DE102016216608A1 - Two-substance injector for two media - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zweistoffinjektor 1, aufweisend einen Injektorkörper 2 mit einem auslassseitigen Endbereich, mit einer in dem Injektorkörper 2 ausgebildeten Injektorkörperausnehmung 3, wobei in der Injektorkörperausnehmung 3 eine zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung 10 für ein zweites Medium in dem Endbereich steuernde äußere Injektornadel 4 längsbeweglich angeordnet ist, und wobei in der Injektornadel 4 eine Injektornadelausnehmung 5 angeordnet ist, in der zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung 19 für ein erstes Medium in der Injektornadel 4 steuernde innere Injektornadel 6 längsbeweglich angeordnet ist Erfindungsgemäß wird ein Zweistoffinjektor 1 bereitgestellt, der hinsichtlich seiner Funktion gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass die Injektorkörperaustrittsöffnung 10 in einer Schließstellung der äußeren Injektornadel 4 in Verlängerung der Injektornadelaustrittsöffnung 19 angeordnet ist.The invention relates to a two-substance injector 1, comprising an injector body 2 with an outlet-side end region, with an injector body recess 3 formed in the injector body 2, wherein an external injector needle 4 controlling at least one injector body outlet opening 10 for a second medium in the end region is arranged longitudinally movably in the injector body recess 3 , and wherein in the Injektornadel 4 a Injektornadelausnehmung 5 is arranged, in which at least one Injektornadelaustrittsöffnung 19 for a first medium in the Injektornadel 4 controlling inner Injektornadel 6 is longitudinally movably arranged According to the invention a Zweistoffinjektor 1 is provided, with respect to its function over the prior art is improved. This is achieved in that the injector body outlet opening 10 is arranged in a closed position of the outer Injektornadel 4 in extension of the Injektornadelaustrittsöffnung 19.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweistoffinjektor für zwei Medien, aufweisend einen Injektorkörper mit einem auslassseitigen Endbereich, mit einer in dem Injektorkörper ausgebildeten Injektorkörperausnehmung, wobei in der Injektorkörperausnehmung eine zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung für ein zweites Medium in dem Endbereich steuernde äußere Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist, und wobei in der äußeren Injektornadel eine Injektornadelausnehmung angeordnet ist, in der zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung für ein erstes Medium in der äußeren Injektornadel steuernde innere Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist.The invention relates to a two-substance injector for two media, comprising an injector body with an outlet-side end region, with an injector body recess formed in the injector body, wherein an outer injector needle controlling at least one injector body outlet opening for a second medium in the end region is longitudinally movably arranged in the injector body recess, and wherein the outer injector needle is arranged an injector needle recess in which at least one Injektornadelaustrittsöffnung for a first medium in the outer Injektornadel controlling inner Injektornadel is arranged longitudinally movable.

