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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenngasinjektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im Stand der Technik sind gattungsgemäße Brenngasinjektoren bekannt, bei welchen ein Brenngasinjektor eine Mehrzahl von Brenngas-Düsenventilgliedern, zumeist Düsennadeln, aufweist, z. B. aus der Druckschrift
WO2015/101406 A1 . Bei solchen Brenngas-Injektoranordnungen zur gasmotorischen Verbrennung – insbesondere im Rahmen einer Diffusionsverbrennung – wird das Brenngas mit Hochdruck über z. B. 300 bar hinaus direkt in den Brennraum eingeblasen, mit dem Ziel, die Menge unverbrannten Brenngases, z. B. in Form von Methan, gegenüber konventionellen Gasmotoren mit homogenem Gas-Luft-Gemisch zu minimieren. Bei einem solchen Brenngasinjektor, welcher bevorzugt als Zündstrahlinjektor bzw. als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor, insbesondere mit einer zentralen Flüssigkraftstoff-Düsennadel, bereitgestellt ist, sind mehrere Gruppen einheitlicher Brenngas-Spritzlöcher am Brenngas-Injektor angeordnet, d. h. jeweils über einen Umfangsabschnitt desselben gebildet. Über die Gruppen von Spritzlöchern erfolgt hierbei eine Ausdüsung, welche rundumseitig eine weitgehend gleichmäßige Brenngasausbringung ermöglicht.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Brenngas-Injektor anzugeben, bei welchem auf einfache Weise eine vorteilhafte Spritzbildbeeinflussung zum Zwecke der Verbesserung eines Abbrands erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Brenngasinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Brenngasinjektor, zum Beispiel als Single-Fuel-Kraftstoffinjektor bereitgestellt, bevorzugt insbesondere als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor gebildet, welcher zum Beispiel weiterhin zur Verwendung mit einem Flüssigkraftstoff, zum Beispiel Dieselkraftstoff, Biokraftstoff oder Schweröl vorgesehen ist.
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Der Brenngasinjektor ist bereitgestellt für die Verwendung mit einem gasförmigen Kraftstoff bzw. Brenngas, zum Beispiel Erdgas, Sondergas, Deponiegas, Wasserstoff oder einem davon verschiedenen Brenngas, das heißt für die Ausdüsung bzw. Einspritzung in einen Brennraum. Bei Ausgestaltung als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor kann der Brenngasinjektor im Rahmen einer Brenngas-Betriebsart insbesondere für einen Zündstrahlbetrieb vorgesehen sein (Flüssigkraftstoff-Zündstrahl zur Zündung des gasförmigen Kraftstoffs). Der Brenngasinjektor ist z. B. mit einem Großmotor verwendbar, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Schiff, einer Lok oder einem Nutz- oder Sonderfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung vorgesehen, z. B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, z. B. auch für Industrieanwendungen.
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Der Brenngasinjektor umfasst wenigstens ein entlang einer axialen Achse hubverschiebliches Brenngas-Düsenventilglied, bevorzugt in Form einer insbesondere einteiligen Düsennadel. Das jeweilige Brenngas-Düsenventilglied ist hierbei z. B. über einen hydraulischen oder pneumatischen Steuerkreis des Brenngasinjektors hubsteuerbar, insbesondere indirekt, z. B. über einen Aktuator mit Pilotventil und Steuerraum oder z. B. über eine Kolbensteueranordnung in Wirkverbindung mit dem Brenngas-Düsenventilglied.
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Dem wenigstens einen Brenngas-Düsenventilglied zugeordnet weist der Brenngasinjektor eine Gruppe von in Umfangsrichtung – mit Bezug insbesondere auf den Brenngasinjektor oder auch die axiale Achse des Brenngas-Düsenventilglieds – zueinander benachbarten Spritzlöchern bzw. Brenngas-Düsenöffnungen auf, welche Gruppe in Hinblick auf eine Brenngasausdüsung über die Spritzlöcher einen diskreten Winkelbereich in Umfangsrichtung betrachtet abdeckt. Der Brenngasausdüsebereich bzw. Winkelbereich einer Gruppe umfasst insbesondere ein Winkelsegment kleiner 360°, insbesondere auch kleiner 180°, bevorzugt im Bereich von 70° bis 120°, insbesondere um 90°.
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Die Spritzlöcher sind bevorzugt je als Kanal gebildet, welche vorzugsweise aus einem zugehörigen Brenngas-Düsenvolumen des Brenngasinjektors bzw. am Brenngas-Düsenventilglied, insbesondere einem Sackloch ausmünden, z. B. als einfache Bohrkanäle, insbesondere über ihre Länge linear ausgeführt, und weisen je eine Spritzlochachse auf, welche insbesondere überwiegend radial orientiert ist (ausgehend vom Brenngas-Düsenvolumen). Vorzugsweise weisen die Spritzlöcher über ihre Länge hierbei je auch gleichbleibenden Querschnitt bzw. Spritzlochquerschnitt auf, insbesondere kreisförmigen Querschnitt (bei solchen Ausgestaltungen, bei welchen die Spritzlöcher über ihre Länge gleichbleibenden Querschnitt aufweisen entspricht insoweit der Austrittsquerschnitt des Spritzlochs auch regelmäßig dem Spritzlochquerschnitt).
