-
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit
einem in einer zylindrischen Bohrung mit konstantem Hub hin- und hergehenden Kolben,
dessen zylindrischer Teil einen sich konisch verjüngenden Kopf aufweist, der sich
in der inneren Totlage auf einen entsprechend konischen, die Endwand der Bohrung
bildenden Sitz auflegt, der an seinem verjüngten Ende über eine oder mehrere Einspritzöffnungen
mit dem Brennraum der Maschine in ständiger Verbindung steht, sowie mit einem vom
zylindrischen Teil des Kolbens gesteuerten Kraftstoffeinlaß.
-
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieses Typs ist Gegenstand der
deutschen Patentschrift 1058 313;
hierbei ist ein einziger, als Meßöffnung
wirkender Brennstoffeinlaß vorgesehen.
-
Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 826 091
eine Brennstoffeinspritzpumpe
bekannt, bei der der Einlaß aus zwei öffnungen besteht, die einander gegenüberliegend
angeordnet sind.
-
Bei Brennkraftmaschinen entsteht während des Startens des Motors ein
weißer Rauch, während der Fahrt unter Last ein rußiger Rauch; dies ist auf die ungenügende
Aufbereitung des Kraftstoffes zurückzuführen, bevor er in der Verbrennungskammer
verbrannt wird.
-
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Kraftstoffüllung
in der Verbrennungskammer schneller zu erhitzen und zu verdampfen.
-
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Einlaß in
an sich bekannter Weise aus einer Mehrzahl von öffnunaen besteht, die in Umfangsrichtung
der Bohrung ün Abstand voneinander und in einer solchen Lage angeordnet sind, daß
der durch die in die Pumpenkammer eintretende Kraftstoff gegen den Kopf spritzt.
-
Nach einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindunc, sind
an sich bekannte Wärmeübertragungsrippen in dem Teil der Düsenkappe vorgesehen,
der der Brennkammer ausgesetzt ist.
-
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an
Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
gemäß der Erfindung im Längsschnitt, F i g. 2 einen Querschnitt nach der
Linie 11-II der F i g. 1 und F i g. 3 eine abgeänderte Ausführungsform
einer Einzelheit im Schnitt.
-
Nach F i g. 1 gelangt der Kraftstoff vorzugsweise von einer
Brennstofförderpumpe über eine Kraftstoffleitung 11 in den Körper
10 der Einspritzvorrichtung und fließt durch einen Querkanal 12 und einen
axialen Kanal 13 zu einem in seinem Führungsteil 15
angeordneten Absperrventil
14. Eine Feder 16 dient dazu, das Ventil 14 auf seinem Sitz zu halten, aus-genommen,
wenn Kraftstoff unter Druck hindurchfließt. Die abgemessene Kraftstoffmenge tritt
dann in einen axialen Kanal 17 in einem unteren Absperrventilrohr
18 ein und öffnet ein unteres Ventil 20 entgegen dem Druck einer Feder21,
bis das Ventil 20 auf einen Anschlag 22 trifft. Die Füllmenge fließt dann weiter
durch eine Bohrung 23 im Körper 10
nach abwärts und in eine Ringnut
24, die von Aussparungen in einer Einspritzdüsenkappe 25 und dem Körper
10 gebildet wird. Die Füllmenge wird schließlich über Abgabeöffnungen
26, 27, 28 verteilt, die in Umfangsrichtung im Gehäuse 10 angeordnet
sind und in eine Kolbenkammer 30 führen, die durch Zurückziehen eines
Kolbens 31 von seinem Sitz in der Kappe 25 weg gebildet wird. Der
Kolben 31 wird durch einen angetriebenen Nocken 32 über einen Schwinhebel
33 betätigt. Eine Kolbenfeder 34, die sich gegen ihren Halter 35 abstützt,
erzeugt die Kraftwirkung zum Zurückziehen des Kolbens 31. Nach Einführen
der Kraftstoffüllmenge in die Kammer 30 wird der Kolben 31 von der
Nocke 32 nach unten in die Nähe des Endes seines Verdichtungshubes getrieben,
und hierbei wird der Kraftstoff in die Kammer 30 durch
die
kleinen Sprühdüsen 36 in eine Verbrennungskammer 37 einaeführt.
-
Die Bedeutunc, der Mehrfachzuführungsöffnungen 26, 27, 28 ist
ohne weiteres ersichtlich. Der Kraftstoff wird durch diese Öffnungen mit so hohem
Druck gepreßt, daß eine Mehrzahl von feinen Strahlen gebildet werden, die auf die
zurückgezogene konische Oberfläche 38 des Kolbens 31 auftreffen. Da
die Spitze 38 in der Bahn der aus der Verbrennungsk2mmer 37 durch
die Sprühdüsen 36 am Ende des Verdichtungshubes eintretenden Heißluft liegt,
wird sie beim Starten des Motors viel schneller erhitzt als die gegenüberliegende
Fläche 40 der Kappe 25. Die Einspritzdüsenkappe 25 überträgt einen
wesentlichen Wärmeanteil auf einen Zylinderkopf 41 und dann in das Kühlwasser, bis
der gesamte die Verbrennungskammer umgebende Motorblock die normale Arbeitstemperatur
hat. Somit muß der in die Kammer 30 eintretende Kraftstoff mehr auf die heiße
Spitze 38
als auf die kältere Wandung 40 auftreffen, wenn die schnellste Auffieizung
des Kraftstoffes erreicht werden soll.
