EP3267027A1 - Nozzle head for a fuel injection valve of a large diesel engine, and method for manufacturing same - Google Patents
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- EP3267027A1 EP3267027A1 EP17176230.5A EP17176230A EP3267027A1 EP 3267027 A1 EP3267027 A1 EP 3267027A1 EP 17176230 A EP17176230 A EP 17176230A EP 3267027 A1 EP3267027 A1 EP 3267027A1
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Definitions
- the invention relates to a nozzle head for a fuel injector of a large diesel engine, in particular a longitudinally-flushed two-stroke large diesel engine, and a method for producing such a nozzle head according to the preamble of the independent claim of the respective category.
- a gas e.g. a natural gas such as LNG (liquefied natural gas), or a gas in the form of an autogas or other suitable for driving an internal combustion engine gas burned
- a suitable liquid fuel such as diesel or heavy oil
- large diesel engine also refers to those large engines which, except in diesel mode, which is characterized by the self-ignition of the fuel, also in an Otto mode, which is characterized by the spark ignition of the fuel, or in mixed forms of these two can be operated.
- large diesel engine also includes, in particular, the aforementioned dual-fuel engines and those large engines in which the self-ignition of the fuel is used for the spark ignition of another fuel.
- the fuel In liquid mode, the fuel is usually introduced directly into the combustion chamber of the cylinder and burns there according to the principle of auto-ignition.
- the gas mode it is known to mix the gas in the gaseous state with the purging air according to the Otto principle, so as to produce an ignitable mixture in the combustion chamber of the cylinder.
- the ignition of the mixture in the cylinder is usually done by a small amount of liquid fuel is injected at the right moment in the combustion chamber of the cylinder or in an antechamber, which then leads to the ignition of the air-gas mixture.
- a dual-fuel engine can be switched from gas mode to liquid mode during operation, and vice versa.
- fuel injection nozzles are usually used for introducing the fuel into the combustion chamber of the cylinder, which have a nozzle body and a nozzle head.
- the nozzle head is also referred to as an atomizer.
- a plurality of nozzle openings are usually provided, through which the fuel is injected into the combustion chamber.
- a movable nozzle needle is provided in the fuel injector, which cooperates with a valve seat such that the passage to the nozzle openings is opened or closed.
- the nozzle head is a wear part, which is subject to a high thermal, mechanical and chemical stress collective.
- the mechanical loads are based on the high injection pressure, which can amount to more than a thousand bar.
- the thermal stresses are caused by the high temperatures in the combustion chamber and the enormous temperature changes between combustion temperature and temperature of the freshly supplied scavenging air, while the chemical stresses are mainly due to the high-temperature or hot corrosion.
- valve seat is usually arranged slightly away from the nozzle openings, so that an excessive exposure to heat of combustion is avoided. Downstream of the valve seat in the nozzle head designed as a blind hole longitudinal bore is provided, branch off from which holes that lead to the nozzle openings.
- valve seat and nozzle openings brings with it the following problem.
- the nozzle needle is pressed into the valve seat, so that the fuel, which is located downstream of the valve seat - ie between the valve seat and nozzle holes - in the blind hole, is no longer supplied with the feed pressure.
- This part of the fuel can be undesirable Lead deposits in the nozzle head and after completion of the injection through the nozzle openings poorly atomized enter the combustion chamber, or drip into it, where it but little or no burn. This leads to an increased fuel consumption, to additional pollution of the exhaust gas, in particular with oxides of oxides NO x , as well as to deposits of unburned fuel in all parts of the combustion chamber and the exhaust gas-carrying components.
- a nozzle head for a fuel injector of a large diesel engine, in particular a longitudinally flushed two-stroke large diesel engine, with a longitudinal channel to which a fuel can be supplied, and which extends in an axial direction from an upper end to a lower end, and at least a nozzle channel which extends from the longitudinal channel to a nozzle opening through which the fuel into a combustion chamber of the Large diesel engine can be introduced, wherein each nozzle channel has a flow cross-section which is smaller than the flow cross-section of the longitudinal channel, and wherein the lower end of the longitudinal channel with respect to the axial direction and with respect to the normal position of use is arranged above each nozzle opening.
- a method is also proposed for producing a nozzle head according to the invention, in which the nozzle head is produced by means of an additive machining method.
- an additive processing method or with an additive manufacturing which is also referred to as generative manufacturing, thereby a processing method is meant in which material is applied or applied.
- an additive processing method of an informal material such as liquids or powders, or of a form-neutral material, such as ribbon or wire-shaped material
- the desired structures are generated by chemical and / or physical processes, eg. B. by building on a body.
- Well-known additive manufacturing methods for metallic materials are, for example, deposition welding processes, especially inert gas processes such as tungsten inert gas welding (TIG) or laser deposition welding, or plasma processes or selective laser melting (SLM) or laser sintering.
- TOG tungsten inert gas welding
- SLM selective laser melting
- subtractive processes include all forms of machining production, which means, as is generally customary, a production in which excess material in the form of chips is separated from a blank or a workpiece in order to achieve a desired geometric shape. Machining operations include, for example, milling, turning, drilling, planing, filing, grinding, honing or lapping, to name but a few examples.
- the nozzle head is produced by means of an additive machining method, its concrete geometrical configuration is subject to virtually no limits.
- the entire nozzle head is manufactured by the additive machining method, that is, the entire nozzle head is constructed generatively.
- the additive machining method produces an insert in which all the nozzle channels are arranged, and the insert is inserted into a longitudinal bore of the nozzle head, which extends in the axial direction, and which longitudinal bore comprises the longitudinal channel.
- the insert is designed so that it with its entire outer boundary surface on the longitudinal bore abuts limiting wall, so the longitudinal bore with respect to the radial direction so completely fills.
- the insert has a cylindrical shape, wherein its outer diameter substantially corresponds to the inner diameter of the longitudinal bore, so that the insert can be inserted into the longitudinal bore and rests with its outer boundary surface on the wall which limits the longitudinal bore with respect to the radial direction.
- Each nozzle channel is designed as an inner channel, which is located completely inside the insert. This means that each nozzle channel is completely enclosed by the insert, so that only the insert itself limits each nozzle channel. In particular, this avoids that other components such as the wall, which limits the longitudinal bore, forms a boundary for the nozzle channel.
- This embodiment has the advantage that not only the nozzle channels in virtually any geometry can be produced, but that the use of the nozzle channels in the longitudinal bore or in the blind hole of a known conventional nozzle head can be used to a novel nozzle head realize.
- This embodiment thus also makes it possible, in particular, to reshape an existing conventional nozzle head into an inventive device. For this purpose, it may be necessary to extend the longitudinal bore or the blind hole in the conventional nozzle head, so that the additively manufactured insert can be used with the nozzle channels in this longitudinal bore.
- the insert is preferably made so that it rests over its entire circumference on the inner wall of the longitudinal bore, so that the fuel from the longitudinal channel can pass substantially only through the nozzle channel or the nozzle channels into the combustion chamber.
- the additive machining method has, as already mentioned, in particular the advantage that the nozzle channel or the nozzle channels can be made with any geometry / can.
- cavitations can be at least reduced and a trouble-free, optimal flow pattern for the fuel can be realized.
- Even deposits in the nozzle head can be significantly reduced at least.
- Another advantage of the embodiment with the insert is that it can be made of a different material than the rest of the nozzle head. Since the use is not exposed to the extremely challenging environmental conditions in the combustion chamber itself, a material can be selected for it, which is selected from aspects such as cost optimization and the best possible passage of the fuel, while selected for the rest of the nozzle head another proven material which is particularly advantageous in terms of the conditions in the combustion chamber.
- the nozzle head has a plurality of nozzle channels, each of which extends in each case from the longitudinal channel to a nozzle opening, through which the fuel can be introduced into the combustion chamber of the large diesel engine.
- the nozzle head has a longitudinal bore which extends in the axial direction, wherein the longitudinal bore comprises the longitudinal channel, and wherein in the longitudinal bore an insert is provided, in which all the nozzle channels are arranged.
- this embodiment has several advantages.
- the insert with the at least one nozzle channel is inserted into the longitudinal bore of the nozzle head, so that with respect to the normal position of use upper part of the longitudinal bore of the nozzle head forms the longitudinal channel, followed by the downstream of the insert with the at least one nozzle channel, through which the fuel from the Longitudinal channel can enter the combustion chamber.
- the insert is made of a material that is different from the material, from which is the rest of the nozzle head.
- one or more holes are provided which form the nozzle openings through which the fuel can pass from the respective nozzle channel into the combustion chamber.
- each nozzle channel is designed so that the fuel at an injection angle inclined to the axial direction can escape from the respective nozzle opening, each injection angle less than 90 ° and preferably less than 80 ° is.
- the injection angle is meant the smaller of the two angles, which includes the surface normal of the nozzle opening with the axial direction.
- At least two nozzle channels are provided which have different injection angles.
- each nozzle channel is designed so that it opens in the axial direction in the longitudinal channel.
- the flow resistance for the fuel at the transition from the longitudinal channel can be minimized in each nozzle channel, because each nozzle channel in the vicinity of the longitudinal channel extends in the same direction as the longitudinal channel, so that the fuel is not deflected in the transition from the longitudinal channel in the nozzle channel must become.
- erosion-related degradation effects can be avoided.
- At least one nozzle channel is widening or tapering in a region adjoining the nozzle opening. As a result, the flow behavior of the fuel can be optimized.
