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DE3439767A1 - Einrichtung zum einbringen eines brennstoff/luft-gemisches in den brennraum einer brennkraftmaschine - Google Patents

Einrichtung zum einbringen eines brennstoff/luft-gemisches in den brennraum einer brennkraftmaschine

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Publication number
DE3439767A1
DE3439767A1 DE19843439767 DE3439767A DE3439767A1 DE 3439767 A1 DE3439767 A1 DE 3439767A1 DE 19843439767 DE19843439767 DE 19843439767 DE 3439767 A DE3439767 A DE 3439767A DE 3439767 A1 DE3439767 A1 DE 3439767A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
nozzle needle
combustion chamber
pressure
pressure chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19843439767
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Finsterwalder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kloeckner Humboldt Deutz AG filed Critical Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority to DE19843439767 priority Critical patent/DE3439767A1/de
Publication of DE3439767A1 publication Critical patent/DE3439767A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • F02M59/022Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type having an accumulator storing pressurised fuel during pumping stroke of the piston for subsequent delivery to the injector
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    • F02M59/107Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive pneumatic drive, e.g. crankcase pressure drive
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    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump

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Description

  • Einrichtung zum Einbringen eines Brennstoff/Luft-Gemisches
  • in den Brennraum einer Brennkraftmaschine Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Einbringen eines Brennstoff/Luft-Gemisches in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bei der ein Ventilkörper und ein Düseneinsatz vorgesehen ist, in dem in einer Bohrung eine kolbenartige Düsennadel axial geführt ist, und bei der durch die kolbenartige Düsennadel in der Bohrung brennraumseitig ein Druckraum durch Verschiebung der Düsennadel in Richtung des Ventilkörpers bildbar ist, wobei der Druckraum über zumindest eine Austrittsöffnung mit dem Brennraum verbunden ist und das Brennstoff/Luft-Gemisch aus dem Druckraum über die Austrittsöffnung durch die sich in Richtung Brennraum bewegende, kolbenartige Düsennadel in den Brennraum einbringbar ist.
  • Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei nach den direkt einspritzenden Verfahren arbeitenden Dieselmaschinen, werden vielfältige Anstrengungen unternommen, den Brennstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen zu verringern. Eine Möglichkeit ist dabei das Einblasen von bereits aufbereitetem Brennstoff/Luft-Gemisch in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Dazu kann bei direkt einspritzenden Dieselmaschinen das handelsübliche Einspritzventil durch eine Einrichtung zum Einblasen des Brennstoff/Luft-Gemisches in den Brennraum ersetzt werden.
  • Eine solche Einrichtung gemäß dem Gattungsbegriff ist aus der DE-OS 31 50 675 bekannt. Das Brennstoff/Luft-Gemisch wird hierbei fertig aufbereitet dem Druckraum zugeführt und mit Hilfe eines zusätzlichen Hydraulikmediums, welches die kolbenartige Düsennadel mit Druck beaufschlagt, in den Brennraum hineingedrückt. Durch diese zusätzliche Kompression entzündet sich das Brennstoff/Luft-Gemisch bereits im Druckraum und schlägt als Flamme durch die Austrittsöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Da sich ein Teil des Brennstoffs im Brennraum befindet, wirkt die gattungsbildende Einrichtung quasi als Zündeinrichtung für Dieselmotoren.
  • Zum Einblasen des bereits entzündeten Brennstoff/Luft-Gemisches in den Brennraum ist eine außerordentlich hohe Einblaseenergie notwendig. Dies ist durch die zusätzliche Kompressionsarbeit bedingt, welche die zur Selbstentzündung im Druckraum notwendige Kompressionsarbeit aufbringt.