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Gekennzeichnet ist der Brenngasinjektor dadurch, dass innerhalb der Gruppe von Spritzlöchern wenigstens ein Spritzloch für einen höheren (größeren) Brenngasdurchsatz ausgebildet bzw. eingerichtet ist, d. h. zur Erzielung eines solchen, als wenigstens ein weiteres Spritzloch derselben Gruppe. Z. B. und bevorzugt kann innerhalb der Gruppe von Spritzlöchern das für den höheren Brenngasdurchsatz eingerichtete wenigstens eine Spritzloch einen Spritzlochquerschnitt aufweisen, welcher von einem Spritzlochquerschnitt des wenigstens einen weiteren Spritzloches derselben Gruppe verschieden ist.
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Bei Ausgestaltung des Brenngasinjektors mit einer Mehrzahl von Brenngas-Düsenventilgliedern (welche z. B. in Umfangsrichtung des Brenngas-Injektors über dessen Umfang verteilt sind), welchen je eine – insbesondere wie oben erörterte – Gruppe von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Spritzlöchern zugeordnet ist und wobei jede Gruppe in Hinblick auf eine Brenngasausdüsung über die Spritzlöcher einen diskreten Winkelbereich in Umfangsrichtung betrachtet abdeckt, s. oben, ist hierbei vorgesehen, dass innerhalb jeder Gruppe von Spritzlöchern wenigstens ein Spritzloch für einen höheren (größeren) Brenngasdurchsatz ausgebildet bzw. eingerichtet ist, d. h. zur Erzielung eines solchen, als wenigstens ein weiteres Spritzloch derselben Gruppe. Hierbei kann das wenigstens eine Spritzloch für den höhreren Brenngasdurchsatz bevorzugt einen Querschnitt aufweisen, welcher von einem Spritzlochquerschnitt des wenigstens einen weiteren Spritzloches derselben Gruppe verschieden ist (die diskreten Winkelbereiche überlappen einander – in Umfangsrichtung – hierbei bevorzugt nicht).
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Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung gelingt es vorteilhaft, gezielt auf ein mit dem Brenngasinjektor durchzuführendes Brennverfahren den Brennverlauf verbessernd Einfluss nehmen zu können.
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Zunächst sei hierzu noch ausgeführt, dass – im Hinblick auf eine Spritzlochkonfiguration – eine jeweilige Spritzlochgruppe im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt drei Spritzlöcher oder auch mehr umfasst, z. B. 4 oder 5 Spritzlöcher, so dass im Rahmen eines Brenngas-Einspritzvorgangs drei (oder entsprechend mehr) Brenngas-Strahlen über die Spritzlochgruppe ausgebracht werden können. Die Spritzlöcher einer Gruppe oder auch aller Gruppen sind hierbei bevorzugt dahingehend gleichartig gebildet, dass sie gleiche Länge, weiterhin bevorzugt auch identische Neigung aufweisen, d. h. mit Bezug auf die Spritzlochachsen derselben. Weiterhin ist der Brenngasinjektor bevorzugt so ausgestaltet, dass die Spritzlöcher einer jeweiligen Gruppe oder sämtlicher Gruppen mit Bezug auf jeweilige Mittelpunkte der Spritzlochausmündungen axial niveaugleich angeordnet sind. Somit kann in Umfangsrichtung um den Injektor eine niveaugleiche Brenngas-Ausbringung in den Brennraum erfolgen. Allgemein ist ferner bevorzugt, dass der Brenngasinjektor drei Gruppen von Spritzlöchern aufweist (in Umfangsrichtung mit Versatz zueinander angeordnet). In Hinblick auf die Spritzlochachsen der Spritzlöcher einer jeweiligen Gruppe wird weiterhin angestrebt, dieselben möglichst (winkel)gleichbeabstandet zueinander auszubilden. Zueinander benachbarte Spritzlochachsen einer jeweiligen Gruppe können zum Beispiel miteinander einen Winkel im Bereich von 30° bis 60° einschließen, bevorzugt z. B. 45°.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Brenngasinjektors geht nunmehr z. B. dahin, dass innerhalb wenigstens einer Gruppe der Gruppen von Spritzlöchern oder innerhalb aller Gruppen von Spritzlöchern wenigstens ein Spritzloch, über welches ein höherer Brenngasdurchsatz erzielt werden soll, einen Spritzlochquerschnitt aufweist, welcher größer als ein Spritzlochquerschnitt wenigstens eines weiteren Spritzlochs derselben Gruppe ist (d. h. eine größere Querschnittsfläche aufweist), über welches ein geringerer Brenngasdurchsatz erzielbar ist. Z. B. ist insbesondere bei solchen Ausgestaltungen vorgesehen, dass ein oder zwei Spritzlöcher einen Spritzlochquerschnitt aufweisen (bei zweien insbesondere einen identischen Querschnitt), welcher – für einen je höheren Brenngasdurchsatz – je größer als ein Querschnitt wenigstens eines weiteren Spritzlochs derselben Gruppe ist. Die weiteren Spritzlöcher können hierbei auch einheitlichen Querschnitt aufweisen.
