DK154168B - Braendstof-indsproejtningsdyse, specielt til dieselmotorer - Google Patents

Description

DK 154168 B

BRÆNDSTOF-INDSPRØJTNINGSDYSE, SPECIELT TIL DIESELMOTORER

Opfindelsen angår en brændstofindsprøjtningsdyse af den i indledningen til krav angivne art.

5

Indsprøjtningsdyser anvendes til at fordele brændstoffet i form af fine stråler i et forbrændingskammer, ved dieselmotorer i den højkomprimerede forbrændingsluft over det i området ved sit øvre dødpunkt værende stempel. Dyserne 10 udsættes for høje temperaturer. Oftest fremstilles dyserne, i det mindste for så vidt angår den del, der indeholder indsprøjtningsboringen, af hårde specialstål.

De metalliske konstruktionsmaterialer til dette formål er 15 dog som følge af deres krystallinske struktur ømfindtlige overfor erosive påvirkninger, der fremkaldes af brændstofstrømmens meget store hastigheder. Erosionsrisikoen øges herudover på grund af de i den krystallinske struktur forekommende korngrænser ved stigende indhold af ubrændbare 20 askebestanddele i brændstoffet eller ved tilstedeværelse af andre faste partikler som for eksempel meget fine kul-partikler, der kan være blandet i brændstoffet til dieselmotorer. Sådanne blandinger betegnes som olie-kulslam.

25 Til forhindring af sådanne erosive indvirkninger kendes fra det britiske patentskrift nr. 551 912 en af den i indledningen definerede art brændstofindsprøjtningsdyse til en dieselforbrændingsmotor, i hvilken der i en bæreplade er indsat et af korund bestående dyseelement. Ifølge angi-30 velsen i bogen "Brockhaus der Naturwissenschaften und der Technik" 1958, side 306 under ordet "korund" forklares følgende om korund, at klare typer korund er værdifulde ædelstene som for eksempel safir. Det kendte dyseelement har en kegleformet yderflade, der konvergerer mod for-35 brændingskammeret. Den mod ventilnålen vendende endeflade på dyseelementet er anbragt forsænket i forhold til bærepladens naboplacerede endeflade, således at ventilnålen

DK 154168 B

2 ikke ved lukning, hvor nålens tætningsflade når anlæg mod bærepladen, berører dyseelementet. Det kendte dyseelements aksiale længde er kortere end bærepladens tykkelse, der i tilslutning ved dyseelementets udgangsende har en mod for-5 brændingskammeret tragtformet udvidende åbning.

Det af korund bestående dyseelement anvendes i indsprøjtningsdysen ifølge det britiske patentskrift nr. 551 912 udtrykkeligt på grund af sin hårdhed samt sin termiske og 10 kemiske stabilitet. Endvidere beholder, som det fremgår af ovennævnte patentskrift, den polerede overflade sin glat-hed igennem lang tid, således at aflejringer, der ellers ville forringe dysens indsprøjtningsforhold, forhindres. Skønt der ganske vist med det kendte dyseelement af korund 15 allerede er opnået en følelig forbedring af levetiden i forhold til tilsvarende konstruktionselementer af metalliske konstruktionsmaterialer, har det dog vist sig, at også de kendte dyseelementer af korund ikke helt honorerer de stillede krav med hensyn til ønskværdig levetid.

20

Det er derfor formålet med opfindelsen i væsentlig grad at øge levetiden for et mineralsk enkrystallegeme med den angivne hårdhed bestående dyseelement.

25 Dette formål opfyldes ifølge opfindelsen med et dyseelement, der er ejendommeligt ved, at den optiske akse i hvert enkrystallegeme, der danner et dyseelement, falder sammen med indsprøjtningsboringens akse i dyseelementet, og at varmeudvidelseskoefficienten for dyseelementemes 30 konstruktionsmateriale svarer til varmeudvidelseskoefficienten for bærerens konstruktionsmateriale.

