CH340093A - Brennstoffeinspritzdüse und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

      Brennstoffeinspritzdüse        und        Verfahren    zu deren Herstellung    Die Erfindung betrifft eine     Brennstoffeinspritzdüse     für Brennstoffventile von     Brennkraftmaschinen    mit  mindestens einem vom Brennstoffraum im Innern des  Ventilkörpers nach aussen führenden, zum Einsprit  zen des Brennstoffes dienenden Düsenkanal und ein  Verfahren zu deren Herstellung.  



  Aufgabe einer     Brennstoffeinspritzdüse    ist es, zu  Beginn jeden Arbeitstaktes einer     Brennkraftmaschine     eine bestimmte Menge Brennstoff im Verbrennungs  raum zu     verteilen.     



  Der Idealfall einer solchen Verteilung wäre eine  möglichst feine     Zerstäubung    des Brennstoffes     in     Form eines Aerosols von homogener Dichte. Je  gleichmässiger und vollständiger die Verteilung des  Brennstoffes im Verbrennungsraum erfolgt, desto  gleichmässiger und vollständiger vollzieht sich die  anschliessende Verbrennung desselben.  



  Wie weitgehend man diesen Idealfall der Vertei  lung     verwirklichen    kann, hängt in starkem Masse von  der Funktion der Einspritzdüse ab, und hierbei spielt  die Form des Düsenkanals wiederum eine wichtige  Rolle.  



  Der aus dem Düsenkanal austretende Brennstoff  muss eine gewisse Durchschlagskraft und Geschwindig  keit besitzen, um möglichst fein zerstäubt bis in     die     Tiefe des Verbrennungsraumes zu gelangen.  



  Es kann nun vorkommen, dass die Durchschlags  kraft des aus dem Düsenkanal austretenden Brenn  stoffstrahls so gross ist, dass ein Teil desselben     un-          verbrannt    auf eine Stelle der Verbrennungswand  auftrifft. Hierdurch entstehen dann einerseits die  bekannten schädlichen     Ablagerungen    an der Ver  brennungswand, und ausserdem wird die Verbrennung  nachteilig beeinflusst, da im     Verbrennungsraum    neben  Zonen zu hoher Kraftstoffdichte Zonen zu geringer  Kraftstoffdichte vorhanden sind, mithin also vorwie  gend für die Verbrennung ungünstige Mengenver-         hältnisse    zwischen Luft und Brennstoff bestehen,

   wäh  rend nur in einem verhältnismässig kleinen Teil des  Verbrennungsraumes das richtige     Verhältnis    zustande  kommt.  



  Es kann aber auch der umgekehrte     Fall    eintreten,  dass     nämlich    der Brennstoffstrahl eine zu geringe Aus  trittsgeschwindigkeit und     Durchschlagskraft    besitzt, so  dass der Brennstoff in der Nähe der Austrittsstelle in  einer relativ dichten Wolke verteilt wird, während  entferntere Teile des Verbrennungsraumes     keinen     oder zu wenig Brennstoff enthalten. Auch in diesem  Fall verläuft die Verbrennung     unregelmässig    und zum  Teil unvollständig.

   Neben einer Leistungseinbusse tritt       dann    als unmittelbare Folge der unvollständigen Ver  brennung eine starke     Russbildung    im Verbrennungs  raum ein, welche bekanntlich zu unerwünschten Ab  lagerungen und - je nach der Menge derselben   gegebenenfalls zu Betriebsstörungen führt.  



  Man weiss, dass neben andern     Einflüssen    wie bei  spielsweise dem Einspritzdruck, die     Form    des Düsen  kanals für die angestrebte homogene Feinverteilung  des Brennstoffes im Verbrennungsraum von Wichtig  keit ist.  



  Bei den bekannten Einspritzdüsen bestehen solche  Kanäle im allgemeinen aus feinen     Bohrungen    von       Zylinderform.    Man hat bei solchen Bohrungen durch  Einhaltung eines bestimmten Verhältnisses vom  Durchmesser zur Länge versucht, eine     ausreichende     Verteilung und einen genügend grossen     Divergenz-          winkel    des austretenden Kraftstoffstrahls zu erreichen.  Dieses gelingt jedoch oft nur unvollständig. Denn  die Schwierigkeit liegt darin, dass ein     zylinderförmiger     Austrittskanal mit glatter Wand für die     Zerstäubung     einer Flüssigkeit an und für sich wenig günstig, ja  geradezu ungeeignet ist.

   Aus herstellungstechnischen  Gründen war man jedoch bisher an diese Formgebung  gebunden.      Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung  behoben. Die Erfindung besteht darin, dass der  Düsenkanal eine vom Kreiszylinder abweichende  Form besitzt. Die Herstellung eines Düsenkanals  dieser Form geschieht erfindungsgemäss durch Elektro  erosion.  



  Der Düsenkanal kann     vorteilhaft    gekrümmt sein.  Man kann auch die Massnahme ergreifen, den  Düsenkanal schraubenlinienförmig um eine gedachte  Mittelachse     herumzuwinden.     



  Es ist dabei von Vorteil, wenn der Düsenkanal  einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt  besitzt.  



  Zweckmässig wird man einen Querschnitt von der  Form eines Polygons wählen, beispielsweise von der  Form eines Dreiecks, Vierecks, Sechsecks usw.  



  Man kann auch die Massnahme ergreifen, dass ein  solcher Düsenkanal einen Drall aufweist.  



  Nach der Erfindung hergestellte Einspritzdüsen  sind zur Verteilung des Brennstoffes sehr viel besser  geeignet als bekannte Einspritzdüsen mit     Einspritz-          kanälen    von zylinderförmiger Gestaltung. Dieser  Fortschritt wird erzielt durch drei Faktoren:  1. Der     Zerstäubungsvorgang    eines Flüssigkeits  volumens     vollzieht    sich durch Aufspaltung desselben  in eine     Vielzahl    kleine oder kleinster     Volumteile     unter     Vergrösserung    der relativen Oberfläche der Flüs  sigkeit.

