen sollte, abgeleitet werden.
-
Die .-\trsführungsform gemäß Abb. 2 hat den Vorteil, (laß trotz. gedrängter
Bauweise zwei gut geführie Ventilnadeln 35, 46 hei Verwendung nur einer einzigen
Schließfeder 40 verwendet werden können und (laß keine entlasteten Druckleitungen
erforderlich sind. Durch die Wahl verschiedener Durchmesser für die Düsensitze
d und D kann selbst bei gleichem Außendurchmesser der beiden Nadeln
35, 46 mit der einzigen Schließfeder 4o erreicht werden, daß die Nadel .I6 mit einem
anderen Öffnungsdruck aufgesteuert wird als die Nadel 35.
-
Bei der Ausführungsform nach Abb.3 ist in das Ventilgehäuse 66 eine
Buchse 67 passend eingesetzt. In der Achsbohrung dieser Büchse ist eine Nadel 68
längs verschiebbar geführt. An dem in der Zeichnung oberliegenden Schaftende der
Nadel 68 ist ein Federteller 69 befestigt, gegen das sich das eine Ende einer Schraubenfeder
7o abstützt. Das andere Ende der Feder 70 liegt auf einer Stirnfläche der Buchse
67 allf. Die Feder 70 ist bestrebt, den ke@;eligen \-eertilteller der Nadel
68 gegen eine entsprechende, im Ventilgehäuse 68 vorgesehene Sitzfläche 71 ztr l)res:eer.
Ein die Innenseite des Ventiltellers umgebender, an der Sitzfläche 71 gelegener
Ringraum -.2 ist über Längsnuten 73, die auf dem Umfang der Büchse über einen Teil
deren Länge vorgesehen sind, mit einem innen in das Ventilgehäuse eingestochenen
Ringraum 74 verbunden, der seinerseits über eine Längsnut 75 mit dem Hohlrauen 76
verbunden ist, in dem die Schließfeder 70 liegt. Das Ventilgehäuse 66 ist über eine
Muffe 77 mit einem Nippel 78 verschraubt. Die einander zugekehrten Stirnflächen
der beiden Teile 66 und 78 liegen dabei flüssigkeitsdicht aufeinander. Eine entsprechende
Ausbohrung 79 im Nippel 78 vergrößert den Hohlraum 76, aus dem die im Nippel vorgesehenen
Kanäle 8o, 81 zu einem Anschlußstutzen 83 für die nicht dargestellte Druckleitung
führen, mit welcher der Auslaß der in Abb. 1 mit 6 bezeichneten Kraftstoffeinspritzpurnpe
verbunden ist.
-
In die Achsbohrung der Ventilnadel 68 ragt eine zweite Ventilnadel
87 hinein. Ihr Führungs- und Dichtungsschaft ist in der Nadel 68 längs verschiebbar
geführt. Der an ihrem einen gegenüber dein Führungsschaft abgesetzten Ende vorgesehene
Sitz wird unter der Wirkung einer sich einerseits auf dem Boden der Nippelausbohrung
79 abstützenden und andererseits über einen Federteller 88 auf das andere Nadelende
drückenden Feder 89 auf eine in der Ventilnadel 68 vorgesehene kegelige Sitzfläche
9o gepreßt. Der zwischen dem abgesetzten Ende der Nadel 87 und der Innenbohrung
der Nadel 68 vorhandene Ritrgkana191 ist durch Radialbohrungen 92 tnit einem zweiten
Ringkanal 93 und dieser über eine Stichbohrung 83 in der Büchse 67 mit Kanälen 94,
95 in der Wand des Ventilgehäuses verbunden, die über eine Ringnut 96 zu Kanälen
97, 98 im Nippel 79 führen. An den von diesem Nippel abzweigenden Anschlußstutzen
84 ist die in Abb. 1 mit 22 bezeichnete Druckleitung der Zündstoffeinspritzpumpe
angeschlossen. Die beim Förderhub der Einspritzpumpe 23 erzeugten Druckstöße greifen
an der Schulter 99 der Ventilnadel 87 an und heben diese entgegen der Wirkung der
Schließfeder 89 von ihrem Sitz ab, so daß der geförderte Zündstoff durch die an
ihrer Austuiindung ioo düsenartig verengte Achsbohrung der Ventilnadel 68 ausspritzt.
-
Auch bei dieser Ausführungsform sind die Ventilnadeln so eingebaut,
daß die an ihren Führungen entlang leckenden Brennstoffe nicht durch besondere Leckölleitung
abgeführt zu werden brauchen. Da die Ventilnadel 87 bei ihrer Öffnungsbewegung in
den Hohlraum 76, 79 derart eindringt, daß sich hierbei das Gesamtvolumen der Räume
zwischen der Nadelsitzfläche 71 und dem Auslaß der Einspritzpumpe 9 (Abb. i) verkleinert,
muß man auch hier, wie beim ersten Beispiel, für Entlastung dieser Rätrnre sorgen.
