DE19731456A1 - Vorrichtung zur Bildung eines Gemisches aus Brennstoff und Luft - Google Patents
Vorrichtung zur Bildung eines Gemisches aus Brennstoff und LuftInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bildung
eines Gemisches aus Brennstoff und Luft nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus DE 44 43 770 A1 bekannt.
Dabei wird der mit einer Düse in die Schaufelradkammer ge
spritzte Brennstoff durch die rotierenden Schaufelräder in
der Luft zu einem Nebel aus feinsten Tröpfchen verteilt,
der dem Brennraum zugeführt wird.
Mit der bekannten Vorrichtung kann gegenüber einem herkömm
lichen Heizölbrenner bereits eine deutliche Reduzierung des
Heizölverbrauchs erreicht werden.
Aus der DE 42 00 804 C1 ist es bekannt, zur Verringerung
der Schadstoffemission und zur Heizöleinsparung dem Ölbren
ner ein Heizöl zuzuführen, dem Luft zudosiert worden ist.
Dazu ist in die Brennstoffleitung eine Luftdosiervorrich
tung vorgesehen, die einen Grundkörper mit einer Öl durch
strömten Bohrung aufweist, wobei die Wand des Grundkörpers
von einem Rohrstück durchsetzt wird, dessen Öffnung in der
Bohrung des Grundkörpers injektorartig in Ölströmungsrich
tung weist und das mit einem Drosselventil zur Luftzufuhr
versehenen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung nach DE 44 43 770 A1
hinsichtlich der Schadstoffemission und des Brenn
stoffverbrauchs noch wesentlich zu verbessern.
Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekenn
zeichneten Vorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wiedergegeben.
Erfindungsgemäß wird also in der Schaufelradkammer ein
Schaum aus dem Brennstoff gebildet, der dann in die Brenn
kammer eingespritzt wird.
Damit wird eine wesentliche Herabsetzung des Brennstoffver
brauchs erreicht, d. h. während bei Einspritzung des nach
DE 44 43 770 A1 gebildeten Brennstoff-Nebels gegenüber ei
nem herkömmlichen Ölbrenner immerhin schon eine außeror
dentlich hohe Heizöleinsparung von etwa 10% erreicht wer
den kann, läßt sich, wie durch Versuche bestätigt werden
konnte, die Heizöleinsparung auf den fast unglaublichen
Wert von etwa 30% erhöhen, wenn erfindungsgemäß mit dem
rotierenden Schaufelrad ein Brennstoff-Schaum erzeugt und
der Brennkammer zugeführt wird.
Ein solcher Brennstoff-Schaum läßt sich vorzugsweise da
durch erhalten, daß der Brennstoff vor Eintritt in die
Schaufelradkammer mit Luft versetzt wird, und zwar mit 0,5
bis 5 Vol% Luft, bezogen auf Atmosphärendruck.
Damit ausschließlich Brennstoff-Schaum in den Brennraum
eintritt, muß die Schaufelradkammer vollständig mit Brenn
stoff-Schaum gefüllt sein. Das heißt, die in der Schaufel
radkammer enthaltene Luft liegt ausschließlich in Form von
Schaumbläschen vor. Die Schaumbläschen werden dabei durch
die Luft gebildet, mit der der Brennstoff versetzt worden
ist.
Dazu muß die in der Schaufelradkammer enthaltene Luft ent
lernt werden. Dazu wird vorzugsweise die Drehachse des
Schaufelrades senkrecht angeordnet und die Schaufelradkam
mer, die vorzugsweise aus einer koaxialen zylindrischen In
nenwandung und einer unteren und einer oberen Stirnwand ge
bildet wird, mit einer Eintrittsöffnung für den mit Luft
versetzten Brennstoff im Bereich der unteren Stirnwand ver
sehen, während die Austrittsöffnung für den Brennstoff-
Schaum im Bereich der oberen Stirnwand der Schaufelradkam
mer angeordnet ist. Damit füllt sich die Schaufelradkammer
mit dem Brennstoff von unten nach oben, wodurch die Luft in
der Kammer bei Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vor
richtung nach oben verdrängt wird und über die Austritts
öffnung entweicht.
Das für die Schaumbildung erforderliche Versetzen des
Brennstoffs mit Luft kann durch eine Vorrichtung gemäß DE 42 00 804 C1
erfolgen. Das heißt, in der Brennstoffleitung
wird ein Grundkörper mit einer Brennstoff durchströmten
Bohrung angeordnet, wobei die Wand des Grundkörpers von ei
nem Rohrstück durchsetzt wird, dessen in die Bohrung ragen
de Öffnung injektorartig in die Strömungsrichtung des
Brennstoffs weist und das mit einem Dosierventil zur Luft
zufuhr versehen ist.
