DE102018217837A1

DE102018217837A1 - Brenngas-Einspritzdüse mit Heterogenen Materialien

Info

Publication number: DE102018217837A1
Application number: DE102018217837.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2019-05-02
Also published as: JP2019085996A; CN109026446B; KR101873696B1; CN109026446A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenngas-Einspritzdüse zur Verwendung im Schiffsmotor, insbesondere eine Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien, welche derart ausgestaltet ist, dass ein Düsenkörper aus einem Metall mit relativ hoher Hitzebeständigkeit ausgebildet ist, wobei in diesem Düsenkörper eine Einlegebuchse, die aus einem anderen Metall, d.h. das eine relativ hohe kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas aufweist, ausgebildet ist, eingelegt ist und somit mit dem Düsenkörper verbunden ist, wobei an einer Seite der Einlegebuchse ein Anschlag, der zum Drücken der Einlegebuchse in eine Richtung und somit zum Befestigen derselben an dem Düsenkörper dient, angebracht ist, und wobei der Düsenkörper mittels eines Halters festgehalten ist, der in einer solchen Form ausgebildet ist, dass er eine Außenseite des Anschlags umgeben kann, so dass ein Riss der Düse aufgrund des kryogenen Gases durch die Einlegebuchse verhindert und eine thermische Beschädigung der Düse aufgrund einer extrem hohen Verbrennungstemperatur durch den Düsenkörper verhindert werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenngas-Einspritzdüse zur Verwendung im Schiffsmotor, insbesondere eine Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien, welche derart ausgestaltet ist, dass ein Düsenkörper aus einem Metall mit relativ hoher Hitzebeständigkeit ausgebildet ist, wobei in diesem Düsenkörper eine Einlegebuchse, die aus einem anderen Metall, d.h. das eine relativ hohe kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas aufweist, ausgebildet ist, eingelegt ist und somit mit dem Düsenkörper verbunden ist, wobei an einer Seite der Einlegebuchse ein Anschlag, der zum Drücken der Einlegebuchse in eine Richtung und somit zum Befestigen derselben an dem Düsenkörper dient, angebracht ist, und wobei der Düsenkörper mittels eines Halters festgehalten ist, der in einer solchen Form ausgebildet ist, dass er eine Außenseite des Anschlags umgeben kann, so dass ein Riss der Düse aufgrund des kryogenen Gases durch die Einlegebuchse verhindert und eine thermische Beschädigung der Düse aufgrund einer extrem hohen Verbrennungstemperatur durch den Düsenkörper verhindert werden kann.
Stand der Technik
Im Allgemeinen sind die LNG-Schiffe (LNG: Liquified Natural Gas), d.h. die Schiffe, die ein Flüssigerdgas (LNG) als Brennstoff für Antriebskraft der Schiffe verwenden, als die Umweltfreundlichen bekannt, da sie eine bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufweisen, im Vergleich zu den Schiffen, die Bunker-C-Öl, Dieselöl oder Benzin als Brennstoff verwenden, und ihre Luftschadstoff- und Meerschadstoffemissionen innovativ reduziert werden.
Diese LNG-Schiffe stellen die umweltfreundlichen Schiffe dar, welche durch das Vergrößern derselben und durch das Verbessern eines Schiffstyps eine gegenüber bisher um ca. 20 bis 30% reduzierte Menge an Brennstoff verbrauchen und trotzdem eine gleiche Effizienz wie bisher erreichen, so dass sie neue Umweltregelungen erfüllen können, wobei sie daher auch Öko- oder Grünschiffe genannt werden.
Da ein solches LNG-Schiff ein im kryogenen Zustand zur Verfügung gestelltes, verflüssigtes Gas als Brennstoff verwendet, muss eine Brennstoffeinspritzdüse gleichzeitig eine Kältebeständigkeit (eine Eigenschaft zur Ertragung einer Niedertemperatur) und eine Hitzebeständigkeit (d.h. eine Eigenschaft zur Ertragung einer hohen Temperatur innerhalb einer Verbrennungskammer) erfüllen. Wenn diese Bedingungen dabei nicht erfüllt werden, dann könnte aufgrund der Umgebungen, in denen ein kryogener Brennstoff innerhalb der Brennstoffeinspritzdüse besteht und eine Außenseite der Brennstoffeinspritzdüse der extrem hohen Temperatur der Verbrennungskammer ausgesetzt ist, die Lebensdauer der Brennstoffeinspritzdüse verkürzt werden und sogar ein in der Düse entstehender Riss die Metallfragmente, etc. verursachen, die dann in die Verbrennungskammern des Schiffmotors eintreten und so zum Ausfall des Motors führen könnten.
Als ein Stand der Technik, der eine Brenngas-Einspritzdüse betrifft, besteht eine Einspritzdüse für einen Gasinjektor, die von der Südkoreanischen, eingetragenen Patentschrift-Nr. 10-1200791 vorgeschlagen wurde.
Von dieser Patentschrift ist eine Einspritzdüse 100 für einen Gasinjektor, die mit einem Gehäuse, das eine Eintrittsöffnung zum Ein- und Ausströmen eines Gases aufweist, verbunden ist, vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Düsenkörper 110, in dem eine Gaseintrittsleitung 115 ausgebildet ist, die mit einem Unterteil der Gehäuses verbunden ist, und in die das Gas eintrömt; und eine Düsenmuffe 120, die mit einer Innenseite des Düsenkörpers 110 verbunden ist und so das Gas in eine Seite des Verbrennungsmotors einspritzt, aufweist, wobei ein Innengewinde in einer Innenwandfläche des Düsenkörpers 110 bzw. ein Außengewinde in einer Außenwandfläche der Düsenmuffe 120 eingebracht ist, so dass das Innen- und das Außengewinde ineinander verschraubt werden, und wobei beim Einschrauben der Düsenmuffe 120 in den Düsenkörper 110 eine Umdrehungszahl eingestellt wird, so dass auch eine Tiefe der Gaseintrittsleitung 115 eingestellt wird. Dabei sind der Düsenkörper 110 und die Düsenmuffe 120 jedoch gerade der Verbrennungskammer ausgesetzt, weshalb beim Verwenden der Beiden innerhalb der Verbrennungskammer mit starker Hitze folglich die Lebensdauer der Beiden aufgrund der thermischen Beschädigung verkürzt wird.