- each nozzle channel is designed free of edges and corners, because this can at least significantly reduce deposits, erosion phenomena and cavitations, the Usually increased on sharp edges or corners can occur and lead to increased wear.
- a further preferred embodiment is that the at least one nozzle channel is designed arcuate or curved. Due to the arcuate or curved configuration, the flow of the fuel can be transferred particularly lossless and advantageous from the axial direction in the desired injection direction.
- At least two nozzle channels are provided, which have a curved region, wherein the curvatures of the two nozzle channels are different in the curved region. This configuration makes it possible to realize particularly different injection angles for the fuel, with cavitations and erosion-related wear phenomena being at least significantly reduced.
- the invention further proposes a large diesel engine, in particular a longitudinally purged two-stroke large diesel engine, with a fuel injection nozzle which comprises a nozzle head which is designed according to the invention or produced according to a method according to the invention.
- relative position designations such as “below”, “above”, “below”, “above”, etc., are to be understood as referring in each case to the normal position of use.
- FIG. 1 the structure of a fuel injector of a large diesel engine explained, as it is known in the prior art.
- the prior art of the present invention are used for the device known from the prior art reference numerals, which are provided with an apostrophe.
- Fig. 1 shows a longitudinal section through a known from the prior art fuel injector of a large diesel engine, which is generally designated by the reference numeral 10 '.
- the fuel injector 10 'of a longitudinally purged two-stroke large diesel engine, with which a liquid fuel, in particular heavy oil or diesel oil, can be introduced into a combustion chamber 20' of a cylinder of the large diesel engine.
- the known fuel injection nozzle 10 ' comprises a nozzle body 11' with a nozzle head 1 ', which is connected to the nozzle body 11'.
- the connection takes place here by means of a holding sleeve 12 ', which tapers at its lower end according to the illustration to the longitudinal axis of the fuel injector 10' out.
- an axial direction A ' is set.
- the retaining sleeve 12 ' is by means of a union nut 13' and an elastic member 14 ', for example a snap ring, attached to the nozzle body 11'.
- the nozzle head 1 ' is supported in the tapered part of the retaining sleeve 12'.
- FIG. 2 still a schematic longitudinal sectional view of the nozzle head 1 'of the fuel injector 10' from Fig. 1 .
- the nozzle head 1 ' has a longitudinal bore 5' and in the region of its lower end at least one nozzle opening 3 ', typically several z. B. five nozzle openings 3 ', which are connected to the longitudinal bore 5', so that the fuel through the nozzle openings 3 'in the combustion chamber 20' can escape.
- a pressure chamber 14' In the interior of the nozzle body 11 'is a pressure chamber 14' is provided, in which a feed line 15 'opens for the fuel. Through the supply line 15 ', the high-pressure fuel from a reservoir, usually an accumulator of a common rail system, the fuel injector 10' are supplied.
- the pressure chamber 14 ' is bounded in the axial direction A' by a valve seat 16 '.
- a nozzle needle 17' is arranged, which extends substantially in the axial direction A ', and which cooperates with the valve seat 16'.
- the volume of the longitudinal bore 5 'downstream of the valve seat 16' is commonly referred to as a blind hole or blind hole volume.
- the longitudinal bore 5 ' is configured in the example described here as a substantially cylindrical bore which extends in the axial direction A' and has a length L '(see Fig. 2 ).
- the diameter D 'of the longitudinal bore 5' defines a flow cross section, which means the available for the flow of the fuel cross-sectional area in the longitudinal bore 5 'is meant.
- the nozzle needle 17 ' is arranged in a bore 18' of the nozzle body 11 'extending in the axial direction A', which in FIG Fig. 1 for reasons of space only partially shown.
- the bore 18 ' has an inner diameter B', which is slightly larger than an outer diameter of the nozzle needle 17 ', so that the nozzle needle 17' safely and precisely in the bore 18 'is guided.
- each nozzle opening 3 'via a nozzle channel 53' with the longitudinal bore 5 'of the nozzle head 1' is connected, so that the pressurized fuel from the longitudinal bore 5 'through the nozzle channels 53' and the nozzle openings 3 'injected into the combustion chamber 20' becomes.
- the flow cross section of each nozzle channel 53 ' is significantly smaller, in particular at least five times smaller than the flow cross section of the longitudinal bore 5', which is defined by the diameter D 'of the longitudinal bore.
- the nozzle channels 53 'each extend inclined or oblique to the axial direction A', so that the fuel at an injection angle ⁇ 'inclined to the axial direction A' from the respective nozzle opening 3 'can escape.
- the injection angle ⁇ ' is meant the smaller of the two angles, which includes the surface normal of the nozzle opening 3' with the axial direction.
- the respective injection angles ⁇ ' may be different for different nozzle openings 3'.
- Fig. 3 shows a schematic longitudinal sectional view of an embodiment of an inventive nozzle head, which is generally designated by the reference numeral 1.
- the nozzle head 1 is in an analogous manner as that of Fig. 1 has been described for a fuel injector of a large diesel engine, in particular a longitudinally purged two-stroke large diesel engine, determined and acts in an analogous manner as described above with a nozzle body of the fuel injector together.
- the nozzle head 1 has a longitudinal channel 2 which extends in an axial direction A from an upper end 21 to a lower end 22 and has the length L1.
- the longitudinal channel 2 is preferably cylindrical in shape and has a diameter D.
- the axial direction A through the Longitudinal axis of the nozzle head 1 is fixed, which is identical to the longitudinal axis of the fuel injector when the nozzle head 1 is mounted in the fuel injector.
- the longitudinal channel 2 a fuel can be supplied, which is to be introduced into a combustion chamber of a cylinder of the large diesel engine.
- the nozzle head 1 further has at least one nozzle channel 4, which extends from the longitudinal channel 2 to a nozzle opening 3, through which the fuel is introduced into the combustion chamber of the cylinder.
- the nozzle head 1 comprises a plurality of separate nozzle openings 3, each of which is then connected in each case by a nozzle channel 4 with the longitudinal channel 2.
- two nozzle openings 3 are shown, which are in each case flow-connected via a nozzle channel 4 with the longitudinal channel 2.
- Each nozzle channel 4 in this case has a flow cross section which is significantly smaller, for example at least five times smaller than the flow cross section of the longitudinal channel 2.
- the flow cross section in this case means in each case the surface which is perpendicular to the main flow direction of the fuel.
- the lower end 22 of the longitudinal channel 2 with respect to the axial direction and with respect to in Fig. 3 shown normal use position above each nozzle opening 3 arranged.
- the nozzle head 1 is manufactured by means of an additive machining method.
- These processing or manufacturing processes are also referred to as generative processes or as additive manufacturing.
- an additive processing method or with an additive manufacturing a method is meant in which material is applied or applied in order to build up the corresponding body.
- an additive machining process from an informal material, For example, liquids or powders, or from a shape-neutral material, such as ribbon or wire-shaped material, generated by chemical and / or physical processes, the desired structures, eg. B. by building on a body.
- Well-known additive manufacturing methods for metallic materials are, for example, deposition welding processes, especially inert gas processes such as tungsten inert gas welding (TIG) or laser deposition welding, or plasma processes or selective laser melting (SLM) or laser sintering.
- TOG tungsten inert gas welding
- SLM selective laser melting
- the additive or generative production has the particular advantage that they are subject to virtually no geometric restrictions, so that in particular bodies with arbitrarily shaped inner cavities can be produced.
- this has the considerable advantage that each nozzle channel 4 can be produced with virtually any desired geometry.
- the respective geometry of the nozzle channel 4 can be optimized under various aspects, for example, under the aspects cavitations at least significantly reduce erosion degradation as far as possible to avoid deposits in the nozzle channel 4, to optimize the flow behavior of the fuel, or to realize an optimal atomization or distribution of the fuel in the combustion chamber.
- an insert 6 is provided, which is arranged in a longitudinal bore 5 of the nozzle head 1, which extends in the axial direction A over a length L which is greater than the length L1 of the longitudinal channel 2 in the axial direction A.
- This insert 6 contains all nozzle channels 4 and fills the representation according to the lower end of the longitudinal bore 5 over a length L2 completely. This means, in particular, that the insert 6 fully rests against the inner wall of the longitudinal bore 5.
- Each nozzle channel 4 is designed as an inner channel, which is located completely inside the insert 6. Each nozzle channel 4 is thus laterally bounded in full by the insert 6. This is to be understood in particular as meaning that the nozzle channel 4 or the nozzle channels 4 are not in the Surface of the insert 6 is arranged, which limits the insert 6 in the radial direction, but just inside the insert 6. Only the mouths of the nozzle channels 4 on the one hand in the nozzle openings 3 and on the other hand in the longitudinal channel 2 are in the surface of the insert 6th
- the insert 6 with the nozzle channels 4 is manufactured with an additive processing method.
- a per se known nozzle head can be used for the production of the nozzle head 1, as he, for example, in Fig. 2 is shown.
- the wall 7 of the nozzle head 1 which limits the longitudinal bore 5
- at least one bore is provided which forms the nozzle opening 3.
- Fig. 3 two such nozzle openings 3 are shown.
- These nozzle openings 3 are preferably identical to the nozzle openings of the known nozzle head 1 'in FIG Fig. 2 is shown.
- the insert 6 is then introduced into the longitudinal bore 5 or into the longitudinal bore 5 'of the known nozzle head 1' until it rests against the lower end of the longitudinal bore 5 or 5 '.