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Bei Lösungen, bei welchen ein bzw. genau ein Spritzloch einer jeweiligen Gruppe – insbesondere via einen größeren Querschnitt – für einen höheren Brenngasdurchsatz als die restlichen Spritzlöcher der Gruppe ausgestaltet ist, ist – in einem Umfangssinn betrachtet – je Gruppe von Spritzlöchern bevorzugt das jeweilige erste bzw. vorderste Spritzloch einer Gruppe für den höheren Brenngasdurchsatz gegenüber den weiteren (nacheilenden) Spritzlöchern der Gruppe ausgebildet, wobei die weiteren Spritzlöcher – z. B. via identischen, kleineren Querschnitt – für einen einheitlichen, geringeren Brenngasdurchsatz ausgestaltet sein können. Insbesondere bei Verwendung eines derart ausgestalteten Brenngasinjektors an einem brennraumdrallbehafteten Brennraum, bei welchem die Brennraumdrallrichtung auch dem vorbenannten Umfangssinn entspricht, können sich deutliche Vorteile dahingehend ergeben, dass im Rahmen einer möglichst gleichmäßigen Brenngasverteilung im Brennraum, über das brenngasdurchsatzstärkste, erste Spritzloch der jeweiligen Gruppe eine größere Brenngasmenge dort eingebracht wird, wo ein Abstand (Lücke) von dem ersten Spritzloch zu dem letzten Spritzloch der voreilenden Gruppe (in Brennraumdrallrichtung betrachtet) maximal ist (so dass das jeweilige Volumen im Bereich einer solchen Lücke mit einer höheren Brenngasmenge und weiterhin drallbasiert befüllt werden kann). Somit ist eine verbesserte, gleichförmigere Verbrennung erzielbar.
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Eine solche Ausgestaltung des Brenngasinjektors kann z. B. vorteilhaft auch zur verbesserten und gleichmäßigeren Brenngasausbringung beitragen bei Anwendungssituationen des Brenngasinjektors am Brennraum, bei welchen z. B. kein oder nur geringer Brennraumdrall vorherrscht. Hierbei kann mittels der Strahlen, welche über die brenngasdurchsatzstärkeren, insbesondere größeren, Spritzlöcher der Gruppen erzeugt werden, eine Ablenkung der Strahlen der brenngasurchsatzschwächeren, insbesondere kleineren, Spritzlöcher bewirkt werden (in Umfangsrichtung), d. h. hin in Richtung zu brenngasarmen, von einer Strahlabdeckung nicht erfassten Lücken im Brennraumvolumen, wobei die größere Brenngasmenge der Strahlen der durchsatzreicheren Spritzlöcher hierbei auch wiederum hilft, die oben erwähnten Lücken hinreichend mit Brenngas zu befüllen.
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Insoweit kann mit einem solchen Brenngasinjektor ein Brennverfahren absolviert werden, bei welchem in einem Umfangssinn betrachtet jeweils die ersten Brenngas-Spritzlöcher einer jeweiligen Spritzlochgruppe bei einem Brenngas-Ausdüs- bzw. -Einspritz-Vorgang eine größere Brenngasmenge ausbringen als die nachfolgenden Spritzlöcher der Gruppe. Hierbei kann der Umfangsinn insbesondere einer Brennraumdrallrichtung entsprechen.
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Weiterhin bevorzugt werden auch Ausgestaltungen des Brenngasinjektors dahingehend, dass in dem Umfangssinn betrachtet je Gruppe von Spritzlöchern ein Spritzloch, welches zwischen dem ersten und dem letzten Spritzloch angeordnet ist, z. B. ein mittleres Spritzloch von drei Spritzlöchern, gegenüber dem ersten und letzten Spritzloch für einen kleineren Brenngasdurchsatz eingerichtet ist, insbesondere einen kleineren Spritzlochquerschnitt aufweist. Bevorzugt weisen das jeweils erste und das jeweils letzte Spritzloch einer Gruppe hierbei einen größeren Querschnitt auf als das wenigstens eine dazwischenliegende Spritzloch, zum Beispiel und bevorzugt einen gleich großen Spritzlochquerschnitt.
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Bei einer solchen Ausgestaltung kann zum Beispiel vorgesehen werden, jene Brenngasstrahlen, welche über die kleiner dimensionierten bzw. über brenngasdurchsatzschwächere Spritzlöcher ausgebracht werden, auf nahe daran befindliche Pilotflammen bzw. Entflammungsherde, insbesondere Zündstrahlflammen, zu richten ohne zum Beispiel eine solche Pilotflamme wegzublasen, wobei die Brenngasstrahlen der größeren (randseitigen) bzw. brenngasdurchsatzstärkeren Spritzlöcher, hierbei eine größere Brenngasmenge aufweisen, um auch eine Brenngasentflammung an – insbesondere in Umfangsrichtung – entfernteren Zündflammen, insbesondere in den oben erwähnten Lücken zwischen den Brenngas-Spritzlochgruppen zu ermöglichen, so dass auch hierbei eine vorteilhaft gleichmäßige Brenngasverteilung samt verbesserter Verbrennung erzielt wird.
