CH678216A5 - - Google Patents

Description

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CH 678 216 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit einem im Deckel eines Zylinders angebrachten und in den Brennraum ragenden Ventilkörper, in dem sich ein Ventilsitz, eine mit diesem zusammenwirkende bewegliche Ventilnadel sowie mindestens ein an eine Brennstoffzufuhr angeschlossener, zum Ventilsitz führender Kanal und mindestens ein vom Ventilsitz zu mindestens einem einen Brennstoffstrahl bildenden Düsenloch führender Kanal befindet.

Bei bisher bekannten Einspritzventilen dieser Art ist das DüsentoGh entweder im Ventilkörper selbst eingearbeitet oder in einem separaten Kopfteil, der mit dem Ventilkörper lösbar verbunden ist, z.B. mittels einer Überwurfmutter. Der das Düsenloch umgebende Werkstoff besteht meistens aus einer Stahllegierung, die im Betrieb des Einspritzventils mehr oder weniger stark einer Abnutzung durch Erosion und Korrosion unterworfen ist. Bei Brennkraftmaschinen der Dieselbauart, die dauernd mit Schweröl betrieben werden, können bei entsprechend hohen Temperaturen im Brennraum nichtbrennbare Bestandteile des Schweröls schmelzen und in Form von Schlacke oder Ölasche das Düsenloch durch Hochtemperaturkorrosion gefährden. Im Schweröl enthaltene Verunreinigungen können überdies zu Erostonsschäden führen. Wenn die Brennkraftmaschine mit einer Aufschwemmung von feinteiligem festem Brennstoff in einer Flüssigkeit, z.B. mit sogenannter Kohle-Slurry, betrieben wird, kann das Düsenloch innerhalb kurzer Zeit durch die abrasive Wirkung der festen Teilchen beschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffeinspritzventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine Abnutzung und/oder Beschädigung des Düsentoches beträchtlich verringert oder ganz vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Durch diese Lösung wird es möglich, für die beiden Ringe einen Werkstoff zu verwenden, der gegen die Abnutzung und Beschädigung durch Korrosion und/oder Erosion widerstandsfähig ist; ein besonders geeigneter Werkstoff hierfür ist Keramik. Zugleich ist durch die Ausbildung des Düsenlochs zwischen den beiden Ringen eine einfache und kostengünstige Herstellung des Düsenlochs möglich, denn die für den vorliegenden Zweck in Frage kommenden Werkstoffe sind normalerweise nicht mit den bei Stahl üblichen Verfahren bearbeitbar. Diese Werkstoffe lassen sich insbesondere nicht bohren. Im vorliegenden Fall werden entweder die beiden Ringe vollständig aus Keramik hergestellt oder die Begrenzungsfläche des Düsenloches besteht aus einer keramischen Beschickung. Auch die Verwendung von Germets ist möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch vereinfacht einen Axialschnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil für Schweröl und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Düsenlöcher bildenden Ringes.

Gemäss Fig. 1 weist das Brennstoffeinspritzventil einen Ventilkörper 10 auf, der in einem Zylinderdeckel 11 angeordnet ist und mit seinem in Fig. 1 unteren Ende in den Brennraum 12 einer Hubkolben-brennkraftmaschine der Dieselbauart ragt. In dem Ventilkörper 10 ist ein Ventilsitz 13 ausgebildet, mit dem eine in Fig. 1 auf- und abbewegliche Ventilnadel 14 zusammenwirkt, die mit einem oberen stangenartigen Abschnitt 14' in einer Bohrung 15 des Ventilkörpers geführt ist. Am oberen Ende ist der stangenartige Abschnitt 14' mit einer kolbenartigen Verdickung 14" versehen, auf die eine nicht dargestellte Schraubenfeder wirkt, die die Ventilnadel auf den Ventilsitz 13 drückt.