Det har vist sig, at når der er sammenfald mellem de nævnte akser, forenkles enkrystallegemernes bearbejdning ved 35 fremstillingen af indsprøjtningsboringen, således at bearbejdningstiden og dermed fremstillingsomkostningerne formindskes. Herudover er det blevet konstateret, at - når

DK 154168 B

3 akserne ikke er sammenfaldende, det vil sige at indsprøjtningsboringen forløber skråt i forhold til den optiske akse - ændrer boringens tværsnitsform sig i tidens løb som følge af slitage, så den fjerner sig fra cirkelformen, 5 hvilket indvirker ugunstigt på dyseelementets indsprøjtningsegenskaber og dermed også på forbrændingsprocessen i forbrændingskammeret, og derfor kan dette forhold også have en hurtig udskiftning af dyseelementet til følge. Endeligt har det vist sig, at man ved tilnærmelse af bærerens 10 og dyseelementets varmeudvidelseskoefficienter til hinanden reducerer belastningerne på dyseelementet som følge af temperaturændringer, hvilket igen medfører øget levetid for dyseelementerne.

15 Fordelagtige udførelsesformer for opfindelsen fremgår af underkravene.

I denne forbindelse henvises der for så vidt angår kravene 3 og 4 atter til den fra det britiske patentskrift nr. 551 20 912 eller det amerikanske patentskrift nr. 2 044 697 kend te anvendelse af korund, henholdsvis safir, som materiale til fremstilling af dyseelementer samt den tidligere angivne identifikation af, hvad der mineralogisk forstås med "korund" og "safir" (se side 306 i bogen "Brockhaus der 25 Naturwissenschaften und der Technik" 1958, opslagsord "korund" .

Opfindelsen illustreres nærmere nedenfor ved hjælp af det i tegningen illustrerede eksempel på en udførelsesform.

30 Tegningen viser i:

Fig. 1 et længdesnit gennem en indsprøjtningsdyse til en dieselmotor, og 35 Fig. 2 en projektion på dysen i retningen af den i figur 1 indtegnede pil.

DK 154168 B

4

Indsprøjtningsdysens kappe 11 er udformet med en central boring 12, hvori ventilnålen 13 er ført ind. I lukket tilstand hviler ventilnålen 13 på ventilsædet 14. Under indsprøjtningsfasen hæves ventilnålen 13 fra sit sæde 14, og 5 brændstof strømmer fra kammeret 15 ind i kammeret 16, hvorfra det via indsprøjtningskanalerne i det i sin helhed som 17 betegnede dysehoved strømmer ind i forbrændingskammeret .

10 Ventilsædet 14 er udformet i en del 18, der forskydeligt er monteret i dysekappen 11. Tætheden sikres af O-ringe 19. Dyseelementerne 20a og 20b er monterede i to rækker i et metallisk bæreelement 21. Bæreelementet 21 er udformet hulkegleagtigt og er på sin side placeret i en tilsvarende 15 udformet kegleagtig udsparing 22 i dysekappen 11. Under drift bliver bæreelementet 21 på grund af forskellen i de hydrauliske trykkræfter presset nedad, hvilket medfører en sikker tætning; men samtidigt muliggøres også et slip på grund af forskellen i varmeudvidelserne for bæreelementet 20 21 og dysekappen 11.

De egentlige dyseelementer 20a og 20b er fremstillet af safir i form af en korngrænsefri enkrystal, hvis optiske akse falder sammen med aksen af dyseboringen 24.

25 De er udformede keglestubformede med udadrettede åbningsvinkler, og de er monterede i tilsvarende konisk udslebne boringer i bæreelementet 21. Ved fremstillingen presses dyseelementerne 20a og 20b ind i bæreelementet 21 udefra, idet det beregnes, at elementerne skal rage en smule uden-30 for. Efter indpresningen bliver dyseelementernes udadvend-ende endeflader og bæreelementets ydervæg slebet i plan.