  • Außerdem wird dabei eine zusätzliche hydraulische Steuerpumpe notwendig, die den Einblasevorgang zeitlich exakt dosiert einleitet. Ferner ist es nachteilig, daß der gattungsgemäßen Einrichtung bereits ein fertig aufbereitetes Brennstoff/Luft-Gemisch zugeführt werden muß, wodurch weitere zusätzliche Einrichtung zum Erzeugen dieses Brennstoff/Luft-Gemisches erforderlich sind. Insgesamt nimmt so der notwendige Bauaufwand erheblich zu und verteuert eine mit einer derartigen Einrichtung ausgerüstete Brennkraftmaschine.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattunsgemäße Einrichtung zum Einbringen eines Brennstoff/Luft-Gemisches in den Brennraum einer Brennkraftmaschine derart weiterzubilden, daß ohne aufwendige zusätzliche Aggregate durch ein spätes und schnelles Einbringen des gesamten, für einen Arbeitszyklus notwendigen Brennstoffs in Form eines fetten, vorreagierten, aber nicht entzündeten Brennstoff/Luft-Gemisches in den Brennraum der Brennkraftmaschine eine intensive Gemischbildung erreicht wird, um die Schadstoffemissionen und den Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 der Erfindung gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß der Einrichtung flüssiger Brennstoff von einer separaten handelsüblichen Einspritzpumpe zugeführt wird und daß diese Einspritzpumpe sowohl die zum Einblasen als auch die zur Gemischbildung in einem Druckraum der Einrichtung notwendige Energie liefert. Die Einrichtung kann somit vorzugsweise bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise anstelle des Einspritzventils ohne zusätzliche Einrichtungen direkt an die Einspritzpumpe angeschlossen werden. Die Einspritzpumpe beginnt mit ihrem Förderhub zumindest im Vollastbereich bereits im unteren Totpunkt des Kompressionstaktes der Brennkraftmaschine. Durch den anwachsenden Brennstoffdruck beginnt die kolbenartige Düsennadel entgegen der Kraft aus einem Kraftspeicher einen Druckraum in der Einrichtung zu bilden, in den durch eine Austrittsöffnung komprimierte Luft aus dem Brennraum einströmt. Der gesamte, für einen Arbeitszyklus notwendige Brennstoff wird ebenfalls in den Druckraum eingebracht und vermischt sich dort zu einem fetten Brennstoff/Luft-Gemisch. Im Bereich des oberen Totpunkts am Ende des Kompressionstaktes steuert die Einspritzpumpe ab und der Brennstoffdruck bricht zusammen, so daß die Kraft aus dem Kraftspeicher die kolbenartige Düsennadel mit einer resultierenden Kraft in Richtung Brennraum beaufschlagt. Die Düsennadel treibt das jetzt bereits vorreagierte und aufbereitete Brennstoff/Luft-Gemisch durch die Austrittsöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine, wo die Hauptverbrennung stattfindet. Da der gesamte Brennstoff eine relativ lange Zeit, nämlich im Vollastbetrieb fast den gesamten Kompressionstakt, zur Vermischung zur Verfügung hat, kommt es im Druckraum bereits außer zum Verdampfen auch zu chemischen Vorreaktionen mit der Kompressionsluft. Da jedoch die fette Zündgrenze unterschritten ist, kann keine Zündung erfolgen. Erst nachdem das Brennstoff/Luft-Gemisch im Bereich des oberen Totpunkts unter Druck- und Temperatursteigerung in den Brennraum eingeblasen wird, findet beim ersten Kontakt mit der Luft im Brennraum eine spontane Zündung statt. Trotz des späten Beginns der Einblasung wird aufgrund der hohen Gemischbildungsenergie des Einblasevorganges die Verbrennung rasch und vollständig zu Ende geführt, wodurch in vorteilhafter Weise zugleich eine geringe Schadstoffemission und ein guter Brennstoffverbrauch verwirklicht werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Brennstoffzufuhr in den Druckraum durch den Hub der Düsennadel gesteuert. Dabei kann die Düsennadel eine axiale Doppelführung aufweisen, wobei der brennraumseitige Abschnitt der Düsennadel den Druckraum begrenzt und der gegenüberliegende, ventilkörperseitige Abschnitt eine Druckschulter für den Brennstoffdruck bildet. Ab einem bestimmten Hub der