- the lower region of the longitudinal bore 5 or 5 ' is preferably completely filled with the insert 6 over the length L2, and the upper region of the longitudinal bore 5 or 5' forms the longitudinal channel 2, which has the length L1.
- L1 and L2 complement each other to the length L of the longitudinal bore. 5
- a nozzle head 1 'known per se is used for the production of the nozzle head 1, it may be advantageous, depending on the application, to change the original diameter D' (FIG. Fig. 2 ) of the longitudinal bore 5 'by drilling or any other suitable machining process to increase, so as to produce the longitudinal bore 5 with the diameter D, in which then the insert 6 is used.
- the outlet openings of all nozzle channels 4 are arranged so that they are aligned after placing the insert 6 in the longitudinal bore 5 each with one of the nozzle openings 3 in the wall 7 of the nozzle head 1.
- the measure of producing the nozzle head 1 on the basis of a nozzle head 1 'which is known per se has several advantages.
- the outer design of the nozzle head 1, which in particular the arrangement and the design of the nozzle openings 3 is meant to be taken over by a known nozzle head.
- the nozzle head 1 can be easily inserted into an existing fuel nozzle without the need for structural changes or adjustments. It is also possible to convert or retrofit an already existing nozzle head into a nozzle head 1 according to the invention by inserting into the longitudinal bore 5 'of the existing nozzle head 1', possibly after an enlargement of the diameter D 'of the original longitudinal bore 5'.
- Another advantage of the embodiment with the insert 6 is that it can be made of a different material than the rest of the nozzle head 1, so for example its wall 7. This makes it possible for the production of the nozzle head 1 - with the exception of the insert 6 - to use a proven material that is particularly suitable in view of the extremely demanding conditions in the combustion chamber, for example, the enormous thermal loads.
- Such materials known per se for the production of a nozzle head 1 of a large diesel engine are, for example, steels or alloys based on nickel or cobalt, for example stellite 6. These materials are particularly suitable with regard to erosion, abrasion and cavitation especially in the nozzle openings 3.
- the insert 6 For the production of the insert 6 then another material, preferably a metallic material can be chosen because the insert 6 is not exposed even to the extreme conditions in the combustion chamber, but is protected by the wall 7 of the nozzle head 1. So you have now a much higher flexibility in the selection of a suitable material with which the insert 6 of the nozzle head 1 is built in additive manufacturing.
- the material for the insert 6 can be selected, for example, in terms of cost or optimum management of the fuel.
- a particular advantage of the inventive design of the nozzle head 1 is that the respective flow connection between the longitudinal channel 2 and the nozzle opening 3, so the respective nozzle channel 4, can be designed freeform, that is in particular subjected to practically no geometric constraints.
- each nozzle channel 4 can be designed with regard to an optimal flow behavior of the fuel or with regard to an optimal guidance of the fuel.
- each nozzle channel 4 can be optimized in particular also with regard to cavitations, erosion, abrasion and the most efficient possible introduction of the fuel into the combustion chamber.
- each nozzle channel 4 is designed such that the fuel is inclined at an injection angle ⁇ Fig. 3 to the axial direction A can escape from the respective nozzle opening 3.
- the injection angle ⁇ is meant the smaller of the two angles, which encloses the surface normal of the nozzle opening 3 with the axial direction.
- the respective injection angles ⁇ may be different from each other for different nozzle openings 3.
- Each injection angle ⁇ is preferably less than 90 ° and preferably less than 80 °.
- a particularly preferred value range is 70 ° to 75 °.
- each nozzle channel 4 is designed so that it opens in the axial direction A in the longitudinal channel 2. This makes it possible to realize a particularly good transition of the fuel from the longitudinal channel 2 into the respective nozzle channel 4.
- the nozzle channel 4 is widening or tapering in particular in a region adjacent to the nozzle opening 3. By this measure, the atomization of the fuel in the combustion chamber can be improved.
- each nozzle channel 4 is designed free of edges and corners. Since edges and corners in the flow are particularly high risk of unwanted cavitation and erosion, such edges and corners are preferably avoided. Therefore, it is advantageous if the nozzle channel 4 as in Fig. 3 is designed arcuate or curved, so that the fuel can be as optimally deflected from the axial direction A in the desired direction of injection.
- nozzle channels 4 which have a curved portion, wherein the curvatures of the two nozzle channels 4 are different in the curved region. This is in Fig. 3 indicated by the two arrows with the reference numerals r 1 and r 2 .
- the entire nozzle head is manufactured by means of an additive machining process.
- no insert 6 is provided, but the nozzle head 1 is constructed overall in additive or additive manufacturing. Otherwise, the preceding explanations apply analogously to the same manner for the embodiment without insert 6.
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Abstract
Es wird ein Düsenkopf vorgeschlagen für eine Brennstoffeinspritzdüse eines Grossdieselmotors, insbesondere eines längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotors, mit einem Längskanal (2), dem ein Brennstoff zuführbar ist, und welcher sich in einer axialen Richtung (A) von einem oberen Ende (21) bis zu einem unteren Ende (22) erstreckt, sowie mit mindestens einem Düsenkanal (4), welcher sich von dem Längskanal (2) bis zu einer Düsenöffnung (3) erstreckt, durch welche der Brennstoff in einen Brennraum des Grossdieselmotors einbringbar ist, wobei jeder Düsenkanal (4) einen Strömungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des Längskanals (2), und wobei das untere Ende (22) des Längskanals (2) bezüglich der axialen Richtung (A) und bezüglich der normalen Gebrauchslage oberhalb jeder Düsenöffnung (3) angeordnet ist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Düsenkopfs (1) vorgeschlagen.A nozzle head is proposed for a fuel injector of a large diesel engine, particularly a longitudinally-scavenged two-stroke large diesel engine, having a longitudinal passage (2) to which fuel can be supplied and extending in an axial direction (A) from an upper end (21) to a lower end (22) and with at least one nozzle channel (4) extending from the longitudinal channel (2) to a nozzle opening (3) through which the fuel is introduced into a combustion chamber of the large diesel engine, each nozzle channel ( 4) has a flow area smaller than the flow area of the longitudinal channel (2), and the lower end (22) of the longitudinal channel (2) being located above the axial direction (A) and above the normal use position above each nozzle opening (3) is. Furthermore, a method for producing such a nozzle head (1) is proposed.
Description
Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf für eine Brennstoffeinspritzdüse eines Grossdieselmotors, insbesondere eines längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotors, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Düsenkopfes gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs der jeweiligen Kategorie.The invention relates to a nozzle head for a fuel injector of a large diesel engine, in particular a longitudinally-flushed two-stroke large diesel engine, and a method for producing such a nozzle head according to the preamble of the independent claim of the respective category.
Grossdieselmotoren, wie beispielsweise längsgespülte Zweitakt-Grossdieselmotoren, werden häufig als Antriebsaggregate für Schiffe oder auch im stationären Betrieb, z.B. zum Antrieb grosser Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Dabei laufen die Motoren in der Regel über beträchtliche Zeiträume im Dauerbetrieb, was hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit stellt. Daher sind für den Betreiber insbesondere lange Wartungsintervalle, geringer Verschleiss und ein wirtschaftlicher Umgang mit den Betriebsstoffen zentrale Kriterien.Large diesel engines, such as longitudinally purged two-stroke large diesel engines, are often used as power units for ships or even in stationary operation, e.g. used to drive large generators for generating electrical energy. The engines usually run for long periods in continuous operation, which places high demands on the reliability and availability. Therefore, for the operator in particular long maintenance intervals, low wear and an economical handling of the operating materials are central criteria.
Seit einigen Jahren ist auch mit zunehmender Bedeutung die Qualität der Abgase, insbesondere die Stickoxid Konzentration in den Abgasen ein wesentlicher Aspekt. Das hat insbesondere bei Zweitakt-Grossdieselmotoren zur Folge, dass die Verbrennung des klassischen, mit Schadstoffen hoch belasteten Schweröls, aber auch die Verbrennung von Dieselöl oder anderen Brennstoffen problematischer wird, weil die Einhaltung der Abgasgrenzwerte immer schwieriger, technisch aufwändiger und damit teurer wird oder am Ende deren Einhaltung gar nicht mehr sinnvoll möglich ist.For some years, the quality of the exhaust gases, in particular the nitrogen oxide concentration in the exhaust gases, has become an increasingly important aspect with increasing importance. This has in particular in two-stroke large diesel engines with the result that the combustion of the classic, highly polluted with pollutants heavy fuel, but also the combustion of diesel oil or other fuels is problematic, because compliance with the exhaust emission limits increasingly difficult, technically complex and therefore more expensive or at the end of their compliance is no longer meaningful possible.
In der Praxis besteht daher bereits seit langem das Bedürfnis nach sogenannten "Dual-Fuel Motoren", also Motoren, die mit zwei unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden können. In einem Gasmodus wird ein Gas, z.B. ein Erdgas wie LNG (liquefied natural gas), oder ein Gas in Form eines Autogases oder eines anderen zum Antrieb einer Brennkraftmaschine geeigneten Gases verbrannt, während in einem Flüssigmodus ein geeigneter flüssiger Brennstoff wie Diesel oder Schweröl in demselben Motor verbrannt werden kann.In practice, therefore, has long been the need for so-called "dual-fuel engines", ie engines that can be operated with two different fuels. In a gas mode, a gas, e.g. a natural gas such as LNG (liquefied natural gas), or a gas in the form of an autogas or other suitable for driving an internal combustion engine gas burned, while in a liquid mode, a suitable liquid fuel such as diesel or heavy oil can be burned in the same engine.
