DE4222137A1 - Kraftstoff-Einspritzdüse für Diesel-Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoff-Einspritzdüse für Diesel-BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der
Gattung des Anspruchs 1. Bei solchen unter der Bezeichnung "Loch
düsen" bekannten Einspritzdüsen werden die in die Brennkammer einge
spritzten Kraftstoffstrahlen durch die Spritzlöcher geformt, die im
allgemeinen gleichförmig zylindrisch ausgebildet sind. Um den Strahl
zu formen, ist es auch schon bekannt, die Spritzlöcher nach Art
einer Laval-Düse (DE-OS 25 57 772) auszubilden. Der zum Schutz der
Umwelt immer größer werdende Druck zum Senken der Geräusch- und Ab
gasgrenzwerte von Brennkraftmaschinen verlangt nach einer noch
besseren Aufbereitung des eingespritzten Kraftstoffs. Dabei kommt,
insbesondere bei Berücksichtigung der Tendenz zu drallärmeren Moto
ren, der Zerstäubungsgüte (Tröpfchengröße) eine besondere Bedeutung
zu. Da Tröpfchengröße und Querschnitt der Spritzlöcher der Düse in
direktem Zusammenhang stehen, geht bei gleicher Einspritzmenge die
Tendenz von wenigen großen Spritzlöchern zu vielen kleinen Spritz
löchern. Dem Herstellen von extrem engen Spritzlöchern sind jedoch
durch die üblichen Herstellungsverfahren, wie spanabhebendes Bohren
oder Erodieren, Grenzen gesetzt.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Beschich
tung in den Spritzlöchern eine Reduktion und/oder Modifikation des
effektiven Querschnitts der Spritzlöcher erzielt wird, die mit üb
lichen, material-abhebenden Verfahren nicht herstellbar ist. Eine
Profilierung der Beschichtung nach den Merkmalen der Ansprüche 2 bis
4 trägt zur scharfen Bündelung der feinen Einspritzstrahlen bei.
Durch den gezielten Werkstoffauftrag im Bereich des Auslaßendes der
Spritzlöcher wird erreicht, daß genau am Auslauf der Spritzlöcher
eine düsenartige Verengung des Strömungskanals entsteht. Durch
solche engen, profilierten Spritzlöcher werden feine Kraftstoff
strahlen geformt, die unter der Wirkung des hohen Drucks und der
hohen Geschwindigkeit der Strömung zu feinsten Tröpfchen zerstäubt
werden.
Zum Auftragen der Beschichtung an den Spritzlöchern eignen sich in
vorteilhafter Weise die in den Ansprüchen 5 bis 7 angegebenen Ver
fahren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt, die das brennraumseitige Ende einer Einspritzdüse vergrößert
im Längsschnitt zeigt, und wird im folgenden näher beschrieben.
Ein Düsenkörper 1 hat im Bereich seines brennraumseitigen Endes
einen konischen Ventilsitz 2, mit dem ein Schließkonus 3 einer im
Düsenkörper 1 verschiebbar geführten, federbelasteten Ventilnadel 4
zusammenwirkt. In Kraftstoffstromungsrichtung unterhalb des Ventil
sitzes 2 schließt sich in einer Kuppe 5 des Düsenkörpers 1 ein Sack
loch 6 an, von dem aus ein oder mehrere die Wand der Kuppe 5 durch
dringende Spritzlöcher 10 abgehen. Der Einlauf der Spritzlöcher 10
kann auch im Bereich des Ventilsitzes 2 liegen und je nach Gestal
tung des Brennraums der Brennkraftmaschine können ein oder mehrere
Spritzlöcher mit verschiedenen Spritzrichtungen zur Längsachse der
Einspritzdüse angeordnet sein.
Die Spritzlöcher 10, die den unter hohem Druck durchströmenden Kraft
stoff zu feinen Strahlen formen, haben im zulaufseitigen Abschnitt
nahe dem Einlauf 11 die Form eines Zylinders, im Abschnitt nahe dem
Auslauf 12 die Form eines sich in Strömungsrichtung verjüngenden
Kegelstumpfs und weiten sich im Auslauf 12 zu einem fertigungsbe
dingten Ringwulst, der bei Bedarf wieder abgearbeitet werden kann.
Diese düsenartige Form der Spritzlöcher 10 wird hergestellt, indem
zunächst die Wand der Kuppe 5 der Düse durch Abheben von Material,
wie spanabhebendes Bohren oder durch erosives Abtragen von Material
durchbrochen wird, wobei eine zylindrische Bohrung entsteht. Die
Bohrung hat eine Weite im Bereich von 0,2 bis 0,1 mm. Darauf wird in
dem dem Auslauf 12 nahen Abschnitt der Bohrung eine Beschichtung 16
aus einem Hartstoff, beispielsweise Chrom, Nickel oder dergleichen,
auf die Wand der Bohrung 15 aufgetragen. Vorzugsweise wird die Be
schichtung 16 ungleich dick aufgetragen, so daß der offene Quer
schnitt zum Auslaß 12 hin in Form eines Kegelstumpfs 14 konvergiert
und sich im Auslauf 12 durch einen die Außenseite der Kuppe 5 des
Düsenkörpers 1 überragenden Ringwulst 13 weitet. Die größte Dicke
der Beschichtung wird so gewählt, daß der effektive Querschnitt der
Bohrung um ca. 30 bis 50% vermindert wird.