Düsennadel wird eine als Drossel ausgebildete erste Steueröffnung in der Düsennadel von einer Steuerkante freigegeben, so daß der Brennstoff durch diese Drossel über eine Hohlbohrung in der Düsennadel und vorzugsweise eine Düse in den Druckraum einströmt. Mit zunehmender Last und Drehzahl wird der Brennstoffdruck und damit der Hub der Düsennadel größer, wobei sich der Druckraum infolge des wachsenden Hubes ebenfalls vergrößert. Im Vollastbereich wird von der Steuerkante eine zweite Bohrung in der Düsennadel freigegeben, die als Uberströmöffnung ausgebildet ist und den Hub der Düsennadel weitgehend begrenzt, wobei die jetzt pro Zeiteinheit in den Druckraum eingebrachte Brennstoffmenge zunimmt. Die Einspritzpumpe wird dabei so gesteuert, daß der Förderbeginn lastabhängig ist, während das Förderende vorzugsweise lastunahbängig im Bereich des oberen Totpunkts des Kompressionstaktes der Brennkraftmaschine liegt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise sowohl die Größe des Druckraumes als auch die zur Vermischung des Brennstoffes zur Verfügung stehende Zeit lastabhängig gesteuert, während der Einblasevorgang selbst im Bereich des oberen Totpunkts stets konstant ist. Daraus resultiert ein sowohl im Teillastbereich als auch im Vollastbereich gleichermaßen optimal aufbereitetes Brennstoff/Luft-Gemisch. Da die Zündbedingungen in dem Druckraum weitgehend unabhängig von den Bedingungen im Brennraum geschaffen werden und dort eine weitgehende Vorverdampfung und teilweise Vorreaktion des Brennstoffs erreicht wird, ist der Zündverzug einer mit einer solchen Einrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine unter allen Bedingungen gering. Dies bedeutet insbesondere, daß zusätzliche Kaltstarthilfen oder eine Startmehrmenge entfallen können. Es ist daher auch möglich, besonders zündunwillige Brennstoffe, wie beispielsweise Alkohol, Benzine oder Methanol, zu verbrennen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
  • Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Einbringen eines Brennstoff/Luft-Gemisches in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Luftfeder, a) die kolbenartige Düsennadel befindet sich in ihrer brennraumseitigen Endstellung, b) die kolbenartige Düsennadel befindet sich in der gegenüberliegenden, ventilkörperseitigen Endstellung; Fig. 2 einen Längsschnitt nach Fig. 1 einer Einrichtung mit einer Luftdosenfeder, a) die kolbenartige Düsennadel befindet sich in ihrer brennraumseitiger Endstellung, b) die kolbenartige Düsennadel befindet sich in einer mittleren Hubstellung, wobei Brennstoff in den Druckraum eingebracht wird; Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Spitze einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer zentrischen Austrittsöffnung.
  • In axialer Verlängerung eines Ventilkörpers 1 ist ein Düseneinsatz 2 vorgesehen, der durch eine Uberwurfmutter 3 axial mit dem Ventilkörper 1 verbunden ist. Diese Verbindung kann in vorteilhafter Weise auch durch andere geeignete Mittel, wie beispielsweise Schweißen, Nieten oder Kleben, erreicht werden. Der Düseneinsatz 2 ragt mit seinem vorderen Teil 4 aus der Uberwurfmutter 3 heraus und wird zumeist mit der Spritze des vorderen Teils 4 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Im vorderen Teil 4 ist eine Bohrung 5 vorgesehen, in der eine kolbenartige Düsennadel 6 angeordnet ist. Die Düsennadel 6 ist mit zwei axialen Abschnitten 7 und 8 versehen, wobei einerseits der brennraumseitige Abschnitt 7 in der Bohrung 5 axial geführt ist und andererseits der ventilkörperseitige Abschnitt 8, welcher einen größeren Durchmesser als der brennraumseitige Abschnitt 7 aufweist, in einem zweiten Teilbereich der Bohrung 5 des Düseneinsatzes 2 druckmitteldicht geführt ist. Die Düsennadel 6 bildet an der Ubergangsstelle der beiden Abschnitte 7 und 8 eine Druckschulter 9 und die Durchmesseränderung der Bohrung 5 ist im Düseneinsatz 2 als Steuerkante 10 ausgebildet.