Durch die erfindungsgemäße Gemischaufbereitung wird ein
verbessertes Abbrandverhalten bei der Verbrennung erreicht.
Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß der zur Ver
brennung notwendige Sauerstoff sich in unmittelbarer Nähe
des Brennstoffs befindet, also nicht von außen herange
führt werden muß. Demgemäß erfolgt die Verbrennung auch im
Inneren der Flamme mit einem hohen Luftüberschuß, wobei er
findungsgemäß ein zur Verbrennung optimales Verhältnis von
Brennstoff und Sauerstoff im gesamten Bereich der Flamme
vorliegt.
Neben einer Verringerung des Brennstoffverbrauchs unter
gleichzeitiger Erhöhung der Verbrennungstemperatur wird da
mit eine extrem niedrige Schadstoffemission, insbesondere
eine Herabsetzung der Rußzahl und des Kohlenmonoxidwertes
erreicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nach den bisherigen
Versuchen insbesondere für Heizölbrenner geeignet. Sie kann
jedoch auch für Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, ins
besondere bei Dieselmotoren und Einspritz-Ottomotoren. Dar
über hinaus ist sie allgemein immer dann anwendbar, wenn
Brennstoff mit Luft bei hoher Flammtemperatur mit geringem
Brennstoffverbrauch verbrannt werden soll.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung bei
spielhaft näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 und 2 eine schematische Ansicht einer ersten bzw.
einer zweiten Ausführungsform einer Heizölbrenner-Anlage;
Fig. 3 einen Schnitt durch die Einrichtung zur Luftdosie
rung in das Heizöl;
Fig. 4 einen Schnitt durch die Schaufelradkammer.
Gemäß Fig. 1 weist die Anlage einen Heizöltank 1 auf, der
über eine Heizölleitung 2 mit der Einspritzdüse 3 in die
Brennkammer 4 des Ölbrenners verbunden ist. Zwischen dem
Heizöltank 1 und der Einspritzdüse 3 sind in der Leitung 2
in Heizöl-Strömungsrichtung hintereinander ein Feinfilter
5, eine Heizölpumpe 6, eine Einrichtung 7 zur Luftdosierung
in das Heizöl, ein Schauglas 8, eine Schaufelradkammer 9
und ein Magnetventil 10 vorgesehen.
Die Anlage nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen
nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß das Magnetventil
10 zwischen dem Feinfilter 5 und der Luftdosiereinrichtung
7 und die Ölpumpe 6 an der Brennkammer 4, also zwischen der
Schaufelradkammer 9 und der Einspritzdüse 3 angeordnet ist.
Mit dem Feinfilter 5 werden Ablagerungen aus dem Heizöl
entfernt. Das Feinfilter 5 weist dazu einen Porendurchmes
ser von maximal 100 µm, insbesondere maximal 20 µm auf.
Feine Partikel in dem Heizöl können sich insbesondere stö
rend auf den Betrieb der Luftdosiereinrichtung 7 auswirken.
Das Magnetventil 10 kann auch als Rückschlagventil ausge
bildet oder durch ein rein mechanisches Rückschlagventil
ersetzt sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1, bei der die Pumpe 6
in Ölströmungsrichtung vor der Luftdosiereinrichtung 7 an
geordnet ist, verhindert das zwischen der Schaufelradkammer
9 und der Düse 3 angeordnete Magnetventil 10 ein Nachtrop
fen der Düse 3 durch Auslaufen der Kammer 9. Bei der Aus
führungsform nach Fig. 2 verhindert es ein Ansaugen von
Luft durch die Luftdosiereinrichtung 7.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 wird im allgemeinen vorge
zogen, weil die Schaufelradkammer 9 auf der Saugseite der
Pumpe 6 liegt und damit bei undichter Schaufelradwelle 12
kein Öl austreten kann. Dies kann insbesondere dann gravie
rende Folgen haben, wenn das Schaufelrad 11 durch einen
Elektromotor angetrieben wird und Öl in den Elektromotor
gelangt.
Gemäß Fig. 3 weist die Luftdosiereinrichtung 7 einen
Grundkörper 15 mit einer Öl durchströmten Eingangsbohrung
16 auf. Die Wand des Grundkörpers 15 wird dabei von einem
Rohrstück 17 durchsetzt, das derart schräg angeordnet ist,
daß seine innere, also in der Bohrung 16 angeordnete Öff
nung 18 in Ölströmungsrichtung weist. Das Rohrstück 17 ist
zugleich mit einem Luftdosierventil 19 versehen.
