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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenngasinjektor gemäß Anspruch 1.
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Bei der Hochdruckeindüsung von Brenngas herrschen überkritische Verhältnisse zwischen Injektorinnendruck zu Zylinderinnendruck vor. Die Brenngasströmung könnte durch eine Laval-Düse auf Überschall-Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Durch die Ausgestaltung eines jeweiligen Spritzloches insbesondere als Lavaldüse, s. z. B. die Druckschriften
US 2001/0 025 892 A1 oder
DE 10 2015 109 234 A1 , wird die Penetration des Gasstrahls deutlich verbessert. Das in das Düsen- bzw. Spritzloch eintretende Gas wird in der Lavaldüse beschleunigt und erreicht im engsten Lavalquerschnitt Schallgeschwindigkeit. In der nachfolgenden Querschnittserweiterung des Spritzlochs wird der Gasdruck nachfolgend abgesenkt, das heißt in kinetische Energie umgewandelt. Die derart erzielte hohe Strhlgeschwindigkeit liegt im Überschallbereich und ermöglicht eine beabsichtigt vorteilhaft hohe Eindringtiefe im Brennraum. Problematisch ist jedoch, dass solche Laval-Düsen eine gewisse Mindestabmessung im Hinblick auf ihre durchströmbare Länge erfordern (Eintrittsquerschnitt, Verengung, Querschnittsaufweitung), d. h. um ihre Wirkung in beabsichtigter Weise zu entfalten.
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Bei Brenngasinjektoren, welche ein außenöffnendes Einspritzventil ausbilden, bei welchem mit Öffnen des Einspritzventils regelmäßig ein Ringspalt zwischen dem Ventilsitz am Düsenkörper und einer Sitzfläche des Einspritzventiglieds freigegeben wird, besteht das Problem, dass der Ringspalt nicht hinreichend konturierbar ist, um eine Laval-Düse auszuformen. Durch den Ringspalt strömt zudem der Brennstoff schirmförmig in den Brennraum, was wiederum mit einer stark ausgeprägten Rezirkulationszone einhergeht, welche das Brenngas wieder zur Achse des Brenngasinjektors zieht und der beabsichtigt großen Eindringtiefe entgegenwirkt.
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Problematisch mit Brenngasinjektoren, welche mit innenöffnendem Einspritzventil bereitgestellt sind, ist andererseits, dass das Einbringen solcher Laval-Düsen in den Düsenkörper mit hohem Fertigungsaufwand einhergeht und die hierbei erzielten Spritzlochkonturen im Hinblick auf deren Genauigkeit nicht zufrieden stellend sind. Zwar wird in der Druckschrift
DE 10 2013 012 654 A1 vorgeschlagen, Lavaldüsen in einer separaten Düsenkappe zu bilden, zum Beispiel auch je als Einsteckteil in der Düsenkappe, doch kann eine solche Lösung bei sehr kleinen Spritzloch-Geometrien kaum zur verbesserten Genauigkeit beitragen. Das deshalb, als eine Montage der Einsteckteile in der Düsenkappe und auch eine Montage der Düsenkappe am Düsenkörper je neue Fehlerquellen in Hinblick auf unbeabsichtigte Toleranzabweichungen schaffen.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Brenngasinjektor anzugeben, welcher unter Überwindung der vorgenannten Schwierigkeiten mit einer Laval-Düsenkontur auf einfache Weise bereitgestellt 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 Ausührungsformen 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 hochdruckbeaufschlagten, gasförmigen Kraftstoff bzw. Brenngas (zum Beispiel 350 bar oder mehr), 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 vorzugsweise 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 ein Brenngas-Einspritzventil, welches mittels eines hubverschieblichen, insbesondere axial hubverschieblichen, Einspritzventilglieds und einem Einspritzventilsitz (für das Einspritzventilglied) gebildet ist. Hierbei ist am Einspritzventilglied ein Dichtflächenabschnitt mit einer Dichtfläche für ein Zusammenwirken mit dem Einspritzventilsitz des Brenngas-Einspritzventils gebildet bzw. bereitgestellt, d. h. als Ventilpartner für den Einspritzventilsitz und weiterhin für die Ausbildung der Einspritzventilfunktionalität.