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Mit einem solchen Brenngasinjektor kann insoweit ein Brennverfahren absolviert werden, bei welchem während eines Brenngas-Ausdüsvorgangs über ein jeweiliges der äußeren Spritzlöcher einer Spritzlochgruppe eine größere Brenngasmenge ausgebracht wird als über wenigstens ein jeweiliges dazwischen liegendes Spritzloch.
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In der Gesamtschau wird es mit dem Brenngasinjektor insoweit möglich eine Brenngas Ausbringung im Brennraum an bestimmten Stellen gezielt zu minimieren bzw. zu erhöhen.
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Vorgeschlagen wird auch ein Brenngasinjektor, insbesondere wie vorstehend erörtert, mit wenigstens einem entlang einer axialen Achse hubverschieblichen Brenngas-Düsenventilglied, wobei der Brenngasinjektor dem Brenngas-Düsenventilglied zugeordnet eine Gruppe von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Spritzlöchern aufweist, welche Gruppe in Hinblick auf eine Brenngasausdüsung über die Spritzlöcher einen diskreten Winkelbereich in Umfangsrichtung betrachtet abdeckt, wobei ein Schnittpunkt jeweiliger Spritzlochachsen der Spritzlöcher der Spritzlochgruppe gegenüber der axialen Achse des zugeordneten Brenngasdüsenventilglieds versetzt ist, insbesondere in Richtung vom jeweiligen Spritzloch zur axialen Achse betrachtet hinter der axialen Achse liegt (weiter entfernt ist als die axiale Achse).
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Hierdurch wird es auf vorteilhaft einfache Weise möglich, ein mittleres Spritzloch einer jeweiligen Gruppe mit einem höheren Volumenstrom zu versorgen, da hierbei die seitlichen bzw. äußeren Spritzlöcher der Gruppe stärker aus der Strömung gespeist werden können, welche – in einem Ringvolumen um das Brenngas-Düsenventilglied – auf der diesen abgewandten Seite des Brenngas-Düsenventilglieds vorherrscht (auf der dazu entgegen gesetzten Seite) bzw. seitens dieser Seite zugeführt wird. Ferner kann hierbei vorteilhaft eine nicht zu unterschreitende Stegbreite zwischen benachbarten Spritzlöchern der Gruppe auch dann beibehalten werden, wenn ein oder mehrere randseitige Spritzlöcher erfindungsgemäß größer als das wenigstens eine Innenliegende sind. Bevorzugt wird hierbei, die jeweiligen (umfangsmäßig) äußeren Spritzlöcher der jeweiligen Spritzlochgruppe möglichst tangential fluchtend aus dem zugehörigen Brenngas-Düsenvolumen, insbesondere einem zugehörigen Sackloch, ausmünden zu lassen.
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Gerade durch solche Lösungen mit Versatz von axialer Achse und einem Schnittpunkt der Spritzlochachsen ist es vorteilhaft möglich, bei gleich bleibender Stegbreite zwischen den Spritzlöchern mehr Gesamtfläche der Spritzlöcher zu realisieren und somit mehr Brenngasmasse in den Brennraum einzuleiten.
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Wie eingangs bereits erwähnt ist der vorgeschlagene Brenngasinjektor bevorzugt ein Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor, insbesondere für einen Zündstrahlbetrieb eingerichtet. Über die Zündstrahlflammen, z. B. mittels Dieselkraftstoff erzeugt, kann das über die Spritzlöcher ausgebrachte Brenngas hierbei gezündet werden.
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Vorgeschlagen wird weiterhin eine Brenngasinjektoranordnung mit einem wie vorstehend erörterten Brenngasinjektor, wobei der Brenngasinjektor an einem brennraumdrallbehafteten Brennraum angeordnet ist, und wobei in einer Brennraumdrallrichtung betrachtet, welche einer Umfangsrichtung des Brenngas-Injektors entspricht, ein jeweils erstes Spritzloch und/oder ein jeweils letztes Spritzloch einer jeweiligen Gruppe für einen gegenüber den weiteren Spritzlöchern der Gruppe höheren Brenngasdurchsatz ausgebildet ist, insbesondere vergrößerten Querschnitt aufweist.
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Mit dem Brenngasinjektor oder der Brenngasinjektoranordnung ist weiterhin eine Brennkraftmaschine bereitstellbar.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch und schematisch stark vereinfacht in einer Schnittansicht einen Brenngasinjektor im Zustand eines Brenngasbetriebs gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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2 analog zu 1 einen Brenngasinjektor gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung, nunmehr im Zustand eines brennraumdrallbehafteten Brenngasbetriebs (wobei Zündflammwolken anders als in 1 nicht veranschaulicht sind).
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3 exemplarisch und schematisch stark vereinfacht einen Brenngasinjektor gemäß 2 im Zustand eines nicht brennraumdrallbehafteten Brenngasbetriebs.
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4 exemplarisch und schematisch eine Ansicht aus dem Stand der Technik eine Gruppe von Brenngas-Spritzlöchern an einem Düsenvolumen mit Strömungswegen um ein Brenngas-Düsenventilglied herum veranschaulichend.