Auch wenn die Tiefe der Gaseintrittsleitung dabei durch das Einstellen der Umdrehungszahl der Schrauben eingestellt werden kann, ist es außerdem noch die Frage, ob ein zuerst eingestellter Zustand der Tiefe trotz der starken Hitze aufrechterhalten werden kann.
Als anderer Stand der Technik besteht auch eine doppelte Brennstoff-Einspritzventilvorrichtung mit einer Hybriddüse für Diesel- und Gasmotor, die von der Südkoreanischen, eingetragenen Patentschrift-Nr. 10-1148683 vorgeschlagen wurde.
Von der gerade oben genannten Patentschrift ist eine Brennstoff-Einspritzventilvorrichtung, welche beim Diesel- bzw. Gasmotor einen Brennstoff in einen jeweiligen Zylinder einspritzt, insbesondere eine doppelte Brennstoff-Einspritzventilvorrichtung mit einer Hybriddüse für die beiden Motoren, d.h. Diesel- und Gasmotor vorgeschlagen, wobei die Brennstoff-Einspritzventilvorrichtung dabei dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mit einem Brennstoffrohr, zu dem der Brennstoff geliefert wird, verbunden ist und somit mit dem Brennstoff versorgt wird, und folgende Merkmale aufweist: einen Brennstoff-Ventilblock 10, welcher mit einem Hauptbrennstoffdurchgang 11, durch den der gelieferte Brennstoff fließt, und einem Vorsteuer-Brennstoffdurchgang 12 versehen ist; eine Hybriddüse 30, welche mittels eines Düsenhalters 20 mit dem Brennstoff-Ventilblock 10 so verbunden ist, dass sie unterhalb des Brennstoff-Ventilblocks 10 angeordnet ist, und welche jeweils mit einer Hauptdüsenöffnung 31, die mit dem Hauptbrennstoffdurchgang 11 verbunden ist und somit einen Hauptbrennstoff einspritzt, und mit einer Vorsteuerdüsenöffnung 32, die mit dem Vorsteuer-Brennstoffdurchgang 12 verbunden ist und somit einen Vorsteuerbrennstoff einspritzt, versehen ist; ein Vorsteur-Nadelventil 40, welches innerhalb der Hybriddüse 30 positioniert eingebaut ist, und welches mit einem Vorsteuer-Verbindungsloch 42, das mittels eines Vorsteuerdrucks zur Vorsteuerdüsenöffnung 32 den Vorsteuerbrennstoff liefert, und einem Hauptverbindungsloch 41, das mittels eines Hauptbrennstoffdrucks zur Hauptdüsenloch 31 den Hauptbrennstoff liefert, versehen ist; ein Hauptnadelventil 50, welches innerhalb des Vorsteuer-Nadelventils 40 positioniert eingebaut ist, und welches, nach dem Einspritzen des Vorsteuerbrennstoffs, mittels eines Drucks einer Haupteinspritzung zur Hauptdüsenöffnung 31 den Hauptbrennstoff liefert; und eine Nadelfeder 60, welche mittels einer Federstütze 61 mit dem Hauptnadelventil 50 verbunden ist und eine zur Einspritzung dienende Elastizitätskraft aufweist; wobei durch die Drücke vom in die Brennstoff-Einspritzventilvorrichtung eintretenden Haupt- und Vorsteuerbrennstoff und die Zugkraft der Nadelfeder 60 der Haupt- bzw. der Vorsteuerbrennstoff innerhalb der einen Brenstoff-Einspritzventilvorrichtung jeweils über die Haupt- 31 bzw. die Vorsteuerdüsenöffnung 32 sequentiell eingespritzt wird. Dabei könnten beim Dieselmotor die Einspritzungen des Brennstoffs mittels der doppelten Brennstoff-Einspritzventilvorrichtung nicht so schwer durchgeführt werden, während beim Verwenden derselben für den Gasmotor die Hybriddüse 30 direkt der Verbrennungskammer ausgesetzt ist und somit ihre thermische Beschädigung hoch ist, wodurch es eine hohe Befürchtung gäbe, dass eine zum Schutz des Düsenhalters verstärkte, hitzebeständige Legierung aufgrund einer starken Hitze von der Düse getrennt wird.
Wird eine solche Brennstoff-Einspritzventilvorrichtung außerdem für einen den kryogenen LNG-Brennstoff verbrauchenden Motor verwendet, dann könnten aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen einer Innenseite und einer Außenseite der Düse die Risse entstehen, die dann die Fragmente verursachen, wobei diese folglich in die Zylinder des Motors eintreten und somit sowohl zum Bruch der Düse als auch zur Beschädigung des Motors als viel schwerere Störung führen.
Literaturen des Standes der Technik
Patentdokumente

Patentdruckschrift 1: Südkoreanische eingetragene Patentoffenlegungsschrift-Nr. 10-1200791; und
Patentdruckschrift 2: Südkoreanische eingetragene Patentoffenlegungsschrift-Nr. 10-1148683.

Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Brenngas-Einspritzdüse zur Verwendung in einem Schiffsmotor, d.h. eine Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien bereitzustellen, welche derart ausgestaltet ist, dass ein Düsenkörper aus einem Metall mit relativ hoher Hitzebeständigkeit ausgebildet ist, wobei in diesem Düsenkörper eine Einlegebuchse, die aus einem anderen Metall, d.h. das eine relativ hohe kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas aufweist, ausgebildet ist, eingelegt ist und somit mit dem Düsenkörper verbunden ist, wobei an einer Seite der Einlegebuchse ein Anschlag, der zum Drücken der Einlegebuchse in eine Richtung und somit zum Befestigen derselben an dem Düsenkörper dient, angebracht ist, und wobei der Düsenkörper mittels eines Halters festgehalten ist, der in einer solchen Form ausgebildet ist, dass er eine Außenseite des Anschlags umgeben kann, so dass ein Riss der Düse aufgrund des kryogenen Gases durch die Einlegebuchse verhindert und eine thermische Beschädigung der Düse aufgrund einer extrem hohen Verbrennungstemperatur durch den Düsenkörper verhindert werden kann.
Ferner besteht die andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien bereitzustellen, welche derart ausgestaltet ist, dass ein Düsenkörper aus einem Inconel-Werkstoff ausgebildet ist, während ein Einlegebuchse, ein Anschlag und ein Halter aus einem Werkzeugstahl ausgebildet sind, wobei die Eigenschaften der heterogenen Materialien für die eine Düse ausgenutzt werden, so dass eine kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas erhöht und auch eine Hitzebeständigkeit gegen die extrem hohe Verbrennungstemperatur erhöht wird.
Außerdem besteht die andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien bereitzustellen, welche derart ausgestaltet ist, dass ein Durchmesser des Anschlags eine Plus(+)-Toleranz im Vergleich zu dem eines im Halter eingebrachten Anschlag-Verbindungslochs aufweist und somit der Anschlag kraftschlüssig mit dem Halter festgehalten wird, so dass eine feste Befestigung eines Düsenkörpers erreicht und gleichzeitig die Leckage eines Gases grundsätzlich verhindert werden kann.
Lösung der Aufgabe der Erfindung
Eine Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung ist als eine Düse zur Brennstoffeinspritzung, die im Schiffsmotor verwendet wird, ausgebildet, und dadurch gekennzeichnet, dass die Düse aus folgenden Merkmalen besteht: einem Düsenkörper 10, in dessen Innenseite ein Buchse-Verbindungsloch 11 eingebracht ist und in dessen Ende eine Gaseinspritzöffnung 12 eingebracht ist; einer Einlegebuchse 20, welche in dem im Düsenkörper 10 eingebrachten Buchse-Verbindungsloch 11 eingelegt und mit dem Düsenkörper verbunden ist, und in welcher ein mit der Gaseinspritzöffnung 12 kommunizierender Gasaustrittsdurchgang ausgebildet ist; einem Anschlag 30, in welchem ein Adapter-Verbindungsloch 31, in dem ein Adpater fixiert wird, eingebracht ist und welcher gegen eine Stirnfläche der Düsenkörpers 10 gedrückt und daran befestigt ist; und einem Halter 40, in welchem ein Teil des Düsenkörpers 10 eingelegt fixiert ist und welcher den Anschlag 30 gegen den Düsenkörper 10 drückend an diesem befestigt.
Effekt der Erfindung
Die Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine Brenngas-Einspritzdüse zur Verwendung in einem Schiffsmotor, wobei ein Düsenkörper aus einem Metall mit relativ hoher Hitzebeständigkeit ausgebildet ist, wobei in diesem Düsenkörper eine Einlegebuchse, die aus einem anderen Metall, d.h. das eine relativ hohe kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas aufweist, ausgebildet ist, eingelegt ist und somit mit dem Düsenkörper verbunden ist, wobei an einer Seite der Einlegebuchse ein Anschlag, der zum Drücken der Einlegebuchse in eine Richtung und somit zum Befestigen derselben an dem Düsenkörper dient, angebracht ist, und wobei der Düsenkörper mittels eines Halters festgehalten ist, der in einer solchen Form ausgebildet ist, dass er eine Außenseite des Anschlags umgeben kann, wodurch ein erheblicher Effekt erreicht wird, dass ein Riss der Düse aufgrund des kryogenen Gases durch die Einlegebuchse verhindert und eine thermische Beschädigung der Düse aufgrund einer extrem hohen Verbrennungstemperatur durch den Düsenkörper verhindert werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Brenngas-Einspritzdüse ist es vorgesehen, dass die Düsenkörper ferner aus einem Inconel-Werkstoff ausgebildet ist, während die Einlegebuchse, der Anschlag und der Halter aus einem Werkzeugstahl ausgebildet sind, wobei die Eigenschaften der heterogenen Materialien für die eine Düse ausgenutzt werden, wodurch auch ein anderer erheblicher Effekt erreicht wird, dass eine kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas erhöht und auch eine Hitzebeständigkeit gegen die extrem hohe Verbrennungstemperatur erhöht werden kann. Darüber hinaus ist es auch mit der erfindungsgemäßen Brenngas-Einspritzdüse vorgesehen, dass ein Durchmesser des Anschlags eine Plus(+)-Toleranz im Vergleich zu dem eines im Halter eingebrachten Anschlag-Verbindungslochs aufweist und somit der Anschlag kraftschlüssig mit dem Halter festgehalten wird, wodurch auch ein weiterer erheblicher Effekt erreicht wird, dass eine feste Befestigung eines Düsenkörpers erreicht und gleichzeitig die Leckage eines Gases grundsätzlich verhindert werden kann.