-
Der Zweck der schnelleren Aufheizung der Kraftstoffüllmenge in der
Kammer 30 besteht darin, so viel von der Füllmenge wie möglich zu verdampfen,
bevor sie in die Verbrennungskammer 37 eingespritzt wird. Je mehr von der
Füllmenge verdampft wird, um so schneller entzündet sie sich beim Einspritzen. Dadurch
wird der Zündverzug verkleinert, der bei einer kalten Maschine einen weißen, nebeligen
und scharf riechenden Rauch ergibt und bei einer heißen belasteten Maschine zu einem
übermäßig schwarzen Auspuffgas führt. Es muß hinzugefügt werden, daß ein Teil der
Aufbereitung der Kraftstoffüllmenge auf das Vermischen des Kraftstoffes in der Kolbenkammer
30 mit der heißen Luft zurückgeführt werden muß, die durch die Düsen
36 eintritt, gerade bevor der Kolben 31 sich in die Kappe
25 am Ende des Verdichtungshubes senkt. Es sind drei Zuführöffnungen26,27,28
in Abständen von 120' dargestellt, die in die Kammer 30 führen, die Anordnung
und Anzahl der Öffnungen bei verschiedenen Motoren und unter verschiedenen Bedingungen
können sich jedoch ändern. Der Grund dafür, daß mehr als eine, üblicherweise mehr
als zwei Öffnungen vorteilhaft sind, besteht darin, daß die gesamte Oberfläche der
heißen Spitze 38 ausgenutzt werden soll; je mehr Öffnungen verwendet
werden, um so kleiner ist dann der Prozentsatz an Kraftstoffmenge je öffnung;
damit aber erfolgt der Wärmeübergang von der Spitze 38 zu dem auf die Spitze
auftreffenden Kraftstoff um so rascher.
-
F i g. 3 zeigt eine zusätzliche Möglichkeit für eine raschere
Erwärmun- der Kolbenkammer 30. Durch Einschneiden von Nuten 42 in den Teil
der Kappe 25, der der Verbrennungskammer 37 zugewandt ist, werden
Rippen 42 a gebildet, und es steht eine größere Oberfläche in Berührung mit den
heißen Gasen in der Kammer 37, und es wird mehr Wärme auf die innere Oberfläche
40 der Kappe übertragen, so daß eine viel raschere Aufheizung möglich ist. Die Heizrippen
42 a und Nuten 42 üben ihre Wirkung sehr wahrnehmbar während des Startens
und des Warinlaufens aus. Die Zuführung zusätzlicher Wärme auf die innere Oberfläche
40 ergibt eine noch wirksamere Arbeitsweise auch bei voller Belastung, Gemeinhin
verwendete Einspritzdüsenkappen zeigen durch ihre glänzende innere Oberfläche, daß
sich die Temperatur innerhalb der Kappe unterhalb der idealen Verdampfungstemperatur
befindet. Wenn die Lastanforderungen zunehmen, erhöht sich auch der Betrag der in
die Kammer 30 eingeführten Kraftstofffüllinenge. Ein größerer Prozentsatz
an Kraftstoff in der Kammer hat die Neigung, die Menge an möglicher Füllungsverdampfung
durch Kühlen der Oberflächen zu verkleinern und damit die Zündverzögerung zu vergrößern.
-
Die Öffnungen 26, 27, 28 tragen auch erheblich zu einer besseren
Schmierung des unteren Endes des zylindrischen Teiles des Kolbens 31 bei.
Diese untere Zone ist der größten Wärme ausgesetzt, und durch Wahl einer ölschmierung
an mehr als einer Stelle (im Gegensatz zu der üblichen einzigen Zuführöffnung) wird
die Riefenbildung oder ein »Fressen« des Kolbens in diesem Bereich erheblich herabgesetzt.
-
F i g. 1 zeigt, daß der Einspritzkolben 31 zwei in axialer
Richtung verlaufende Nuten oder Schmiermittelbehälter an dem unteren Ende aufweist.