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5 exemplarisch und schematisch eine Ansicht analog zu 4 eine Gruppe von Brenngas-Spritzlöchern eines erfindungsgemäßen Brenngasinjektors gemäß noch einer weiteren Ausführungsform veranschaulichend.
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6 exemplarisch und schematisch eine Ansicht analog zu 5, eine Gruppe von Brenngas-Spritzlöchern eines weiteren möglichen erfindungsgemäßen Brenngasinjektors veranschaulichend.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Brenngasinjektor 1 in einer Brenngas-Betriebssituation, insbesondere in einem Zündstrahlbetrieb, weiterhin insbesondere bei Verwendung mit einer Brennkraftmaschine. Der Brenngasinjektor 1 ist als Mehrnadel-Kraftstoffinjektor bereitgestellt, weiterhin in Form eines Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors. Ein solcher kann – vorliegend zentral angeordnet – ein Flüssigkraftstoff-Düsenventilglied 3 (Flüssigkraftstoff-Düsennadel) aufweisen, über welches eine Flüssigkraftstoff-Düsenbaugruppe bzw. eine Anzahl an Flüssigkraftstoff-Düsenöffnungen am Injektor 1 auf- bzw. zusteuerbar ist (nicht dargestellt). Über die Flüssigkraftstoff-Düsenbaugruppe kann bei dem Zündstrahlbetrieb Flüssigkraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, zur Erzeugung von Pilotflammen 5a, b ausgedüst werden, um daran das über den Brenngasinjektor 1 ebenfalls – in Form von Brenngasstrahlen 7 – ausgedüste Brenngas zu entzünden.
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Der Brenngasinjektor 1 weist eine Mehrzahl, vorliegend insbesondere drei, je entlang einer axialen Achse A hubverschieblicher Brenngas-Düsenventilglieder 9a, b, c auf, insbesondere in Form dreier Brenngas-Düsennadeln (von welchen der düsenseitige Endabschnitt in 1 veranschaulicht ist). Die jeweiligen Brenngas-Düsenventilglieder 9a, b, c können hierbei – wie insbesondere auch das Flüssigkraftstoff-Düsenventilglied 3 – hydraulisch hubgesteuert werden, zum Beispiel indirekt über ein Pilotventil und einen Steuerraum, weiterhin zum Beispiel auch direkt, zum Beispiel über einen mechanischen Stellantrieb (nicht dargestellt). Die Brenngas-Düsenventilglieder 9a, b, c sind in Umfangsrichtung B des Brenngasinjektors 1 verteilt an demselben angeordnet (mit Versatz), insbesondere um die zentrale Flüssigkraftstoff-Düsennadel 3 herum, bevorzugt in einem Düsenkörper 11 des Brenngasinjektors 1 aufgenommen.
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Einem jeweiligen Brenngas-Düsenventilglied 9a, b, c zugeordnet weist der Brenngasinjektor 1 eine Gruppe 13a, b, c von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Spritzlöchern 15a, b, c auf, vorliegend insofern drei Spritzlochgruppen 13a, b, c. Hierbei deckt eine jeweilige Gruppe 13a, b, c einen diskreten Winkelbereich in Hinblick auf eine Brenngasausdüsung über die Spritzlöcher 15a, b, c – in Umfangsrichtung B betrachtet – ab, vorliegend zum Beispiel einen Bereich von 90° (mit Bezug auf jeweilige Spritzlochachsen C der äußeren Spritzlöcher 15a, c einer Gruppe 13a, b, c). Mit einer jeweiligen Gruppe 13a, b, c, welche ein solches Winkelsegment aus 360° abdeckt, lässt sich hierbei insofern ein annähernd fächerförmiges Brenngas-Spritzbild erzielen, vgl. 1, Brenngassstrahlen 7 je Gruppe 13a, b, c.
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Ein Winkelversatz zwischen den Brenngas-Düsenventilgliedern 9a, b, c bzw. den Gruppen 13a, b, c beträgt – in Umfangsrichtung B – bei dem gezeigten Brenngasinjektor 1 zum Beispiel 120° (bei vier Düsenventilgliedern bzw. vier zugeordneten Gruppen von Spritzlöchern zum Beispiel 90°), so dass die Spritzbereiche benachbarter Gruppen 13a, b, c hierbei im Umfangsrichtung B nicht überlappen. Denkbar sind daneben auch Ausgestaltungen des Brenngasinjektors 1, bei welchen die Brenngas-Düsenventilglieder 9a, b, c oder die Gruppen 13a, b, c von Spritzlöchern 15a, b, c nicht mit winkelgleichem Versatz um den Umfang verteilt beabstandet sind.
