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Nadeldüse für Verbrennungskraftmaschi.nen Der Verbrennungsraum von
. Verbrennungskraftmaschinen., insbesondere Dieselmotoren mit Vor-oder Nachkammern,
erfordert in vielen Fällen das Einspritzen des Brennstoffes in einem Strahl, der
zu einem mehr oder weniger stumpfen Kegelmantel aufgeweitet ist. Man hat zu diesem
Zweck an, die Düsennadel Zäpfchen angesetzt, welche in die Zerstäubungsbohrung hineinragen
und eventuell im Zusammenwirken mit in der Düsenbohrung vorgesehenen Aussparungen.,
Kanten od. dgl. einen Ringspalt bilden, durch welchen der Einspritzistrahl auf einen
gewissen Kegelwinkel geöffnet wird. Diese Konstruktion gibt gewisse Fertigungsschwierigkeiten,
insbesondere durch die Notwendigkeit des uribedingt genauen Zentrierens des Zäpfchens
mit dem Sitz. Außerdem ist der Ringspalt, welcher eine Breite von wenigen Hundertstelmillimetern
haben muß, der Gefahr von Verunreinigungen, insbesondere beim Abstellen des Motors,
ausgesetzt. Diese Verunreinigungen würden sich beim Betrieb des Motors meist wieder
wegspülen, inzwischen erschweren sie jedoch das Anlassen des Motors durch schlechte
Zerstäubung.
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Ziel deT# Erfindung ist es dementsprechend, eine Na.deleinspritzdüse
der gleichem Wirkungsweise, für verschiedene Kegelmantelwinkel zu schaffen., welche
diesen Schwierigkeiten nicht ausgesetzt ist. Die Lösung des Problenns wird nach
vorliegender Erfindung dadurch erreicht, daß der Eintritt des von der Einspritzpumpe
kommenden Brennstoffes in den Ringraum, welcher direkt dem Nadelsitz vorgelagert
ist, über Querschnitte erfolgt, welche derartig tangential gerichtet sind, daß in
diesem Ringraum unter der Nadelschulter vor dem Nadelsitz eine Rotationsbewegung
erzeugt wird. je nach der Stärke dieser Rotationsbewegung in Verbindung mit der
Wahl des Durchmessers der Zerstäubungsbohrung, der Länge der Zerstäubungsbohrung
und
dem Nadelhub entsteht dann ein mehr oder weniger !stark geöffneter Zerstäubungskegel.
Es können dabei auch Düsen gleich großen Zerstäubungswinkels erzeugt werden., bei
denen. jedoch je nach Einfluß der genannten Faktoren die Durchschlagskraft verschieden
stark ist.
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Es sind nun Einspritzdüsen bekannt, bei welchen solche Rotationsbewegung
des Brennstoffes dadurch bewirkt wird, daß aus dem Umfang der Düsennadel vor oder
nach dem Nadelsitz schraubenförmige Nuten ausgespart sind.
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Die genaue Herstellung solcher Nuten ist schwierig. Vor allem ergeben
bekanntlich solche Nuten auf dein eingepaßten Nadelkolben. häufig Anlaß zum Einklemmen
kleinster Schmutzteilchen und dadurch zum Feststecken oder gar Festpressen der Nadel.
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Diese Nachteile werden, vermieden, und es wird eine für die Fertigung
und für die Funktion. vorteilhaftere Lösung erzielt, wenn diese die Rotation bewirkenden
Kanäle als Bohrungen. hergestellt werden, welche außer der Nadelachse und zu dieser
geneigt von dem Ringraum in der Nadelführung zu dem Raum unter der Nadelschulter
führen. Die Erfindung läßt sich sowohl auf Nadeldüsen an-«-enden, deren Sitz in
üblicher Weise als konisches Ventil gestaltet ist, als auch auf die bekannten Formen
der Plan-, Flach- oder Ringsitze in den Ventilen, wobei natürlich im letzteren Fall
der Einfluß des Brennstoffdurchtrittes durch den Nadelsitz stärker zu den die Zerstäubungsformen
bestimmenden Faktoren zu rechnen ist als im ersteren Fall.
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Obgleich die Erfindung in erster Linie für die eingangs geschilderten.
Einspritzformen mit einem in der Nadelachse liegenden. Strahl oder Kegelmantel gedacht
ist, also mit einer in der Nadelachse liegenden Zerstäubungsbohrung, ist sie, besonders
in Sonderfällen anwendbar, wenn die Zerstäubungsbohrung zur Nadelachse geneigt ist
oder wenn mehrere Zerstäubungsbohrungen vorhanden sind. Der Einfluß der erfindungsgemäßen.
Maßnahmen wird sich dann in erster Linie dahin gehend auswirken, den entsprechenden
Düsenstrahlen eine. starke Auflockerung und geringere Durchschlagskraft zu geben.
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Darüber hinaus ist eine Verbesserung, welche die Erfindung allen solchen
Düsennadelventilen geben kann, eine besisere Freihaltung des Nadelsitzes von Schmutzteilchen,
indem diese etwas besser weggespült werden, und vor allem eine Verbesserung der
Lebensdauer des Nadelsitzes durch ein fortwährendes Rotieren der Nadel auf ihrem
Sitz.