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Mit Entfernen der Dichtfläche vom Einspritzventilsitz (Öffnungshub) öffnet das derart gebildete Brenngas-Einspritzventil (insbesondere für eine Brenngas-Ausdüsung in einen Brennraum), mit Rückkehr in den Einspritzventilsitz (Schließhub) schließt das Brenngas-Einspritzventil (insbesondere für das Beenden einer Brenngas-Ausdüsung). Für eine entsprechende Hubsteuerung des Einspritzventilglieds kann der Brenngasinjektor zum Beispiel eine hydraulische Steuerung vorsehen, zum Beispiel auch eine pneumatische Steuerung, weiterhin zum Beispiel eine direkte Steuerung (zum Beispiel direkte Wirkverbindung des Einspritzventilglieds mit einem Hubaktor, z. B. mechanisch) oder eine indirekte Steuerung (zum Beispiel über ein aktuatorikbetätigtes Pilotventil samt Hydrauliksteuerraum).
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Bei dem erfindungsgemäßen Brenngasinjektor ist das Brenngas-Einspritzventil als außenöffnendes Einspritzventil gebildet, d. h. der Brenngasinjektor unterfällt der außenöffnenden Gattung. Hierbei ist der Einspritzventilsitz insbesondere außenseitig (brennraumseitig) am Brenngasinjektor gebildet, so dass das Einspritzventilglied durch Verlagerung in Richtung Brennraumseite, d. h. nach außen, ein Öffnen des Einspritzventils bewirken kann. Der Einspritzventilsitz ist hierbei bevorzugt ein Kegel(ring)sitz, d. h. insbesondere mit einer kegelringförmigen Sitzfläche (durch welchen hindurch das Einspritzventilglied insbesondere taucht; brennraumseitig).
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Weiterhin erfindungsgemäß ist am Einspritzventilglied – an die Dichtfläche des Einspritzventilglieds ausmündend – wenigstens eine Laval-Düsenkontur gebildet. Über eine solche Laval-Düsenkontur kann das eintretende Brenngas beschleunigt werden und in einem engsten Querschnitt der Laval-Düsenkontur Schallgeschwindigkeit erreichen. In einer nachfolgenden Querschnittserweiterung der Laval-Düsenkontur wird der Gasdruck nachfolgend abgesenkt, i. e. in kinetische Energie umgewandelt. Die hiermit erzielbare hohe Strahlgeschwindigkeit liegt im Überschallbereich und ermöglicht eine beabsichtigt vorteilhaft hohe Eindringtiefe des über die Laval-Düsenkontur austretenden Brenngases in einen Brennraum.
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Im Rahmen der Erfindung ist die wenigstens eine Laval-Düsenkontur bevorzugt stromauf der Dichtfläche (bzw. des Dichtflächenabschnitts) an einem hierfür geeignet ausgestalteten bzw. bereitgestellten endseitigen Abschnitt bzw. Endabschnitt des Einspritzventilglieds gebildet, insbesondere unmittelbar vor der Dichtfläche bzw. daran angrenzend. Bevorzugt weist der Dichtflächenabschnitt hierbei eine Dichtfläche auf, welche in ihrer Form mit der des Einspritzventilsitzes korrespondiert, insbesondere eine Kegel(ring)fläche bildet.
