DE3004033A1

DE3004033A1 - Vorrichtung und verfahren zum kuehlen von einspritzduesenspritzloechern

Info

Publication number: DE3004033A1
Application number: DE19803004033
Authority: DE
Inventors: Helmut 5204 Lohmar Busch; Heinz 5210 Troisdorf Küpper
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1980-02-05
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1981-08-13
Also published as: BR8100661A; AR221996A1; GB2069045A; SU1039449A3; FR2475142B1; DE3004033C2; JPS56124624A; ZA81568B; JPS6154946B2; US4434940A; FR2475142A1; GB2069045B; US4502196A

Description

Wöckner-Humboldl-DeutzAG ASVlTiia-P :.." ..J₅OOO= Win ^/-Λη 28. Jan. 1980

Unser Zeichen: D 80/4 AG-XPB Bü/Bi

Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Einspritz-

düsenspritzlöchern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von Einspritzdüsenspritzlöchern, die in einem Düsenkörper angeordnet sind und zum Einspritzen von flüssigen Brennstoffen in den Brennraum einer· Brennkraftmaschine dienen sowie auf.ein Verfahren zum Kühlen von Einspritzdüsenspritzlöchern.

Es ist allgemein bekannt,daß Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen; insbesondere für direkt einspritzende Brennkraftmaschinen, an ihrer Düsenspitze nicht heißer als ca. 220° C werden dürfen, wenn als Brennstoff Gasöl verwendet wird. Ein Überschreiten dieser Temperatur bedingt ein Zukoken der Spritzlöcher, so daß die zum ordnungsgemäßen Verbrennungsablauf erforderliche Brennstoffmenge nicht mehr in den Brennraum geliefert werden kann.

Zur Verhinderung des Zukokens hat man deshalb die Einspritzdüsen wassergekühlt ausgeführt. Dies ist bei Großmotoren möglich, bei Fahrzeugmotoren jedoch wegen der relativ kleinen Düse und der kleinen Brennräume praktisch unmöglich.' Zudem setzt dies voraus, daß als Kühlmittel für die Brennkraftmaschine Wasser verwendet wird, da sonst eine Installation eines separaten Kühlkreislaufes nur für die Einspritzdüsen zu kostenintensiv wäre.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen, insbesondere für solche, die in Kraftfahrzeugen eingebaut werden, ohne großen Aufwand gekühlt werden können. . .

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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß über den Düsenkörper eine Kappe gestülpt ist, die in der axialer Verlängerung der Spritzlöcher Spritzöffnungen aufweist, daß zwischen der Kappe und dem Düsenkörper ein umlaufender Spalt bis nahe an der Kappenrandbereich vorhanden ist und daß der Spalt zumindest im Bereich der Spritzlöcher durch Einbringen von wärmeisolierendem Material verschlossen ist. Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß allein durch diese Anordnung bei Gasöl die Temperatur an der Düsenspitze um über 40 % gegenüber derjenigen ohne Kappe gesenkt werden kann. Die Kappe selbst ist ein einfach zu fertigende Teil. Da sie die. Einspritzdüse nur mit einem Spalt umgibt, wird der Platzbedarf durch sie im Brennraum dadurch praktisch nicht vergrößert. Zudem sind keine weiteren Änderungen am Zylinderkopf oder an der Einspritzdüse notwendig.

Die Kappe wird vorteilhafterweise, wie eine Weiterbildung der Erfindung vorschlägt, aus hochlegiertem Stahl . hergestellt und weist im Spritzlochbereich eine maximale Wandstärke von 0,4 bis 2,0 mm auf. Versuche haben gezeigt, daß Kappen, die eine größere Wandstärke aufweisen, von außen verkoken, wdl sich Ablagerungen auf ihrer Außenseite bilden. Diese Ablagerungen können soweit fortschreiten, daß die Spritzöffnungen von außen vollständig zuwachsen.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung schlägt vor, daß der Spalt eine Stärke im Bereich von .0,2 bis 1,0 mm aufweist. Es hat sich herausgestellt, daß dieser geringer Spalt vollkommen ausreicht, Temperaturabsenkungen von mehr als 40 % zu erreichen.

Um die Kappe mit dem Düsenkörper drehsicher zu verbinden, ist es möglich, diese mit dem Düsenkörper zu verkleben. Es ist aber genaus denkbar, die. Kappe auf den Düsenkörper aufzupressen, und sie aus Sicherheitsgründen mit einem Kragen zu versehen und - da der Düsen-

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körper mit Hilfe einer Überwurfmutter am Düsenhalter befestigt ist mit der gleichen Überwurfmutter die Kappe über ihren Kragen mit zu befestigen. Es ist von Vorteil, wenn die Spritzöffnungen in der Kappe einen größeren Durchmesser als die Spritzlöcher in dem Düsen-' körper aufweisen. ·.

Als wärmeisolierendes Material kann in den Spalt eine Paste mit einem hohen Rußanteil eingebracht werden.