  • Seitlich am Ventilkörper 1 ist eine Brennstoffzuführung 11 für den flüssigen Brennstoff von einer separaten Einspritzpumpe der Brennkraftmaschine vorgesehen. Kanäle 12 und 13 im Ventilkörper 1 bzw. im Düseneinsatz 2 führen bis zu einem ringförmigen Raum 14 an der Druckschulter 9 der Düsennadel 6. Der ringförmige Raum 14 wird dabei zum Teil durch die Uberlappung der unterschiedlichen Durchmesserbereiche der Düsennadel 6 und des Düseneinsatzes 2 gebildet.
  • Ferner ist in der Düsennadel 6 eine zentrische Hohlbohrung 15 und zwei Querbohrungen in unterschiedlichen axialen Höhen vorgesehen, wobei die brennraumseitige Querbohrung als Uberströmöffnung 16 und die ventilkörperseitige Querbohrung als Drossel 17 ausgebildet ist. Sowohl die Uberströmöffnung 16 als auch die Drossel 17 liegen im brennraumseitigen Abschnitt 7 der Düsennadel 6. Am brennraumseitigen Ende der zentrischen Hohlbohrung 17 ist eine Düse 18 angeordnet, während das ventilkörperseitige Ende verschlossen ist. Die Düsennadel 6 liegt in Ruhestellung, d. h. in brennseitiger Endlage, mit ihrem brennraumseitigen Ende in einer genau gleichförmigen Ausbildung des vorderen Teils 4 des Düseneinsatzes 2 bzw. der Bohrung 5 (Fig. la). An der Spitze des Düseneinsatzes 2 sind vier sternförmig radial ausgerichtete Austrittsöffnungen 19 angeordnet, die die Bohrung 5 im Inneren des Düseneinsatzes 2 mit dem Brennraum verbinden und von der Spitze der Düsennadel 6 in deren Ruhestellung verschlossen werden.
  • Die Bohrung 5 im Düseneinsatz 2 setzt sich mit ihrem zweiten größeren Durchmesser im Ventilkörper 1 mit etwa diesem Durchmesser fort und bildet eine Hohlbohrung 21. An dem dem Düseneinsatz 2 axial gegenüberliegenden Ende des Ventilkörpers 1 ist ein als Rückschlagventil ausgebildeter Einsatz 20 angeordnet, der die Hohlbohrung 21 im Ventilkörper 1 verschließt. Die Hohlbohrung 21 im Ventilkörper 1 und z. T. im Düseneinsatz 2 ist so von der Düsennadel 6 und dem Einsatz 20 axial begrenzt. Die Hohlbohrung 21 ist mit Luft gefüllt und wirkt als Luftfeder mit progressiver Kennlinie, wobei ein Teflonring 22 in der Düsennadel 6 das Eindringen von Brennstoff in die Hohlbohrung 21 verhindert. Uber den Einsatz 20 kann komprimierte Luft in dem Hohlraum 21 gefördert werden, wodurch die Federkennlinie der Luftfeder veränderbar ist.
