EP0569655A1 - Düsenkopf für eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a nozzle head for the injection nozzle of the fuel injection device of internal combustion engines according to the preamble of claim 1, and an injection device and a diesel engine.
- the nozzle head of the injection nozzle of the fuel injection of an internal combustion engine is a typical wear part, particularly in engines with direct injection of the fuel into the combustion chamber.
- the material is exposed to high temperatures and changes in temperature.
- the temperature changes continuously between the ignition temperature and the temperature of the newly introduced air, which also leads to temperature changes on the outer wall of the nozzle head of the injection nozzle.
- the intermittent injection of the fuel also leads to shock-like temperature changes.
- Particularly aggressive and known for high temperature corrosion is, for example, the proportion of sodium and vanadium in the fuel and the sodium vanadyl vanadate or vanadium pentoxide, VO5 that forms.
- the sulfur compounds that form can also have a corrosive effect.
- the object of the invention is to provide a nozzle head for an injection nozzle which has an increased service life and service life under the most unfavorable circumstances.
- the invention is to provide an improved fuel injection for fuel engines, in particular for diesel engines, with regard to maintenance and reliability, and thus also an engine with improved maintenance and reliability.
- a nozzle head for an injection nozzle is characterized by the features of independent claim 1.
- the fuel injection has an injection nozzle with such a nozzle head and the engine is provided with such a fuel injection with a new nozzle head.
- the material from which the nozzle head of the fuel injection nozzle is made is a so-called mechanically alloyed, high-alloy chromium-nickel-based alloy.
- the chromium-nickel steel carbon (C), aluminum (Al), titanium (Ti), iron (Fe), nitrogen (N), oxygen (O) and yttrium oxide (Y2O3) are added.
- nozzle heads for fuel injection nozzles made of alloy commercially available under the name / brand "INCONEL alloy MA 758" manufactured by injection nozzles made of alloy commercially available under the name / brand "INCONEL alloy MA 758" (manufacturer Inco Alloys International Hereford, England) achieved a double to triple service life right away.
- Such alloyed steels are not manufactured and alloyed by casting, but in a kind of sintering process, under mechanical processing, a kind of forging.
- the steels are also referred to as "dispersion alloy, oxide dispersion hardened, or high temperature hardened".
- Their manufacture is a kind of thermomechanical sintering that takes place at high temperatures, the mechanical treatment being followed by a heat treatment.
- the material used for the nozzle head of the injection nozzle is a mechanically high-alloyed chrome-nickel steel.
- the steel contains carbon, aluminum, titanium, iron and yttrium oxide as additives. Small amounts of oxygen and / or nitrogen are not troublesome.
- the nozzle head of the injection nozzle has a service life that is approximately twice that of previously known nozzle heads for injection nozzles.
- a nozzle head made of MA 758 has shown about twice the service life in the aggressive, chemical and thermal environment of the combustion chamber of diesel engines compared to previously known nozzle heads. This corresponds to an operating life of over 10,000 hours, or a TBO (Time Between Overhaul) of about two years or more, for example for a marine diesel engine, compared to a TBO of just one year compared to previously known nozzle heads for fuel Injectors.
- TBO Time Between Overhaul
- part of a fuel injection nozzle 1 with the nozzle head 2 is shown in section, in a side view.
- the two spray holes 21 shown of several, e.g. five spray holes are radial. slightly downward.
- the fuel is supplied to the spray holes 21 via the central channel 20 and then injected radially, slightly inclined downwards, into the combustion chamber or cylinder chamber, advantageously in the direction of the circulation prevailing in the combustion chamber.
- this type of injection especially the part 22 of the jacket of the nozzle head 2 opposite the spray holes 21 is subject to increased chemical and thermal stress, among other things. also corrosive influences, exposed and is eaten and destroyed.
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Abstract
Der für den Düsenkopf (2) der Einspritzdüse (1) verwendete Werkstoff ist ein mechnisch hoch-legierter Chrom-Nickelstahl. Als Zusätze enthält der Stahl Kohlenstoff, Aluminium, Titan, Eisen, Sauerstoff, Stickstoff und Yttriumoxyd. Der Düsenkopf (2) der Einspritzdüse (1) hat in der aggressiven, chemischen und thermischen Umgebung des Brennraums von Verbrennungsmotoren, wie Dieselmotoren, eine etwa doppelte Standzeit im Vergleich zu bisher bekannten Düsenköpfen (2) für Einspritzdüsen (1). <IMAGE>
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Düsenkopf für die Einspritzdüse der Kraftstoff-Einspritzungvorrichtung von Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie eine Einspritzvorrichtung und einen Dieselmotor.