Figurenliste
Es zeigen:

1 einen getrennten Zustand eines Aufbaus einer Brennstoffeinspritzdüse, die in einem Dieselmotor für ein herkömmliches Schiff verwendet wird;
2 einen Aufbau einer Brennstoffeinspritzdüse, die in einem Dieselmotor für ein herkömmliches Schiff verwendet wird;
3 einen gesamten Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
4 einen getrennten Zustand eines Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
5 einen gesammten Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung; und
6 einen getrennten Zustand eines Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenngas-Einspritzdüse zur Verwendung im Schiffsmotor, insbesondere eine Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien, welche derart ausgestaltet ist, dass ein Düsenkörper aus einem Metall mit relativ hoher Hitzebeständigkeit ausgebildet ist, wobei in diesem Düsenkörper eine Einlegebuchse, die aus einem anderen Metall, d.h. das eine relativ hohe kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas aufweist, ausgebildet ist, eingelegt ist und somit mit dem Düsenkörper verbunden ist, wobei an einer Seite der Einlegebuchse ein Anschlag, der zum Drücken der Einlegebuchse in eine Richtung und somit zum Befestigen derselben an dem Düsenkörper dient, angebracht ist, und wobei der Düsenkörper mittels eines Halters festgehalten ist, der in einer solchen Form ausgebildet ist, dass er eine Außenseite des Anschlags umgeben kann, so dass ein Riss der Düse aufgrund des kryogenen Gases durch die Einlegebuchse verhindert und eine thermische Beschädigung der Düse aufgrund einer extrem hohen Verbrennungstemperatur durch den Düsenkörper verhindert werden kann.
1 zeigt einen getrennten Zustand eines Aufbaus einer Brennstoffeinspritzdüse, die in einem Dieselmotor für ein herkömmliches Schiff verwendet wird, und 2 einen Aufbau einer Brennstoffeinspritzdüse, die in einem Dieselmotor für ein herkömmliches Schiff verwendet wird, wobei in einem Zentrum eines Düsenkörpers 1 ein Abschaltwelle-Verbindungsloch 3 eingebracht ist, mit dem dann eine Abschaltwelle (nicht dargestellt) verbunden ist, wobei ein Adapter-Verbindungsloch 4 eingebracht ist, mit dem dann ein Adapter (nicht dargestellt) verbunden ist, wobei an einem Teil einer Außenumfangsfläche des Düsenkörpers 1 eine aus einem Inconel-Werkstoff ausgebildete Kappe 2 angebracht ist, und wobei ein Brennstoff über eine Brennstoffeinspritzöffnung 5 in Richtung auf eine Verbrennungskammer eingespritzt wird.
Dabei wird die Kappe 2 üblicherweise durch das Verfahren, wie z.B. ein heißisostatisches Pressen (HIP) oder ein kaltisostatisches Pressen (KIP) mittels des Inconel-Werkstoffs mit dem Düsenkörper verbunden, wobei dieses Verbindungsverfahren einen Hauptgrund dafür darstellt, dass mit einer längeren Verwendungsdauer der Düse aufgrund der Wärme ein Spalt in der Schweißnaht 6 zwischen dem Düsenkörper 1 und der Kappe 2 entsteht, weshalb sich die Kappe 2 folglich durch den unter hohem Druck eingespritzten Brennstoff vom Düsenkörper 1 abtrennt, usw., was auch zur Beeinträchtigung der Dauerhaltbarkeit der Düse führen könnte.
Ferner wird zunächst der Düsenkörper 1 hergestellt, dann in eine Form, die mit einer bestimmten Menge an Inconel-Pulver gefüllt ist, eingesetzt, und danach mittels des HIP- oder KIP-Verfahrens mit dem Inconel-Pulver gebunden. Anschließend muss eine Außenseite des geformten Inconels durch das Schneiden verarbeitet und dann eine Gestalt der Kappe 2 ausgebildet und noch in dieser eine Brennstoffeinspritzöffnung 5 gebohrt werden, weshalb ein Problem entsteht, dass die Herstellungskosten bzw. - zeiten erhöht bzw. verlängert werden.
Nachfolgend wird eine vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
3 zeigt einen gesamten Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung, 4 einen getrennten Zustand eines Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung, 5 einen gesammten Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung, und 6 einen getrennten Zustand eines Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung, wobei eine Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Düse zur Brennstoffeinspritzung, die im Schiffsmotor verwendet wird, ausgebildet, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Düse aus folgenden Merkmalen besteht: einem Düsenkörper 10, in dessen Innenseite ein Buchse-Verbindungsloch 11 eingebracht ist und in dessen Ende eine Gaseinspritzöffnung 12 eingebracht ist; einer Einlegebuchse 20, welche in dem im Düsenkörper 10 eingebrachten Buchse-Verbindungsloch 11 eingelegt und mit dem Düsenkörper verbunden ist, und in welcher ein mit der Gaseinspritzöffnung 12 kommunizierender Gasaustrittsdurchgang ausgebildet ist; einem Anschlag 30, in welchem ein Adapter-Verbindungsloch 31, in dem ein Adpater fixiert wird, eingebracht ist und welcher gegen eine Stirnfläche der Düsenkörpers 10 gedrückt und daran befestigt ist; und einem Halter 40, in welchem ein Teil des Düsenkörpers 10 eingelegt fixiert ist und welcher den Anschlag 30 gegen den Düsenkörper 10 drückend an diesem befestigt.