Mit dem Begriff "Grossdieselmotor" sind im Rahmen dieser Anmeldung auch solche Grossmotoren gemeint, die ausser im Dieselbetrieb, der durch die Selbstzündung des Brennstoffs gekennzeichnet ist, auch in einem Ottobetrieb, der durch die Fremdzündung des Brennstoffs gekennzeichnet ist, oder in Mischformen aus diesen beiden betrieben werden kann. Ferner umfasst der Begriff Grossdieselmotor insbesondere auch die genannten Dual-Fuel-Motoren und solche Grossmotoren, bei denen die Selbstzündung des Brennstoffs zur Fremdzündung eines anderen Brennstoffs genutzt wird.In the context of this application, the term "large diesel engine" also refers to those large engines which, except in diesel mode, which is characterized by the self-ignition of the fuel, also in an Otto mode, which is characterized by the spark ignition of the fuel, or in mixed forms of these two can be operated. In addition, the term "large diesel engine" also includes, in particular, the aforementioned dual-fuel engines and those large engines in which the self-ignition of the fuel is used for the spark ignition of another fuel.
Im Flüssigmodus wird üblicherweise der Brennstoff direkt in den Brennraum des Zylinders eingebracht und verbrennt dort nach dem Prinzip der Selbstzündung. Im Gasmodus ist es bekannt, nach dem Otto-Prinzip das Gas im gasförmigen Zustand mit der Spülluft zu vermischen, um so im Brennraum des Zylinders ein zündfähiges Gemisch zu erzeugen. Bei diesem Nieder- oder Hochdruckverfahren erfolgt die Zündung des Gemisches im Zylinder üblicherweise, indem im richtigen Moment eine kleine Menge flüssigen Brennstoffs in den Brennraum des Zylinders oder in eine Vorkammer eingespritzt wird, die dann zur Zündung des Luft-Gas-Gemisches führt. Ein Dual-Fuel Motor kann während des Betriebs vom Gasmodus in den Flüssigmodus umgeschaltet werden und umgekehrt.In liquid mode, the fuel is usually introduced directly into the combustion chamber of the cylinder and burns there according to the principle of auto-ignition. In the gas mode, it is known to mix the gas in the gaseous state with the purging air according to the Otto principle, so as to produce an ignitable mixture in the combustion chamber of the cylinder. In this low or high pressure method, the ignition of the mixture in the cylinder is usually done by a small amount of liquid fuel is injected at the right moment in the combustion chamber of the cylinder or in an antechamber, which then leads to the ignition of the air-gas mixture. A dual-fuel engine can be switched from gas mode to liquid mode during operation, and vice versa.
Wird ein Grossdieselmotor mit flüssigem Brennstoff, also beispielsweise Schweröl oder Dieselöl, betrieben, so werden üblicherweise zum Einbringen des Brennstoffs in den Brennraum des Zylinders Brennstoffeinspritzdüsen verwendet, die einen Düsenkörper und einen Düsenkopf aufweisen. Der Düsenkopf wird auch als Zerstäuber bezeichnet. Im Düsenkopf sind in der Regel mehrere Düsenöffnungen vorgesehen, durch welche der Brennstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Um den Einspritzvorgang zu beginnen oder zu beenden, ist in der Brennstoffeinspritzdüse eine bewegliche Düsennadel vorgesehen, die mit einem Ventilsitz derart zusammenwirkt, dass der Durchgang zu den Düsenöffnungen geöffnet oder geschlossen wird.If a large diesel engine is operated with liquid fuel, that is to say, for example, heavy oil or diesel oil, fuel injection nozzles are usually used for introducing the fuel into the combustion chamber of the cylinder, which have a nozzle body and a nozzle head. The nozzle head is also referred to as an atomizer. In the nozzle head a plurality of nozzle openings are usually provided, through which the fuel is injected into the combustion chamber. In order to start or end the injection process, a movable nozzle needle is provided in the fuel injector, which cooperates with a valve seat such that the passage to the nozzle openings is opened or closed.
Typischerweise ist der Düsenkopf ein Verschleissteil, das einem hohen thermischen, mechanischen und chemischen Belastungskollektiv unterliegt. Die mechanischen Belastungen beruhen unter anderem auf dem hohen Einspritzdruck, der über tausend bar betragen kann. Die thermischen Belastungen werden durch die hohen Temperaturen im Brennraum und die enormen Temperaturwechsel zwischen Verbrennungstemperatur und Temperatur der frisch zugeführten Spülluft verursacht, während die chemischen Belastungen hauptsächlich in der Hochtemperatur- oder Heisskorosion begründet liegen.Typically, the nozzle head is a wear part, which is subject to a high thermal, mechanical and chemical stress collective. Among other things, the mechanical loads are based on the high injection pressure, which can amount to more than a thousand bar. The thermal stresses are caused by the high temperatures in the combustion chamber and the enormous temperature changes between combustion temperature and temperature of the freshly supplied scavenging air, while the chemical stresses are mainly due to the high-temperature or hot corrosion.
Aus diesen Gründen und insbesondere aufgrund der thermischen Belastung wird der Ventilsitz üblicherweise etwas entfernt von den Düsenöffnungen angeordnet, damit eine übermässige Beaufschlagung mit Verbrennungswärme vermieden wird. Stromabwärts des Ventilsitzes ist im Düsenkopf eine als Sacklochbohrung ausgestaltete Längsbohrung vorgesehen, von welcher Bohrungen abzweigen, die zu den Düsenöffnungen führen.For these reasons, and in particular due to the thermal load, the valve seat is usually arranged slightly away from the nozzle openings, so that an excessive exposure to heat of combustion is avoided. Downstream of the valve seat in the nozzle head designed as a blind hole longitudinal bore is provided, branch off from which holes that lead to the nozzle openings.
Die räumliche Entfernung zwischen Ventilsitz und Düsenöffnungen bringt folgendes Problem mit sich. Beim Beenden der Brennstoffeinspritzung wird die Düsennadel in den Ventilsitz gedrückt, sodass der Brennstoff, der sich stromabwärts des Ventilsitzes - also zwischen Ventilsitz und Düsenlöchern - in der Sacklochbohrung befindet, nicht mehr mit dem Speisedruck beaufschlagt wird. Dieser Teil des Brennstoffs kann zu unerwünschten Ablagerungen im Düsenkopf führen und nach Beendigung der Einspritzung durch die Düsenöffnungen schlecht zerstäubt in den Brennraum gelangen, oder dort hinein tropfen, wo er jedoch nur wenig oder gar nicht verbrennt. Dies führt zu einem erhöhten Brennstoffverbrauch, zu zusätzlichen Schadstoffbelastungen des Abgases insbesondere mit Sickoxiden NOx, sowie zu Ablagerungen von unverbranntem Brennstoff an allen Teilen des Brennraums und der abgasführenden Komponenten.The spatial distance between valve seat and nozzle openings brings with it the following problem. Upon termination of the fuel injection, the nozzle needle is pressed into the valve seat, so that the fuel, which is located downstream of the valve seat - ie between the valve seat and nozzle holes - in the blind hole, is no longer supplied with the feed pressure. This part of the fuel can be undesirable Lead deposits in the nozzle head and after completion of the injection through the nozzle openings poorly atomized enter the combustion chamber, or drip into it, where it but little or no burn. This leads to an increased fuel consumption, to additional pollution of the exhaust gas, in particular with oxides of oxides NO x , as well as to deposits of unburned fuel in all parts of the combustion chamber and the exhaust gas-carrying components.
Zur Lösung dieses Problems sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden. Beispielsweise ist es bekannt, an der Düsennadel stromabwärts des Ventilsitzes ein Absperrelement vorzusehen, welches das Fliessen von Brennstoff durch die Düsenöffnungen verhindert, sobald die Düsennadel in den Ventilsitz gedrückt wird. Auch wenn sich solche Ausgestaltungen bewährt haben, so sind sie doch apparativ relativ aufwändig und dementsprechend kostenintensiv.To solve this problem, various proposals have already been made. For example, it is known to provide a shut-off element on the nozzle needle downstream of the valve seat, which prevents the flow of fuel through the nozzle openings as soon as the nozzle needle is pressed into the valve seat. Even if such refinements have proven to be useful, they are relatively complex in terms of apparatus and therefore cost-intensive.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, einen möglichst einfachen Düsenkopf für eine Brennstoffeinspritzdüse eines Grossdieselmotors vorzuschlagen, mit dem sich die genannten Probleme zumindest deutlich reduzieren lassen, welche durch den Brennstoff verursacht werden, der nach Beendigung der Einspritzung noch stromabwärts des Ventilsitzes vorhanden ist. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Düsenkopfes vorzuschlagen.Based on this prior art, it is therefore an object of the invention to provide a simple nozzle head for a fuel injector of a large diesel engine, which can be at least significantly reduce the problems mentioned, which are caused by the fuel, the downstream of the injection still downstream the valve seat is present. Furthermore, it is an object of the invention to propose a method for producing such a nozzle head.
Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.The objects of the invention solving this object are characterized by the features of the independent claim of the respective category.