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Mit dem vorgeschlagenen Brenngasinjektor gelingt es, auch baulich (sehr) kleine Lavaldüsenkonturen mit der beabsichtigten durchströmbaren Länge bzw. Geometrie und der notwendigen Präzision an dem Brenngasinjektor zu bilden, d. h. insbesondere in einen einfach zugänglichen endseitigen (abströmseitigen) Abschnitt des Einspritzventilglieds zu arbeiten, insbesondere von außen und vorteilhaft ohne aufwändige Innenbearbeitung wie sonst bei rohrkanalförmigen Spritzlöchern. Hierbei entfällt vorteilhaft auch eine Konturierung des Ringspalts zwischen Dichtfläche und Einspritzventilsitz und ein schirmförmiger Strahl kann ebenfalls vermieden werden, d. h. dadurch, dass bei dem außenöffnenden Einspritzventil ein definierter Spritzkanal je Laval-Düsenkontur gebildet wird. Vorzugsweise sind z. B. drei oder vier Laval-Düsenkonturen in das Einspritzventilglied eingebracht (welche bereitgestellt sind, je einen Brenngasstrahl zu formen, insbesondere mit Überschallgeschwindigkeit austrittsfähig (es können jedoch auch mehr als vier Laval-Düsenkonturen am Einspritzventilglied gebildet sein, z. B. um eine solche Ausgestaltung vorteilhaft einer herkömmlichen Spritzlochkonfiguration mit 6 bis 9 Spritzlöchern anzunähern)), wobei im Hinblick auf den freigegebenen Querschnitt oder die Kontur einer jeweiligen Laval-Düsenkontur verschiedene Varianten im Rahmen der Erfindung einfach umgesetzt werden können.
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Ein entsprechend bereitgestellter, endseitiger Abschnitt bzw. Endabschnitt des Einspritzventilglieds, welcher die wenigstens eine Laval-Düsenkontur aufweist, ist hierbei insbesondere integral bzw. zusammenhängend mit dem Dichtflächenabschnitt gebildet, weiterhin insbesondere ein Abschnitt mit einer zylindrischen Einhüllenden bzw. ein zylindrischer Abschnitt, z. B. stumpenförmig. Der endseitige Abschnitt ermöglicht bevorzugt auch eine Führung an einer Wandung einer Aufnahme des Einspritzventilglieds, i. e. insbesondere im Düsenkörper, vorzugsweise durch (Korrespondenz-)Flächenabschnitte, welche in Umfangsrichtung benachbart zu der wenigstens einen bzw. jeweiligen Laval-Düsenkontur gebildet sind. Weiterhin ist der endseitige Abschnitt bevorzugt so ausgestaltet, dass Brenngas den endseitigen Abschnitt (vor Erreichen der Dichtfläche) nur bzw. ausschließlich durch eine jeweilige Laval-Düsenkontur passieren kann, d. h. mit Öffnen des Einspritzventils, insbesondere über die gesamte mögliche Hublänge. Insoweit ist vorgesehen, dass mittels der (Korrespondenz-)Flächenabschnitte auch eine Gleitdichtung gegen die Aufnahmebohrung) des Einspritzventilglieds ermöglicht ist.
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Der endseitige Abschnitt, welcher die wenigstens eine Laval-Düsenkontur aufweist, ist – im Rahmen der Erfindung – in axialer Richtung betrachtet bevorzugt zwischen dem Dichtflächenabschnitt bzw. der Dichtfläche und einem Brenngas-Speicherabschnitt bzw. -raum gebildet, insbesondere durch diese begrenzt (wobei der Dichtflächenabschnitt weiterhin ein brennraumseitiges Außenende des Einspritzventilglieds bilden kann). Der Brenngas-Speicherabschnitt, welcher z. B. über eine Hochdruckleitung mit Brenngas angeströmt werden kann, ist hierbei bevorzugt als Ringraum um das dabei vorzugsweise über die axiale Länge bzw. Höhe des Brenngas-Speicherabschnitts – radial – verjüngte Einspritzventilglied gebildet. Ausgehend von dem Brenngas-Speicherabschnitt kann Brenngas hierbei vorzugsweise auch in einen Einlaufquerschnitt einer jeweiligen Laval-Düsenkontur eintreten, welcher insoweit vorzugsweise am stromaufwärtigen Ende des entsprechend konturierten, endseitigen Abschnitts gebildet ist (welches Ende z. B. durch eine Fläche gebildet wird, welche sich in einer radialen Ebene erstreckt).
