DE10146642A1

DE10146642A1 - Verfahren zur Brennraumeinspritzung

Info

Publication number: DE10146642A1
Application number: DE2001146642
Authority: DE
Inventors: Juergen Steinwandel; Rainer Willneff
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff in einen Brennraum (5) mittels eines in den Brennraum (5) ragenden Düsenkörpers (1), welcher zwei oder mehrere Spritzlöcher (2, 3) umfaßt, deren Flüssigkeitsstrahlen sich im Brennraum (5) treffen. Gemäß der Erfindung treffen sich die, aus den paarweise im Düsenkörper (1) angeordneten Spritzlöchern (2, 3) austretenden Flüssigkeitsstrahlen hinsichtlich ihrer Mittelachse derart versetzt zueinander in einem Auftreffpunkt im Brennraum (5), dass aus den Flüssigkeitsstrahlen ein Wirbel resultiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 3 und 5.

Aus EP 0 152 775 A2 ist eine Vorrichtung zur Einspritzung von Brennstoff in einen Brennraum für einen Dieselmotor bekannt. In einem Düsenkopf sind Spritzlöcher ausgeführt, die derart zueinander ausgerichtet sind, dass die austretenden Flüssigkeitsstrahlen (Brennstoffstrahlen) im Brennraum, eine Staufläche bildend, aufeinanderprallen. In einer weiteren in EP 0 152 775 A2 beschriebenen Ausführung sind die Spritzlöcher derart zueinander ausgerichtet, dass im Brennraum Staufläche in verschiedenen Ebenen gebildet werden.

Der Nachteil, der sich aus der Bildung von Stauflächen ergibt ist, dass sich aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit (Brennstoff) große Tropfen bilden, die sich im Brennraum verteilen und nachteilig die Brennraumwände benetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben mit dem es möglich ist eine Brennstoffeinspritzung derart zu realisieren, dass der Brennstoff ohne Bildung von Stauflächen im Brennraum fein zerstäubt wird. Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 3 und 5 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand eines Unteranspruchs.

Erfindungsgemäß treffen sich die aus den paarweise im Düsenkörper angeordneten Spritzlöchern austretenden Flüssigkeitsstrahlen hinsichtlich ihrer Mittelachse derart versetzt zueinander in einem Auftreffpunkt im Brennraum, dass aus den Flüssigkeitsstrahlen ein Wirbel resultiert

Die sich gegeneinander versetzt treffenden, insbesondere sich streifenden oder sich tangential berührenden, Flüssigkeitsstrahlen werden im Auftreffpunkt (Berührungspunkt) infolge der Drehimpuls- und Energieerhaltung in einen einzigen resultierenden, rotierenden Nebel (Wirbel) aus feinsten Tröpfchen transformiert.

Im Berührungspunkt der Flüssigkeitsstrahlen kommt es durch die Oberflächenspannung zu einer temporären Vereinigung der Flüssigkeitsstrahlen unter Bildung eines Wirbels, der durch die Impulszufuhr aus den Strahlen platzt und somit eine Vernebelung der Strahlen erzwingt. Die kinetische Energie der Flüssigkeitsstrahlen wird so infolge der hohen Scherkräfte, welche beim gegenseitigen Auftreffen der Flüssigkeitsstrahlen entstehen, in Tropfenfragmentierung - auch als Feinzerstäubung bezeichnet - umgesetzt. Der translatorische Impuls der Flüssigkeitsstrahlen wird in den Drehimpuls des resultierenden Nebels umgesetzt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, durch Kollision von Flüssigkeitsstrahlen eine Zerstäubung der Flüssigkeit im Brennraum zu erreichen, ohne dass es dabei zu einer Bildung einer Staufläche kommt. Dadurch wird außerdem eine räumliche Vernebelung der Flüssigkeitsstrahlen im Brennraum erzielt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, die Verbesserung der Durchmischung von Brennstoff und Brennluft. Hieraus resultieren weitere Vorteile hinsichtlich einer Reduzierung des Brennstoffverbrauchs, sowie hinsichtlich einer Reduzierung von Schadstoffen, insbesondere Partikel, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide.

In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahren weisen die Flüssigkeitsstrahlen zueinander einen Winkel von 90° auf. Durch diese Geometrie wird gewährleistet, dass es zu einer optimalen Vereinigung der beiden Flüssigkeitsstrahlen in Auftreffpunkt kommt, ohne dass am Auftreffpunkt der Flüssigkeitsstrahlen eine Staufläche gebildet wird oder dass die sich treffenden Strahlen voneinander abprallen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt bei direkteinspritzenden Kolbenmotoren, z. B. Diesel- oder Ottomotoren oder bei thermischen Strömungsmaschinen, z. B. Fluggasturbinen eingesetzt werden.

