EP0268811A1 - Brennstoffeinspritzanordnung einer Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
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- EP0268811A1 EP0268811A1 EP87115163A EP87115163A EP0268811A1 EP 0268811 A1 EP0268811 A1 EP 0268811A1 EP 87115163 A EP87115163 A EP 87115163A EP 87115163 A EP87115163 A EP 87115163A EP 0268811 A1 EP0268811 A1 EP 0268811A1
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Definitions
- the invention relates to a fuel injection arrangement of a piston internal combustion engine, which has at least one cylinder closed by a cylinder cover with a piston movable therein, which delimits a combustion chamber with the cylinder cover, with at least one fuel injection valve connected to a fuel supply system, which has a nozzle body arranged in a passage opening in the cylinder cover , which is provided with a head part projecting into the combustion chamber with at least one nozzle opening, which is used to form a fuel jet directed into the combustion chamber.
- the head part of the nozzle body containing the nozzle openings consists of a steel alloy which is more or less subject to wear and tear due to corrosion and erosion during operation of the internal combustion engine.
- the fuel used - especially in diesel internal combustion engines that are constantly operated with heavy oil - can cause the non-combustible components of the fuel that melt in the combustion chamber at correspondingly high temperatures, which accumulate in the form of slags and oil tabs, to protrude into the combustion chamber due to high-temperature corrosion endanger.
- the object of the invention is to improve the fuel injection valve in the arrangement mentioned at the outset in such a way that the wear on the head part projecting into the combustion chamber is drastically reduced or avoided entirely.
- the nozzle head consists of a titanium-based alloy which, apart from impurities caused by production, contains 2 to 10% aluminum, 0 to 55% niobium, 0 to 10% zirconium, 0 to 6% molybdenum, 0 to 1% silicon and 0 contains up to 10% tantalum.
- the head part made of the titanium-based alloy is much better resistant to high-temperature corrosion than the known head part made of a steel alloy, which is attributed to the fact that the titanium alloy forms corrosion-resistant, dense and well-adhering passive layers during operation of the internal combustion engine. Thanks to this behavior, the wear of the head part is greatly reduced compared to that of a steel alloy, which results in a significantly increased service life of the head part. It is therefore less common than before to remove the fuel valve in order to replace the head part, which increases the availability of the internal combustion engine.
- the fuel injection arrangement of a diesel internal combustion engine comprises a cylinder cover 1 which, together with a piston 3 moving up and down in a cylinder 2, delimits a combustion chamber 4, and a fuel injection valve, designated as a whole by 5.
- the injection valve 5 has a housing-like nozzle body, which in this example is composed of the parts 6, 7, 8 and 9.
- the uppermost part 6 has a threaded shoulder 6 'which is screwed to a union nut 10 which holds the parts 6 to 9 together.
- a rod 12 In a central bore 11 of the uppermost part 6 there is a rod 12, which is loaded at its upper end, not shown in the drawing, by a compression spring and rests on a valve needle 13 with its lower end.
- valve needle 13 is guided in a bore 22 of the part 7 adjoining the part 6.
- its bore 22 forms a conical valve seat surface 14 which interacts with the correspondingly conical lower end of valve needle 13.
- a space 15 is recessed above the seat 14, to which fuel is fed from a fuel supply system (not shown) under high pressure via a bore 16, 17 in part 7 or 6.
- the part 7 is surrounded in its lower area by the sleeve-shaped part 8, which forms an inwardly projecting shoulder 18 at its lower end, on which the part 9 rests with a flange 9 ⁇ .
- the part 9, which forms the head part of the injection valve 5, has a central bore 20 which adjoins the bore 22 of the part 7 and is closed at the lower end. With its lower end, the head part 9 projects into the furnace space 4.
- At the lower end of the head part a plurality of nozzle bores 21 are provided, each of which serves to form a fuel jet directed into the combustion chamber 4.
- a shrink connection can exist between the head part 9 and the part 8 surrounding it.
- the head part 9 consists of a titanium-based alloy, which e.g. has the following composition: 6% aluminum, 5% zirconium, 0.5% molybdenum, 0.25% silicon and the rest titanium. It has been shown that a head part made from this titanium alloy achieves very good results with regard to resistance to high-temperature corrosion, so that the service life of the head part is significantly increased compared to that made from a steel alloy.
- the fuel is supplied to the space 15 in cycles with a pressure of, for example, 800 bar via the bores 17 and 16, as a result of which the valve needle 13 is lifted off the seat surface 14 against the closing pressure of the spring acting on the rod 12, so that the Fuel can now reach the nozzle bores 21 via the bore 20 of the head part 9 and from there enters the combustion chamber 4 filled with compressed air as jets.