Das Drosselventil 19 ist in einem Aufsatz 21 an dem Rohr
stück 17 vorgesehen, welcher eine durchgehende Bohrung 22
aufweist, die die Ventilkammer 23, in der der als Feindosi
ernadel ausgebildete Ventilkörper 24 verstellbar angeordnet
ist, mit dem Rohrstück 17 verbindet. Das Rohrstück 17
durchragt die Längsbohrung 16, so daß seine innere Öffnung
18 auf der dem Luftdosierventil 19 gegenüberliegenden Seite
der Längsbohrung 16 im Grundkörper 15 angeordnet ist.
Der Ventilkörper 24 ist an einer Einstellschraube 25 ange
ordnet, die mit einer Längsbohrung 26 zur Luftzufuhr verse
hen ist, welche über Querbohrungen 27 in die Ventilkammer
23 mündet. Das aus dem Aufsatz 21 nach außen ragende Ende
der Einstellschraube 25 ist mit einem Betätigungsring 28
versehen, ferner mit einem Sintermetallfilter 29, dessen
Poren eine Porengröße von weniger als 20 um, insbesondere
weniger als 10 um aufweisen. Wie Versuche gezeigt haben,
ist diese Porengröße für die Schaumbildung in der Schaufel
radkammer 9 von Bedeutung.
Zwischen dem Ventilkörper 24 und der Öffnung 18 ist im
Rohrstück 17 ein Rückschlagventil 30 vorgesehen, das aus
einem mit einer Feder 32 gegen einen O-Ring 33 gedrückten
kugelförmigen Ventilkörper 34 besteht.
Eine optimale Luftzuführung ist dann festzustellen, wenn
die Luft aus dem Rohrstück 17 in Form feiner Perlen aus
tritt. Der Durchmesser der Luftperlen sollte dabei weniger
als 1 mm betragen. Die optimale Luftperlenbildung durch
Einstellung des Luftdosierventils 19 kann mit dem Schauglas
8 überwacht werden.
Gemäß Fig. 4 ist die Schaufelradwelle 12 in der Schaufel
radkammer 9 senkrecht angeordnet. Die Kammer 9 wird dabei
von der koaxialen zylindrischen Wandung 35 sowie einer un
teren Stirnwand 36 und einer oberen Stirnwand 37 umschlos
sen.
Die Eintrittsöffnung 38 für das mit Luft versetzte Heizöl
ist am unteren Ende der Umfangswandung 35 angeordnet, und
die Austrittsöffnung 39 diametral gegenüber am oberen Ende
der Wandung 35.
Die unteren Kanten 13 der Schaufeln 11 sind oberhalb der
Eintrittsöffnung 38 angeordnet. Der Abstand a der Außen
kanten 40 der Schaufeln 11 von der Umfangswand 35 beträgt
mindestens 5 mm und im allgemeinen mindestens ein Viertel
des Abstandes b zwischen der unteren Kante 13 der Schaufeln
11 und der unteren Stirnwand 36. Die oberen Kanten 41 der
Schaufeln 11 sind unterhalb der Austrittsöffnung 39 ange
ordnet. Die Schaufeln 11 sind mit einer Hülse 43 auf der
Schaufelradwelle 12 befestigt und zwar derart, daß sie mit
ihren Innenkanten 44 lediglich an dem der unteren Stirnwand
36 zugewandten Axialbereich an der Welle 12 befestigt sind.
Das heißt, der größte Teil der Innenkanten 44 ist mit einem
Abstand d von der Welle 12 entfernt. Der Abstand d nimmt
dabei von der Hülse 43 zu der oberen Stirnwand 37 zu. Die
Außenkanten 40 der Schaufeln 11 verlaufen parallel zur
Welle 12.
Gemäß Fig. 1 und 2 sind die Schaufeln 11 in Drehrichtung
vorwärts gekrümmt. Gemäß Fig. 4 führt die geschilderte
Ausbildung der Schaufeln 11 zu einer zirkulierenden Strö
mung des Brennstoffs bzw. Schaums in der Kammer 9 entspre
chend dem Pfeil 46. Dadurch wird eine homogene Schaumbil
dung erzielt.
Der Antrieb der Schaufelradwelle 12 kann durch einen nicht
dargestellten Elektromotor erfolgen. Auch kann das Schau
felrad 12 durch einen um die Umfangswand 35 umlaufenden,
nicht dargestellten Motor magnetisch angetrieben werden.
Die Schaufelradwelle 12 kann auch nur einseitig gelagert
sein. Wenn der Antrieb durch einen Elektromotor erfolgt,
ist dieser vorzugsweise außen an eine Stirnwand 36 oder 37
angeflanscht, wobei die Motorwelle die Schaufelradwelle 12
bildet.