Zuerst stellt der Düsenkörper 10 einen Körper der Düse dar, wobei in einem Zentrum innerhalb des Düsenkörpers ein Buchse-Verbindungsloch 11 ausgebildet ist, und auch an einem Ende desselben mehrere Brennstoffeinspritzöffnungen 12 ausgebildet sind. Dabei beträgt die Anzahl der ausgebildeten Brennstoffeinspritzöffnungen 12 üblicherweise 4 bis 6, allerdings kann abhängig von einer Größe der Düse und einer zur einmaligen Einspritzung erforderlichen Einspritzmenge des Brennstoffs variabel sein, wobei ein Durchmesser jeder Brennstoffeinspritzöffnung ca. 0,1 bis 3,0 mm beträgt und wobei ein Winkel zwischen eine Mittelachse der Brennstoffeinspritzöffnung und der Mittelachse des Düsenkörpers 10 je nach der Brennstoffeinspritzöffnung unterschiedlich sein kann, was darauf abzielt, den in die Zylinder des Motors einzuspritzenden Brennstoff in die gesamten Zylinder gleich einzuspritzen und somit die Verbrennungseffizienz zu erhöhen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Düsenkörper 10 derart ausgebildet, dass seine radiale Stirnfläche eine Donutform, deren Innenseite hohlzylindrisch ist, bildet, so dass auch die Einlegebuchse 20, die in den Düsenkörper 10 eingelegt wird, derart ausgebildet ist, dass ihre radiale Stirnfläche eine Kreisform bildet.
Dabei ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Einlegebuchse 20 aus einem Werkstoff, der eine kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas, d.h. einem Gas, dessen Temperatur -160 - 170°C beträgt, aufweisen kann, ausgebildet ist, wobei als ein solcher Werkstoff ein kaltzäher Stahl verwendet wird, damit ein Riss aufgrund eines Niedertemperaturgases verhindert werden kann. Dabei können insbesondere die hochentropischen Legierung, die Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kobalt (Co) und Nickel (Ni) enthält, als ein solcher Werkstoff verwendet werden.
D.h. stellt ein allgemeine hochentropische Legierung im Gegensatz zu den bestehenden Legierungen diejenige dar, welche derart ausgebildet ist, dass alle für die Legierung verwendete Elemente als Hauptelemente wirken, ohne irgendein bestimmtes Element zu bevorzugen, so dass keine Verbindung zwischen den Metallen gebildet wird, wobei als die hochentropische Legierung, die auf die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, ein Legierungswerkstoff verwendet werden kann, welche derart hergestellt wird, dass ein Werkstoff, der mehr als bestimmte Menge, d.h. einen signifikanten Gehalt (d.h. Gehalt außer Fremdstoff) von Elementen, wie Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kobalt (Co) und Nickel (Ni) enthält, mittels des Warm- oder Kaltwalzens verarbeitet wird.
Neben diesen hochentropischen Legierungen können auch allgemeine Werkzeugstähle ferner für die Einlegebuchse 20 verwendet werden, wobei beim Verwenden dieser Werkzeugstähle diese derart wärmebehandelt verwendet werden können, dass sie durch die Wärmebehandlung die kryogene Zähigkeit aufweisen, und wobei die Einlegebuchse erfindungsgemäß derart ausgebildet ist, dass in ihrer Innenseite eine Brennstoffeintrittsöffnung 21, durch die das Gas als Brennstoff des Schiffsmotors strömen kann, eingebracht ist, und dass in ihrer einen Seite ein Gasaustrittsdurchgang 22 zur Abführung des einströmenden Gases zur im Düsenkörper 10 ausgebildeten Gaseinspritzöffnung 12 ausgebildet ist.
Dabei ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Gasaustrittsdurchgang 22 zweistufig gebogen ausgebildet ist, um den Druck zur Einspritzung in die Gaseinspritzöffnung 12 zu erhöhen, wobei das Gas, das sich in einer Brennstoffeintrittsöffnung 21 aufenthält, mittels einer mit dem Adapter 60 verbundenen Nadel oder Abschaltwelle 50 auf einem hohen Druck komprimiert und danach abgeführt wird, und dabei durch den erhöhten Ausströmdruck aufgrund des gebogen ausgebildeten Gasaustrittsdurchgangs 22 mit einer schnellen Geschwindigkeit in die Verbrennungskammern des Schiffsmotors eingespritzt werden kann.
Ferner ist der Anschlag 30 derart ausgelegt, dass er den Düsenkörper 10 am Halter 40 befestigt, wobei in ihm ein Adapter-Verbindungsloch 31, in dem ein Adapter 60 zur Bewegung des Gases ausgebildet ist, eingebracht ist, und wobei der Anschlag gegen die Stirnfläche des Düsenkörpers 10 gedrückt und daran befestigt ist.
Dabei kann für den Anschlag ein allgemeiner Werkzeugstahl verwendet werden, wobei dieser jedoch durch die Wärmebehandlung, wie bei der Einlegebuchse 20, bei Bedarf die kryogene Zähigkeit aufweisen kann.
Dadurch wird das über die Brennstoffeintrittsöffnung 21 der Einlegebuchse 20 eintretende Gas in einem Zustand, bei dem es mittels der mit dem Adapter 60 verbundenen Nadel oder Abschaltwelle 50 komprimiert ist, sequenziell über den Gasaustrittsdurchgang 22 der Einlegebuchse 20 und die Gasaustrittsöffnung 12 der Düsenkörpers 10 in die Verbrennungskammern des Schiffsmotors eingespritzt.