  • Die Einspritzpumpe fördert unter Druck stehenden Brennstoff zur Brennstoffzuführung 11 der erfindungsgemäßen Einrichtung. Uber die Kanäle 12 und 13 gelangt der flüssige Brennstoff zu der Druckschulter 9 am ringförmigen Raum 14. Der sich aufbauende Brennstoffdruck wirkt an der Druckschulter 9 auf die Düsennadel 6 entgegen die Kraft aus der Luftfeder in der Hohlbohrung 21. Mit zunehmendem Brennstoffdruck beginnt die Düsennadel sich von ihrer Ruhe- bzw. Ausgangsstellung wie in Fig. la gezeigt abzuheben, wobei die Brennkraftmaschine sich zumindest im Vollastbereich zu diesem Zeitpunkt im unteren Totpunkt des Kompressionstaktes befindet. Mit zunehmendem Hub der Düsennadel 6 wird am brennraumseitigen Ende der Bohrung 5 ein von der Düsennadel 6 begrenzter und mit dem Hub wachsender Druckraum 23 gebildet. Nach einem gewissen Vorhub der Düsennadel 6 wird die Drossel 17 von der Steuer kante 10 freigegeben, wodurch Brennstoff von dem ringförmigen Raum 14 über die Drossel 17 und die zentrische Hohlbohrung 15 sowie die Düse 18 in den Druckraum 23 gelangt (Fig.
  • 2b). Der Brennstoff bildet sodann im Druckraum 23 mit der gleichfalls durch die Austrittsöffnungen 19 infolge des Kompr essionstaktes der Brennkraftmaschine eingeströmten Kompressionsluft ein Brennstoff/Luft-Gemisch. Dauert der Arbeitshub der Einspritzpumpe weiter an, so hebt die Düsennadel 6 weiter entgegen der Kraft aus der Luftfeder ab, wobei sich der Druckraum 23 bei kontinuierlicher Brennstoffzufuhr entsprechend vergrößert. Schließlich gelangt die Überströmöffnung 16 bis zur Steuerkante 10, wodurch plötzlich ein großer Durchflußquerschnitt für den Brennstoff von dem ringförmigen Raum 14 zum Druckraum 23 zur Verfügung steht (Fig. lb). Der Hub der Düsennadel 6 ist jetzt praktisch beendet, evtl. noch restlicher unter Druck stehender Brennstoff gelangt weitgehend auf einmal über die Uberströmöffnung 16 und auch die Drossel 17 in den Druckraum 23. Das maximale Volumen des Druckraumes 23 beträgt in vorteilhafter Weise ein Mehrfaches des Volumens der Vollastbrennstoffmenge.
  • Wenn die Brennkraftmaschine sich im oberen Totpunkt des Kompressionstaktes befindet, ist der Fördervorgang der Einspritzpumpe beendet und der Brennstoff wird von der Einspritzpumpe her druckentlastet. An der Druckschulter 9 liegt somit keine Kraft mehr entgegen der Kraft aus der Luftfeder an. Die Luftfeder drückt infolgedessen die Düsennadel 6 in Richtung ihres brennraumseitigen Endes. Dabei wird das sich in den Brennraum 23 befindliche Brennstoff/Luft-Gemisch durch die Austrittsöffnungen 19 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht. Der in dem ringförmigen Raum 14 befindliche Brennstoff wird in die druckentlastete Brennstoffzuführung von der Einspritzpumpe zur erfindungsgemäßen Einrichtung zurückgedrängt. Die Druckentlastungsvorrichtung beispielsweise an der Einspritzpumpe ist so beschaffen, daß dabei keine Raumprobleme entstehen und der Brennstoff während der Druckentlastungsphase immer drucklos bleibt. Ein Rückströmen des Brennstoff/Luftgemischs von dem Druckraum 23 über die Düse 18 in den ringförmigen Raum 14 ist durch die hohe Drosselwirkung der Düse 14 und der Drossel 17 nicht möglich. Es kann jedoch zur sicheren Verhinderung dieses Rückströmens auch sehr vorteilhaft sein, ein Rückschlagventil in den Verbindungskanal zwischen dem ringförmigen Raum 14 und der Austrittsöffnung für den Brennstoff in den Druckraum 23 anzuordnen.