   Ein aus einem     Zerstäuberkanal    austretendes       Flüssigkeitsteil    besitzt - wenn es Zylinderform hat  nach der Kugel die kleinste relative Oberfläche. Die       Zerstäubungsenergie,    welche notwendig ist, um  einen bestimmten     Zerstäubungsgrad    zu erreichen,  muss also relativ hoch sein. Dagegen wird sich bei  spielsweise ein sternförmig profilierter Flüssigkeits  teil gleichen Volumens beim Austritt aus einem     Zer-          stäuberkanal    relativ leichter, das heisst mit geringerer       Zerstäubungsenergie    auf einen bestimmten     Zerstäu-          bungsgrad    verteilen lassen.

   Der Grund hierfür liegt  darin, dass der     sternförmig        profilierte    Flüssigkeitsteil  gegenüber einem solchen mit kreisförmigem Profil  eine relativ grosse Oberfläche besitzt.  



  2. Die Krümmung bzw. der     schraubenlinige    Ver  lauf oder auch der Drall des Kanals wirken darüber  hinaus in an sich bekannter Weise ebenfalls im Sinne  einer besseren     Zerstäubung.        Zerstäubungsdüsen,     welche unter Ausnutzung einer auf die Flüssigkeit wir  kenden Zentrifugalkraft arbeiten, beispielsweise so  genannte     Dralldüsen,    sind aus der Technik bekannt.  Man wendet sie beispielsweise bei Berieselungsanlagen  oder bei der     Zerstäubungstrocknung    an.

   Dadurch, dass  man der austretenden     Flüssigkeit    einen Drall verleiht,  hat man es in der Hand, den     Divergenzwinkel    zu  erweitern, was zur Lösung der erfindungsgemässen  Aufgabe ebenfalls von Wichtigkeit ist.  



  3. Die Herstellung des Düsenkanals durch Elek  troerosion ist - abgesehen von fertigungstechnischen  Gründen - auch deswegen von Vorteil, weil der  Kanal dadurch eine bestimmte     Wandrauhigkeit    erhält,  die durch die Eigentümlichkeit des Verfahrens an und  für sich bedingt ist. Gerade diese     Wandrauhigkeit    ist    aber für eine     Zerstäuberdüse    wichtig, denn sie be  günstigt die Wirbel- und     Turbulenzbildung    in der  Grenzschicht der Strömung. Ein mindestens teil  weise mit turbulenter Strömung austretender Flüssig  keitsstrahl hat aber viel eher die Neigung zu zer  stäuben als ein mit im     wesentlichen        laminarer    Strö  mung austretender Strahl.  



  In der Zeichnung sind einige Beispiele der Er  findung vereinfacht wiedergegeben.  



       Fig.    1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ein  spritzdüse 1, mit den Düsenkanälen 2 und 3 im  Schnitt. Der Kanal 2 besitzt kreisförmigen Querschnitt  2' und ist in seiner Länge um den Mittelpunkt M  mit dem Radius R gekrümmt.  



  Ein Düsenkanal von dieser Form lässt sich nur  mit Hilfe des Verfahrens der     elektroerosiven    Metall  bearbeitung herstellen, indem die Elektrode beim Be  arbeiten des Werkstückes um den Mittelpunkt M ge  schwenkt wird, so dass ein Kanal in Form eines Teils  eines Kreisbogens entsteht.  



  Der Düsenkanal 3 beispielsweise besitzt vier  eckigen Querschnitt 3'     bzw.    sternförmigen Querschnitt  3" und weist einen Drall auf, der dadurch entsteht,  dass die     Erosionselektrode    beim Vorschub eine Dreh  bewegung ausführt. Kanal 4 in     Fig.    2 hat beispiels  weise sternförmigen Querschnitt 4', ist aber in sich  gerade und ohne Drall ausgeführt. Durch diesen       sternförmigen    Querschnitt ergeben sich die für den       Zerstäubungsvorgang    des Brennstoffstrahls bereits er  wähnten günstigen Bedingungen.  



       Fig.    2     zeigt    einen weiteren Kanal 5 von kreis  förmigem Querschnitt 5' bzw. von dreieckigem Quer  schnitt 5", welcher eine schraubenlinienförmige Win  dung um die Achse     X-Y    aufweist.  



  Die dargestellten und beschriebenen Düsenkanäle  sind nur einige wenige Beispiele der     möglichen    Aus  bildung einer Düse nach der Erfindung. Es sind  jedoch noch eine Reihe weiterer Ausführungsformen  denkbar und fallen unter die Erfindung, sofern sie die  folgenden Merkmale aufweisen:

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Brennstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschi- nen mit mindestens einem vom Brennstoffraum im Innern der Düse nach aussen führenden, zum Ein spritzen des Brennstoffes dienenden Düsenkanal, da durch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal eine vom Kreiszylinder abweichende Form besitzt. 1I. Verfahren zur Herstellung der Brennstoffein spritzdüse nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass die Herstellung des Düsenkanals durch Elektroerosion erfolgt. UNTERANSPRÜCHE 1. Einspritzdüse nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal gekrümmt ist. 2.

   Einspritzdüse nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal schraubenlinien- förmig um eine gedachte Mittelachse gewunden ist. 3. Einspritzdüse nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt. 4. Einspritzdüse nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal einen Quer- schnitt von der Form eines Polygons, beispielsweise Dreieck, Viereck, Sechseck besitzt. 5. Einspritzdüse nach Patentanspruch und Un teransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal einen Drall aufweist.