Außerdem ist der Halter 40 derart befestigt, dass er einen Teil des Düsenkörpers 10 umgibt, wobei der Anschlag 30 innerhalb des Halters 40 kraftschlüssig mit diesem verbunden ist und somit den Düsenkörper 10 an dem Halter 40 völlig befestigt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an einem Ende des Düsenkörpers 10 ein Vorsprung 13, der vom Düsenkörper 10 radial vorsteht, ausgebildet, und an dem Halter 40 eine Stufe 41 so ausgebildet, dass der Vorsprung 13 an der Stufe angehangen werden kann, wobei, wenn der Düsenkörper 10 mittels des Anschlags 30 gedrückt wird, dann der Vorsprung 13 an der Stufe 41 angehangen und somit der Düsenkörper 10 nicht aus dem Halter 40 nach außen verdrängt wird, so dass der Düsenkörper und der Halter ineinander fixiert werden. Jedoch ist es noch vorteilhafter vorgesehen, dass eine Ecke des Vorsprungs 13, d.h. ein Teil dessen, der an einen Teil der Stufe 41 des Halters 40 anstößt, so geschnitten verarbeitet wird, dass eine Schrägausnehmung 14 daran ausgebildet wird, so dass der Düsenkörper 10 gegen den Halter 40 völlig gedrückt werden kann.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass an dem Halter 40 eine andere Stufe 43 ausgebildet ist, damit der Verbindungsgrad des Anschlags 30 begrenzt werden kann, so dass es durch den Anschlag 30 verhindert wird, dass der Düsenkörper 10 tiefer als eine bestimmte Tiefe eingesetzt wird.
Natürlich kann es auch gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass, wenn es keine solche Stufe gibt, dann ein Außendurchmesser des Düsenkörpers 10 so ausgebildet ist, dass er eine Plus-Toleranz im Vergleich zum Durchmesser eines innerhalb des Halters 40 ausgebildeten Düsenkörper-Verbindungslochs 42 aufweist, so dass der Düsenkörper 10 kraftschlüssig am Halter 40 befestigt werden kann, wobei auch ein Außendurchmesser des Anschlags 30 eine Plus-Toleranz im Vergleich zum Durchmesser des innerhalb des Halters 40 ausgebildeten Düsenkörper-Verbindungslochs 42 aufweist, so dass der Anschlag 30 kraftschlüssig am Halter 40 befestigt wird und somit eine Dichtigkeit zwischen dem Anschlag und Halter erhalten werden kann.
Neben diesem Plus-Toleranzverfahren kann es auch gemäß einer anderen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Durchmesser des innerhalb des Halters 40 ausgebildeten Düsenkörper-Verbindungslochs 42 gleich bleibt, während der Außendurchmesser des Düsenkörpers 10 oder Anschlags 30 über einen teilweisen oder einen gesamten Abschnitt konstant geneigt ist, so dass der Düsenkörper 10 oder Anschlag 30 kraftschlüssig am Halter befestigt wird, und dass auch die Einlegebuchse 20 und der Düsenkörper 10 derart kraftschlüssig ineinander befestigt und somit miteinander verbunden werden können, dass der Außendurchmesser der Einlegebuchse 20 die Plus-Toleranz im Vergleich zum Durchmesser des im Düsenkörper 10 ausgebildeten Buchse-Verbindungslochs 11 aufweist, wobei nach der erfolgten kraftschlüssigen Verbindung die entsprechenden Stirnflächen poliert werden und somit keine Höhedifferenz zwischen der Stirnfläche des Düsenkörpers 10 und der Stirnfläche der Einlegebuchse 20 entsteht, so dass die Leckage des Gases verhindert und die stabile Qualität der Düse erreicht werden kann.
Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, ist es bevorzugt, dass für den Düsenkörper 10 ein Werkstoff mit relativ hoher Hitzebeständigkeit verwendet wird, da der Düsenkörper direkt der Verbrennungskammer des Schiffsmotors ausgesetzt ist.
Daher ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Düsenkörper 10 derart hergestellt ist, dass zuerst eine Außenseite eines stabförmigen Inconel-Werkstoffs verarbeitet wird, dann in diesem Inconel-Werkstoff ein Buchse-Verbindungsloch 11 und eine Gaseinsrpitzöffnung 112 gebohrt werden, danach die Bearbeitbarkeit der Schneidbearbeitung durch die Wärmebehandlung erhöht wird, und schließlich der Werkstoff nachträglich wiederum durch die Wärmebehandlung eine hohe Festigkeit aufweisen kann, wobei jedoch neben dem Inconel-Werkstoff auch die Werkstoffe, die ähnliche Hitzebeständigkeit aufweisen, wie der Inconel-Werkstoff, verwendet werden können.
Dabei kann dieser stabförmige Inconel-Werkstoff die Herstellungszeiten und -kosten reduzieren und sofort den Düsen mit verchiedenen Gestalten entsprechen, da die Gestalt der Düse selbst etwa zylindrisch ist und somit durch die Bearbeitung der Außenseite und die Lochbohrung der Innenseite des Inconel-Werkstoffs einfach ausgebildet wird, während die Einlegebuchse 20, der Anschlag 30 und der Halter 40 aus einem allgemeinen Werkzeugstahl, der im Vergleich zum Inconel-Werkstoff billig ist, hergestellt werden, so dass auch der Materialaufwand reduziert werden kann. Ferner können die Einlegebuchse 20 und der Anchlag aus einem gleichen Werkstoff hergestellt werden, so dass ein mechanischer Verschleiß der Nadel oder Abschaltwelle 50, die sich entlang ein Nadelverbindungsloch 21 des Anschlags 30 hin und her bewegt, reduziert werden kann, wodurch durch diesen Aufbau, d.h. den Düsenkörper 10 aus dem Inconel-Werkstoff mit hoher Hitzebeständigkeit die Einlegebuchse 20 und der Anschlag nicht direkt der Hitze der Motorverbrennungskammer ausgesetzt werden, was folglich die thermische Beschädigung reduziern und somit die Lebensdauer der Düse verbessern kann.
Auch wenn aufgrund des im kryogenen Zustand gelieferten Gases ein Riss in der Einlegebuchse 20 entsteht, wird der Eintritt der durch den Riss verursachten Fragmente der Einlegebuchse 20 in die Verbrennungskammern des Schiffsmotors ferner grundsätzlich unterbunden, da der Düsenkörper 10 die gesamte Außenseite der Einlegebuchse 20 umgibt, so dass der Schiffsmotor geschützt werden kann.