Erfindungsgemäss wird also ein Düsenkopf vorgeschlagen für eine Brennstoffeinspritzdüse eines Grossdieselmotors, insbesondere eines längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotors, mit einem Längskanal, dem ein Brennstoff zuführbar ist, und welcher sich in einer axialen Richtung von einem oberen Ende bis zu einem unteren Ende erstreckt, sowie mit mindestens einem Düsenkanal, welcher sich von dem Längskanal bis zu einer Düsenöffnung erstreckt, durch welche der Brennstoff in einen Brennraum des Grossdieselmotors einbringbar ist, wobei jeder Düsenkanal einen Strömungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des Längskanals, und wobei das untere Ende des Längskanals bezüglich der axialen Richtung und bezüglich der normalen Gebrauchslage oberhalb jeder Düsenöffnung angeordnet ist.According to the invention, therefore, a nozzle head is proposed for a fuel injector of a large diesel engine, in particular a longitudinally flushed two-stroke large diesel engine, with a longitudinal channel to which a fuel can be supplied, and which extends in an axial direction from an upper end to a lower end, and at least a nozzle channel which extends from the longitudinal channel to a nozzle opening through which the fuel into a combustion chamber of the Large diesel engine can be introduced, wherein each nozzle channel has a flow cross-section which is smaller than the flow cross-section of the longitudinal channel, and wherein the lower end of the longitudinal channel with respect to the axial direction and with respect to the normal position of use is arranged above each nozzle opening.
Durch diese Ausgestaltung des Düsenkopfs, bei welcher sich der Längskanal nicht über im Wesentlichen die gesamte Länge des Düsenkopfs in axialer Richtung erstreckt, sondern bereits oberhalb jeder Düsenöffnung endet, lässt sich das Volumen zwischen dem Ventilsitz und den Düsenöffnungen im Vergleich zu bekannten Düsenköpfen drastisch verkleinern. In Verbindung mit dem kleineren Strömungsquerschnitt des mindestens einen Düsenkanals, resultiert somit eine wesentlich kleinere Brennstoffmenge, die sich nach Beendigung des Einspritzvorgangs, also wenn die Düsennadel wieder dichtend mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, stromabwärts des Ventilsitzes im Düsenkopf befindet. Folglich ist nach Beendigung des Einspritzvorgang stromabwärts des Ventilsitzes nur noch eine beträchtlich kleinere Menge an Brennstoff im Düsenkopf vorhanden, sodass die durch diesen Brennstoff verursachten negativen Effekte - insbesondere die schädlichen Emissionen, der Brennstoffverbrauch und die schädlichen Ablagerungen, erheblich reduziert werden. Da hierfür keine apparativ aufwändigen Massnahmen notwendig sind, ist ein solcher Düsenkopf auch besonders einfach in seiner Ausgestaltung.This configuration of the nozzle head, in which the longitudinal channel does not extend over substantially the entire length of the nozzle head in the axial direction, but already ends above each nozzle opening, the volume between the valve seat and the nozzle openings can be drastically reduced compared to known nozzle heads. In conjunction with the smaller flow cross section of the at least one nozzle channel, thus resulting in a much smaller amount of fuel, which is located after completion of the injection process, so when the nozzle needle again sealingly cooperates with the valve seat, downstream of the valve seat in the nozzle head. Consequently, after completion of the injection process downstream of the valve seat only a considerably smaller amount of fuel in the nozzle head is present, so that the negative effects caused by this fuel - especially the harmful emissions, fuel consumption and harmful deposits, are significantly reduced. Since no equipment-consuming measures are necessary for this, such a nozzle head is also particularly simple in its design.
Erfindungsgemäss wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemässen Düsenkopfes vorgeschlagen, bei welchem der Düsenkopf mithilfe eines additiven Bearbeitungsverfahrens hergestellt wird.According to the invention, a method is also proposed for producing a nozzle head according to the invention, in which the nozzle head is produced by means of an additive machining method.
Mit einem additiven Bearbeitungsverfahren bzw. mit einer additiven Fertigung, die auch als generative Fertigung bezeichnet wird, ist dabei ein Bearbeitungsverfahren gemeint, bei welchem Material aufgebracht oder aufgetragen wird. Üblicherweise werden bei einem additiven Bearbeitungsverfahren aus einem formlosen Material, beispielsweise Flüssigkeiten oder Pulver, oder aus einem formneutralen Material, beispielsweise band- oder drahtförmigem Material, mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse die gewünschten Strukturen generiert, z. B. durch Aufbauen auf einem Grundkörper. An sich bekannte additive Fertigungsmethoden für metallische Werkstoffe sind beispielsweise Auftragschweissverfahren, speziell Inert-Gas-Verfahren wie Wolfram-Inert-Gas-Schweissen (WIG) oder Laserauftragschweissen, oder Plasmaverfahren oder selektives Laserschmelzen (SLM Selective Laser Melting) oder Laser Sintern.With an additive processing method or with an additive manufacturing, which is also referred to as generative manufacturing, thereby a processing method is meant in which material is applied or applied. Usually, in an additive processing method of an informal material, such as liquids or powders, or of a form-neutral material, such as ribbon or wire-shaped material, the desired structures are generated by chemical and / or physical processes, eg. B. by building on a body. Well-known additive manufacturing methods for metallic materials are, for example, deposition welding processes, especially inert gas processes such as tungsten inert gas welding (TIG) or laser deposition welding, or plasma processes or selective laser melting (SLM) or laser sintering.
Im Vergleich zu subtraktiven Bearbeitungs- oder Fertigungsverfahren, bei welchen Material von einem Werkstück bzw. einem Rohling abgetragen bzw. entfernt wird, unterliegen additive Bearbeitungsverfahren zumindest fast keinen geometrischen Beschränkungen, sodass beliebig strukturierte Körper, insbesondere solch mit inneren Kavitäten hergestellt werden können. Subtraktive Bearbeitungen umfassen beispielsweise alle Formen der zerspanenden Fertigung, womit - wie allgemein üblich - eine Fertigung gemeint ist, bei welcher zur Erzielung einer gewünschten geometrischen Form überschüssiges Material in Form von Spänen von einem Rohling bzw. einem Werkstück abgetrennt wird. Zerspanende Fertigungen sind beispielsweise Fräsen, Drehen, Bohren, Hobeln, Feilen, Schleifen, Hohnen oder Läppen, um nur einige Beispiele zu erwähnen.Compared to subtractive processing or manufacturing processes, in which material is removed or removed from a workpiece or a blank, additive processing methods are subject to at least almost no geometric restrictions, so that arbitrarily structured bodies, in particular those with internal cavities, can be produced. By way of example, subtractive processes include all forms of machining production, which means, as is generally customary, a production in which excess material in the form of chips is separated from a blank or a workpiece in order to achieve a desired geometric shape. Machining operations include, for example, milling, turning, drilling, planing, filing, grinding, honing or lapping, to name but a few examples.
Da erfindungsgemäss der Düsenkopf mithilfe eines additiven Bearbeitungsverfahrens hergestellt wird, unterliegt seine konkrete geometrische Ausgestaltung praktisch keinen Grenzen.Since, according to the invention, the nozzle head is produced by means of an additive machining method, its concrete geometrical configuration is subject to virtually no limits.
Gemäss einer Ausführungsform wird der gesamte Düsenkopf mit dem additiven Bearbeitungsverfahren hergestellt, d.h., der gesamte Düsenkopf wird generativ aufgebaut.According to one embodiment, the entire nozzle head is manufactured by the additive machining method, that is, the entire nozzle head is constructed generatively.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird mit dem additiven Bearbeitungsverfahren ein Einsatz hergestellt, in welchem alle Düsenkanäle angeordnet sind, und der Einsatz wird in eine Längsbohrung des Düsenkopfs eingesetzt, welche sich in axialer Richtung erstreckt, und welche Längsbohrung den Längskanal umfasst.According to a preferred embodiment, the additive machining method produces an insert in which all the nozzle channels are arranged, and the insert is inserted into a longitudinal bore of the nozzle head, which extends in the axial direction, and which longitudinal bore comprises the longitudinal channel.
Dabei ist es bevorzugt, dass der Einsatz so ausgestaltet ist, dass er mit seiner gesamten äusseren Begrenzungsfläche an der die Längsbohrung begrenzenden Wandung anliegt, die Längsbohrung bezüglich der radialen Richtung also komplett ausfüllt. Vorzugsweise hat der Einsatz eine zylindrische Form, wobei sein Aussendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Längsbohrung entspricht, sodass der Einsatz in die Längsbohrung eingesetzt werden kann und mit seiner äusseren Begrenzungsfläche an der Wandung anliegt, welche die Längsbohrung bezüglich der radialen Richtung begrenzt.It is preferred that the insert is designed so that it with its entire outer boundary surface on the longitudinal bore abuts limiting wall, so the longitudinal bore with respect to the radial direction so completely fills. Preferably, the insert has a cylindrical shape, wherein its outer diameter substantially corresponds to the inner diameter of the longitudinal bore, so that the insert can be inserted into the longitudinal bore and rests with its outer boundary surface on the wall which limits the longitudinal bore with respect to the radial direction.