- the stroke of the valve needle 13 is approximately 1.2 mm.
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Abstract
Die Brennstoffeinspritzanordnung weist ein Einspritzventil (5) auf, das einen in einer Durchtrittsöffnung eines Zylinderdeckels (1) angeordneten Düsenkörper (6 bis 9) umfasst. Der Kopfteil (9) dieses Düsenkörpers ragt in einen Brennraum (4) und hat mindestens eine Düsenöffnung (21), die zum Bilden eines in den Brennraum (4) gerichteten Brennstoffstrahls dient. Der Düsenkopf (9) besteht aus einer Titanbasislegierung, die ausser herstellungsbedingten Verunreinigungen 2 bis 10 % Aluminium, 0 bis 55 % Niob, 0 bis 10 % Zirkonium, 0 bis 6 % Molybdän, 0 bis 1 % Silizium und 0 bis 10 % Tantal enthält.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzanordnung einer Kolbenbrennkraftmaschine, die mindestens einen durch einen Zylinderdeckel abgeschlossenen Zylinder mit einem darin beweglichen Kolben aufweist, der mit dem Zylinderdeckel einen Brennraum begrenzt, mit mindestens einem an ein Brennstoffversorgungssystem angeschlossenen Brennstoffeinspritzventil, das einen in einer Durchtrittsöffnung des Zylinderdeckels angeordneten Düsenkörper aufweist, der mit einem in den Brennraum ragenden Kopfteil mit mindestens einer Düsenöffnung versehen ist, die zur Bildung eines in den Brennraum gerichteten Brennstoffstrahls dient.
- Bei bisher bekannten Anordnungen dieser Art besteht der die Düsenöffnungen enthaltende Kopfteil des Düsenkörpers aus einer Stahllegierung, die im Betrieb der Brennkraftmaschine mehr oder weniger stark einer Abnutzung durch Korrosion und Erosion unterworfen ist. Je nach Art und Zusammensetzung des verwendeten Brennstoffs - insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen, die dauernd mit Schweröl betrieben werden - können die bei entsprechend hohen Temperaturen im Brennraum schmelzenden, nichtbrennbaren Bestandteile des Brennstoffs, die in Form von Schlacken und Oelaschen anfallen, den in den Brennraum ragenden Kopfteil des Einspritzventils durch Hochtemperaturkorrosion gefährden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Brennstoffeinspritzventil in der eingangs genannten Anordnung so zu verbessern, dass die Abnutzung des in den Brennraum ragenden Kopfteils drastisch verringert oder ganz vermieden wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Düsenkopf aus einer Titanbasislegierung besteht, die ausser herstellungsbedingten Verunreinigungen 2 bis 10 % Aluminium, 0 bis 55 % Niob, 0 bis 10 % Zirkonium, 0 bis 6 % Molybdän, 0 bis 1 % Silizium und 0 bis 10 % Tantal enthält.
- In Betriebsversuchen hat sich gezeigt, dass der aus der Titanbasislegierung bestehende Kopfteil wesentlich besser gegen Hochtemperaturkorrosion beständig ist als der bekannte Kopfteil aus einer Stahllegierung, was darauf zurückgeführt wird, dass die Titanlegierung im Betrieb der Brennkraftmaschine korrosionsfeste, dichte und gut haftende Passivschichten bildet. Dank diesem Verhalten ist die Abnutzung des Kopfteils gegenüber solchen aus einer Stahllegierung stark reduziert, wodurch sich eine wesentlich erhöhte Lebensdauer des Kopfteils ergibt. Es ist also weniger häufig als bisher notwendig, das Brennstoffventil auszubauen, um den Kopfteil auszuwechseln, wodurch die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine vergrössert wird.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgen den Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen Axialschnitt durch einen Teil eines Brennstoffeinspritzventils zeigt.