Ein nicht erklärtes Bezugszeichen stellt ein Loch 51 dar, das durch die Abschaltwelle 50 ausgebildet ist und derart ausgestaltet ist, dass es zur Förderung des Brennstoffs dient, wobei die Abschaltwelle 50, das Loch 51 und der Adapter 60 hinsichtlich der jeweiligen Gestalt je nach dem Typ des Schiffsmotors vielfältig entworfen werden können.
Letztendlich kann die Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brenngas-Einspritzdüse zur Verwendung in einem Schiffsmotor schaffen, wobei ein Düsenkörper aus einem Metall mit relativ hoher Hitzebeständigkeit ausgebildet ist, wobei in diesem Düsenkörper eine Einlegebuchse, die aus einem anderen Metall, d.h. das eine relativ hohe kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas aufweist, ausgebildet ist, eingelegt ist und somit mit dem Düsenkörper verbunden ist, wobei an einer Seite der Einlegebuchse ein Anschlag, der zum Drücken der Einlegebuchse in eine Richtung und somit zum Befestigen derselben an dem Düsenkörper dient, angebracht ist, und wobei der Düsenkörper mittels eines Halters festgehalten ist, der in einer solchen Form ausgebildet ist, dass er eine Außenseite des Anschlags umgeben kann, wodurch ein erheblicher Effekt erreicht wird, dass ein Riss der Düse aufgrund des kryogenen Gases durch die Einlegebuchse verhindert und eine thermische Beschädigung der Düse aufgrund einer extrem hohen Verbrennungstemperatur durch den Düsenkörper verhindert werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Brenngas-Einspritzdüse ist es auch vorgesehen, dass die Düsenkörper ferner aus einem Inconel-Werkstoff ausgebildet ist, während die Einlegebuchse, der Anschlag und der Halter aus einem Werkzeugstahl ausgebildet sind, wobei die Eigenschaften der heterogenen Materialien für die eine Düse ausgenutzt werden, wodurch auch ein anderer erheblicher Effekt erreicht wird, dass eine kryogene Zähigkeit gegenüber einem kryogenen Gas erhöht und auch eine Hitzebeständigkeit gegen die extrem hohe Verbrennungstemperatur erhöht werden kann. Darüber hinaus ist es außerdem mit der erfindungsgemäßen Brenngas-Einspritzdüse vorgesehen, dass ein Durchmesser des Anschlags eine Plus(+)-Toleranz im Vergleich zu dem eines im Halter eingebrachten Anschlag-Verbindungslochs aufweist und somit der Anschlag kraftschlüssig mit dem Halter festgehalten wird, wodurch auch ein weiterer erheblicher Effekt erreicht wird, dass eine feste Befestigung eines Düsenkörpers erreicht und gleichzeitig die Leckage eines Gases grundsätzlich verhindert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Düsenkörper
2: Kappe
3: Abschaltwelle-Verbindungsloch
4: Adapter-Verbindungsloch
5: Brennstoffeinspritzöffnung
6: Schweißnaht
10: Düsenkörper
11: Buchse-Verbindungsloch
12: Brennstoffeinspritzöffnung
13: Vorsprung
14: Schrägausnehmung
20: Einlegebuchse
21: Brennstoffeintrittsöffnung
22: Gasaustrittsdurchgang
30: Anschlag
31: Adapter-Verbindungsloch
40: Halter
41: Stufe
42: Düsenkörper-Verbindungsloch
50: Abschaltwelle
51: Loch
60: Adapter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 101200791 [0005]
KR 101148683 [0008]

Claims

Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien, d.h. Düse zur Brennstoffeinspritzung, die im Schiffsmotor verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse aus folgenden Merkmalen besteht: einem Düsenkörper 10, in dessen Innenseite ein Buchse-Verbindungsloch 11 eingebracht ist und in dessen Ende eine Gaseinspritzöffnung 12 eingebracht ist; einer Einlegebuchse 20, welche in dem im Düsenkörper 10 eingebrachten Buchse-Verbindungsloch 11 eingelegt und mit dem Düsenkörper verbunden ist, und in welcher ein mit der Gaseinspritzöffnung 12 kommunizierender Gasaustrittsdurchgang ausgebildet ist; einem Anschlag 30, in welchem ein Adapter-Verbindungsloch 31, in dem ein Adpater fixiert wird, eingebracht ist und welcher gegen eine Stirnfläche der Düsenkörpers 10 gedrückt und daran befestigt ist; und einem Halter 40, in welchem ein Teil des Düsenkörpers 10 eingelegt fixiert ist und welcher den Anschlag 30 gegen den Düsenkörper 10 drückend an diesem befestigt.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper 10 aus einem Inconel-Werkstoff ausgebildet ist, während die Einlegebuchse 20, der Anschlag 30 und der Halter 40 aus einem Werkzeugstahl ausgebildet sind, wobei die thermische Beschädigung der Einlegebuchse 20, des Anschlags 30 und des Halters 40 aufgrund der in den Verbrennungskammern des Schiffsmotors entstehenden Hitze verhindert wird.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Düsenkörpers 10 ein Vorsprung 13, der vom Düsenkörper 10 radial vorsteht, ausgebildet ist, und an dem Halter 40 eine Stufe 41 so ausgebildet ist, dass der Vorsprung 13 an der Stufe angehangen werden kann, wobei, wenn der Düsenkörper 10 mittels des Anschlags 30 gedrückt wird, dann der Vorsprung 13 an der Stufe 41 angehangen und somit der Düsenkörper 10 nicht aus dem Halter 40 nach außen verdrängt wird, so dass der Düsenkörper und der Halter ineinander fixiert werden.