Ein Verfahren zum Kühlen von Einspritzdüsenspritzlöchern, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe mit einer gießfähigen, wärmeislierenden und aushärtbaren Paste in ihrem Bodenbereich ausgefüllt wird, anschließend über den Düsenkörper gestülpt und an diesen befestigt wird, daß das wärmeisolierende Material evtl. durch Zufügen von Wärme ausgehärtet und daß anschließend in an sich bekannter ■ Weise die Spritzlöcher bzw. Spritzöffnungen auf den geforderten Durchmesser geöffnet werden. Dieses Verfahren eignet sich besonders gut, um in den Herstellungsgang der Einspritzdüsen integriert zu werden. Die nach diesem Verfahren hergestellten, wärmeisolierenden Einspritzdüsen benötigen dann keine weitere Nacharbeit, um für ihre gesamte Lebensdauer geschützt zu sein.

Ein anderes. Verfahren zum Einbringen von wärmeisolierendem Material sieht vor, daß die Kappe an dem Düsenkörper befestigt wird, daß anschließend die Einspritzdüse auf einem geeigneten Prüfstand oder in einer Brennkraftmaschine eine Einlaufphase durchläuft, in der der Spalt zumindest im Spritzlochbereich verkokt und daß anschließend die Spritzlöcher bzw. Spritzöffnungen wieder auf den erforderlichen Durchmesser geöffnet werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß keine separate, wärmeisolierende Paste vorgesehen werden muß. In den Spalt setzt sich der die Verkokung hervorrufende Ruß fest. Ausführliche Versuche haben gezeigt, daß der einmal zugekokte Spalt

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sich während der gesamten Einsatzzeit der Einspritzdüse nicht wieder öffnet und daß damit während der gesamten Zeit die volle wärmeisolierende Wirkung erhalten bleibt. Wie weiterhin in Versuch« gefunden wurde, eignet sich dieses Verfahren nicht nur zur Anwendur bei Gasöl als Brennstoff, sondern auch bei Methanol. Bei Methanol konnte aufgrund der erfindungsgemäß ausgestatteten Einspritzdüse eine Temperaturabsenkung ari der Düsenspitze bis 60 % erzielt werden.

Es ist fertigungstechnisch vorteilhaft, wenn die Spritzlöcher und -öffnungen erst nach dem Befestigen der Kappe an dem Düsenkörper gemeinsam in an sich bekannter Weise hergestellt werden. Dann entfällt das gerade bei einem Winkel zur Düsenlängsachse verlaufender Spritzlochachse notwendige Ausrichten der Spritzöffnur zum Spritzloch.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführunc beispiels näher erläutert.
■ Es stellen dar:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Einlochdüse mit der erfindungsgemäßen Kappe;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Zweilochdüse mit der erfindungsgemäßen Kappe.

Die Einspritzdüse nach Fig. 1 besteht aus dem Düsenkörper l,in dem die Düsennadel 2 angeordnet ist. Der Düsenkörper 1 wird erfindungsgemäß von einer Kappe 3 umschlossen. Die Einspritzdüse ist üblicher Bauart und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden. Wie allgemein üblich, weist sie einen Bund 1.1 auf, über den sie mit HiI einer Überwurfmutter in üblicher Weise am Düsenhalter befestigt ist

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Die erfindungsgemäße Kappe 3 weist an ihrem offenen Ende einen Kragen 4 auf, mit dem sie sich an dem Bund. 1.1.des Düsenkörpers abstützt. Die Kappe 3 ist derart ausgebildet, daß sie im Bereich ihres Kragens 4 den Düsenkörper 3 ohne Spalt umschließt.. Sie ist im Bereich ihres Kragens 4 auf den Düsenkörper 1 gepreßt und zusätzlich mit Hilfe der Überwurfmutter am Düsenhalter befestigt.

Die dem Kragen 4 abgewandten Bereich der Kappe 3 umgeben den Düsenkörper 1 mit einem Spalt5, der überall die gleiche Weite aufweist. Die Spaltweiten können im Bereich zwischen 0,2 und 1,0 mm liegen. Die Düse 3 weist in der axialen Verlängerung des Spritzloches 6 die Spritzlochöffnung 7 auf. ...

In Fig. 2 ist ebenfalls ein Querschnitt durch eine Einspritzdüse dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 weist die dort dargestellte Einspritzdüse 2 zwei unter einem Winkel zur Düsenlängsachse verlaufende Spritzlöcher 6.1 und 6.2 auf. Dementsprechend hat auch die Kappe 3 zwei Spritzöffnungen 7.1 und 7.2.