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Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass sich ein Strömungsweg bzw. ein Querschnitt (Kanal) einer jeweiligen Laval-Düsenkontur über die gesamte Höhe des endseitigen Abschnitts erstreckt, d. h. bevorzugt hin von dem stromaufwärtigen Speicherraum bis an die stromabwärtige Dichtfläche. Ein Einlaufquerschnitt einer jeweiligen Laval-Düsenkontur kann hierbei allgemein eine radiale Erstreckung aufweisen, welche im Bereich eines Viertels bis eines Drittels der Länge des Durchmessers des endseitigen Abschnitts liegt, bevorzugt z. B. ein Drittel beträgt. Bevorzugt ist ein jeweiliger Einlaufquerschnitt, z. B. radialschlitzförmig gebildet, soweit in den endseitigen Abschnitt gearbeitet, dass eine radial innenliegende Basisfläche der Laval-Düsenkontur auch mit einem – wie oben erwähnten – brenngasspeicherraumseitig verjüngten Abschnitt des Einspritzventilglieds fluchtet.
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Allgemein und insbesondere bevorzugt ist weiterhin, dass die wenigstens eine bzw. eine jeweilige Laval-Düsenkontur mit der Dichtfläche des Dichtflächenabschnitts fluchtend ausmündet, d. h. insbesondere in Bezug auf oben erwähnte Basis- bzw. Überströmfläche der Laval-Düsenkontur. Hierdurch kann eine strömungsgünstige Abströmung vorteilhaft gewährleistet werden. Vorzugsweise bildet insoweit auch die überströmbare Fläche bzw. Basisfläche innerhalb der wenigstens einen Laval-Düsenkontur zusammen mit der Dichtfläche eine kegelmantelabschnittsförmige Fläche.
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Bevorzugt ist die wenigstens eine Laval-Düsenkontur im Rahmen der Erfindung eine spanend oder materialabtragend gefertigte Kontur. Eine solche kann vorteilhaft einfach z. B. durch Fräsen, z. B. auch durch ein Erodierverfahren oder eine Schneidbearbeitung gefertigt sein.
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Vorgeschlagen wird im Rahmen der Erfindung auch eine Brennkraftmaschine, welche wenigstens einen wie vorstehend erörterten Brenngasinjektor aufweist.
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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 eine abgebrochene und teilgeschnittene Ansicht eines Brenngasinjektors gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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2 exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht, welche Laval-Düsenkonturen gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung an einem Einspritzventilglied veranschaulicht.
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3 exemplarisch und schematisch eine transparente Ansicht einer möglichen Laval-Düsenkontur an einem Einspritzventilglied.
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4 exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer möglichen Ausgestaltung eines Einspritzventilglieds mit Laval-Düsenkonturen.
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5 analog zu 4 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer weiteren möglichen Ausgestaltung eines Einspritzventilglieds mit Laval-Düsenkonturen.
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6 exemplarisch und schematisch ein abgeschnitten veranschaulichtes Einspritzventilglied mit Laval-Düsenkonturen.
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7 das Einspritzventilglied gem. 6 in einer weiteren Ansicht.
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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 Brenngasinjektor 1, welcher als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor bereitgestellt ist und neben einem Brenngas-Einspritzventil 3 auch ein Flüssigkraftstoff-Einspritzventil 5 aufweist. Mit einem solchen Brenngasinjektor 1 ist beispielsweise ein Zündstrahlbetrieb durchführbar.