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Anschlags 30 eine Plus-Toleranz im Vergleich zu dem eines innerhalb des Halters 40 ausgebildeten Düsenkörper-Verbindungslochs 42 aufweist, so dass der Anschlag 30 kraftschlüssig am Halter 40 befestigt wird und somit eine Dichtigkeit zwischen dem Anschlag und Halter erhalten wird.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Einlegebuchse 20 ausgebildete Gasaustrittsdurchgang 22 zweistufig gebogen ausgebildet ist, um den Auströmdruck zur Einspritzung in die Gaseinspritzöffnung 12 zu erhöhen.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegebuchse 20 aus einem Werkzeugstahl durch die Wärmebehandlung eine Beständigkeit gegen extreme Kühlung aufweist, damit ein Riss aufgrund eines kryogenen Gases verhindert wird.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegebuchse 20 aus einem kaltzähigen Stahl oder aus einem hochentropischen Legierung, die Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kobalt (Co) und Nickel (Ni) enthält, ausgebildet ist, damit ein Riss aufgrund eines Niedertemperaturgases verhindert wird.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien, d.h. Düse zur Brennstoffeinspritzung, die im Schiffsmotor verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse aus folgenden Merkmalen besteht: einem Düsenkörper 10, in dessen Innenseite ein Buchse-Verbindungsloch 11 eingebracht ist und in dessen Ende eine Gaseinspritzöffnung 12 eingebracht ist; einer Einlegebuchse 20, welche in dem im Düsenkörper 10 eingebrachten Buchse-Verbindungsloch 11 eingelegt und mit dem Düsenkörper verbunden ist, und in welcher ein mit der Gaseinspritzöffnung 12 kommunizierenden Gasaustrittsdurchgang ausgebildet ist; einem Anschlag 30, in welchem ein Adapter-Verbindungsloch 31, in dem ein Adpater fixiert wird, eingebracht ist und welcher gegen eine Stirnfläche der Düsenkörpers 10 gedrückt und daran befestigt ist; und einem Halter 40, in welchem ein Teil des Düsenkörpers 10 eingelegt fixiert ist und welcher den Anschlag 30 gegen den Düsenkörper 10 drückend an diesem befestigt, dass der Düsenkörper 10 aus einem Inconel-Werkstoff ausgebildet ist, während die Einlegebuchse 20, der Anschlag 30 und der Halter 40 aus einem Werkzeugstahl ausgebildet sind, wobei die thermische Beschädigung der Einlegebuchse 20, des Anschlags 30 und des Halters 40 aufgrund der in den Verbrennungskammern des Schiffsmotors entstehenden Hitze verhindert wird, dass ein Durchmesser des Anschlags 30 eine Plus-Toleranz im Vergleich zu dem eines innerhalb des Halters 40 ausgebildeten Düsenkörper-Verbindungslochs 42 aufweist, so dass der Anschlag 30 kraftschlüssig am Halter 40 befestigt wird und somit eine Dichtigkeit zwischen dem Anschlag und Halter erhalten wird, wobei auch die Einlegebuchse 20 und der Düsenkörper 10 derart kraftschlüssig ineinander befestigt und somit miteinander verbunden werden, dass der Außendurchmesser der Einlegebuchse 20 die Plus-Toleranz im Vergleich zum Durchmesser des im Düsenkörper 10 ausgebildeten Buchse-Verbindungslochs 11 aufweist, dass nach der erfolgten kraftschlüssigen Verbindung die entsprechenden Stirnflächen poliert werden und somit keine Höhedifferenz zwischen der Stirnfläche des Düsenkörpers 10 und der Stirnfläche der Einlegebuchse 20 entsteht, so dass die Leckage des Gases verhindert und die stabile Qualität der Düse erreicht werden kann, dass die Einlegebuchse 20 aus einem Werkzeugstahl durch die Wärmebehandlung eine Beständigkeit gegen extreme Kühlung aufweist, damit ein Riss aufgrund eines kryogenen Gases verhindert wird, wodurch, auch wenn aufgrund des im kryogenen Zustand gelieferten Gases ein Riss in der Einlegebuchse 20 entsteht, der Eintritt der durch den Riss verursachten Fragmente der Einlegebuchse 20 in die Verbrennungskammern des Schiffsmotors ferner grundsätzlich unterbunden wird, da der Düsenkörper 10 die gesamte Außenseite der Einlegebuchse 20 umgibt, so dass der Schiffsmotor geschützt werden kann, und dass die Einlegebuchse 20 aus einem kaltzähigen Stahl oder aus einem hochentropischen Legierung, die Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kobalt (Co) und Nickel (Ni) enthält, ausgebildet ist, damit ein Riss aufgrund eines Niedertemperaturgases verhindert wird.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Düsenkörpers 10 ein Vorsprung 13, der vom Düsenkörper 10 radial vorsteht, ausgebildet ist, und an dem Halter 40 eine Stufe 41 so ausgebildet ist, dass der Vorsprung 13 an der Stufe angehangen werden kann, wobei, wenn der Düsenkörper 10 mittels des Anschlags 30 gedrückt wird, dann der Vorsprung 13 an der Stufe 41 angehangen und somit der Düsenkörper 10 nicht aus dem Halter 40 nach außen verdrängt wird, so dass der Düsenkörper und der Halter ineinander fixiert werden.
Brenngas-Einspritzdüse mit heterogenen Materialien nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Einlegebuchse 20 ausgebildete Gasaustrittsdurchgang 22 zweistufig gebogen ausgebildet ist, um den Ausströmdruck zur Einspritzung in die Gaseinspritzöffnung 12 zu erhöhen.