- Der Düsenkopf der Einspritzdüse der Brennstoff-Einspritzung eines Verbrennungmotors, in der Fachsprache häufig auch mit Atomizer bezeichnet, ist besonders bei Motoren mit Direkteinspritzung des Brennstoffs in den Verbrennungsraum ein typisches Verschleissteil. Der Werkstoff ist hohen Temperaturen, und Temperaturwechseln ausgesetzt. Im Brennraum, beispielsweise wechselt die Temperatur laufend zwischen der Zündtemperatur und der Temperatur der neuzugeführten Luft, was auf der Aussenwand des Düsenkopfs der Einspritzdüse ebenfalls zu Temperaturwechseln führt. Im Innern der Düse, durch die der Brennstoff geführt wird, führt das intermittierende Einspritzen des Brennstoffs ebenfalls, aber zu schockartigen Temperaturwechseln.
- Darüberhinaus ist auch die korrosive Belastung der Düse, bei den hohen Temperaturen im Brennraum und aggressiven Verbindungen im Brennstoff, oder solchen, die sich aus Teilen des Brennstoffs mit der Luft, im Abgas bilden, sehr hoch.
- Im Brennraum herrscht eine grosse Zirkulation der Gase. Das Einspritzen des Kraftstoffs durch die Löcher im Düsenkopf erfolgt in der Regel in Richtung der Wirbelströmung. Dies hat zur Folge, dass die aggressiven und heissen Verbrennungsgase auf die den Einspritzlöchern entgegengesetzten Seite des Düsenkopfes auftreffen. Die Gase haben (immerhin) eine Temperatur von einigen hundert bis zu über tausend Grad Celsius. Dies führt beispielsweise bei Grossdieselmotoren zu Abbrand an der Rückseite des Düsenkopfs der Einspritzdüsen, d.h. auf der den Düsenlöchern gegenüberliegenden Seite des Mantels des Düsenkopfs. Chemische Aggressivität und Korrosion sind durch den verwendeten Treibstoff und die Betriebsbedingungen des Motors beeinflusst. Besonders aggressiv und bekannt bei Hochtemperaturkorrosion (also kritisch) ist beispielsweise der Anteil Natrium und Vanadium im Brennstoff und das sich bildende Natrium-Vanadyl-Vanadat oder Vanadium Pentoxyd, VO₅. Beim Stillstand der Motoren, können auch die sich bildenden Schwefelverbindungen korrosiv wirken.
- Die bisher besten Düsenköpfe bekannter Bauart, sind nach einer Einsatzdauer im Betrieb von einigen Tausend Stunden, typisch etwa 3'000 - 5'000 Stunden, zu ersetzten. Diese bisherigen Düsenköpfe bekannter Bauart und bisher bester Qualität sind aus Stellit/Titan Legierungen gearbeitet. Es gibt eine Vielzahl von Werkstoffen, die an und für sich für verbesserte Standzeiten geeignet sein könnten. In der Praxis waren die Standzeiten jedoch - wenn überhaupt - nur unbedeutend verschieden von jenen der Düsenköpfe aus bisher verwendeten Werkstoffen.
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Düsenkopf für eine Einspritzdüse zu schaffen, der unter den ungünstigsten Umständen eine erhöhte Standzeit und Lebensdauer hat.
- Weiterhin soll die Erfindung eine, bezüglich Wartung und Zuverlässigkeit, verbesserte Kraftstoff-Einspritzung für Kraftstoffmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, somit auch einen bezüglich Wartung und Zuverlässigkeit verbesserten Motor bringen. Nach der Erfindung ist ein derartiger Düsenkopf für eine Einspritzdüse durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gekennzeichnet. Die Kraftstoffeinspritzung weist eine Einspritzdüse mit einem solchen Düsenkopf auf und der Motor ist mit einer derartigen Kraftstoffeinspritzung mit einem neuen Düsenkopf versehen. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Formen der Erfindung.
- Beim Werkstoff, aus welcher der Düsenkopf der Kraftstoffeinspritzdüse hergestellt ist, handelt es sich um eine sogenannte mechanisch legierte, hochlegierte Chrom-Nickel-Basis-Legierung. Als Zusätze sind dem Chrom-Nickel-Stahl Kohlenstoff (C), Aluminium (Al), Titan (Ti), Eisen (Fe), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Yttriumoxid (Y₂O₃) zugesetzt.