Um nun den Spalt in beiden Fällen mit wärmeisolierendem Material, beispielsweise Ruß, zu füllen, kann man folgendermaßen vorgehen. Die in Fig. 1 oder 2 dargestellte Düse wird mit offenem Spalt 5 in eLnem Prüfmotor eingebaut. Der Motor wird angelassen und einige Stunden in einem Betriebspunkt gefahren und zwar derart, daß Temperaturen erreicht werden, die zur Rußbildung ausreichen. Die Verrußung bildet sich - ausgehend von dem Spritzloch 6 bzw. den Spritzlöchern 6.1 und .6.2 - allmählich im Spalt 5, der dadurch allmählich zuwächst. Mit fortschreitender Verrußung wachsen auch die Spritzöffnungen 7 bzw. die Spritzöffnungen 7.1 und 7.2 zu. Nach Ende dieser Einlaufphase, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spritzöffnungen 7 bzw. die Spritzöffnungen 7.1 und 7.2 nahezu vollständig verstopft sind, wird die Einspritzdüse wieder ausgebaut und die Spritze öffnung 7 bzw. 7.1 und 7.2 mit Hilfe eines feinen Bohrers oder

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sonstiger, geeigneter Mittel auf ihren ursprünglichen Durchmesser geöffnet. Die Rußbildung im Spalt 5 bleibt dabei unverletzt.

Wird eine derart behandelte Einspritzdüse nunmehr wieder in eine Brennkraftmaschine eingebaut, so stellt man fest, daß die Temperatur an der Düsenspitze im Bereich der Spritzlöcher bei Verwendung von GasÖl als Brennstoff bei sonst gleichen Betriebsbedingungen bis um ca. 60 % gesunken ist. Mit anderen Worten, lag z. B. die Temperatur in der Düsenspitze vor Anbringen der Kappe 3 im Bereich von 350° C im Betrieb der Brennkraftmaschine, so kann sie durch die erfindungsgemäße Kappe und den mit Ruß aufgefüllten Spalt 5 so abgesenkt werden, daß die kritische Grenztemperatur von 220° C, bei welcher eine Gasöleinspritzdüse zur Rußbildung neigt, sicher unterschritten bleibt. Diese niedrige Temperatur bleibt während der gesamten Betriebszeit der Einspritzdüse erhalten.

Andere Versuche haben gezeigt, daß, wenn die Einspritzdüse zur Einspritzung von Methanol in eine Brennkraftmaschine verwandt wird, • ebenfalls durch die erfindungsgemäße Kappe mit verschlossenem Spalt, die Temperatur der Düsenspitze von 180° C auf unter 80° C gesenkt werden konnte. Damit wird die Temperatur erreicht, die im Verdampfung spunkt bei Brennraumdrücken unter der Verdampfüngstemperatur von Methanol liegt, so daß im weiteren Betrieb ein Zuwachsen der Spritzlöcher bzw. Spritzöffnungen durch Verunreinigung im Methanol nicht mehr gegeben sind.

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Patentansprüche

IJ Vorrichtung zum Kühlen von Einspritzdüsenspritzlöchern, die Γη einem Düsenkörper angeordnet sind und zum Einspritzen von flüssigen Brennstoffen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine dienen, dadurch gekennzeichnet, daß über den Düsenkörper "Cl) eine Kappe (3) gestülpt ist, die in der axialen Verlängerung der Spritzlöcher (6, 6.1, 6.2) Spritzöffnungen (7, 7.1, 7.2) aufweist, daß zwischen der Kappe (3) und dem Düsenkörper (l) ein umlaufender Spalt (5) bis nahe an den Kappenrandbereich vorhanden ist und daß der Spalt (5) zumindest im Bereich der Spritzlöcher (6, 6.1, 6.2) durch Einbringen von wärmeisolierendem Material verschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (3) aus hochlegiertem Stahl hergestellt ist und im Spritzlochbereich eine maximale Wandstärke von 0,4 bis 2,0 mm aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (3) in ihrem Randbereich mit dem Düsenkörper verklebt ist-
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (5) eine Stärke von 0,2 bis 1,0 mm aufweist.

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5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzöffnungen (7, 7.1, 7.2) im Durchmesser größer als die Spritzlöcher (6, 6.1, 6.2) sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, daß als wärmeisolierendes Material ein Material mit hohem Rußanteil vorgesehen ist.
7. Verfahren zum Kühlen von Einspritzdüsenspritzlöchern nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe mit einem gießfähi'gen, aushärtbaren Material geringer Wärmeleitfähigkeit in ihrem Bodenbere ausgefüllt wird, anschließend über den Düsenkörper gestülpt und an diesen befestigt wird, daß das wärmeisolierende Material aushärtet und daß anschließend in an sich bekannter Weise die Spritz löcher bzw. Spritzöffnungen auf den geforderten Durchmesser geöff werden,
8. Verfahren zum Kühlen von Einspritzdüsenspritzlöchern ,nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe an dem Düsenkörper befestig wird, daß eine Einlaufphase für die Einspritzdüse vorgesehen wird in der der Spalt zwischen dem Düsenkörper und der Kappe zumindest im Spritzlochbereich zurußt und daß anschließend die Spritzlöcher bzw. die Spritzöffnungen wieder auf den erforderlichen Durchmesse geöffnet werden. · ·
9. . Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzlöcher in dem Einspritzdüse körper und die Spritzöffriungen in der Kappe erst nach Befestigen Kappe an dem Düsenkörper gemeinsam in an sich bekannter Weise her -stellt werden.

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