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Bei dem in 1 veranschaulichten Brenngasinjektor 1 weist eine jeweilige Spritzlochgruppe 13a, b, c drei Spritzlöcher 15a, b, c auf. Die Spritzlöcher 15a, b, c sind je als Rundkanal bereitgestellt, haben über ihre Länge gleichbleibenden Querschnitt und sind weiterhin linear. Die Spritzlöcher 15a, b, c einer jeweiligen Gruppe 13a, b, c sind bevorzugt mittels Bohrkanälen gebildet und münden je aus einem Brenngas-Düsenvolumen 17 am Brenngasinjektor 1 aus, insbesondere einem (kleinvolumigen) Sackloch, welches dem Brenngas-Düsenventilglied 9a, b, c der jeweiligen Gruppe 13a, b, c zugeordnet ist. Die Spritzlöcher 15a, b, c einer jeweiligen Gruppe 13a, b, c sind zueinander in Umfangsrichtung B gleichbeabstandet und weisen im Hinblick auf ihre Spritzlochachsen C einen Winkelversatz von 45° auf. In Hinblick auf die Ausgestaltung der jeweiligen Spritzlochgruppen 13a, b, c ist noch auszuführen, dass die Spritzlöcher 15a, b, c bzw. Düsenöffnungen derselben insbesondere niveaugleich am Brenngasinjektor 1 ausmündend angeordnet sind, d. h. die Mündungen mit Bezug auf eine axiale Lage insoweit in einer gemeinsamen Ebene liegen. Daneben weisen die gleichartig gebildeten Spritzlöcher 15a, b, c auch eine identische Neigung und Länge auf. Die Spritzlöcher 15a, b, c sind ebenfalls in dem (nicht näher dargestellten) Düsenkörper 11 des Brenngasinjektors 1 gebildet, d. h. als Durchgangsöffnungen in einer Wandung desselben.
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Wie 1 weiterhin zeigt, ist der Brenngasinjektor 1 – in die Erfindung kennzeichnender Weise – weiterhin derart eingerichtet, dass innerhalb der jeweiligen Gruppe 13a, b, c von Spritzlöchern 15a, b, c wenigstens ein Spritzloch 15a, b, c – vorliegend je zwei Spritzlöcher 15a, c – dazu ausgebildet ist bzw. sind, über dasselbe bzw. dieselben einen höheren Brenngasdurchsatz zu erzielen, d. h. im Rahmen eines Brenngasbetriebs, als über wenigstens ein weiteres Spritzloch 15b derselben Gruppe 13a, b, c. Hierfür weisen die Spritzlöcher 15a, c je einen Spritzlochquerschnitt auf, welcher von dem Spritzlochquerschnitt des weiteren Spritzloches 15b derselben Gruppe 13a, b, c verschieden ist, insbesondere größer.
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Bei der veranschaulichten Ausgestaltung sind – für den beabsichtigt höheren Brenngasdurchsatz – die jeweils äußeren – in Umfangsrichtung B betrachtet – Spritzlöcher 15a, c einer jeweiligen Gruppe 13a, b, c in Hinblick auf deren Querschnitt größer als das jeweils dazwischen liegende, mittlere Spritzloch 15b der drei Spritzlöcher 15a, b, c der Gruppe 13a, b, c, wobei die äußeren beiden Spritzlöcher 15a, b auch identischen Spritzlochquerschnitt aufweisen.
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Mit dieser Ausgestaltung des Brenngasinjektors 1 bzw. einem damit durchgeführten Brennverfahren kann über die jeweils randseitigen Spritzlöcher 15a, c der Gruppe 13a, b, c, das heißt über jene mit dem größeren Spritzlochquerschnitt, somit ein größerer Brenngasdurchsatz bei einer Brenngasausdüsung in einen Brennraum 19 (s. z. B. 2, Brennraumswandung 19a) erzielt werden, als mit den dazwischen liegenden Spritzlochöffnungen 15b mit kleinerem Spritzlochquerschnitt. Hierbei werden über diese randseitigen Spritzlöcher 15a, c Brenngasstrahlen 7a bereitgestellt, deren Strahleindringtiefe und Brenngasmenge größer ist als jene der Strahlen 7b der jeweiligen mittleren Spritzlöcher 15b, vergleiche 1.
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Mit einem solchen Brenngasinjektor 1 kann insofern vorteilhaft ein Brennverfahren ausgeführt werden, insbesondere im Rahmen eines Zündstrahlverfahrens, bei welchem auf solche Pilotflammen 5a, welche unmittelbar vor ((radial) gegenüberliegend zu) einer Gruppe von Spritzlöchern befindlich sind, lediglich ein schwacher Brenngasstrahl 7b gerichtet wird, insbesondere über das Spritzloch 15b des kleineren Querschnitts bzw. geringeren Durchsatzes, während beidseitig benachbart zu solchen Pilotflammen 5b, an welchen zwischen zwei Spritzlochgruppen 13a, b bzw. 13b, c bzw. 13c, a eine Brenngaszündung erfolgen soll, über die Spritzlöcher 15a, c größeren Querschnitts – zweier benachbarter Gruppen 13a, b, c – die größere Brenngasmenge mit der höheren Strahleindringtiefe ausgedüst wird, d. h. mittels der stärkeren Strahlen 7a. So kann einerseits vorteilhaft vermieden werden, dass die Pilotflammen 5a, welche nahe an bzw. unmittelbar vor einer jeweiligen Spritzlochgruppe 13a, b, c befindlich sind, weggeblasen werden, während dennoch gleichzeitig eine rundumseitig zuverlässige und gleichmäßige Brenngaszündung ermöglicht werden kann, d. h. insbesondere auch an entfernteren Pilotflammen 5b.