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Das Flüssigkraftstoff-Einspritzventil 5 ist mittels eines Flüssigkraftstoff-Düsenventilglieds 7, zum Beispiel einer Flüssigkraftstoff-Düsennadel, gebildet, welches hubverschieblich gegen einen Ventilsitz 9 des Flüssigkraftstoff-Injektorteils wirkt. Der Ventilsitz 9 – des hierbei innenöffnenden Flüssigkraftstoff-Einspritzventils 5 – ist zum Beispiel in einem Düsenkörper 11 des Brenngasinjektors 1 gebildet. Im Rahmen dieser Anordnung kann Flüssigkraftstoff aus einem Düsenraum 13 mit Abheben der Flüssigkraftstoff-Düsennadel 7 vom Ventilsitz 9 an eine Spritzloch-Anordnung 15 für eine Flüssigkraftstoff-Ausdüsung über dieselbe (in einen Brennraum) strömen. Mit Zusteuerung des hierbei geöffneten Strömungswegs kehrt die Flüssigkraftstoff-Düsennadel 7 in den Ventilsitz 9 zurück, so dass ein Ausdüsen vermieden bzw. beendet wird. Für die Hubsteuerung des Flüssigkraftstoff-Düsenventilglieds 7 kann eine hydraulische Steuerung vorgesehen sein, z. B. indirekt über Pilotventil und Steuerraum (nicht dargestellt). Zum Einbringen von hochdruckbeaufschlagtem Flüssigkraftstoff in den Düsenraum 13 kann injektorintern eine Hochdruck(HD)-Versorgungsleitung 17 von einem Flüssigkraftstoff-Einlass 19 an den Düsenraum 13 geführt sein.
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Das Brenngas-Einspritzventil 3 des Brenngasinjektors 1 ist ebenfalls mittels eines hubverschieblichen Einspritzventilglieds 21 und einem Einspritzventilsitz 23 (für das Einspritzventilglied 21) gebildet, wobei das Brenngas-Einspritzventil 3 jedoch als außenöffnendes Einspritzventil gebildet ist. Das Einspritzventilglied 21 ist hierbei in Form einer Brenngas-Düsennadel bereitgestellt und in einer Aufnahme 25 axial hubverschieblich aufgenommen, welche mittels einer Axialbohrung in dem Düsenkörper 11 des Brenngasinjektors 1 gebildet ist. Über einen längsmittleren Bereich ist das Einspritzventilglied 21 hierbei gegen die Wandung 27 der Aufnahme 25 gleitgedichtet.
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An einem brennraumfernen Ende des Einspritzventilglieds 21 weist dieses einen kolbenförmigen Abschnitt 29 auf, welcher zusammen mit einem oberen (brennraumferneren) 31 und einem unteren 33 (brennraumnäheren) Steuerraum sowie einer Schließfeder 35 eine Kolbensteueranordnung für eine hydraulische Hubsteuerung des Einspritzventilglieds 21 bildet. Im Rahmen dieser Kolbensteueranordnung kann ein Steuerraum 31, 33 hydraulisch entlastet werden während der andere Steuerraum 33, 31 belastet wird und umgekehrt.
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An einem brennraumnahen Ende weist das Einspritzventilglied 21 weiterhin einen Dichtflächenabschnitt 37 mit einer Dichtfläche 39 auf, welcher Dichtflächenabschnitt 37 für ein Zusammenwirken mit dem Einspritzventilsitz 23 des Brenngas-Einspritzventils 3 gebildet ist (im Rahmen der Bildung eines Dichtsitzes). Der Dichtflächenabschnitt 37, welcher hierbei auch ein Außenende des Einspritzventilglieds 21 bildet, ist hierbei kegeltellerförmig gebildet und wirkt mit der daran bereitgestellten, insbesondere kegelringflächenförmigen, Dichtfläche 39 gegen eine korrespondierend geformte Sitzfläche 41, insbesondere Kegelringfläche, des Einspritzventilsitzes 23.