Stand der Technik State of the art

Eine derartiger Zweistoffinjektor ist aus der DE 10 2005 037 954 A1 bekannt. Dieser Zweistoffinjektor ist für ein flüssiges Medium und ein gasförmiges Medium ausgelegt und weist einen Injektorkörper mit einer Injektorkörperausnehmung auf, in der eine zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung in dem Injektorkörper steuernde äußere Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist. In dieser äußeren Injektornadel ist eine Injektornadelausnehmung angeordnet, in der eine innere Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist. Diese innere Injektornadel beherrscht eine Anzahl von Injektornadelaustrittsöffnungen, die in der äußeren Injektornadel angeordnet sind.Such a binary injector is from the DE 10 2005 037 954 A1 known. This two-substance injector is designed for a liquid medium and a gaseous medium and has an injector body with an injector body recess, in which an outer injector needle controlling at least one injector body outlet opening in the injector body is arranged longitudinally movably. In this outer Injektornadel Injektornadelausnehmung is arranged in which an inner Injektornadel is arranged longitudinally movable. This inner injector needle controls a number of injector needle orifices located in the outer injector needle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweistoffinjektor bereitzustellen, der hinsichtlich seiner Funktion gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.The invention has for its object to provide a two-fluid injector, which is improved in terms of its function over the prior art.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Injektorkörperaustrittsöffnung in einer Schließstellung der äußeren Injektornadel in Verlängerung der Injektornadelaustrittsöffnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass das von der inneren Injektornadel gesteuerte erste Medium ohne Umlenkung durch die zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung und weiter durch die Injektorkörperaustrittsöffnung in einen Arbeitsraum, in den der auslassseitige Endbereich des Zweistoffinjektors hineinragt, gelangt. Diese Ausgestaltung vermeidet Störungen in der Ausbreitung des ersten Mediums beziehungsweise der Einbringung des ersten Mediums in den Arbeitsraum. Beispielsweise bildet das erste Medium einen Zündstrahl für das nachfolgend in den Arbeitsraum einzubringende zweite Medium.This object is achieved in that the injector body outlet opening is arranged in a closed position of the outer Injektornadel in extension of the Injektornadelaustrittsöffnung. This embodiment makes it possible for the first medium controlled by the inner injector needle to pass through the at least one injector needle outlet opening and further through the injector body outlet opening into a working space into which the outlet-side end region of the two-component injector projects. This embodiment avoids disturbances in the propagation of the first medium or the introduction of the first medium into the working space. For example, the first medium forms an ignition jet for the second medium to be subsequently introduced into the working space.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Injektorkörperaustrittsöffnung koaxial zu der Injektornadelaustrittsöffnung angeordnet. Somit gelangt der von der inneren Injektornadel gesteuerte Strahl des ersten Mediums zuerst durch die Injektornadelaustrittsöffnung und dann zu der koaxial angeordneten Injektorkörperaustrittsöffnung. Dabei ist ein von der Injektornadelaustrittsöffnung festgelegter Strahlkegelwinkel α des ersten Mediums kleiner als ein Strahlwinkel, der von der Injektorkörperaustrittsöffnung bestimmt ist. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass der durch die Injektornadelaustrittsöffnung hindurch tretende Strahl des ersten Mediums ohne eine Auftreffen oder einen Kontakt mit der Injektorkörperaustrittsöffnung durch diese hindurch tritt. Dadurch wird eine Ablenkung des Strahls des ersten Mediums vermieden. Außerdem wird dadurch vermieden, dass eine Ablagerung oder Streuung des Mediums, das von der inneren Injektornadel gesteuert wird, an der Wand der Injektorkörperaustrittsöffnung auftritt. Eine solche Ablagerung oder Streuung könnte als Tropfen oder Ligamente auftreten. Dadurch würde die Funktion des Zweistoffinjektors nachteilig beeinflusst. Beispielsweise ist das von der inneren Injektornadel gesteuerte Medium ein flüssiges Medium und das der äußeren Injektornadel gesteuerte Medium ein gasförmiges Medium. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird nun erreicht, dass das flüssige Medium weitestgehend ohne Beeinflussung des Bereichs in dem Zweistoffinjektor, in dem das gasförmige Medium geführt wird, erfolgt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei der Schließstellung der äußeren Injektornadel der entsprechende auslassseitige Endbereich des Injektorkörpers von einer Befüllung mit gasförmigem Medium abgesperrt ist. Dadurch wird dem flüssigen Medium kein relevanter den entsprechenden Strahl beeinflussender Störparameter aufgedrängt. Idealerweise ist der durch die Injektornadelaustrittsöffnung hindurch tretende Strahl so in Bezug zu der Injektorkörperaustrittsöffnung ausgebildet beziehungsweise geformt, dass dieser beim Eintritt in die Injektorkörperaustrittsöffnung einen deutlichen Abstand zu der die Injektorkörperaustrittsöffnung bildenden Wand hat und auf der Austrittsseite aus der Injektorkörperaustrittsöffnung einen geringen Abstand zu der Wand hat, ohne diese aber in diesem Bereich zu benetzen.In a development of the invention, the injector body outlet opening is arranged coaxially with the injector needle outlet opening. Thus, the jet of the first medium, which is controlled by the inner injector needle, first passes through the injector needle outlet opening and then to the coaxially arranged injector body outlet opening. In this case, a jet cone angle α of the first medium, which is determined by the injector needle outlet opening, is smaller than a jet angle that is determined by the injector body outlet opening. This embodiment ensures that the jet of the first medium passing through the injector needle outlet opening passes through it without striking or making contact with the injector body outlet opening. As a result, a deflection of the beam of the first medium is avoided. In addition, this avoids that a deposit or scattering of the medium, which is controlled by the inner Injektornadel occurs on the wall of the injector body exit opening. Such deposition or scattering could occur as drops or ligaments. This would adversely affect the function of the binary injector. For example, the medium controlled by the inner injector needle is a liquid medium and the medium controlled by the outer injector needle is a gaseous medium. As a result of the embodiment according to the invention, it is now achieved that the liquid medium takes place as far as possible without influencing the region in the two-component injector in which the gaseous medium is conducted. It should be noted that in the closed position of the outer Injektornadel the corresponding outlet-side end portion of the injector is shut off from a filling with gaseous medium. As a result, no relevant interference parameter influencing the corresponding jet is imposed on the liquid medium. Ideally, the jet passing through the injector needle orifice is formed or formed with respect to the injector body orifice such that it has a clear distance from the injector body orifice forming the inlet and exit from the injector body orifice at a small distance from the wall but without wetting them in this area.