  • Da die zur Vermischung des Brennstoffes mit der Luft zur Verfügung stehende Zeit relativ lang ist, nämlich im Volllastbereich vom unteren Totpunkt bis zum oberer Totpunkt des Kompressionshubes der Brennkraftmaschine, und die durch die Austrittsöffnungen 19 in den Druckraum 23 einströmende Kompressionsluft bereits eine erhebliche Kompressionswärme aufweist, verdampft der Brennstoff im Druckraum 23 und bildet bereits chemische Vorreaktionen.
  • Es ist jedoch die fette Zündgrenze unterschritten, weshalb sich das Gemisch nicht entzünden kann. Während des Ausblasevorgangs wird das Brennstoff/Luft-Gemisch in dem Druckraum 23 weiter komprimiert, wodurch dieses noch zusätzlich erhitzt und so die Aufbereitung noch weiter verbessert wird. Dieses fette, nicht zündfähige Gemisch wird im Bereich des oberer Totpunkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine möglichst schnell eingeblasen, wobei es beim ersten Kontakt mit der Luft im Verbrennungsraum zur spontanen Zündung kommt. Aufgrund der hohen Gemischbildungsenergie der Einblasung wird die Verbrennung rasch und vollständig zu Ende geführt. Es wird somit ein sehr kurzer Zündverzug und ein guter Ausbrand ermöglicht, was bei geringer NOx-, HC-, CO-, Partikel- und Geräuschemission auch einen guten Brennstoffverbrauch bewirkt.
  • Der Hub der Düsennadel ist abhängig von der Last der Brennkraftmaschine, wobei das zeitliche Ende immer im Bereich des oberen Totpunktes der Brennkraftmaschine liegt, während der Hubbeginn lastabhängig variiert. Der Hub der Düsennadel 6 fängt somit bei steigender Last früher an und erreicht im oberen Totpunkt höhere Werte. Da die in den Druckraum eingebrachte Brennstoffmenge nach einen Starthub ebenso zunimmt, erzeugt die erfindungsgemäße Einrichtung in vorteilhafter Weise ein über weite Lastbereiche lastunabhängiges, fettes Brennstoff/Luft-Gemisch. Erst im Volllastbereich wird durch die Überströmöffnung 16 das Brennstoff/Luft-Gemisch noch mehr mit Brennstoff angereichert.
  • Weiterhin hängt die Größe des Nadelhubes noch von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Mit steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine wird der Hub der Düsennadel 6 für eine konstante Brennstoffmenge größer, da wegen der kürzer werdenden Düsennadelerhebungsphase ein sinkender Anteil Brennstoff in den Druckraum 23 eingebracht wird.
  • Gleichzeitig steht der nicht eingebrachte Teil des Brennstoffs in Form eines Druckanstiegs an der Druckschulter 9 für die Nadelerhebung zur Verfügung. Aufgrund der progressiven Federkennlinie der Luftfeder steigt mit wachsendem Düsennadelhub der Brennstoffdruck so an, daß dadurch die gewünschte Menge Brennstoff in der verfügbaren Zeit in den Druckraum 23 gespritzt werden kann. In vorteilhafter Weise isto der Hub zur Freigabe der Uberströmöffnung 16 derart bestimmt, daß im Vollastpunkt bei niedrigster Vollastdrehzahl dieser Hub gerade noch nicht erreicht wird. Erst bei steigender Drehzahl und Vollast gibt die Steuer kante 22 die Uberströmöffnung 16 frei.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Dort ist die Hohlbohrung 21 konisch ausgebildet und in dieser eine Luftdosenfeder 22 angeordnet. Das Innere der Luftdosenfeder steht mit dem Einsatz 20 in Verbindung, so daß über das Rückschlagventil der Druck in der Luftdose verändert werden kann. Evtl. an der Düsennadel 6 austretendes Lecköl wird über einen Leckölanschluß 25 abgeführt.
  • Es ist jedoch ohne weiteres möglich, anstelle einer Luftfeder eine irgendwie geartete andere Feder mit progressiver Kennlinie einzusetzen. So ist beispielsweise auch eine Spiralfeder oder eine Tellerfeder möglich. Der als Rückschlgventil wirkende Einsatz 20 entfällt in diesem Fall.