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Im Rahmen der derart gebildeten Anordnung kann das Einspritzventilglied 21 für ein Öffnen des Brenngas-Einspritzventils 3 aus der gezeigten Schließstellung in Richtung hin zu einer Brennraumseite verlagert werden (Pfeil A; Öffnungshub), wobei sich die Dichtfläche 39 von der Sitzfläche 41 des Einspritzventilsitzes 23 entfernt (außenöffnend), für ein Schließen kann das Einspritzventilglied 21 zurück in den Sitz 23 gesteuert werden (Pfeil B; Schließhub), wobei die Dichtfläche 39 wieder an der Sitzfläche 41 in Anlage gelangt.
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Wie 1 auch veranschaulicht, ist am Einspritzventilglied 21, insbesondere an die Dichtfläche 39 desselben ausmündend, eine Laval-Düsenkontur 43 gebildet. Mittels einer solchen Laval-Düsenkontur 43, mittels welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung je ein Spritzkanal zur Ausbildung eines diskreten (Überschall-)Brenngasstrahls gebildet wird, kann bei überkritischen Bedingungen im Rahmen der Hochdruck-Eindüsung des Brenngases eine vorteilhaft hohe Geschwindigkeit der Strömung im Überschallbereich erzielt werden, so dass die Strahleindringtiefe in einen Brennraum mit dem Brenngasinjektor 1 deutlich gesteigert werden kann.
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Bei dem Brenngasinjektor 1 ist die jeweilige Laval-Düsenkontur 43, vorliegend zum Beispiel vier Laval-Düsenkonturen 43 (entsprechend vier separaten Spritzkanälen; vorzugsweise um 90° in Umfangsrichtung zueinander versetzt), in einen hierfür geeignet bereitgestellten, endseitigen (brennraumseitigen) Abschnitt 45 des Einspritzventilglieds 21 eingebracht. Der endseitige Abschnitt 45 ist hierbei stumpenförmig gebildet bzw. von zylindrischer Form und weiterhin – in axialer Richtung betrachtet – zwischen dem Dichtflächenabschnitt 37 und einem Brenngasspeicherabschnitt 47 (je unmittelbar daran angrenzend) angeordnet.
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Wie 1 veranschaulicht, ist der Brenngas-Speicherabschnitt 47 mittels einer abschnittsweisen Verjüngung des Einspritzventilglieds 21 gebildet, resultierend in einem Ringraum 49, welcher das (denselben konzentrisch durchtauchende) Einspritzventilglied 21 umgibt und welcher durch die Wandung 27 der Aufnahme 25, eine brennraumferne (obere) Stirnfläche sowie eine brennraumferne Stirnfläche 51 des endseitigen Abschnitts 45 begrenzt ist. An den derart gebildeten Brenngasspeicherabschnitt 47 bzw. -speicherraum, welcher hierbei auch als Düsenraum wirkt, kann hochdruckbeaufschlagtes Brenngas (z. B. 350 bar oder mehr) seitens einer hierzu bereitgestellten Hochdruck-Brenngas-Versorgungsleitung 53 injektorintern zugeführt werden, d. h. ausgehend von einem Brenngas-Einlass 55 am Brenngasinjektor 1.
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Die jeweilige Laval-Düsenkontur 43, die ersichtlich stromauf des Dichtflächenabschnitts 37 und hierbei auch stromauf der Dichtfläche 39 an dem Einspritzventilglied 21 gebildet ist, das heißt an dem dafür geeignet bereitgestellten endseitigen Abschnitt 45, ist seitens des Brenngasspeicherabschnitts 47 anströmbar, wobei ein Einlaufquerschnitt 57 einer jeweiligen Laval-Düsenkontur 43 – gebildet in der Stirnfläche 51 des endseitigen Abschnitts 45 – eine radiale Erstreckung aufweist, welche im Bereich eines Viertels bis eines Drittels der Länge des Durchmessers D des endseitigen Abschnitts liegt, bevorzugt im Bereich eines Drittels.