In Weiterbildung der Erfindung ist die äußere Injektornadel drehfixiert zu dem Injektorkörper. Diese Drehfixierung ist für die erfindungsgemäße Funktion des Zweistoffinjektors wichtig, indem dadurch die die Koaxialität der Injektorkörperaustrittsöffnung zu der Injektornadelaustrittsöffnung mit hoher Sicherheit in engen Toleranzgrenzen von beispielsweise 1° sichergestellt ist. Dabei kann die Drehfixierung grundsätzlich beliebig ausgebildet und angeordnet sein.In a further development of the invention, the outer injector needle is rotationally fixed to the injector body. This rotational fixation is important for the function of the two-component injector according to the invention, in that the coaxiality of the injector body outlet opening with the injector needle outlet opening is ensured with high safety in close tolerance limits of, for example, 1 °. In this case, the rotational fixation can basically be designed and arranged as desired.

In Weiterbildung der Erfindung weist die äußere Injektornadel kuppenseitig eine mit einer Injektorkörperführungsfläche zusammenwirkende verdrehsichernde Injektornadelführungsfläche auf. Dies ist eine Alternative beispielsweise zu einer Führung der äußeren Injektornadel in einem entfernten Bereich zu dem kuppenseitigen Endbereich. Beispielsweise sind die Injektorkörperführungsfläche und Injektornadelführungsfläche als Dreiflach in einem einen Teil eines Gasraums bildenden Sacklochs ausgebildet, wobei die dadurch gebildete Injektornadelführung den Fluidaustausch zwischen den beiden Seiten der Sacklochführung ermöglicht und zudem eine hydraulisch dämpfende Wirkung beim Aufprall der äußeren Injektornadel in den Endlagen aufweist.In a further development of the invention, the outer injector needle on the dome side has a rotationally locking injector needle guide surface cooperating with an injector body guide surface. This is an alternative to, for example, guiding the outer injector needle in a remote location Area to the dome-side end. For example, the Injektorkörperführungsfläche and Injektornadelführungsfläche are formed as a tri-fold in a part of a gas space forming blind hole, the thus formed Injektornadelführung allows fluid exchange between the two sides of the blind hole guide and also has a hydraulic damping effect on impact of the outer Injektornadel in the end positions.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Injektornadelaustrittsöffnung zumindest über eine äußere Teillänge konisch sich nach außen erweiternd ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Injektornadelaustrittsöffnung eine Stufenbohrung, wobei der größere Durchmesser der Stufenbohrung außen an dem Injektorkörper angeordnet ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Injektornadelaustrittsöffnung als Lavaldüse ausgebildet. Alle Ausgestaltungen stellen sicher, dass der Sprühstrahl des flüssigen Mediums so durch die Injektornadelaustrittsöffnung hindurchgeleitet wird, dass er anschließend ungehindert durch die Injektorkörperaustrittsöffnung hindurch tritt. Es wird darauf hingewiesen, dass für die Injektorkörperaustrittsöffnung grundsätzlich die beschriebenen Ausgestaltungen sinngemäß angewendet werden können.In a further development of the invention, the Injektornadelaustrittsöffnung is at least over an outer partial length conically widening outward. In an alternative embodiment, the Injektornadelaustrittsöffnung is a stepped bore, wherein the larger diameter of the stepped bore is arranged on the outside of the injector body. In a further embodiment, the Injektornadelaustrittsöffnung is designed as a Laval nozzle. All embodiments ensure that the spray of the liquid medium is passed through the Injektornadelaustrittsöffnung so that it then passes freely through the Injektorkörperaustrittsöffnung. It should be noted that basically the described embodiments can be applied mutatis mutandis to the injector body outlet opening.