  • Die Federkennlinie einer solchen Spiralfeder bzw. Tellerfeder wird im voraus berechnet bzw. ausprobiert und während des Betriebes konstant gehalten.
  • Für manche Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, die Düsennadel 6 mit ihrem ventilkörperseitigen Abschnitt 8 nicht in Form einer Doppelpassung ebenfalls im Düseneinsatz 2 zu führen, sondern für diesen Zweck ein separates Zwischenstück axial zwischen dem Düseneinsatz 2 und dem Ventilkörper 1 vorzusehen. Dieses Zwischenstück ist drehfest angeordnet und axial druckdicht verspannt.
  • Die Zuführung zum Druckraum 23 kann in vorteilhafter Weise auch getrennt von der Düsennadel 6 ausgebildet sein. In diesem Fall können Kanäle von der Brennstoffzuführung 11 bis seitlich neben den Druckraum 23 geführt werden, wobei eine Drossel 17 abhängig vom Hub der Düsennadel freigegeben wird. Die weitere Ausgestaltung ist dann ähnlich zu der in Fig. 1, wobei jedoch die Kanäle alle außerhalb der Düsennadel 6 angeordnet sind.
  • In Fig. 3 ist eine Alternative zu den radialen Austrittsöffnungen 19 dargestellt. Eine einzige Austrittsöffnung 19 ist zentrisch im Düseneinsatz 2 angeordnet. Öffnungen 26 der zentrischen Hohlbohrung 15 in der Düsennadel 6 liegen dann nicht in axialer Verlängerung der zentrischen Hohlbohrung 15 sondern sind radial schräg nach außen gerichtet. Die zentrische Hohlbohrung 15 selbst ist mit einem Verschlußstück 27 am axialen brennraumseitigen Ende der Düsennadel 6 verschlossen. In Ruhestellung der Düsennadel 6 verschließt diese mit ihrer Spitze die Austrittsöffnung 19. Es kann auch zweckmäßig sein, die Düse 18 oder die Austrittsöffnungen 19 so anzuordnen, daß im Druckraum 23 durch die einströmende komprimierte Luft bzw. den Brennstoff eine drallbehaftete Strömung entsteht. Eine solche Strömung fördert in vorteilhafter Weise die Gemischbildung. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise radial-/umfangsmäßig oder koaxial zueinander ausgerichtete Austrittsöffnungen 19 bzw. Bohrungen der Düse 18 zu nennen.
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Claims (16)

  1. Patentansprüche 9 Einrichtung zum Einbringen eines Brennstoff/Luft-Gemisches in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bei der ein Ventilkörper (1) und ein Düseneinsatz (2) vorgesehen ist, in dem in einer Bohrung (5) eine kolbenartige Düsennadel (6) axial geführt ist, und bei der durch die kolbenartige Düsennadel (6) in der Bohrung (5) brennraumseitig ein Druckraum (23) durch Verschiebung der Düsennadel (6) in Richtung des Ventilkörpers (1) bildbar ist, wobei der Druckraum (23) über zumindest eine Austrittsöffnung (19) mit dem Brennraum verbunden ist und das Brennstoff/Luft-Gemisch aus dem Druckraum (23) über die Austrittsöffnung (19) durch die sich in Richtung Brennraum bewegende, kolbenartige Düsennadel (6) in den Brennraum einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (23) über Kanäle (12, 13, 15, 17) mit einer Brennstoffzuführung (11) für flüssigen Brennstoff von einer separaten Einspritzpumpe verbindbar ist, daß bei Druckbeaufschlagung des Brennstoffes die Düsennadel (6) von dem Brennstoffdruck mit einer Kraft entgegen der Kraft aus einem Kraftspeicher beaufschlagt ist und dabei der Brennstoffdruck die Düsennadel (6) in Richtung des Ventilkörpers (1) verschiebt und daß der Brennstoff mit der einströmenden Kompressionsluft in dem Druckraum (23) das Brennstoff/Luft-Gemisch bildet, wobei nach Abschluß der Druckbeaufschlagung die Kraft aus dem Kraftstoffspeicher die Düsennadel (6) wieder in Richtung Brennraum verschiebt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer über die axiale Länge zumindest zwei Abschnitte (7, 8) unterschiedlichen Durchmessers