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2 zeigt nunmehr eine Ausgestaltung des Brenngasinjektors 1, bei welchem im Unterschied zur Ausgestaltung nach 1 nur ein Spritzloch 15a einer jeweiligen Gruppe 13a, b, c einen gegenüber den weiteren Spritzlöcher 15b, c der Gruppe 13a, b, c größeren Querschnitt aufweist, d. h. brenngasdurchsatzstärker ist. Das Spritzloch 15a größeren Querschnitts einer jeweiligen Gruppe 13a, b, c ist hierbei das jeweils vorderste bzw. erste Spritzloch in einem Umfangssinn +B betrachtet, welche hier weiterhin auch einer Brennraumdrallrichtung D in einem Brennraum 19 entspricht, an welchem der Brenngasinjektor 1 – im Rahmen einer Brenngasinjektoranordnung bzw. einer Brennkraftmaschine – verwendet wird. Die weiteren (nacheilenden) Spritzlöcher 15b, c einer jeweiligen Gruppe 13a, b, c, welche auch hier bevorzugt drei Spritzlöcher umfasst, weisen gleichen Querschnitt auf. Im Hinblick auf die sonstige Konfiguration der jeweiligen Gruppen 13a, b, c bzw. Spritzlöcher 15a, b, c kann darüber hinaus auf die obigen Ausführungen zur Ausgestaltung des Brenngasinjektors 1 nach 1 verwiesen werden.
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Mit dieser Ausgestaltung des Brenngasinjektors 1 kann ein Brennverfahren vorteilhaft durchgeführt werden, bei welchem ein höherer Brenngasdurchsatz über die jeweils vorderen Spritzlöcher 15a größeren Querschnitts – im Umfangsinn des Brennraumdralls D – erzielt wird, mithin eine größere Brenngasmenge mit höherer Strahleindringtiefe über die vorderen Spritzlöcher 15a einer jeweiligen Gruppe 13a, b, c ausgebracht wird. Diese jeweilige höhere Brenngasmenge vermag brennraumdrallgetrieben sodann die dem Versatz zweier Spritzlochgruppen 13a, b bzw. 13b, c bzw. 13c, a geschuldete Lücke 21 in der Strahlabdeckung im Brennraumvolumen mit der nötigen Brenngasmenge für eine zuverlässige und gleichmäßige Zündung hinreichend zu befüllen. Über die Spritzlöcher 15b, c jeweils kleineren Querschnitts, vorliegend je zwei, kann hierbei vorteilhaft eine verbrauchsoptimale, geringere Brenngasmenge ausgedüst zu werden, d. h. lediglich eine solche, welche zu der beabsichtigen Energieumsetzung ausreicht.
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Angemerkt sei noch, dass in 2 der Grundriss des Düsenkörpers 11 nebst Brenngas-Düsenventilgliedern 9a, b, c oder Pilotflammen 5a, b nicht veranschaulicht ist.
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3 veranschaulicht einen Brenngasinjektor 1 analog zu 2 (wobei jedoch die Brennraumwandung 19a nicht dargestellt ist).
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Im Unterschied zu 2 ist der Brennraum 19 in dieser Betriebs- bzw. Anwendungssituation des Brenngasinjektors 1 nicht brennraumdrallbehaftet. Gleichwohl können mit dieser Ausgestaltung des Brenngasinjektors 1, bei welcher lediglich ein im Umfangssinn +B jeweils vorderes bzw. erstes Spritzloch 15a gegenüber den weiteren Spritzlöchern 15b, c der jeweiligen Gruppe 13a, b, c größeren Querschnitt aufweist bzw. für den höheren Brenngasdurchsatz eingerichtet ist, auch hierbei Vorteile in Hinblick auf ein damit durchzuführendes Brennverfahren erzielt werden.
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Bei einer solchen Lösung bzw. einem damit darstellbaren Brennverfahren können die jeweiligen Brenngasstrahlen 7a, welche über die Spritzlöcher 15a mit dem größeren Querschnitt bzw. mit dem höherem Durchsatz ausgedüst werden, aufgrund ihres stärkeren Impulses zu einer Ablenkung der benachbarten bzw. weiteren Brenngasstrahlen 7b der jeweiligen Gruppe 13a, b, c führen, wobei weiterhin ein erster Anteil 23a des über die Gruppe 13a, b, c ausgebrachten Brenngases in Richtung der im Umfangssinn +B voreilenden Gruppe abgelenkt wird, insbesondere ein Anteil 23a des stärkeren Brenngasstrahls 7a, und ein zweiter Anteil 23b, insbesondere bereitgestellt durch die kleineren Brenngasstrahlen 7b, in Richtung der im Umfangssinn +B nacheilenden Gruppe. Auch hierdurch wird bewirkt, dass sich dem Versatz der Gruppen 13a, b, c geschuldete Lücken 21 (in Umfangsrichtung B betrachtet) im Brennraumvolumen hinreichend und gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft verbessert mit Brenngas beschicken lassen, mithin wiederum zu einem verbesserten Abbrand beitragen.