- Beispielsweise wurde mit Düsenköpfen für Kraftstoff-Einspritzdüsen aus unter der Bezeichnung/Marke "INCONEL alloy MA 758" (Hersteller Inco Alloys International Hereford, England) im Handel erhältichen Legierung auf Anhieb eine doppelte bis dreifache Standzeit erreicht.
- Derartig legierte Stähle werden nicht durch Giessen, sondern in einer Art Sinterprozess, unter mechanischer Bearbeitung, einer Art Schmieden, hergestellt und legiert. Die Stähle werden auch mit "dispersionslegiert, oxiddispersions-verfestigt, oder hochtemperatur-verfestigt" bezeichnet. Es handelt sich bei deren Herstellung um eine Art thermomechanisches Sintern das bei hohen Temperaturen erfolgt, wobei der mechanischen Behandlung noch eine Wärmebehandlung folgt.
- Der für den Düsenkopf der Einspritzdüse verwendete Werkstoff ist ein mechnisch hoch-legierter Chrom-Nickelstahl. Als Zusätze enthält der Stahl Kohlenstoff, Aluminium, Titan, Eisen und Yttriumoxyd. Kleine Mengen von Sauerstoff und/oder Stickstoff sind nicht störend. Der Düsenkopf der Einspritzdüse hat in der aggressiven, chemischen und thermischen Umgebung des Brennraums von Verbrennungsmotoren, wie Dieselmotoren, eine etwa doppelte Standzeit im Vergleich zu bisher bekannten Düsenköpfen für Einspritzdüsen.
- Ein Düsenkopf aus MA 758 hat in der aggressiven, chemischen und thermischen Umgebung des Brennraums von Dieselmotoren eine etwa doppelte Standzeit im Vergleich zu bisher bekannten Düsenköpfen gezeigt. Dies entspricht einer Betriebs-Lebensdauer von über 10'000 Stunden, bzw. einer TBO (Time Between Overhaul) von etwa zwei Jahren oder mehr, für beispielsweise einen Schiffsdieselmotor, im Vergleich zu einer TBO von lediglich einem Jahr gegenüber bisher bekannten Düsenköpfen für Kraftstoff-Einspritzdüsen.
- In der schematischen Figur ist, im Schnitt, in einer Seitenansicht, ein Teil einer Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit dem Düsenkopf 2 gezeigt. Die beiden gezeigten Spritzlöcher 21 von mehreren, z.B. fünf Spritzlöchern, sind radial. leicht nach unten gerichtet. Der Kraftstoff wird den Spritzlöchern 21 über den zentralen Kanal 20 zugeführt und dann radial, leicht nach unten geneigt, in den Brennraum bzw. Zylinderraum, mit Vorteil in Richtung der im Brennraum herrschenden Zirkulation, eingespritzt. Bei dieser Art des Einspritzens, ist vor allem der den Spritzlöchern 21 gegenüberliegende Teil 22 des Mantels des Düsenkopfs 2 erhöhter chemischer und thermischer Belastung, u.a. auch korrosiven Einflüssen, ausgesetzt und wird zerfressen und zerstört.
Claims (7)
- Düsenkopf für die Einspritzdüse einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, für eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise für eine selbstzündende Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem mechanisch legierten Chrom-Nickel-Stahl, der mit Kohlenstoff (C), Aluminium (Al), Eisen (Fe), Titan (Ti), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Yttriumoxid (Y₂O₃), legiert ist, besteht.
- Düsenkopf nach Anspruch 1, aus einem mechanisch legierten Chrom-Nickel-Stahl, der, bezogen auf das Gewicht, mit etwa 0.005% bis etwa 1% C, etwa 0.05% bis etwa 5% Al, etwa 0.05% bis etwa 5% Fe, etwa 0.05% bis etwa 2% Stickstoff (N), etwa 0.05% bis etwa 5% Sauerstoff (O), etwa 0.05% bis etwa 5% Ti, etwa 0.05 bis etwa 5% Y₂0₃ legiert ist und etwa 25% bis etwa 35% Cr und den Rest Ni enthält.
- Düsenkopf nach Anspruch 2, aus einem Chrom-Nickel-Stahl, der, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, etwa 0.045% C, je etwa 0.330% Al und Fe, etwa 0.158% N, etwa 0.350% O, etwa 0.500% Ti, etwa 0.560% Y₂0₃, etwa 30.54% Cr und den Rest Ni enthält.
- Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, mit einem Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
- Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzdüse, mit einem Düsenkopf, nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
- Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 5.
- Motor, insbesondere Dieselmotor mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit einer Einspritzdüse nach Anspruch 5.
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