På bæreelementets inderflade rager dyseelementerne frem med et fremspringsmål, som kan sammenlignes med diameteren i indsprøjtningskanalerne 24. Med disse forholdsregler 35 lykkes det at holde de høje strømningshastigheder, som opstår lokalt ved indstrømningen i dyseelementerne, borte fra bæreelementets 21 metalliske indervæg. Bæreelementet

DK 154168 B

5 21 er fremstillet af en tantal-wolframlegering med følgende sammensætning:

Ta 89 - 91 % 5 W 9 - 11 % N, 0, H, c, Fe, M, Ni, NB spor

Dette materiale har en varmeudvidelseskoefficient (1 x °C-1) på 5,7 ' 10"6; dyseelementerne er fremstillet 10 af safir, som har praktisk taget samme varmeudvidelseskoefficient, nemlig 5 ' 10'6 i temperaturområdet fra 0 - 100 °C og 7,0 ‘ 10"6 i området fra 100 - 400 °C. Med dette valg af materiale til fremstilling af bæreelementet 21 kan i praksis en forskel i varmeudvidelse mellem dyseelemen-15 terne 20a og 20b og bæreelementet 21 i det mindste negligeres for så vidt, at der kan opnås sikkerhed for en fast montage af dyseelementerne.

Det er imidlertid også muligt at anvende en hårdmetallege-20 ring med følgende sammensætning som råmateriale for bæreelementet :

Wolframkarbid 32 - 93 %

Titankarbid og/eller 25 Tantalkarbid 0 - 59 %

Kobolt 4 - 15 %

Chrom og/eller Niob 0 - 2 %

Denne hårdmetallegering har en udvidelseskoefficient på 30 4,5 ' 10-6 til 7,0 * 10'6; med passende afstemning af le geringskomponenterne kan man uden videre få et materiale i overensstemmelse med den af safiren fastlagte længdeudvidelseskoefficient.

35 I dysekappen 11 er der koaksialt med og ud for hver indsprøjtningskanal 24 udformet en sprøjtestråleretter 25. De korte, cylindriske boringer 26 i stråleretterbegyndelsen

DK 154168B

6 har omkring den dobbelte diameter af indsprøjtningskanalerne 24 selv; men de er mindre end elementernes 20a og 20b målt på bæreelementets 21 yderflade. Dermed er dyseelementerne 20a og 20b sikret mod at blive presset ud af 5 trykket i kammeret 16. Det egentlige stråleretterområde åbner sig i tilslutning hertil med en vinkel på omkring 60° udad. Det har vist sig, at stråleretteren derved på hvert sted i sin aksiale længde har et sådant tværsnitsmål, at man ved indsprøjtningsdysens drift ikke får berø-10 ring mellem brændstofstrålen og strålerettervæggen. Herudover når de enkelte brændstofdråber umiddelbart efter deres udstrømning af dyseelementerne 20a og 20b kun berøring med luften i motorens forbrændingskammer.

15 Til nøjagtig retningsjustering af dyseelementerne 20a og 20b i forhold til stråleretterne i dysekappen tjener en slids 27 i bæreelementets 21 bund, og bæreelementets nøjagtige stilling kan fikseres ved hjælp af to gevindtappe 28 i dysekappen 11.

20

Opfindelsen kan gives andre end den ovenfor beskrevne udførelsesform. Således er andre fastholdelsesmåder for dyseelementerne i bærelegemet 21 mulige, for eksempel ved hjælp af aftrappede, cylindriske former, som forhindrer 25 dyseelementerne i at falde ind i bæreelementets 21 indre, ligesom fastgørelsesmetoder som lodning, klæbning et cetera er mulige.

I stedet for safir kan man også anvende andre mineralske 30 enkrystallegemer som materiale til fremstilling af dyseelementerne, for eksempel diamant, der har en hårdhed på 8000 HV (kp/mm2). Til fastholdelse af dette krystalmateriale anbefales den under varenavnet "Invar" kendte legering med følgende sammensætning:

Nikkel 35 %

Mangan 0,5 - 1 % 35

DK 154168 B

7

Silicium, maksimalt O,S %

Kobber, maTcsimalt 0,5 %

Jern Rest 5 Udvidelseskoefficienten er alt efter temperaturniveauet mellem 1,5 ’ 10"6 og 2,6 ' 10-6; diamants varmeudvidelses-koefficient er omkring 1,1 ' ΙΟ-6. I alle tilfælde skal det mineralske enkrystallegeme imidlertid have en vickers-hårdhed på i det mindste 2000 HV (kp/mm2).