In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verlaufen die aus den Spritzlöchern austretenden Flüssigkeitsstrahlen in zueinander parallelen Ebenen. Der Abstand der beiden Ebenen ist dabei vorteilhaft kleiner oder gleich dem Durchmesser der Spritzlöcher. Somit wird gewährleistet, dass sich die Flüssigkeitsstrahlen zumindest in ihren Randbereichen zur Erzeugung der hydrodynamischen Wechselwirkung zwischen den Flüssigkeitsstrahlen überlappen. Der Überlapp - der Bereich in dem sich Flüssigkeitsstrahlen treffen - beträgt insbesondere einige 1/10 mm.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung spannen paarig zueinander im Düsenkörper angeordnete Spritzlöcher eine erste Ebene auf. Ein Flüssigkeitsstrahl eines Spritzlochs verläuft dabei in dieser ersten Ebene. Der andere Flüssigkeitsstrahl des anderen Spritzlochs verläuft in einer zweiten Ebene, die nicht parallel zu der erste Ebene ist. Hierbei wird ebenfalls gewährleistet, dass sich die beiden Flüssigkeitsstrahlen zumindest in ihren Randbereichen überlappen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Spritzlöchern in Seitenansicht,
Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Spritzlöchern in Draufsicht,
Fig. 3 eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Spritzlöchern in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung einer Einspritzvorrichtung bestehend aus einem Düsenkörper 1, der an seinem vorderen Ende zwei Spritzlöcher 2, 3 aufweist. In dem Düsenkörper 1 befindet sich eine in Längsrichtung verschiebbare Düsennadel 4.
Die Anordnung der Spritzlöcher 2 und 3 ist derart gewählt, dass die austretenden Flüssigkeitsstrahlen (nicht dargestellt) einen Winkel von 90° zueinander aufweisen.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Düsenkörper in Draufsicht gezeigt. In den Düsenkörper 1 sind beispielhaft zwei Spritzlöcher 2, 3 angeordnet. Die Spritzlöcher 2, 3 und die aus den Spritzlöchern 2, 3 austretenden Flüssigkeitsstrahlen (nicht dargestellt) befinden sich innerhalb zweier zueinander parallelen Ebenen A, B. Der Abstand x der beiden Ebenen A, B ist dabei vorteilhaft kleiner oder gleich dem Durchmesser d der Spritzlöcher 2, 3.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Düsenkörper ist in Fig. 3 gezeigt. Die paarig zueinander angeordneten Spritzlöcher 2, 3 und ein aus einem der beiden Spritzlöcher 2, 3 austretender Flüssigkeitsstrahl (nicht dargestellt) spannen eine erste Ebene A auf. Der Flüssigkeitsstrahl des anderen Spritzlochs 3, 2 verläuft in einer zweiten Ebene B, die nicht parallel zu der ersten Ebene A ist.
In den beiden erfindungsgemäßen Düsenkörpern ist jeweils gewährleistet, dass sich die beiden Flüssigkeitsstrahlen zumindest in ihren Randbereichen treffen, so dass eine temporäre Vereinigung der beiden Strahlen möglich ist, wodurch ein rotierender Nebel entsteht.
Die Erfindung ist dabei nicht auf zwei paarig einander zugeordneten Spritzlöchern 2, 3 beschränkt. Es können mehrere paarig einander zugeordnete Spritzlöcher 2, 3 (nicht dargestellt) in dem Düsenkörper 1 angeordnet werden.

Claims

1. Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff in einen Brennraum (5) mittels eines in den Brennraum (5) ragenden Düsenkörpers (1), welcher zwei oder mehrere Spritzlöcher (2, 3) umfaßt, deren Flüssigkeitsstrahlen sich im Brennraum (5) treffen, dadurch gekennzeichnet, dass die, aus den paarweise im Düsenkörper (1) angeordneten Spritzlöchern (2, 3) austretenden Flüssigkeitsstrahlen sich hinsichtlich ihrer Mittelachse derart versetzt zueinander in einem Auftreffpunkt im Brennraum (5) treffen, dass aus den Flüssigkeitsstrahlen ein Wirbel resultiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die, aus den Spritzlöchern (2, 3) austretenden Flüssigkeitsstrahlen im Auftreffpunkt einen Winkel von 90° zueinander aufweisen.

3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Spritzlöchern (2, 3) austretenden Flüssigkeitsstrahlen in zueinander parallelen Ebenen (A, B) verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (x) der beiden parallelen Ebenen (A, B) kleiner oder gleich dem Durchmesser (d) der Spritzlöcher (2, 3) ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass paarig zueinander im Düsenkörper (1) angeordnete Spritzlöcher (2, 3) eine erste Ebene (A) aufspannen, wobei ein Flüssigkeitsstrahl des einen Spritzlochs (2) in der ersten Ebene (A) verläuft und der andere Flüssigkeitsstrahl des anderen Spritzlochs (3) in einer weiteren Ebene (B) verläuft, die nicht parallel ist zu der ersten Ebene (A).

6. Anwendung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 und 2 bei direkteinspritzenden Kolbenmotoren oder bei thermischen Strömungsmaschinen.