Jeder Düsenkanal ist als innerer Kanal ausgestaltet, der sich vollständig im Inneren des Einsatzes befindet. Das heisst, jeder Düsenkanal wird vollständig von dem Einsatz umschlossen, sodass nur der Einsatz selbst jeden Düsenkanal begrenzt. Insbesondere wird dadurch vermieden, dass andere Komponenten wie beispielsweise die Wandung, welche die Längsbohrung begrenzt, eine Begrenzung für den Düsenkanal bildet.Each nozzle channel is designed as an inner channel, which is located completely inside the insert. This means that each nozzle channel is completely enclosed by the insert, so that only the insert itself limits each nozzle channel. In particular, this avoids that other components such as the wall, which limits the longitudinal bore, forms a boundary for the nozzle channel.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass nicht nur die Düsenkanäle in praktisch beliebiger Geometrie hergestellt werden können, sondern dass der Einsatz mit den Düsenkanälen auch in die Längsbohrung bzw. in das Sackloch eines an sich bekannten konventionellen Düsenkopfs eingesetzt werden kann, um einen erfindungsgemässen Düsenkopf zu realisieren. Diese Ausführungsform ermöglicht es somit insbesondere auch, einen bereits vorhandenen konventionellen Düsenkopf in einen erfindungsgemässen umzugestalten. Dazu kann es notwendig sein, in dem konventionellen Düsenkopf die Längsbohrung bzw. die Sacklochbohrung zu erweitern, sodass der additiv gefertigte Einsatz mit den Düsenkanälen in diese Längsbohrung eingesetzt werden kann.This embodiment has the advantage that not only the nozzle channels in virtually any geometry can be produced, but that the use of the nozzle channels in the longitudinal bore or in the blind hole of a known conventional nozzle head can be used to a novel nozzle head realize. This embodiment thus also makes it possible, in particular, to reshape an existing conventional nozzle head into an inventive device. For this purpose, it may be necessary to extend the longitudinal bore or the blind hole in the conventional nozzle head, so that the additively manufactured insert can be used with the nozzle channels in this longitudinal bore.
Der Einsatz ist bevorzugt so gefertigt, dass er über seinen gesamten Umfang an der inneren Wandung der Längsbohrung anliegt, sodass der Brennstoff aus dem Längskanal im Wesentlichen nur durch den Düsenkanal bzw. die Düsenkanäle in den Brennraum gelangen kann.The insert is preferably made so that it rests over its entire circumference on the inner wall of the longitudinal bore, so that the fuel from the longitudinal channel can pass substantially only through the nozzle channel or the nozzle channels into the combustion chamber.
Das additive Bearbeitungsverfahren hat, wie bereits erwähnt, insbesondere den Vorteil, dass der Düsenkanal oder die Düsenkanäle mit einer beliebigen Geometrie hergestellt werden kann/können. Somit ist es möglich, jeden Düsenkanal in freier, beliebiger Form herzustellen, und ihn somit für den jeweiligen Anwendungsfall zu optimieren. Dadurch lassen sich Kavitationen zumindest reduzieren und ein störungsfreier, optimaler Strömungsverlauf für den Brennstoff ist realisierbar. Auch Ablagerungen im Düsenkopf können zumindest deutlich reduziert werden.The additive machining method has, as already mentioned, in particular the advantage that the nozzle channel or the nozzle channels can be made with any geometry / can. Thus, it is possible to produce each nozzle channel in free, arbitrary form, and thus for the to optimize the respective application. As a result, cavitations can be at least reduced and a trouble-free, optimal flow pattern for the fuel can be realized. Even deposits in the nozzle head can be significantly reduced at least.
Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung mit dem Einsatz ist es, dass er aus einem anderen Material gefertigt werden kann als der Rest des Düsenkopfes. Da der Einsatz den extrem herausfordernden Umgebungsbedingungen im Brennraum selbst nicht ausgesetzt ist, kann für ihn ein Werkstoff gewählt werden, der unter Aspekten wie beispielsweise Kostenoptimierung und möglichst guter Durchleitung des Brennstoffs ausgewählt wird, während für den Rest des Düsenkopfes ein anderes an sich bewährtes Material gewählt wird, das besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Bedingungen im Brennraum ist.Another advantage of the embodiment with the insert is that it can be made of a different material than the rest of the nozzle head. Since the use is not exposed to the extremely challenging environmental conditions in the combustion chamber itself, a material can be selected for it, which is selected from aspects such as cost optimization and the best possible passage of the fuel, while selected for the rest of the nozzle head another proven material which is particularly advantageous in terms of the conditions in the combustion chamber.
Im Hinblick auf die apparativen Aspekte ist es bevorzugt, wenn der Düsenkopf eine Mehrzahl von Düsenkanälen aufweist, von denen sich jeder jeweils von dem Längskanal bis zu einer Düsenöffnung erstreckt, durch welche der Brennstoff in den Brennraum des Grossdieselmotors einbringbar ist. Durch diese Massnahme lässt sich eine besonders günstige Verteilung des Brennstoffs im Brennraum des Zylinders gewährleisten.With regard to the apparatus aspects, it is preferred if the nozzle head has a plurality of nozzle channels, each of which extends in each case from the longitudinal channel to a nozzle opening, through which the fuel can be introduced into the combustion chamber of the large diesel engine. By this measure, a particularly favorable distribution of the fuel in the combustion chamber of the cylinder can be ensured.
Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung hat der Düsenkopf eine Längsbohrung, welche sich in axialer Richtung erstreckt, wobei die Längsbohrung den Längskanal umfasst, und wobei in der Längsbohrung ein Einsatz vorgesehen ist, in welchem alle Düsenkanäle angeordnet sind. Wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren erläutert, hat diese Ausgestaltung einige Vorteile. Der Einsatz mit dem zumindest einen Düsenkanal wird in die Längsbohrung des Düsenkopfs eingesetzt, sodass der bezüglich der normalen Gebrauchslage obere Teil der Längsbohrung des Düsenkopfs den Längskanal bildet, an den sich stromabwärts der Einsatz mit dem mindestens einen Düsenkanal anschliesst, durch welchen der Brennstoff aus dem Längskanal in den Brennraum gelangen kann.According to a preferred embodiment, the nozzle head has a longitudinal bore which extends in the axial direction, wherein the longitudinal bore comprises the longitudinal channel, and wherein in the longitudinal bore an insert is provided, in which all the nozzle channels are arranged. As already explained in connection with the method according to the invention, this embodiment has several advantages. The insert with the at least one nozzle channel is inserted into the longitudinal bore of the nozzle head, so that with respect to the normal position of use upper part of the longitudinal bore of the nozzle head forms the longitudinal channel, followed by the downstream of the insert with the at least one nozzle channel, through which the fuel from the Longitudinal channel can enter the combustion chamber.
Dabei ist es aus den bereits genannten Gründen bevorzugt, wenn der Einsatz aus einem Material gefertigt ist, das verschieden ist von dem Material, aus welchem der Rest des Düsenkopfes besteht. In der Wandung des Düsenkopfs sind dann eine oder mehrere Bohrungen vorgesehen, welche die Düsenöffnungen bilden, durch welche der Brennstoff aus dem jeweiligen Düsenkanal in den Brennraum gelangen kann.It is preferred for the reasons already mentioned, if the insert is made of a material that is different from the material, from which is the rest of the nozzle head. In the wall of the nozzle head then one or more holes are provided which form the nozzle openings through which the fuel can pass from the respective nozzle channel into the combustion chamber.
Im Hinblick auf eine möglichst gute Verteilung des Brennstoffs im Brennraum ist es bevorzugt, wenn jeder Düsenkanal so ausgestaltet ist, dass der Brennstoff unter einem Einspritzwinkel geneigt zur axialen Richtung aus der jeweiligen Düsenöffnung austreten kann, wobei jeder Einspritzwinkel kleiner als 90° und vorzugsweise kleiner als 80° ist. Mit dem Einspritzwinkel ist dabei der kleinere der beiden Winkel gemeint, welche die Flächennormale der Düsenöffnung mit der axialen Richtung einschliesst.With regard to the best possible distribution of the fuel in the combustion chamber, it is preferred if each nozzle channel is designed so that the fuel at an injection angle inclined to the axial direction can escape from the respective nozzle opening, each injection angle less than 90 ° and preferably less than 80 ° is. With the injection angle is meant the smaller of the two angles, which includes the surface normal of the nozzle opening with the axial direction.
Um eine möglichst optimale Brennstoffeinspritzung zu gewährleisten, ist es bevorzugt, wenn mindestens zwei Düsenkanäle vorgesehen sind, die unterschiedliche Einspritzwinkel aufweisen.In order to ensure the best possible fuel injection, it is preferred if at least two nozzle channels are provided which have different injection angles.
Eine weitere bevorzugte Massnahme ist es, wenn jeder Düsenkanal so ausgestaltet ist, dass er in axialer Richtung in den Längskanal einmündet. Durch diese Massnahme lässt sich der Strömungswiderstand für den Brennstoff beim Übergang aus dem Längskanal in jeden Düsenkanal minimieren, weil sich jeder Düsenkanal in der Nähe des Längskanals in gleicher Richtung erstreckt wie der Längskanal, sodass der Brennstoff beim Übergang aus dem Längskanal in den Düsenkanal nicht umgelenkt werden muss. Hierdurch lassen sich insbesondere auch erosionsbedingte Degradationseffekte vermeiden.Another preferred measure is when each nozzle channel is designed so that it opens in the axial direction in the longitudinal channel. By this measure, the flow resistance for the fuel at the transition from the longitudinal channel can be minimized in each nozzle channel, because each nozzle channel in the vicinity of the longitudinal channel extends in the same direction as the longitudinal channel, so that the fuel is not deflected in the transition from the longitudinal channel in the nozzle channel must become. As a result, in particular erosion-related degradation effects can be avoided.