Im Ventilkörper 10 ist ein Brennstoffzuführkanal 16 vorgesehen, der an seinem in Fig. 1 oberen Ende mit einer nicht dargestellten Leitung verbunden ist, über die einzuspritzender Brennstoff von einer ebenfalls nicht gezeichneten Brennstoffeinspritzpumpe unter hohem Druck zum Einspritzventil gelangt. An seinem unteren Ende mündet der Kanal 16 in einen die Ventilnadel 14 umgebenden Raum 17, der sich bis zum Ventilsitz 13 erstreckt und im Betrieb des Einspritzventils mit Brennstoff gefüllt ist.

Stromunterhalb des Ventilsitzes 13 ist im Ventilkörper 10 ein weiterer Brennstoffkanal 18 vorgesehen, der an seinem unteren Ende in eine Ringnut 19 mündet. Die Ringnut 19 ist in eine kegelige Mantelfläche des Ventilkörpers 10 eingearbeitet, an der zwei Ringe 20 und 20' anliegen, zwischen denen Düsenlöcher 21 zur Brennstoffstrahlbitdung ausgebildet sind.

Die beiden Ringe 20 und 20' bestehen aus Keramik und werden mit Hilfe je eines Gewinderinges 22 und 22' sowie je einem eingelegten Zwischenring 23 und 23' in ihrer Lage am Ventilkörper 10 gehalten. Der grösseren Durchmesser aufweisende obere Gewindering 22 ist auf einen oberhalb der Kegelfläche vorgesehenen Gewindeansatz des Ventilkörpers 10 aufgeschraubt, während der untere Gewindering 22' auf einem Gewindezapfen 25 des Ventilkörpers unterhalb der Kegelfläche sitzt. Durch Gegeneinanderschrauben der Gewinderinge 22 und 22' werden die Keramikringe 20 und 20' zwischen den Zwischenringen 23 und 23' festgeklemmt. Die einander berührenden Flächen des Keramikringes 20 und des Zwischenringes 23 bzw. des Keramikringes 20' und des Zwischenringes 23' sind zu diesem Zweck konisch ausgebildet, so dass die Keramikringe 20 und 20' bei ihrem Anliegen an der Kegelfläche des Ventilkörpers 10 nur auf Druck beansprucht sind.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Keramikring 20' an seiner oberen kegeligen Rotationsfläche mit 24 über den Umfang gleichmässig verteilten, geraden Nuten 30 versehen, die im Querschnitt rechteckig sind. Die Nuten 30 werden beispielsweise durch Schleifen in den Keramikring eingearbeitet. Der zugehörige, in Fig. 2 nicht gezeigte Keramikring 20 weist eine zur oberen Rotationsfläche des Keramikringes 20' pas5

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sende Rotationsfläche auf, die glatt durchläuft und im zusammengebauten Zustand an der oberen Rotationsfläche des Ringes 20' satt anliegt. In diesem Zustand bilden dann also die Nuten 30 die strahlbildenden Düsenlöcher 21.

Im Ventilkörper 10 sind noch Kühlkanäle 26 und 27 angeordnet, die sich von oben über die ganze Länge des Ventilkörpers erstrecken und im unteren Gewindezapfen 25 miteinander kommunizieren. Ober den Umfang des Ventilkörpers 10 verteilt können mehrere solcher Kühlkanäle vorgesehen sein. Die Kanäle 26 und 27 werden vom Kühlmittel nacheinander durchströmt.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird der einzuspritzende Brennstoff über den Kanal 16 dem Raum 17 taktweise mit einem Druck von beispielsweise 800 bar zugeführt. Dadurch wird die Düsennadel 14 gegen den Schliessdruck der auf die kolbenartige Verdickung 14" wirkenden Feder vom Ventilsitz 13 abgehoben, so dass der Brennstoff über den Kanal 18 zur Ringnut 19 gelangt. Von dort aus verteilt sich der Brennstoff und durchströmt die Düsenlöcher 21, aus denen er als Brennstoffstrahl in den mit komprimierter Luft gefüllten Brennraum 12 eintritt. Die Nadel 14 kehrt in die Schliessstellung zurück, wenn die Druckkraft der Schiiessfeder den Brennstoffdruck im Raum 17 überwiegt.

Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der den Ventilsitz 13 umgebende Bereich des Ventilkörpers 10 als separater Bauteil ausgebildet sein, der aus einem gegen Erosion besonders widerstandsfähigen Werkstoff hergestellt und in den Ventilkörper 10 eingesetzt ist. Entsprechend kann auch die Nadel 14 aus einem solchen Werkstoff bestehen, der dann in eine entsprechende Bohrung des stangenförmigen Abschnitts 14' eingesetzt wird. Eine solche Ausführungsform ist besonders zweckmässig, wenn als Brennstoff eine Aufschwemmung von feinteiligem festem Brennstoff, z.B. Kohle, in einer Flüssigkeit, z.B. Wasser oder Öl, verwendet wird. Eine solche Aufschwemmung wird auch Kohle-Slurry genannt.

Weiter ist es abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, die beiden Ringe 20 und 20' nicht ganz aus Keramik herzustellen, sondern aus einem temperaturbeständigen metallischen Werkstoff und die Düseniöcher durch eine Oberflä-chenbeschichtung aus einem keramischen oder anderen harten, erosionsbeständigen Werkstoff zu bilden, der in entsprechend vorgeformte Durchbrüche zwischen den beiden Ringen aufgetragen wird. Der Querschnitt der Düsenlöcher 21 kann auch von der rechteckigen Form abweichen und z.B. rund ausgebildet sein. Die Berührungsfläche zwischen den beiden Ringen kann dabei vom Rand des Querschnitts in die Mitte des Querschnitts verlegt werden. Auch die Verwendung eines der unter dem Begriff «Cermet» bekannten Verbundwerkstoffs für die Herstellung der Ringe 20 und 20' ist möglich.

Anstatt mittels der Schraubenfeder kann die Schliesskraft der Ventilnadel 14 auch durch einen auf die kolbenartige Verdickung 14" wirkenden, steuerbaren, hydraulischen Druck aufgebracht werden.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Brennstoffeinspritzventil für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit einem im Deckel (11) eines Zylinders angebrachten und in den Brennraum (12) ragenden Ventilkörper (10), in dem sich ein Ventilsitz (13), eine mit diesem zusammenwirkende bewegliche Ventilnadel (14) sowie mindestens ein an eine Brennstoffzufuhr angeschlossener, zum Ventilsitz (13) führender Kanal (16) und mindestens ein vom Ventilsitz (13) zu mindestens einem einen Brennstoffstrahl bildenden Düsenloch (21) führender Kanal (18) befinden, dadurch gekennzeichnet, dass an dem in den Brennraum (12) ragenden Abschnitt des Ventilkörpers (10) im Bereich des am Düsenloch (21) endenden Kanals (18) zwei diesen Abschnitt umgebende, sich berührende Ringe (20, 20') lösbar befestigt sind, zwischen denen das Düsenloch (21) ausgebildet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringe (20, 20') zwischen zwei am Ventilkörper (10) angeschraubten Gewinderingen (22, 22') eingeklemmt sind.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenloch (21) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und drei Teilbegrenzungsflächen dieses Querschnitts sich in dem einen Ring (20') befinden, wogegen die vierte Teilbegrenzungsfläche von einem Abschnitt einer ebenen Rotationsfläche des anderen Ringes (20) gebildet ist, die im übrigen eine Berührungsfläche mit dem erstgenannten Ring (20') bildet.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringe (20, 20') aus Keramik bestehen.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenloch (21) zwischen den beiden Ringen (20, 20') von einer keramischen, metallischen oder nichtmetallischen Oberflächenbeschichtung begrenzt ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringe (20, 20') aus einem Cermet bestehen.

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