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Eine Rotierung der Düsennadel ist zwar schon früher angestrebt worden,
um Zerstäubungsöffnungen nicht immer auf dieselbe Stelle des Verbrennungsraumes
bzw. der Zylinderwandungen auftreffen zu lassen, d. h. die Zerstäubungsstrahlen
sollten wandern.
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Im Gegensatz dazu bleibt bei vorliegender Erfindung die Zerstäubungsform,
sei es ein Kegel, seien es mehrere Strahlen, am selben Platz, und nur die Nadel
dreht sich langsam auf ihrem Sitz und verbessert laufend die Qualität des Nadelsitzes.
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Die Zeichnung zeigt ein. Ausführungsbeispiel in einem axialen Schnitt
in Fig. i und in einem radialen Schnitt in Fig. 2.
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In Fig. i und 2 ist das Unterende des Düsenhalters i zu erkennen,
dessen Schraubenfeder 2 die, Düsennadel 3 belastet. Die Düsennadel 3 ist in die
Nadelführung 4 dichtend eingepaßt und schließt nach dem Verbrennungsraum zu die
Einspritzöffnung 5 durch den Nadelsitz 6 ab. Die komplette Nadelführung 4 wird durch
die Verschraubung gegen den Düsenhalter i gepreßt. Der Brennstoff tritt unter dem
Förderstoß der Einspritzpumpe durch den Brennstoffdruckweg g aus dein Düsenhalter
in den Verteilerringraum io der Nadelführung. Von. dem Verteilerringraum io wird
der Brennstoff über einen oder mehrere Brennstoffkanäle i i dem oberen Ringraum
12 zugeleitet, der durch einen entsprechenden Einstich. in der Nadelführung 5 zwischen.
dieser und dem Umfang der Düsennadel 3 entsteht.
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Aus dem oberen Ringraum 12 kann nun der Brennstoff in den unteren.
Ringraum 13 unter der Schulter der Nadel 3 lediglich durch die Dra11-bohrungen
14 gelangen, so daß er entsprechend dein Querschnitt und der Richtung dieser schräg
tangentialen Bohrungen. im unteren Ringraum 13 mehr oder weniger stark rotiert.
Ist der Brennnstoffdruc.k durch den Förderhub der Einspritzpumpe unter der Nadelschulter
im Ringraum 13 nun so stark angestiegen, daß der Schließdruck der Schraubenfeder
2 überwunden wird, so hebt sich die Nadel 3 an, und der Sitz 6 der Nadel gibt den
Weg zur Einspritzöffnung 5 frei. Der Zerstäubungsstrahl, welcher aus der Zerstäubungsbohrung
5 in den Verbrennungsraum eintritt, gestaltet sich nun einerseits entsprechend der
durch die Feder 2, die Größe der Nadelschulter über dem Ringraum 13, den Durchmesser
der Nadel 3 und die Einspritzpumpe nachgeförderten Menge je Zeiteinheit sowie andererseits
durch die Bemessung der Zerstäubungsbohrung 5 und die Richtung und Geschwindigkeit
des im Ringraum 13 rotierenden Brennstoffes. Je größer der Geschwindigkeits- und
Energieanteil der rotierenden Komponenten des Brennstoffes ist, um so mehr wird
der Brennstoffkegel aufgeweitet.
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Durch den Rückstau des aus den tangentialen Bohrungen 14 in den unteren
Ringraum 13 tretenden Brennstoffes wird auf die Nadel 3 ein Drehmoment ausgeübt,
solange der Brennstoffdurchfluß erfolgt. Während genau dieser Zeit aber ist auch
die Nadel vom Sitz 6 abgehoben und ruht fast reibungsfrei auf dem Brennstoffkissen.
Auf der anderen Seite ist das Oberende der Nadel 3, auf welche mittels des Federtellers
15 die Schraubenfeder 2 drückt, bei vorliegender Verbesserung so gestaltet, daß
auch hier eine fast reibungsfreie Punktlagerung erreicht ist. Bei Ausführungen,
bei denen die Schulter der Nadel 3 während eines größeren Teiles des Einspritzhubes
am Unterende des Düsenhalters i anschlägt, muß naturgemäß
auch diese
Anschlagstelle in die Form eines möglichst schmalen Ringes gebracht werden.
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Durch diese Maßnahmen wirken sich nunmehr der Rückstau und dass auf
die Nadel ausgeübte Drehmoment dahin gehend aus, daß die Nadel während des Durchströmens
des Brennstoffes durch die Drallbahrungen 14 sich etwas um ihre Achse verdreht.
Diese Rotation wird, je nach der Schwingungszahl und den verschiedenen Reibungsfaktoren,
sehr langsam oder etwas schneller vor sich gehen, in jedem Fall aber genügen, um
eventuell bei einem Hub im Nadelsitz 6 festgehaltene Schmutzteilchen abzustreifen
oder aber wenigstens zu verhindern, daß diese beim nächsten Schließhub wieder in
dieselbe Stelle. eingehauen werden. Hierdurch und durch das langsame Weiterdrehen
der Nadel erfolgt ein verbessertes Freihalten des Sitzes von Schmutzteilchen, die
auf die Dauer den Sitz beschädigen könnten, und ein gewisses ständiges Egalisieren
des Sitzes.