Auch kann es je nach Anwendung vorteilhaft sein, wenn mindestens ein Düsenkanal in einem an die Düsenöffnung angrenzenden Bereich sich erweiternd oder sich verjüngend ausgestaltet ist. Hierdurch kann sich das Strömungsverhalten des Brennstoffs optimieren lassen.Depending on the application, it may also be advantageous if at least one nozzle channel is widening or tapering in a region adjoining the nozzle opening. As a result, the flow behavior of the fuel can be optimized.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn jeder Düsenkanal frei von Kanten und Ecken ausgestaltet ist, denn hierdurch lassen sich Ablagerungen, Erosionserscheinungen und Kavitationen zumindest deutlich reduzieren, die üblicherweise verstärkt an scharfen Kanten oder Ecken auftreten können und zu verstärktem Verschleiss führen.In particular, it is advantageous if each nozzle channel is designed free of edges and corners, because this can at least significantly reduce deposits, erosion phenomena and cavitations, the Usually increased on sharp edges or corners can occur and lead to increased wear.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass der mindestens eine Düsenkanal bogenförmig oder gekrümmt ausgestaltet ist. Durch die bogenförmige oder gekrümmte Ausgestaltung lässt sich die Strömung des Brennstoffs besonders verlustfrei und vorteilhaft aus der axialen Richtung in die gewünschte Einspritzrichtung überführen.A further preferred embodiment is that the at least one nozzle channel is designed arcuate or curved. Due to the arcuate or curved configuration, the flow of the fuel can be transferred particularly lossless and advantageous from the axial direction in the desired injection direction.
Auch ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei Düsenkanäle vorgesehen sind, welche einen gekrümmten Bereich aufweisen, wobei die Krümmungen der beiden Düsenkanäle in dem gekrümmten Bereich unterschiedlich sind. Durch diese Ausgestaltung lassen sich besonders gut unterschiedliche Einspritzwinkel für den Brennstoff realisieren, wobei Kavitationen und erosionsbedingte Verschleisserscheinungen zumindest deutlich reduziert werden.It is also advantageous if at least two nozzle channels are provided, which have a curved region, wherein the curvatures of the two nozzle channels are different in the curved region. This configuration makes it possible to realize particularly different injection angles for the fuel, with cavitations and erosion-related wear phenomena being at least significantly reduced.
Durch die Erfindung wird ferner ein Grossdieselmotor, insbesondere ein längsgespülter Zweitakt-Grossdieselmotor vorgeschlagen mit einer Brennstoffeinspritzdüse, welche einen Düsenkopf umfasst, welcher erfindungsgemäss ausgestaltet oder gemäss einem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt ist.The invention further proposes a large diesel engine, in particular a longitudinally purged two-stroke large diesel engine, with a fuel injection nozzle which comprises a nozzle head which is designed according to the invention or produced according to a method according to the invention.
Weitere vorteilhafte Massnahmen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous measures and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1:
- einen Längsschnitt durch eine Brennstoffeinspritzdüse eines Grossdieselmotors gemäss Stand der Technik,
- Fig. 2:
- eine schematische Längsschnittdarstellung des Düsenkopfs der Brennstoffeinspritzdüse aus
Fig. 1 , und - Fig. 3:
- einen schematische Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Düsenkopfs.
- Fig. 1:
- a longitudinal section through a fuel injector of a large diesel engine according to the prior art,
- Fig. 2:
- a schematic longitudinal sectional view of the nozzle head of the fuel injector
Fig. 1 , and - 3:
- a schematic longitudinal sectional view of an embodiment of an inventive nozzle head.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sind relative Lagebezeichnungen, wie "unten", "oben", "unterhalb", "oberhalb", usw. so zu verstehen, dass sie sich jeweils auf die normale Gebrauchslage beziehen.In the context of the present application, relative position designations, such as "below", "above", "below", "above", etc., are to be understood as referring in each case to the normal position of use.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst anhand der
Die bekannte Brennstoffeinspritzdüse 10' umfasst einen Düsenkörper 11' mit einem Düsenkopf 1', der mit dem Düsenkörper 11' verbunden ist. Die Verbindung erfolgt hier mittels einer Haltehülse 12', die sich an ihrem darstellungsgemäss unteren Ende zur Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse 10' hin verjüngt. Durch die Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse 10', die gleichzeitig auch die Längsachse des Düsenkopfs 1' ist, wird eine axiale Richtung A` festgelegt. Die Haltehülse 12' ist mittels einer Überwurfmutter 13' sowie eines elastischen Elements 14', zum Beispiel eines Sprengrings, am Düsenkörper 11' befestigt. Der Düsenkopf 1' stützt sich in dem sich verjüngenden Teil der Haltehülse 12' ab.The known fuel injection nozzle 10 'comprises a nozzle body 11' with a nozzle head 1 ', which is connected to the nozzle body 11'. The connection takes place here by means of a holding sleeve 12 ', which tapers at its lower end according to the illustration to the longitudinal axis of the fuel injector 10' out. Through the longitudinal axis of the fuel injector 10 ', which is also the longitudinal axis of the nozzle head 1' at the same time, an axial direction A 'is set. The retaining sleeve 12 'is by means of a union nut 13' and an elastic member 14 ', for example a snap ring, attached to the nozzle body 11'. The nozzle head 1 'is supported in the tapered part of the retaining sleeve 12'.
Zum besseren Verständnis zeigt
Der Düsenkopf 1' weist eine Längsbohrung 5' auf und im Bereich seines unteren Endes mindestens eine Düsenöffnung 3', typischerweise mehrere z. B. fünf Düsenöffnungen 3', die mit der Längsbohrung 5' verbunden sind, sodass der Brennstoff durch die Düsenöffnungen 3' in den Brennraum 20' austreten kann.The nozzle head 1 'has a longitudinal bore 5' and in the region of its lower end at least one nozzle opening 3 ', typically several z. B. five nozzle openings 3 ', which are connected to the longitudinal bore 5', so that the fuel through the nozzle openings 3 'in the combustion chamber 20' can escape.
Im Innern des Düsenkörpers 11' ist ein Druckraum 14' vorgesehen, in welchen eine Zuführleitung 15' für den Brennstoff einmündet. Durch die Zuführleitung 15' kann der Brennstoffeinspritzdüse 10' der unter Hochdruck stehende Brennstoff aus einem Vorratsbehälter, üblicherweise einem Akkumulator eines Common Rail Systems, zugeführt werden. Der Druckraum 14' wird in axialer Richtung A' von einem Ventilsitz 16' begrenzt. Ferner ist im Innern des Düsenkörpers 11' eine Düsennadel 17' angeordnet, die sich im Wesentlichen in axialer Richtung A' erstreckt, und die mit dem Ventilsitz 16' zusammenwirkt. In der in
Das Volumen der Längsbohrung 5' stromabwärts des Ventilsitzes 16' wird üblicherweise als Sackloch oder Sacklochvolumen bezeichnet.The volume of the longitudinal bore 5 'downstream of the valve seat 16' is commonly referred to as a blind hole or blind hole volume.