Die Spritzlochauslegung der Injektornadelaustrittsöffnung kann bei einer Ausführungsform des Zweistoffinjektors mit einem Spritzlochdurchmesser von 100 µm bis 160 µm mit einem konischen Sacklochtyp gewählt werden. Dazu wird die Spritzlochlänge der Injektornadelaustrittsöffnung auf beispielsweise zwischen 1mm und 1,3 mm maximiert. Der Lochkreisdurchmesser der (mehreren) Injektornadelaustrittsöffnung(en) wird minimiert auf beispielsweise zwischen 0,60 mm und 0,9 mm. Dabei wird jede Injektornadelaustrittsöffnung so tief wie möglich in das Injektornadelsackloch, das innerhalb der Injektornadelkuppe gebildet ist, eingebracht. Die Kuppenwandstärke im Bereich der Injektornadelaustrittsöffnung wird auf beispielsweise zwischen 0,6 mm und 0,9 mm minimiert. Die Konizität der Injektornadelaustrittsöffnung wird negativ gewählt (beispielsweise mit einem Außendurchmesser von 50 µm größer als der theoretische Wert des Innendurchmessers, wobei ein zylindrischer oder leicht konischer Teil der Spritzlochkontur bis zu etwa 50 % der Spritzlochlänge wünschenswert ist). Eine fertigungstechnisch aufwändige Ausgestaltung ist die Wahl einer Stufenbohrung und eine Idealform ist die Ausbildung als Lavaldüse.The injection hole design of the Injektornadelaustrittsöffnung can be selected in one embodiment of the Zweistoffinjektors with a spray hole diameter of 100 microns to 160 microns with a conical blind hole type. For this purpose, the spray hole length of the Injektornadelaustrittsöffnung is maximized to, for example, between 1mm and 1.3 mm. The pitch circle diameter of the (multiple) injector needle orifice (s) is minimized to, for example, between 0.60 mm and 0.9 mm. In this case, each Injektornadelaustrittsöffnung is as deep as possible in the Injektornadelsackloch, which is formed within the Injektornadelkuppe introduced. The dome wall thickness in the region of the injector needle outlet opening is minimized to, for example, between 0.6 mm and 0.9 mm. The taper of the Injektornadelaustrittsöffnung is selected negative (for example, with an outer diameter of 50 microns greater than the theoretical value of the inner diameter, with a cylindrical or slightly conical part of the injection hole contour is desirable up to about 50% of the injection hole length). An elaborate design is the choice of a stepped bore and an ideal shape is the training as a Laval nozzle.

Um das Verhältnis der Dichte der Flüssigkeit zu der Dichte des Gases bei einer Einspritzung zu maximieren, sollte die Dichte des Gases im Sackloch des Gaspfades minimiert werden. Ein Beitragsleister hierzu ist die Molmasse des Gases (bei gleichen Druck- und Temperaturbedingungen). Dazu sollte eine frühe Piloteinspritzung des Gasstrahls erfolgen, so dass zum Zeitpunkt der Flüssigkeitseinspritzung im Gassackloch und eventuell der näheren Umgebung der Düse eine hohe Konzentration beispielsweise an Methan herrscht. Dieser letztgenannte Beitrag ist aber bei Wahl einer geringen Spritzlochlänge (z.B. zwischen 0,6 mm und 0,9 mm) und deren Durchmesser > 0,5 mm (z.B. 0,75 mm) der Injektornadelaustrittsöffnung nicht erforderlich. Auch ist es gegebenenfalls möglich, den Strahlkegelwinkel auf unter 10° zu reduzieren, falls ein Durchmesser der Injektornadelaustrittsöffnung kleiner 0,5 mm gewählt wird (und alle andere Maßnahmen nicht ausreichen). Falls trotzdem ein geringfügiger Anteil des Flüssigkeitsstrahls an der Wand der Injektorkörperaustrittsöffnung abgelagert wird, ist davon auszugehen, dass die reguläre Einblasung von gasförmigem Medium unter einem Druck von größer 300 bar Flüssigkeitstropfen von der Wand der Injektorkörperaustrittsöffnung mit sich reißt und sie in den Arbeitsraum befördert, ohne dass ein nennenswerter Schaden durch eine strömungstechnisch relevante Ablagerung an der Wand der Injektorkörperaustrittsöffnung (Verkokung) entsteht.In order to maximize the ratio of the density of the liquid to the density of the gas in an injection, the density of the gas in the blind hole of the gas path should be minimized. A contributor to this is the molecular weight of the gas (at the same pressure and temperature conditions). For this purpose, an early pilot injection of the gas jet should take place, so that at the time of the liquid injection in the gas bag hole and possibly the closer environment of the nozzle there is a high concentration, for example of methane. However, this latter contribution is not necessary when choosing a small spray hole length (e.g., between 0.6 mm and 0.9 mm) and a diameter of> 0.5 mm (e.g., 0.75 mm) of the injector needle exit orifice. It may also be possible to reduce the jet cone angle to less than 10 ° if a diameter of the injector needle outlet opening is chosen to be less than 0.5 mm (and all other measures are insufficient). If, nevertheless, a small proportion of the liquid jet is deposited on the wall of the injector body outlet opening, it can be assumed that the regular injection of gaseous medium under a pressure of greater than 300 bar entrains drops of liquid from the wall of the injector body outlet opening and conveys them into the working space, without that appreciable damage is caused by a fluidically relevant deposit on the wall of the injector body outlet opening (coking).