Claims (8)

1. Brændstofindsprøjtningsdyse til dieselmotorer med et dyselegeme og mindst et i en metallisk bærer (21), der er 5 placeret ved dyselegemets forbrændingskammerside, indsat dyseélement (20a, 20b) med en indsprøjtningsboring (24), hvilket element (20a, 20b) består af et enkrystallegeme med en hårdhed, der svarer til en Vickershårdhed på mindst 2000 HV (kp/mm2), kendetegnet ved, at den op-10 tiske akse i hvert enkrystallegeme, der danner et dyseelement (20a, 20b), falder sammen med indsprøjtningsboringens (24) akse i dyseelementet, og at varmeudvidelseskoeffici-enten for dyseelementernes (20a, 20b) konstruktionsmateriale svarer til varmeudvidelseskoefficienten for bærerens 15 (21) konstruktionsmateriale.

2. Brændstofindsprøjtningsdyse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at bæreren (21) er udformet hulkegleag-tigt og er indsat i en tilsvarende hulkegleformet udspa- 20 ring (22) i dyselegemets (11) ende, og at dyselegemet (11) til enhver tid har en i forhold til hver indsprøjtningsboring (24) koaksialt anbragt, som sprøjtestråleretter fungerende gennemgangsåbning (25), hvis lysningsbredde på hvert sted i sin aksiale længde er valgt i det mindste så 25 stor, at brændstofstrålen fra indsprøjtningsdysen under drift ikke får berøring med gennemgangsåbningens (25) væg.

3. Brændstofindsprøjtningsdyse ifølge krav 1 eller 2 med et af safir bestående enkrystallegeme i hvert dyseelement, 30 kendetegnet ved, at bæreren (21) i hovedsagen består af en tantal-wolframlegering med 89 - 91 % Ta, 9 -11 % W og spor af et eller flere af grundstofferne N, 0, H, C, Fe, Mo, Ni og Nb.

4. Brændstofindsprøjtningsdyse ifølge et af kravene 1 el ler 2 med et af diamant udformet enkrystallegeme til hvert dyselegeme, kendetegnet ved, at bæreren (21) DK 154168 B 9 består af en nikkel-jernlegering med følgende sammensætning : Nikkel 35 %

5. Brændstofindsprøjtningsdyse ifølge krav 1 eller 2 med et af safir bestående enkrystallegeme i hvert dyseelement, kendetegnet ved, at bæreren (21) består af en hårdmetallegering med følgende sammensætning:

15 Wolframkarbid 32 - 93 % Titankarbid og/eller Tantalkarbid 0 - 59 % Kobolt 4 - 15 % Cr og/eller Nb 0 - 2 % 20

5 Mangan 0,5 - 1 % Silicium, maksimalt 0,¾ % Kobber, maksimalt 0,¾ % Jern Rest

6. Brændstofindsprøjtningsdyse ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hvert dyseelement (20a., 20b) på bærerens (21) inderside rager ud over bærerens indvendige flade med så stort et mål, at dette svarer til diameteren 25 af indsprøjtningsboringens (24) diameter i hvert dyseelement (20a, 20b), og at hvert dyseelements udvendige endeflade, der er slebet i plan med bærerens (21) udvendige flade, ligger an mod den hulkegleformet udformede udsparing (22) i dyselegemet (11). 30

7. Brændstofindsprøjtningsdyse ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hvert dyseelement (20a, 20b) er udformet keglestubformet med udad divergerende åbningsvinkel og er indsat i en tilsvarende formet udsparing i bæreren 35 (21), og at den udad vendende og med bærerens (21) udad- vendende flade i plan slebne endeflade på hvert dyseelement ligger an mod den hulkegleformede udsparing (22) i DK 154168 B 10 dyselegemet (11).

8. Brændstofindsprøjtningsdyse ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hver, koaksialt med et dyseelements 5 (20a, 20b) indsprøjtningsboring (24) anbragt gennemgangs åbning (25) i dyselegemet (11) er udformet som en mod forbrændingsmotorens forbrændingskammer sig udvidende tragt.