Die Längsbohrung 5' ist bei dem hier beschriebenen Beispiel als im wesentlichen zylindrische Bohrung ausgestaltet, die sich in axialer Richtung A' erstreckt und eine Länge L' aufweist (siehe
Die Düsennadel 17' ist in einer in axialer Richtung A' verlaufenden Bohrung 18' des Düsenkörpers 11' angeordnet, die in
Wie dies insbesondere die schematische Darstellung in
Der Düsenkopf 1 weist einen Längskanal 2 auf, welcher sich in einer axialen Richtung A von einem oberen Ende 21 bis zu einem unteren Ende 22 erstreckt und die Länge L1 hat. Der Längskanal 2 ist vorzugsweise zylindrisch ausgestaltet und hat einen Durchmesser D. In analoger Weise, wie dies anhand von
Der Düsenkopf 1 weist ferner mindestens einen Düsenkanal 4 auf, welcher sich von dem Längskanal 2 bis zu einer Düsenöffnung 3 erstreckt, durch welche der Brennstoff in den Brennraum des Zylinders einbringbar ist. Üblicherweise umfasst der Düsenkopf 1 mehrere separate Düsenöffnungen 3, von denen dann jede jeweils durch einen Düsenkanal 4 mit dem Längskanal 2 verbunden ist. In der schematischen Darstellung in
Jeder Düsenkanal 4 hat dabei einen Strömungsquerschnitt der deutlich kleiner, beispielsweise mindestens fünfmal kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des Längskanals 2. Mit dem Strömungsquerschnitt ist dabei jeweils die Fläche gemeint, die senkrecht auf der Hauptströmungsrichtung des Brennstoffs steht.Each
Erfindungsgemäss ist das untere Ende 22 des Längskanals 2 bezüglich der axialen Richtung und bezüglich der in
Der Düsenkopf 1 wird mithilfe eines additiven Bearbeitungsverfahrens hergestellt. Diese Bearbeitungs- oder Herstellungsverfahren werden auch als generative Verfahren bzw. als generative Fertigung bezeichnet. Mit einem additiven Bearbeitungsverfahren bzw. mit einer additiven Fertigung, ist dabei ein Verfahren gemeint, bei welchem Material aufgebracht oder aufgetragen wird, um den entsprechenden Körper aufzubauen. Üblicherweise werden bei einem additiven Bearbeitungsverfahren aus einem formlosen Material, beispielsweise Flüssigkeiten oder Pulver, oder aus einem formneutralen Material, beispielsweise band- oder drahtförmigem Material, mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse die gewünschten Strukturen generiert, z. B. durch Aufbauen auf einem Grundkörper. An sich bekannte additive Fertigungsmethoden für metallische Werkstoffe sind beispielsweise Auftragschweissverfahren, speziell Inert-Gas-Verfahren wie Wolfram-Inert-Gas-Schweissen (WIG) oder Laserauftragschweissen, oder Plasmaverfahren oder selektives Laserschmelzen (SLM Selective Laser Melting) oder Laser Sintern.The
Die additive oder generative Fertigung hat insbesondere den Vorteil, dass sie praktisch keinen geometrischen Beschränkungen unterliegen, sodass insbesondere auch Körper mit beliebig geformten inneren Kavitäten hergestellt werden können. Dies hat im Hinblick auf den Düsenkanal 4 bzw. die Düsenkanäle 4 den erheblichen Vorteil, dass jeder Düsenkanal 4 mit nahezu beliebiger Geometrie herstellbar ist. So kann die jeweilige Geometrie des Düsenkanals 4 unter verschiedenen Aspekten optimiert werden, beispielsweise unter den Aspekten, Kavitationen zumindest deutlich zu reduzieren, erosionsbedingte Degradationen so weit wie möglich zu verringern, Ablagerungen in dem Düsenkanal 4 zu vermeiden, das Strömungsverhalten des Brennstoffs zu optimieren, oder eine optimale Zerstäubung bzw. Verteilung des Brennstoffs im Brennraum zu realisieren.The additive or generative production has the particular advantage that they are subject to virtually no geometric restrictions, so that in particular bodies with arbitrarily shaped inner cavities can be produced. With regard to the
Bei dem in
Jeder Düsenkanal 4 ist als innerer Kanal ausgestaltet, der sich vollständig im Inneren des Einsatzes 6 befindet. Jeder Düsenkanal 4 wird also lateral vollumfänglich von dem Einsatz 6 begrenzt. Das ist insbesondere so zu verstehen, dass der Düsenkanal 4 bzw. die Düsenkanäle 4 nicht in der Oberfläche des Einsatzes 6 angeordnet ist/sind, welche den Einsatz 6 in radialer Richtung begrenzt, sondern eben im Inneren des Einsatzes 6. Lediglich die Mündungen der Düsenkanäle 4 einerseits in die Düsenöffnungen 3 und andererseits in den Längskanal 2 befinden sich in der Oberfläche des Einsatzes 6.Each
Der Einsatz 6 mit den Düsenkanälen 4 wird mit einem additiven Bearbeitungsverfahren hergestellt.The
Vorzugsweise kann für die Herstellung des Düsenkopfes 1 ein an sich bekannter Düsenkopf verwendet werden, wie er beispielsweise in
Falls für die Herstellung des Düsenkopfes 1 ein an sich bekannter Düsenkopf 1' verwendet wird, kann es je nach Anwendung vorteilhaft sein, den ursprünglichen Durchmesser D' (
Es versteht sich, dass bei der Herstellung des Einsatzes 6 die Austrittsöffnungen aller Düsenkanäle 4 so angeordnet werden, dass sie nach dem Platzieren des Einsatzes 6 in die Längsbohrung 5 jeweils mit einer der Düsenöffnungen 3 in der Wandung 7 des Düsenkopfes 1 fluchten.It is understood that in the production of the
Die Massnahme, den Düsenkopf 1 ausgehend von einem an sich bekannten Düsenkopf 1' herzustellen, hat mehrere Vorteile. So kann das äussere Design des Düsenkopfs 1, womit insbesondere die Anordnung und die Ausgestaltung der Düsenöffnungen 3 gemeint ist, von einem an sich bekannten Düsenkopf übernommen werden. Ferner kann der Düsenkopf 1 problemlos in eine existierende Brennstoffdüse eingesetzt werden, ohne dass dafür bauliche Änderungen oder Anpassungen notwendig sind. Auch ist es möglich, einen bereits existierenden Düsenkopf in einen erfindungsgemässen Düsenkopf 1 umzurüsten oder nachzurüsten, indem in die Längsbohrung 5' des existierenden Düsenkopfs 1' eventuell nach einer Vergrösserung des Durchmessers D' der ursprünglichen Längsbohrung 5' der additiv gefertigte Einsatz 6 eingesetzt wird.The measure of producing the
Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung mit dem Einsatz 6 besteht darin, dass er aus einem anderen Material gefertigt werden kann als der Rest des Düsenkopfs 1, also beispielsweise seine Wandung 7. Hierdurch ist es möglich, für die Herstellung des Düsenkopfs 1 - mit Ausnahme des Einsatzes 6 - ein bewährtes Material zu verwenden, dass insbesondere im Hinblick auf die äussert anspruchsvollen Bedingungen im Brennraum, beispielsweise die enormen thermischen Belastungen geeignet ist. Solche an sich bekannten Werkstoffe für die Herstellung eines Düsenkopfs 1 eines Grossdieselmotors sind beispielsweise Stähle oder Legierungen auf Nickel- oder Cobaltbasis, beispielsweise Stellite 6. Diese Materialien sind insbesondere auch im Hinblick auf Erosion, Abrasion und Kavitation speziell in den Düsenöffnungen 3 geeignet.Another advantage of the embodiment with the
Für die Herstellung des Einsatzes 6 kann dann ein anderes Material, vorzugsweise ein metallisches Material gewählt werden, weil der Einsatz 6 selbst den extremen Bedingungen im Brennraum nicht ausgesetzt ist, sondern durch die Wandung 7 des Düsenkopfs 1 geschützt ist. Man hat also jetzt eine deutlich höhere Flexibilität bei der Auswahl eines geeigneten Materials, mit dem der Einsatz 6 des Düsenkopfs 1 in additiver Fertigung aufgebaut wird. Das Material für den Einsatz 6 kann beispielsweise unter dem Aspekt der Kosten oder einer möglichst optimalen Führung des Brennstoffs ausgewählt werden.For the production of the
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Ausgestaltung des Düsenkopfs 1 ist es, dass die jeweilige Strömungsverbindung zwischen dem Längskanal 2 und der Düsenöffnung 3, also der jeweilige Düsenkanal 4, freiformig ausgestaltet werden kann, also insbesondere praktisch keinen geometrischen Beschränkungen unterworfen ist. Somit kann jeder Düsenkanal 4 im Hinblick auf ein optimales Strömungsverhalten des Brennstoffs bzw. im Hinblick auf eine optimale Führung des Brennstoffs ausgestaltet werden. Somit lässt sich jeder Düsenkanal 4 insbesondere auch bezüglich Kavitationen, Erosion, Abrasion und einer möglichst effizienten Einbringung des Brennstoffs in den Brennraum optimieren.A particular advantage of the inventive design of the
Im Folgenden werden in einer nicht abschliessenden Aufzählung einige bevorzugte Massnahmen und Varianten zur Ausgestaltung des jeweiligen Düsenkanals 4 erläutert.In the following, some preferred measures and variants for the design of the
Vorzugsweise ist jeder Düsenkanal 4 so ausgestaltet, dass der Brennstoff unter einem Einspritzwinkel α geneigt
Auch ist es vorteilhaft, wenn auch nicht zwingend, dass, wie in
Auch kann es vorteilhaft sein, dass der Düsenkanal 4 insbesondere in einem an die Düsenöffnung 3 angrenzenden Bereich sich erweiternd oder sich verjüngend ausgestaltet ist. Durch diese Massnahme kann die Zerstäubung des Brennstoffs im Brennraum verbessert werden.It may also be advantageous that the
Insbesondere ist es bevorzugt, wie dies auch in
Dabei ist es insbesondere auch vorteilhaft, wenn mindestens zwei Düsenkanäle 4 vorgesehen sind, welche einen gekrümmten Bereich aufweisen, wobei die Krümmungen der beiden Düsenkanäle 4 in dem gekrümmten Bereich unterschiedlich sind. Dies ist in
Gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der gesamte Düsenkopf mithilfe eines additiven Bearbeitungsverfahrens hergestellt. Bei dieser Ausführungsform ist also kein Einsatz 6 vorgesehen, sondern der Düsenkopf 1 wird gesamthaft in additiver bzw. generativer Fertigung aufgebaut. Ansonsten gelten die vorangehenden Erläuterungen in sinngemäss gleicher Weise auch für die Ausgestaltung ohne Einsatz 6.According to another embodiment of the invention, the entire nozzle head is manufactured by means of an additive machining process. In this embodiment, therefore, no
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1992019859A1 (en) * | 1991-05-09 | 1992-11-12 | Lucas Industries Public Limited Company | Fuel injection nozzle |
EP1566539A1 (en) * | 2004-02-23 | 2005-08-24 | Wärtsilä Schweiz AG | Fuel injector |
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Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4336972A1 (en) * | 1993-10-29 | 1995-05-04 | Bosch Gmbh Robert | Fuel injection nozzle for internal combustion engines |
ES2131299T3 (en) * | 1993-12-21 | 1999-07-16 | Bosch Gmbh Robert | SPRAY FILTER AND FUEL INJECTOR WITH A SPRAY FILTER. |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1992019859A1 (en) * | 1991-05-09 | 1992-11-12 | Lucas Industries Public Limited Company | Fuel injection nozzle |
EP1566539A1 (en) * | 2004-02-23 | 2005-08-24 | Wärtsilä Schweiz AG | Fuel injector |
DE102012006167A1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-02 | L'orange Gmbh | Nozzle assembly for fuel injector for injecting fuel into e.g. petrol engine for motor car, has flow guidance body whose flow guidance portion is extended into drill channel in adjacent to spraying hole of nozzle cap in body |
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