Ein bevorzugtes Verfahren die beschriebene Querschnittscharakte
ristik zu erzeugen, ist ein Werkstoffauftrag mittels elektrochemi
scher Abscheidung (Galvanik). Von den elektrochemischen Abschei
dungsverfahren bietet u. a. die kathodische Abscheidung aus einem
wäßrigen Elektrolyten ein einfaches Handling, da die Elektrolyt
lösung, die das eigentliche Werkzeug darstellt, direkt in das
Spritzloch eingebracht werden kann und sich die Metallionen auf den
Spritzlochwandungen abscheiden können. Dabei wird insbesondere durch
Abdeckung der Außenfläche der Kuppe 5, z. B. mit Isolierlack, eine
Konzentration der Feldlinien im äußeren Spritzlochbereich erzeugt,
so daß durch diesen gezielten Werkstoffauftrag in dem dem Auslauf 12
der Spritzlöcher 10 nahen Abschnitt eine düsenförmige Verengung des
Strömungskanals entsteht. Vorzugsweise wird der Querschnitt durch
das Auftragen von Material um 30% bis 50% reduziert.
Zum Auftragen der Beschichtung sind auch andere Verfahren einsetz
bar. Nach dem PVD-Verfahren (physical vapor deposition) wird in
einem physikalischen Abscheidungsprozeß aus der Gasphase durch Be
dampfen, Sputtern, Ionenplattieren oder reaktive Varianten der vor
genannten Prozesse die Beschichtung aufgetragen, wobei Schichtdicken
von 0,01 bis 0,1 mm erreicht werden können. Beim CVD-Verfahren
(chemical vapor deposition) wird Material aus der Dampfphase ther
misch, plasmaaktiviert, photonenaktiviert oder laserinduziert abge
schieden; es sind Schichtdicken bis zu 0,1 mm erzielbar.
Ein weiteres bevorzugtes Verfahren ist die autokatalytische che
misch-reduktive Abscheidung aus einem Elektrolyten, der Metall-Salz,
Reduktionsmittel, Komplexbildner sowie weitere Chemikalien enthält.
Außerdem ist auch die chemische Abscheidung, wie sie bei der Ver
drängungsreaktion, Sprühpyrolyse und homogenen Präzipitation auf
tritt, einsetzbar. Die dabei erreichbare Schichtdicke kann bis zu
0,3 mm betragen.
Zu erwähnen ist außerdem eine Abscheidung aus der metallischen
Schmelze, insbesondere das Schmelztauch-Verfahren, bei dem die even
tuell erhitzte Düsenkuppe in ein aufgeschmolzenes Metall, zum Bei
spiel Hartmetallot, eingetaucht wird. Durch Unter- bzw. Überdruck
wird Schmelze in das Sackloch "eingesaugt" und anschließend wieder
"ausgeblasen". Bei diesem Verfahren erfolgt nicht nur eine
Diffussion der Schmelze in den Düsengrundkörper, es scheidet sich
auch Schmelze auf den Spritzlochwandungen ab, wodurch, nach
Abkühlung, eine Querschnittsreduktion erreicht wird. Durch mehr
maliges Anwenden dieses Verfahrens kann so der Durchmesser ent
sprechend reduziert werden.
Bei diesen Verfahren ist die aufgetragene Schichtdicke bzw. der für
einen bestimmten hydraulischen Durchfluß maßgebende freie Quer
schnitt eine Funktion der Bearbeitungszeit bzw. der Häufigkeit der
Anwendungen.
Als Hartstoffe zum Bilden einer Besichtung kommen in Frage: Chrom,
Nickel, Nickel-Phosphor, Nickel-Bor, Nickel-Kobalt-Bor, Al2O3,
Cr2O3, TiO2, Cr3C2, SiO2, AlSi, NiCr, WTi, WC oder der
gleichen.
Claims (9)
1. Kraftstoffeinspritzdüse für Diesel-Brennkraftmaschinen mit einem
Düsenkörper, in dem eine verschiebbar geführte Ventilnadel mit einem
Ventilsitz zusammenwirkt, an den sich stromabwärts den Düsenkörper
durchdringende Spritzlöcher anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß
der dem Auslauf (12) nahe Abschnitt der Spritzlöcher (10) rundum mit
einer festen Beschichtung (16) verengt ist.
2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Beschichtung (16) zum Auslaß (12) hin verdickt, so daß
ein sich in Strömungsrichtung verengender Durchlaß gebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (16) im Auslaß (12) zur umgebenden Außenfläche
des Düsenkörpers (1) hin abgerundet ist.
4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (16) die Außenseite des Düsenkörpers (1) am
Auslaß (12) des Spritzlochs (10) als Ringwulst (13) überragt.
5. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Hartstoff wie Chrom,
Nickel, Nickel-Phosphor, Nickel-Bor, Nickel-Kobalt-Bor, Al203,
Cr2O3, TiO2, Cr3C2, SiO2, AlSi, NiCr, WTi, WC oder der
gleichen besteht.
6. Verfahren zum Herstellen einer Einspritzdüse nach einem der An
sprüche 1 bis 5, bei dem wenigstens ein vom Innern des Düsenkörpers
nach außen führendes Spritzloch durch Abheben von Material gebildet
wird, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgefertigte Spritzloch (10)
durch Auftragen einer festen Beschichtung (16) wenigstens in dem den
Auslaß (12) nahen Abschnitt verengt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
schichtung im dem Auslaß (12) nahen Abschnitt des Spritzlochs (10)
durch Beschichten aufgetragen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem
Auslaß (12) nahen Abschnitt eine zum Auslaß hin zunehmende Menge an
Beschichtungsmaterial abgelagert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Beschichtung (16) durch elektrochemische, chemische,
CVD-, PVD-Abscheidung oder durch Abscheidung aus einer metallischen
Schmelze erzeugt wird.
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