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Die jeweilige Laval-Düsenkontur 43 ist weiterhin mittels eines durchströmbaren Kanals 59 gebildet, welcher nach außen geöffnet ist und sich über die gesamte Höhe H (s. 2) des endseitigen Abschnitts 45 erstreckt, d. h. vom Einlaufquerschnitt 57 bis hin zur Dichtfläche 39 bzw. bis hin zum Dichtflächenabschnitt 37. Hierbei ist die jeweilige Lavalkontur 43 radial von außen in den endseitigen Abschnitt 45 gearbeitet, insbesondere gefräst (so dass eine vorteilhaft einfache Fertigung ermöglicht ist).
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Wie 1 weiterhin veranschaulicht, sind beidseitig benachbart zu der Laval-Düsenkontur 43 Führungsflächen 61 am endseitigen Abschnitt 45 gebildet, welche zum einen eine Führung des endseitigen Abschnitts 45, mithin des Einspritzventilglieds 21, an der Wandung 27 der Axialbohrung 25 ermöglichen, weiterhin eine Gleitdichtung gegen dieselbe. Derart ausgestaltet und mit einer axialen Länge H versehen, welche die Hublänge des Einspritzventilglieds 21 übersteigt, kann das Brenngas bei Öffnen des Einspritzventilglieds 21 ausschließlich über die Laval-Düsenkonturen 43 abströmen, so dass stets die beabsichtigte Spritzstrahlformung über eine jeweilige Laval-Düsenkontur 43 gewährleistet ist, das heißt je über die gesamte mögliche Hublänge.
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Die 2 und 3 veranschaulichen mögliche Laval-Düsenkonturen 43 gemäß der Erfindung näher. Hierbei zeigt 2 in einer Schnittansicht des Einspritzventilglieds 21 eine jeweilige Laval-Düsenkontur 43 in der Draufsicht von oben, das heißt seitens der brennraumfernen Stirnseite 51, während 3 eine solche Laval-Düsenkontur 43 transparent darstellt.
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Die jeweilige Laval-Düsenkontur 43 weist einen durchströmbaren Kanal 59 mit einer Basisfläche 63 auf, welche einlaufseitig mit der Umfangswand 65 des abschnittsweise verjüngten Einspritzventilglieds 21 seitens des Brenngasspeicherabschnitts 47 fluchtet und welche abströmseitig mit der Dichtfläche 39 fluchtend an dieselbe ausmündet bzw. fluchtend in dieselbe übergeht. Zwischen Einlaufende (Einlaufquerschnitt 57) und Abströmende 67 weist die Basisfläche 63 hierbei bogenförmige Krümmung auf, vgl. z. B. 3. Beidseitig der Basisfläche 63 weist die jeweilige Laval-Düsenkontur 43 bzw. der Kanal 59 weiterhin zwei Wandflächen 69a, b auf, welche mit zunehmender axialer Entfernung vom Einlaufquerschnitt 57 des Einspritzventilglieds 21 zunehmend divergieren. Ein engster Querschnitt der Laval-Düsenkontur 43 wird hierbei am Einlaufende 57 gebildet, während eine Querschnittaufweitung am Abströmende 67 erzielt wird.
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4 und 5 zeigen nunmehr Schnittansichten, welche insbesondere darauf abstellen, Laval-Düsenkonturen 43 samt Brenngasspeicherabschnitt 47 und Dichtflächenabschnitt 37 im Wirkverbund näher zu veranschaulichen. 4 zeigt hierbei einen kegeltellerförmigen Dichtflächenabschnitt 37 mit einer Kegelring-Dichtfläche, 5 demgegenüber einen abströmseitig abgewinkelten bzw. verrundeten Dichtflächenabschnitt 37.