Die untere Nut oder Ausnehmung 43 ist von der Kammer 30 durch eine Schulter
44 mit Laufsitz und von einer oberen Nut oder Ausnehmung 45 durch eine Schulter
46 mit Laufsitz getrennt. Die obere Ausnehmung 45 ist ferner von der Fläche oberhalb
des Düsenkörpers 10 durch eine Schulter 47 getrennt. Wenn der Einspritzkolben
31 nach unten getrieben wird, damit die vorher in die Kammer 30 eingeführte
Kraftstoffüllmenge in die Verbrennungskammer 37 eingespritzt wird, werden
sehr hohe hydraulische Drücke in der Kammer 30 erzeugt. Ein sehr kleiner
Teil dieser Füllmenge wird nach oben zwischen die sich mit Laufsitz bewegende Schulter
44 und seine Bohrung im Gehäuse 10 gedrückt. Da auch die Länge der Abdichtung
zwischen dem unteren Ende der Abgabeöffnun-,en 26, 27, 28 und dem Anfang
der konischen Oberfläche 40 kurz ist, würde ein weiterer Teil der Füllung in die
Ringleitung 24 und aus der Düse herausgedrückt werden, wenn das Absperrventil 20
nicht verwendet würde. Bei guten Ventilen besteht jedoch die einzige Leckstelle
die Bohrung nach aufwärts und nicht zurück durch die Zuführungsöffnungen. Damit
wird bei jeder Einspritzung etwas mehr Kraftstoff nach oben an der Schulter 44 vorbeigedrückt,
bis die Ausnehmung 43 mit Kraftstoff gefüllt ist. Wenn die Ausnehmung 43 schließlich
gefüllt ist, wird der Kraftstoff unter Druck an der Schulter 46 vorbei in die obere
Ausnehmung 45 gepreßt. Diese Ausnehmung 45 ist stets zur Leitung 48 offen, die zu
der nicht dargestellten Kraftstoffquelle über eine Leckleitung 50
führt. Da
die Ausnehmung 45 im wesentlichen auf Atmosphärendruck gehalten wird, sickert kein
Kraftstoff an der Schulter 47 vorbei in den Motor, wo es das Schmieröl verdünnen
würde. Die obere Schulter 47 wird durch Motorschmieröl an ihrem oberen Ende und
durch Kraftstoff an ihrem unteren Ende geschmiert. Es ergeben sich somit zwei Streifen
von Kraftstoff, welche als Kolbenschmiermittelbehälter wirken, wenn die Drosselklappe
geschlossen und der Kraftstoff von der Förderpumpe unterbrochen ist, ähnlich, wie
wenn die Maschine ausrollt. Diese Streifen 43 und 44 sind tief genug, damit ein
Behälter ausreichenden Fassungsvermögens entsteht, um eine Kolbenschmierung während
des längsten Ausrollens zu gewährleisten.
-
Die zum Tank zurückführende Leitung 50 ist noch aus einem anderen
Grund wichtig. Während der Zeit der Spitzengasdrücke in der Verbrennungskammer
37,
wie beim Arbeitshub der Maschine wird einiges Gas in die jetzt zusammengedrückte
Kammer 30 gepreßt, wobei der Kolben 31 gleichzeitig auf seinem
Sitz gehalten wird. Das Absperrventil 20 und das Absperrventil 14 verhindern den
Eintritt von Gas in die Kraftstoffzuführleitungen aus der Speisepumpe in die Kammer
30. Wenn Gasblasen in diese Leitungen eintreten, arbeitet der Motor sehr
schlecht. Ein Teil des Gases fließt jedoch nach oben zwischen der Schulter 44 und
der Bohrungswandung des Gehäuses 10, wie dies die Meine Menge an Kraftstoff
während des Einspritzens tat. Diese Gasblasen wandern schließlich durch den Kraftstoff
in die Ausnehmung 43, entlang der Schulter 46, in die Ausnehmung 45 und weiter zurück
zu der nicht dargestellten entlüfteten Kraftstoffquelle durch die Kanäle 48 und
50.
Diese heißen Gasblasen haben die Neigung, einen Teil des Schmierfilmes
an den Schultern 44 und 46 mit sich zu nehmen, wodurch eine zusätzliche Schmierung
sogar noch wesentlicher wird. Aus diesem Grund ist der Verlust eines Teiles der
Kraftstoffüllmenge während der Einspritzung nicht nur zulässig, sondern sogar zweckmäßig.
Während des Ausrollens oder Leerlaufens, d. h., wenn die Kraftftoffversoroung
zu den Einspritzdüsen abgeschaltet ist, sind die Verbrennungskammerdrücke viel niedriger,
da keine Zündung stattfindet, und infolgedessen arbeiten sich viel kleinere Mengen
an Blasen an dem Kolben nach oben. Bei äußerst langem Ausrollen oder Leerlauf könnten
die Gase die gesamte Schmiermittelzuführung in den Streifen 43, 45 wegnehmen, aber
wie bei allen Kraftstoffpumpen ist es fast unmöglich, zu verhindern, daß geringe
Mengen an Kraftstoff aus der Pumpe heraussickern, wenn die Drosselklappe geschlossen
ist. Diese geringe Durchsickermenge tritt deshalb in die Kammer 30 ein und
hält die Oberflächen 38 und 40 feucht. Die eintretenden kühleren Gasblasen
drücken einen kleinen Betrag an Sickerkraftstoff nach oben und unterstützen die
Schmierung der Schultern 44 und 46, wobei der Sickerkraftstoff auch dazu dient,
eine Schmiermittelversorgung in den Streifen 43 und 45 zu erneuern oder wenigstens
aufrechtzuerhalten.