Claims (17)
1. Vorrichtung zur Bildung eines Gemisches aus Brennstoff
und Luft in einer Kammer mit einem rotierenden Schaufel
rad, wobei der Brennstoff der Kammer von einem Brenn
stofftank über eine Brennstoffleitung zugeführt und das
Brennstoff-Luftgemisch mit einer Brennstoffpumpe über we
nigstens eine Einspritzdüse in einen Brennraum gespritzt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (9) mit
dem rotierenden Schaufelrad (14) ein Schaum aus Brenn
stoff und Luft gebildet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Brennstoff vor Eintritt in die Schaufelradkammer (9)
mit Luft versetzt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Brennstoff zur Schaumbildung mit 0,5 bis 5
Vol.% Luft, bezogen auf Atmosphärendruck, versetzt wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß zum Versetzen des Brennstoffs
mit Luft ein Grundkörper (12) mit einer Brennstoff durch
strömten Bohrung (16) in der Brennstoffleitung (2) ange
ordnet ist, wobei durch die Wand des Grundkörpers (15)
ein Rohrstück (17) ragt, dessen Öffnung (18) in der Boh
rung (16) in Brennstoffströmungsrichtung weist und das
mit einem Drosselventil (19) zur Luftzufuhr versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Drosselventil (19) in einer Ventilkammer (23) einen Ven
tilkörper (24) an einer Einstellschraube (25) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftzufuhröffnung zur Ventilkammer (23) mit einem
Filter (29) mit einem Porendurchmesser von weniger als 20
µm versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Filter (29) aus Sintermetall besteht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß in dem Rohrstück (17) zwischen dem
Ventilkörper (24) und dem Grundkörper (15) ein Rück
schlagventil (30) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß stromabwärts des Grundkörpers (15) in
der Brennstoffleitung (2) ein Schauglas (8) angeordnet
ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Welle (12) des Schaufelra
des (14) senkrecht angeordnet ist und die Kammer (9) eine
koaxiale zylindrische Innenwandung (35) mit einer unteren
und einer oberen Stirnwand (36, 37) aufweist, wobei die
Eintrittsöffnung (38) für den mit Luft versetzten Brenn
stoff im Bereich der unteren Stirnwand (36) und die Aus
trittsöffnung (39) für den Brennstoff-Schaum im Bereich
der oberen Stirnwand (37) der Kammer (9) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaufeln (11) des Schaufelrades (14) im Abstand
(a) von der zylindrischen Innenumfangswand (35) angeord
net sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaufeln (11) des Schaufelrades (14)
im Abstand (b, c), von der unteren und oberen Stirnwand
(36, 37) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (11) des Schau
felrades (14) mit einem schmalen Axialbereich an der
Schaufelradwelle (12) befestigt sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaufeln (11) mit ihrer Innenkante (44) an dem
der unteren Stirnwand (36) zugewandten Axialbereich der
Schaufelradwelle (12) befestigt sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (d) der Innenkanten (44) der Schaufeln
(11) von der Schaufelradwelle (12) zur oberen Stirnwand
(37) hin zunimmt.
16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (11) des Schau
felrades (14) in Drehrichtung (45) vorwärts gekrümmt
sind.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Brennstoffpumpe (6) zwi
schen der Schaufelradkammer (9) und der Einspritzdüse (3)
angeordnet ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29713519U DE29713519U1 (de) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | Vorrichtung zur Bildung eines Gemisches aus Brennstoff und Luft |
DE1997131456 DE19731456A1 (de) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | Vorrichtung zur Bildung eines Gemisches aus Brennstoff und Luft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997131456 DE19731456A1 (de) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | Vorrichtung zur Bildung eines Gemisches aus Brennstoff und Luft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19731456A1 true DE19731456A1 (de) | 1999-02-11 |
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ID=7836520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997131456 Ceased DE19731456A1 (de) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | Vorrichtung zur Bildung eines Gemisches aus Brennstoff und Luft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19731456A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100000502A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | H R D Corporation | High shear process for air/fuel mixing |
-
1997
- 1997-07-22 DE DE1997131456 patent/DE19731456A1/de not_active Ceased
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100000502A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | H R D Corporation | High shear process for air/fuel mixing |
US8261726B2 (en) * | 2008-07-03 | 2012-09-11 | H R D Corporation | High shear process for air/fuel mixing |
US8522759B2 (en) | 2008-07-03 | 2013-09-03 | H R D Corporation | High shear process for air/fuel mixing |
US8807123B2 (en) | 2008-07-03 | 2014-08-19 | H R D Corporation | High shear process for air/fuel mixing |
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