- Die Brennstoffeinspritzanordnung einer Diesel-Brennkraftmaschine umfasst einen Zylinderdeckel 1, der zusammen mit einem in einem Zylinder 2 auf- und abbeweglichen Kolben 3 einen Brennraum 4 begrenzt, und ein als ganzes mit 5 bezeichnetes Brennstoffeinspritzventil. Das Einspritzventil 5 weist einen gehäuseartigen Düsenkörper auf, der sich in diesem Beispiel aus den Teilen 6, 7, 8 und 9 zusammensetzt. Der oberste Teil 6 weist einen Gewindeansatz 6ʹ auf, der mit einer Ueberwurfmutter 10 verschraubt ist, die die Teile 6 bis 9 zusammenhält. In einer zentralen Bohrung 11 des obersten Teils 6 befindet sich eine Stange 12, die an ihrem oberen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ende durch eine Druckfeder belastet ist und mit ihrem unteren Ende auf einer Ventilnadel 13 ruht. Die Ventilnadel 13 ist in einer Bohrung 22 des sich an den Teil 6 anschliessenden Teils 7 geführt. Im unteren Bereich des Teils 7 bildet dessen Bohrung 22 eine kegelige Ventilsitzfläche 14, die mit dem entsprechend kegelig ausgebildeten unteren Ende der Ventilnadel 13 zusammenwirkt. Im Teil 7 ist oberhalb der Sitzfläche 14 ein Raum 15 ausgespart, dem über eine Bohrung 16, 17 im Teil 7 bzw. 6 Brennstoff von einem nicht gezeigten Brennstoffversorgungssystem unter hohem Druck zugeführt wird.
- Der Teil 7 ist in seinem unteren Bereich von dem hülsenförmig ausgebildeten Teil 8 umgeben, der an seinem unteren Ende eine nach innen ragende Schulter 18 bildet, auf der der Teil 9 mit einem Flansch 9ʹ ruht. Der Teil 9, der den Kopfteil des Einspritzventils 5 bildet, weist eine zentrale Bohrung 20 auf, die sich an die Bohrung 22 des Teils 7 anschliesst und am unteren Ende verschlossen ist. Mit seinem unteren Ende ragt der Kopfteil 9 in den Brenn raum 4. Am unteren Ende des Kopfteils sind mehrere Düsenbohrungen 21 angebracht, von denen jede der Bildung eines in den Brennraum 4 gerichteten Brennstoffstrahls dient. Zwischen dem Kopfteil 9 und dem ihn umgebenden Teil 8 kann eine Schrumpfverbindung bestehen.
- Der Kopfteil 9 besteht aus einer Titanbasislegierung, die z.B. folgende Zusammensetzung hat: 6 % Aluminium, 5 % Zirkonium, 0,5 % Molybdän, 0,25 % Silizium und Rest Titan. Es hat sich gezeigt, dass mit einem Kopfteil aus dieser Titanlegierung sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber Hochtemperaturkorrosion erzielt werden, so dass die Lebensdauer des Kopfteils gegenüber einem solchen aus einer Stahllegierung wesentlich erhöht wird.
- Weitere Titanbasislegierungen, die gute Ergebnisse erbracht haben, sind folgende:
- a) 6 % Aluminium, 7 % Niob und Rest Titan und
- b) 6 % Aluminium, 6 % Niob, 1 % Tantal und Rest Titan.
- Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Brennstoff über die Bohrungen 17 und 16 dem Raum 15 taktweise mit einem Druck von beispielsweise 800 bar zugeführt, wodurch die Ventilnadel 13 gegen den Schliessdruck der auf die Stange 12 wirkenden Feder von der Sitzfläche 14 abgehoben wird, so dass der Brennstoff nunmehr über die Bohrung 20 des Kopfteils 9 zu den Düsenbohrungen 21 gelangen kann und von dort aus als Strahlen in den mit komprimierter Luft gefüllten Brennraum 4 eintritt. Der Hub der Ventilnadel 13 beträgt etwa 1,2 mm.
Claims (2)
1. Brennstoffeinspritzanordnung einer Kolbenbrennkraftmaschine, die mindestens einen durch einen Zylinderdeckel abgeschlossenen Zylinder mit einem darin beweglichen Kolben aufweist, der mit dem Zylinderdeckel einen Brennraum begrenzt, mit mindestens einem an ein Brennstoffversorgungssystem angeschlossenen Brennstoffeinspritzventil, das einen in einer Durchtrittsöffnung des Zylinderdeckels angeordneten Düsenkörper aufweist, der mit einem in den Brennraum ragenden Kopfteil mit mindestens einer Düsenöffnung versehen ist, die zur Bildung eines in den Brennraum gerichteten Brennstoffstrahls dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf aus einer Titanbasislegierung besteht, die ausser herstellungsbedingten Verunreinigungen 2 bis 10 % Aluminium, 0 bis 55 % Niob, 0 bis 10 % Zirkonium, 0 bis 6 % Molybdän, 0 bis 1 % Silizium und 0 bis 10 % Tantal enthält.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil einen vom Düsenkörper des Einspritzventils lösbaren Teil bildet.
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