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Anhand der 4 bis 6 wird nachfolgend noch näher auf einzelne, hervorzuhebende Aspekte im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingegangen.
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4 zeigt hierbei beispielhaft eine Spritzlochanordnung 15a, b, c an einem Düsenvolumen 17 gemäß dem Stand der Technik samt darin aufgenommenen Endabschnitt eines Brenngas-Düsenventilglieds 9a.
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Bei der in 4 dargestellten Anordnung schneiden sich die Achsen C jeweiliger Spritzlöcher 15a, b, c einer Gruppe 13a von Spritzlöchern 15a, b, c (welche hierbei gemäß dem Stand der Technik auch einheitlichen Querschnitt aufweisen) in einem Punkt E, welcher auf der axialen Achse A des Brenngas-Düsenventilglieds 9a liegt.
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Die 5 und 6 zeigen demgegenüber in zu 4 analoger Weise Ausführungsformen eines Brenngasinjektors 1, bei welchem sich die Spritzlochachsen C der Spritzlöcher 15a, b, c einer Gruppe 13a – stellvertretend gezeigt für eine jede der Gruppen 13a, b, c des Brenngasinjektors 1 – von Spritzlöchern 15a, b, c – in Richtung von den Spritzlöchern 15a, b, c zu der axialen Achse A des Brenngas-Düsenventilglieds 9a betrachtet – hinter der axialen Achse A des Brenngas-Düsenventilglieds 9a schneiden (in einem Punkt bzw. Schnittpunkt E), das heißt hierbei ist der Schnittpunkt E der Spritzlochachsen C zu der axialen Achse A des der Gruppe 13a zugehörigen Brenngas-Düsenventilglieds 9a versetzt, der Schnittpunkt E liegt in der vorbezeichneten Richtung insoweit hinter der Achse A des Brenngas-Düsenventilglieds 9a bzw. weiter von den Spritzlöchern 15a, b, c entfernt als der Punkt C.
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Bei solchen Ausgestaltungen des Brenngasinjektors 1 wird es vorteilhaft möglich, die Stegbreite eines Materialstegs 25 zwischen benachbarten Spritzlöchern 15a, b, c der Gruppe 13a, b, c in vorteilhafter Weise möglichst breit zu gestalten, so dass die notwendige Stabilität stets gewährleistet werden kann. Bei gegenüber dem Stand der Technik gleichem Winkel zwischen den Spritzlöchern 15a, b, c kann zum Beispiel durch lediglich asymmetrische Vergrößerung der äußeren Löcher 15a, c eine größere Gesamtfläche der Spritzlochquerschnitte erzielt werden. Daneben können hierbei die äußeren Spritzlöcher 15a, c – bei gleichem Winkel zwischen den benachbarten Spritzlöchern 15a, b, c wie im Stand der Technik – weiter nach außen gerückt werden, so dass deren Anströmung maßgeblich aus dem Volumen hinter dem Brenngas-Düsenventilglied 9a, b, c erfolgen kann, Pfeile F, während das wenigstens eine dazwischen liegende Spritzloch 15b zuvorderst aus dem Volumen vor dem Brenngas-Düsenventilglied 9a, b, c gespeist wird, mithin einen höheren Durchsatz erzielen kann, Pfeile G. Somit kann auch die Anströmung der Spritzlöcher 15a, b, c optimiert, z. B. auch vergleichmäßigt werden. Obwohl nicht in entsprechender Weise in den 4 bis 6 dargestellt, ist bevorzugt, dass der Strömungseinlauf in die äußeren Spritzlöcher 15a, c möglichst fluchtend aus dem Düsenvolumen 17 bzw. dem Sackloch erfolgen kann, das heißt möglichst tangential.
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Angemerkt sei abschließend, dass im Rahmen der Erfindung, wie in 5 veranschaulicht, auch vorgesehen sein kann, dass ein Spritzloch 15b, welches zwischen den äußeren Spritzlöchern 15a, c einer Gruppe 13a, b, c angeordnet ist, einen gegenüber den weiteren Spritzlöchern 15a, c der Gruppe 13a, b, c größeren Querschnitt aufweisen kann bzw. für einen höheren Brenngasdurchsatz ausgebildet sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brenngasinjektor
- 3
- Flüssigkraftstoff-Düsenventilglied
- 5a, b
- Pilotflamme
- 7
- Brenngasstrahl
- 7a
- Brenngasstrahl eines Spritzloches größeren Querschnitts
- 7b
- Brenngasstrahl eines Spritzloches kleineren Querschnitts
- 9a, b, c
- Brenngas-Düsenventilglied
- 11
- Düsenkörper
- 13a, b, c
- Gruppe
- 15a, b, c
- Spritzloch
- 17
- Düsenvolumen
- 19
- Brennraum
- 19a
- Wandung
- 21
- Lücke
- 23a, b
- Anteil
- 25
- Steg
- A
- Achse
- B
- Umfangsrichtung
- +B
- Umfangssinn
- C
- Spritzlochachse
- D
- Brennraumdrallrichtung
- E
- Schnittpunkt
- F
- Pfeil
- G
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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