DE291529C

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Publication number: DE291529C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 291529 KLASSE 46 c. GRUPPE

Bei Verbrennungskraftmaschinen, welche mit wechselnden Belastungen und Umdrehungs-

. zahlen arbeiten, ist es schwierig, die Zusammensetzung des Brennstoff-Luftgemisches im Einspritzventil und dessen Einführung in den Zylinder so zu beherrschen, daß die Verbrennung unter allen Umständen im gewünschten Sinne verläuft. Es ist bekannt, daß der gebräuchliche Plattenzerstäuber den gestellten ίο Anforderungen nicht entspricht. Der Plattenzerstäuber bei Verbrennungskraftmaschinen hat bekanntlich die Aufgabe, den von der Brennstoffpumpe eingeführten Brennstoff auf-

Jl zuspeichern und beim Anheben der Nadel infolge der Beschleunigung des Brennstoffes durch den Überdruck der Preßluft den Brennstoff mit dieser zu mischen, so daß jedes Brennstoffteilchen mit einer Preßlufthülle umgeben ist und die Preßluft mit Brennstoffteilchen gesättigt wird. Dann wird bei der Expansion der Preßluft im Verbrennungsraum des Zylinders der Brennstoff in vollkommener Weise zerstäubt und in die Verbrennungsluft geschleudert. Erfahrungsgemäß kommt es dabei weniger auf die Form der Mischvorrichtung an als auf die Querschnitte, da die ganzen Vorgänge Strömungsvorgänge sind, für die die absoluten und relativen Querschriittsdimensionen von bestimmender Bedeutung sind.

Wenn eine solche Mischvorrichtung nur für eine bestimmte Brennstoff- und Preßluftmenge richtig dimensioniert ist, so stimmen für abweichende Belastungen die Querschnitts Verhältnisse nicht mehr völlig überein. Bei stationären Maschinen, die mit unveränderlicher Umdrehungszahl laufen, ist dieser Um stand von geringerer Wichtigkeit, es genügt, das Einspritzventil für volle Belastung zu dimensionieren. Eine wesentlich größere Bedeutung hat die Gestaltung des Einspritzventils bei Maschinen, welche mit stark veränderlicher Umlaufzahl laufen müssen, insbesondere bei solchen, welche, wie Lokomotivantriebsmotoren, bei den verschiedenen Umlaufzahlen volle Belastung hergeben müssen. Für diese kann das normale Einspritzventil nur für einen bestimmten Tourenbereich befriedigende Resultate ergeben, bei starken Tourenabweichungen aber muß es versagen.

Es gibt nun verschiedene Mittel, das normale Ventil den Anforderungen der veränderlichen Umlaufzahl anzupassen, wie Änderung des Druckes der Einblaseluft, Änderung des Nadelhubes sowie Anwendung einer von einem verstellbaren Nocken angetriebenen Brennstoffpumpe, bei der die Einführung des Brennstoffes in das Ventil zwangläufig nach der Form der Nockenkurve erfolgt. Mit allen diesen Vorrichtungen kann der zeitliche Verlauf der Brennstoff- als auch der Preßlufteinführung sowohl in ihrer absoluten Größe als auch in dem relativen Verhältnis zueinander nicht genau geregelt werden. Dies wird erst möglich, wenn man die Durchflußquerschnitte im Ventil selbst während der Einspritzung ändert. Es sind im allgemeinen im Einspritzventil drei verschiedene Durchflußquerschnitte zu unterscheiden: die Durchflußquerschnitte für den Brennstoff, für die Preßluft und das Brennstoffluftgemisch.

Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, daß während der Eröffnung des Einspritz-

ventils sich einzelne dieser Durchflußquerschnitte oder sämtliche sowohl ihrer absoluten Größe nach als auch in ihrem relativen Verhältnis zueinander ändern. Diese Änderung der Durchflußquerschnitte kann so weit getrie-

. ben werden, daß einzelne Durchflußquerschnitte, beispielsweise für die Preßluft, zunächst ganz geschlossen sind, so daß anfangs nur ganz geringe Luftmengen mit dem Brennstoff in den

ίο Zylinder gelangen. Es sollen also Luft und Brennstoff sozusagen zwangläufig und voneinander ziemlich unabhängig gesteuert werden. Zur Erzielung dieser Arbeitsweise ist es erforderlich, daß Teile des Einspritzventils von der Nadel entweder zwangläufig oder kraftschlüssig bewegt werden. Die Nadel soll dann nur als reines Abschlußorgan wirken. Bei Veränderung des Nadelhubes wird dann durch die Änderung der Querschnittsverhältnisse im Ventil selbst das Ventil den Anforderungen der verminderten Umlaufzahl angepaßt.