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Wie die 4 und 5 zeigen, fluchtet die Basisfläche 63 der jeweiligen Laval-Düsenkontur 43 sowohl mit der Mantelfläche 65 des abschnittsweise verjüngten Einspritzventilglieds 21 als auch mit der Dichtfläche 39 des Dichtflächenabschnitts 37. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhaft strömungsgünstige Strömungsführung im Bereich der jeweiligen Laval-Düsenkontur 43. Bei der Ausgestaltung nach 5 wird die Wirkung der Laval-Düsenkontur 43 zudem beeinflusst dadurch, dass sich mittels der abströmseitig zunehmend divergierenden Flächen des Einspritzventilsitzes und des Dichtflächenabschnitts eine weitere Querschnittsaufweitung darstellen lässt.
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Die 6 und 7 zeigen nunmehr abgeschnittene Ansichten eines Einspritzventilglieds 21 mit vier Laval-Düsenkonturen 43, welche in dem endseitigen Abschnitt 45 stromauf der Dichtfläche 39 bzw. unmittelbar an/vor derselben gebildet sind. Der endseitige Abschnitt 45 weist hierbei wiederum Stumpenform auf bzw. eine zylindrische Einhüllende.
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Ersichtlich sind die Einlassquerschnitte 57 der Laval-Düsenkonturen 43 radialschlitzförmig gebildet, d. h. mit einer radialen Abmessung, welche etwa ein Drittel des Durchmessers D des endseitigen Abschnitts 45 beträgt. Hierbei verringert sich die Schlitzbreite des jeweiligen Einlassquerschnitts 57 mit zunehmender radialer Entfernung von der Achse des Einspritzventilglieds 21 auch geringfügig. Gleichzeitig divergieren bei dieser Ausgestaltung die Wandflächen 69a, b mit zunehmender axialer Entfernung vom Einlaufquerschnitt 57, d. h. hin in Richtung Abströmende 67. Hiermit ist eine vorteilhaft ausgeprägte Laval-Düsenwirkung erzielbar.
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Angemerkt sei abschließend, dass, obwohl nicht dargestellt, im Rahmen der Erfindung auch unterschiedlich konturierte Laval-Düsenkonturen 43 an dem endseitigen Abschnitt 45 bzw. dem Einspritzventilglied 21 ausgeformt sein können, z. B. um Brenngasstrahlen mit mehr oder weniger stark ausgeprägtem Impuls bereitzustellen. Denkbar ist daneben, eine oder mehrere Laval-Düsenkonturen 43 am Einspritventilglied 21 in Kombination mit einer davon verschiedenen Abströmgeometrie, z. B. einem bogenförmigen Abströmquerschnitt, auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brenngasinjektor
- 3
- Brenngas-Einspritzventil
- 5
- Flüssigkraftstoff-Einspritzventil
- 7
- Flüssigkraftstoff-Düsenventilglied
- 9
- Ventilsitz
- 11
- Düsenkörper
- 13
- Düsenraum
- 15
- Spritzloch-Anordnung
- 17
- Flüssigkraftstoff-Hochdruck-Versorgungsleitung
- 19
- Flüssigkraftstoff-Einlass
- 21
- Einspritzventilglied
- 23
- Einspritzventilsitz
- 25
- Aufnahme
- 27
- Wandung
- 29
- Kolbenförmiger Abschnitt
- 31
- oberer Steuerraum
- 33
- unterer Steuerraum
- 35
- Schließfeder
- 37
- Dichtflächenabschnitt
- 39
- Dichtfläche
- 41
- Sitzfläche
- 43
- Laval-Düsenkontur
- 45
- Endseitiger Abschnitt
- 47
- Brenngasspeicherabschnitt
- 49
- Ringraum
- 51
- Stirnfläche
- 53
- Hochdruck-Brenngas-Versorgungsleitung
- 55
- Brenngas-Einlass
- 57
- Einlaufquerschnitt
- 59
- Kanal
- 61
- Führungsfläche
- 63
- Basisfläche
- 65
- Umfangswand
- 67
- Abströmende
- 69a, b
- Wandfläche
- A
- Öffnungsrichtung
- B
- Schließrichtung
- H
- Höhe
- D
- Durchmesser