Zur Befestigung des Düsenkörpers 66 im
lfoto-zvlinder dient ein
am unteren Teil des Körpers vorgesehenes Außengewinde ioi.
-
Bei der Ausführungsform gemäß Abb.4 sind in gleicher @@'eise wie bei
Abb.3 das Ventilgehäuse rot mit dem Nippel 103 durch eine Rohrmuffe 104 miteinander
verbunden. Innerhalb einer im VentilgcliäuSe rot eingesetzten Büchse io5 ist eine
Hülse io6 und in dieser eine Ventilnadel 107 geführt. Eine Schraubenfeder
1o8, die sich einerseits am Nippel abstützt und andererseits an einem Bund am inneren
Nadelende angreift, ist bestrebt, den am äußeren, gegenüber dem Führungsschaft der
Nadel abgesetzten Ende vorgesehenen Kegelsitz gegen eine ini Ventilgehäuse io2 angeordnete
Sitzfläche io9 zu pressen. Eine andere Schraubenfeder iio, die das dem inneren Nadelende
benachbarte, aus der Büchse ins herausragende Ende der Hülse umgibt, greift einerseits
an einem Bund i i i der Hülse io6 und andererseits auf der Stirnfläche der Büchse
io5 an und ist bestrebt, eine kegelige Sitzfläche 112 der abgestuften Achsbohrung
der Hülse dichtend gegen einen entsprechenden Sitz am Nadelschaft 107 gedrückt
zu halten. Um zu vermeiden, daß die entgegengesetzt zur Feder io8 wirkende Feder
i i i die Nadel von ihrem Sitz iog abhebt, muß die Feder i io eine kleinere Vorspannung
und zweckmäßig auch Steifigkeit als die Feder io8 erhalten.
-
Die Kraftstoffzuleitung zu dem das abgesetzte äußere Ende der Nadel
107 umgebenden Ringraum 113 erfolgt über Bohrungen 114 bis 117, den Ringraum 118
und entlang von Längsnuten i i9 in der Mantelfläche der Büchse io5..Der beim Fördern
von Kraftstoff durch diese Kanäle im Ringraum 113 jeweils entstehende Druckstoß
greift an der im Ringraum 113 liegenden Schulter i2o der Nadel 107 sowie an der
ebenfalls in diesen Ringraum hineinragenden Stirnfläche 121 der Hülse io6 an und
hebt die Nadel 107 von ihrer Sitzfläche iog ab, so daß der Kraftstoff durch
den zwischen der Mündungsbohrung 122 und dem Zapfen 123 am äußeren Nadelende vorhandenen
Spalt ausspritzen kann. Die Öffnungsbewegung der Ventilnadel 107 ist durch die Stirnfläche
124 eines Anschlagzapfens 125 begrenzt, durch den die Zündstoffzufuhrleitung 126
hindurchgeführt ist. Diese mündet in den die Federn i o8 und iio umschließenden
Gehäusehohlraum 127. Von diesem kann der Zündstoff zwischen dem Bund am inneren
Nadelende und dem Bund i i i der Hülse entlang einem Ringraum zwischen der Hülse
und dem Nadelschaft bis zum Sitz 112 vordringen. Bei jeder Ziindstoffzufuhr von
der Pumpe durch den Kanal 126 greift die dabei auftretende Drucksteigerung an der
Stirn des in den Raum 127 hineinragenden Büchsenendes an und verschiebt die Büchse
entgegen der Wirkung der Druckfeder iio, so daß sich ihre Sitzfläche 112 vom Gegensitz
an der Nadel abhebt und den geförderten Zündstoff in den hinter dem Sitz angeordneten
Ringräum 128 übertreten läßt, von dem aus er über Stichbohrungen 129 im Nadelschaft
in die Achsbohrung 130 übertritt, die er durch ihr düsenartig verengtes Ende
i3i verläßt.
-
Da sowohl beim Öffnungshub der Nadel 107 der einen Teil der
Zündstoffzuleitung bildende Gehäusehohlratim 127 als auch beim Öffnungshub der Hülse
i o6 der einen Teil der 1#r aftstoftztileitung bildende Ringraum 1t3 verkleinert
wird. ist es bei dieser Ausführungsform notwendig, leide Brennstoffzuleitungen zwecks
@-crmeidung ungewollter Einspritzungen ini Sinn der ini Zusammenhang mit _11)b.
r gemachten Ausführungen zu entlasten.
-
Das ganze Einspritzventil wird auch hier durch ein Gewinde
132 in dein Motorzylinder eingeschraubt. Da die beiden entlang den Führungen
der ihre Ausspritzung steuernden Ventilglieder lecken-<len Kraftstoffe lediglich
jeweils in den Druckraum (1:s anderen Kraftstoffs übertreten können, entfällt auch
hier die Notwendigkeit. besondere Leitungen für die I_eckniene anzuordnen.