aufweisenden Düsennadel (6), wobei der brennraumseitige Abschnitt (7) in der Bohrung (5) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ventilkörperseitige Abschnitt (8) der Düsennadel (6) einen größeren Durchmesser als der brennraumseitige Abschnitt (7) aufweist und daß die entstandene Druckschulter (9) direkt mit der Brennstoffzuführung (11) verbunden ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Düseneinsatz (2) und dem Ventilkörper (1) ein drehgesichertes Zwischenstück angeordnet ist, das axial druckmitteldicht mit dem Ventilkörper (1) und dem Düseneinsatz (2) verspannt ist, und daß das Zwischenstück dem ventilkörperseitigem Abschnitt (8) der Düsennadel (6) axial führt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück einstückig mit dem Düseneinsatz (2) ausgebildet ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück einstückig mit dem Ventilkörper (1) ausgebildet ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der den Druckraum (23) mit der Brennstoffzuführung (11) verbindendenden Kanäle (12, 13, 15, 17) zumindest eine hydraulische Drossel (17) vorgesehen bzw. der Kanal als Drossel (17) ausgebildet ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (7) über ihren Hub die Zufuhr von Brennstoff durch die den Druckraum (23) mit der Brennstoffzuführung verbindenden Kanäle (12, 13, 15, 17) beherrscht.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in brennraumseitiger Endstellung der Düsennadel (6) der Druckraum (23) von der Brennstoffzuführung (11) getrennt ist, daß in ventilkörperseitiger Endstellung der Düsennadel (6) der Druckraum (23) sowohl über die Drossel (17) als auch über-eine Uberströmöffnung (16) mit der Brennstoffzuführung (11) verbunden ist, und daß in den Zwischenstellungen der Düsennadel (6) nach einem Anfangshub der Düsennadel (6) der Druckraum (23) nur über die Drossel (17) mit der Brennstoffzuführung (11) verbunden ist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (17) und die Uberströmöffnung (16) in der Düsennadel (6) als Querbohrungen ausgebildet sind, die mit einem zentrischen, in den Druckraum (23) mündenden Kanal (15) der Düsennadel (6) verbunden sind, und daß die Querbohrungen mit einer Steuerkante (10) am Zwischenstück zusammenwirken, wobei an der Steuerkante (10) ein ringförmiger Raum (14) zur Zuführung des Brennstoffes gebildet ist, der durch die Druckschulter (9) begrenzt ist.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Zuführung des Brennstoffs in den Druckraum führende Kanal (15) mit einer Düse (18) am druckraumseitigen Ende versehen ist.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher als Druckfeder, beispielsweise als Spiralfeder, ausgebildet ist.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher in einer Hohlbohrung (21) in dem Ventilkörper (1) angeordnet ist.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftspeicher eine Luftfeder vorgesehen ist.
  14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Luftvolumens der Luftfeder durch einen mit einem Rückschlagventil versehenen Druckluftanschluß (20) veränderbar ist.
  15. 15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfeder als Luftdosenfeder (22) ausgebildet ist, die sich einerseits an der Düsennadel (16) und andererseits am Ventilkörper (1) abstützt und daß die Hohlbohrung (21) in der die Luftdosenfeder (22) angeordnet ist, konisch ausgebildet ist, wobei die Hohlbohrung (21) einen Leckölanschluß (25) aufweist.
  16. 16. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Austrittsöffnungen (19) vorgesehen sind, die das Brennstoff-Luft-Gemisch beispielsweise sternförmig radial nach außen, in den Brennraum einbringen.
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