Die Art der Querschnittsänderung kann in verschiedener Weise erfolgen, je nach der Aufgabe, welche das Ventil zu erfüllen hat, und der Art des Brennstoffes, für den es bestimmt ist. Fig. ι zeigt eine konstruktive Lösung für ein Ventil, das für schwer entzündliche Brennstoffe besonders geeignet ist. Bei diesen muß möglichst vermieden werden, daß mit den ersten Brennstoffteilchen zuviel Luft in den Zylinder strömt und dessen Inhalt in der Verbrennungszone abkühlt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Querschnitt für den Eintritt der Preßluft überhaupt erst später öffnet als die Nadel. Der Brennstoff wird durch die Bohrung α dem Ringraum b zugeführt. Beim Anheben der Nadel drückt die durch die Bohrungen c eintretende Preßluft den Brennstoff durch den engen, konischen Ringspalt d in den Raum e, wo der Brennstoffstrahl zunächst aufgelöst wird. Er geht dann duroh den Ringraum f und den Nadelsitz in die Düse g. Erst kurz nach der Eröffnung der Nadel, nachdem diese den Weg h zurückgelegt hat, wird der Konus i angehoben und die Preßluft strömt nun durch den konischen Spalt k dem Brennstoffstrahl entgegen und geht dann mit Brennstoff gesättigt durch den Ringraum f zur Nadel. Dadurch, daß der Durchflußquerschnitt für die Preßluft auch früher abschließt als die Nadel, wird noch erzielt, daß sich beim Anheben vor dem Nadelsitz zunächst immer etwas mit Brennstoff stark gesättigte Luft zur Einleitung der Verbrennung befindet.

Fig. 2 zeigt eine Anwendung des Erfindungsgedankens für ein Ventil, welches für leicht entzündlichen Brennstoff bestimmt ist. Damit ein zu starkes Einströmen von Brennstoff zu Beginn der Einspritzung vermieden wird, ist der Durchflußquerschnitt für den Brennstoff I zunächst sehr eng, so daß anfangs nur geringe Brennstoffmengen von der durch die Bohrungen m einströmenden Preßluft mitgenommen werden. Da die Neigung des mit der Nadel verbundenen Konus η für das Gemisch weniger steil ist als der den Brennstoff steuernde Konus I, so wird mit weiterem Anheben dtr Nadel der Durchflußquerschnitt für den Brennstoff schneller wachsen und den Durchflußquerschnitt für das Gemisch überflügeln, so daß nach gewisser Zeit ein mit Brennstoff stark gesättigtes Gemisch in die Düse gelangt. Wird der Nadelhub vermindert, so wird sowohl der Durchflußquerschnitt für Gemisch als auch der für den Brennstoff nur wenig geöffnet, wodurch ein übermäßiges Ansteigen des Verbrennungsdruckes bei langsamer Umlaufzahl vermieden wird. Dieses Ventil steuert also besonders den Brennstoff in mehr zwangläufiger Weise als andere Einspritzventile, und ist daher für Maschinen mit veränderlicher Umlaufzahl und für leicht entzündliche Brennstoffe besonders geeignet.

Fig. 3 zeigt ein Ventil, bei dem der Einfluß der die Eröffnung des Ventils bestimmenden Nockenform möglichst ausgeschaltet ist. Es ist also besonders für umsteuerbare Maschinen geeignet, welche mit einem Nocken für Vorwärts- und Rückwärtsgang ausgestaltet sind. Der Durchflußquerschnitt für das Gemisch ist so gestaltet, daß er im ersten Teil des Nadelhubes bei 0 sehr eng bleibt. Sobald jedoch die Nadel einen gewissen Weg zurückgelegt hat, ist dann der Querschnitt bei p der engste und ändert sich auch bei weiterem j Anheben nicht, so daß der Einspritzvorgang von dem weiteren Verlauf der Nockenkurve unabhängig wird. Es können natürlich auch andere Querschnitte, z. B. der Durchflußquerschnitt für den Brennstoff, nach einem so gestalteten Profil geformt sein, daß er zunächst langsam öffnet und dann konstant bleibt.

Fig. 4 zeigt ein Ventil, bei welchem ein langsames Einsetzen der Brennstoffeinströmung durch die Änderung des Durchflußquerschnittes für die Preßluft erzielt wird. Im Beginn des Nadelhubes ist die Summe der Durchflußquerschnitte r und s im Verhältnis zum Nadelquerschnitt groß, die Geschwindigkeiten in beiden also klein, so daß nur geringe Brennstoffmengen mit der Preßluft überströmen. Bei weiterem Nadelhub wird dann der Durchflußquerschnitt s gedrosselt, so daß im Durchflußquerschnitt r große Geschwindigkeiten auftreten, zumal jetzt auch der Nadelquerschnitt größer geworden ist und der Brennstoff in großen Mengen einströmt. Bei Verminderung des Nadelhubes werden zunächst sämtliche Geschwindigkeiten im Zerstäuber an sich verringert ; da aber außerdem der Durchflußquerschnitt s infolge der geringen Drosselung relativ größer wird, so wird dadurch die Geschwindig-

keit im Durchflußquerschnitt r vermindert, so daß also der Brennstoff langsamer einströmt. Dieses Ventil eignet sich also gleichfalls für veränderliche Umlauf zahl der Maschine.

Es sind natürlich noch andere Ausführungsformen auf Grund dieses Prinzipes je nach dem Verwendungszweck des Ventils denkbar.

Claims

Pa tent-An Sprüche:

i. Einspritzventil für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem die Lagerung des Brennstoffes und die Gemischbildung in sich schneidenden ringförmigen Räumen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußquerschnitte für den Brennstoff, für die Druckluft und für das Gemisch während der Eröffnung des Einspritzventils dadurch in ihrer Größe einzeln oder gemeinsam oder in ihrem Verhältnis zueinander verändert werden, daß einzelne Teile von der Nadel zwangläufig oder kraftschlüssig gesteuert werden.
2. Einspritzventil für Verbrennungskraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt für die Luft oder für den Brennstoff erst nacli Anheben der Nadel geöffnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.