Wenn auch der Gegenstand des erfindungsgemäßen Zweistoffinjektors bei einer beliebigen Anwendung umgesetzt werden kann, ist eine bevorzugte Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine gegeben, wobei die Medien ein flüssiger Kraftstoff und ein gasförmiger Kraftstoff sind. Der flüssige Kraftstoff ist beispielsweise Dieselkraftstoff und der gasförmige Kraftstoff beispielsweise Methan. Der Dieselkraftstoff wird insbesondere bei einem Start der Brennkraftmaschine in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt, wobei während dieser Einspritzung kein Methan eingespritzt wird. Erst wenn die Brennkraftmaschine in Betrieb gesetzt worden ist, wird Methan in den Brennraum eingespritzt und gleichzeitig die Einspritzung von Dieselkraftstoff beendet. Eine solche gesteuerte Einspritzung ist mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Injektor umsetzbar, wobei durch den so ausgebildeten Injektor der Betrieb der entsprechenden Brennkraftmaschine verbessert wird. Dies äußert sich durch eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs bei einer gleichzeitigen Reduzierung der (schädlichen) Abgasemissionen. Dabei ist der erfindungsgemäß ausgestaltete Zweistoffinjektor kostenneutral oder sogar günstiger als ein herkömmlich ausgebildeter Zweistoffinjektor herstellbar.While the subject matter of the bi-fuel injector of the present invention may be used in any application, there is a preferred use in a fuel injection system on an internal combustion engine wherein the media is a liquid fuel and a gaseous fuel. The liquid fuel is for example diesel fuel and the gaseous fuel for example methane. The diesel fuel is injected in particular at a start of the internal combustion engine in a combustion chamber of the internal combustion engine, during which injection no methane is injected. Only when the internal combustion engine has been put into operation, methane is injected into the combustion chamber and simultaneously terminates the injection of diesel fuel. Such a controlled injection can be implemented with the inventively embodied injector, whereby the operation of the corresponding internal combustion engine is improved by the thus formed injector. This is reflected by a reduction in fuel consumption while reducing (harmful) exhaust emissions. Here, the inventively designed Zweistoffinjektor cost neutral or even cheaper than a conventionally trained Zweistoffinjektor produced.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben sind.Further advantageous embodiments of the invention are described in the drawings, are described in more detail in the embodiments illustrated in the figures.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zweistoffinjektors, 1 a schematic sectional view of an inventively designed Zweistoffinjektors,

2 eine perspektivische Detailansicht eines spritzseitigen Endbereichs eines Zweistoffinjektors gemäß 1, 2 a perspective detailed view of an injection-side end portion of a Zweistoffinjektors according to 1 .

3 eine Schnittdarstellung durch einen spritzseitigen Endbereich gemäß 2, 3 a sectional view through a spritzseitigen end according to 2 .

4 eine Schnittdarstellung durch eine Injektornadelaustrittsöffnung, 4 a sectional view through an injector needle outlet,

5 eine Schnittdarstellung eines Zweistoffinjektors in einer alternativen Ausgestaltung und 5 a sectional view of a Zweistoffinjektors in an alternative embodiment and

6 eine Detailansicht eines Zweistoffinjektors gemäß 5. 6 a detailed view of a two-fluid injector according to 5 ,

Der in 1 dargestellte Zweistoffinjektor 1 ist Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei mit dem Zweistoffinjektor 1 zum Betrieb der Brennkraftmaschine zwei unterschiedliche Medien, nämlich ein erster flüssiger Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, und ein zweiter gasförmiger Kraftstoff, vorzugsweise Brenngas in Form von Methan, wechselweise oder additiv in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.The in 1 shown Zweistoffinjektor 1 is part of a fuel injection system of an internal combustion engine, wherein with the binary injector 1 for operating the internal combustion engine two different media, namely a first liquid fuel, preferably diesel fuel, and a second gaseous fuel, preferably fuel gas in the form of methane, alternately or additively injected into a combustion chamber of the internal combustion engine.

Der Zweistoffinjektor 1 weist einen Injektorkörper 2 auf, in den eine Injektorkörperausnehmung 3 für eine äußere Injektornadel 4 eingelassen ist. Die äußere Injektornadel 4 weist eine innere Injektornadelausnehmung 5 für eine innere Injektornadel 6 auf. Die äußere Injektornadel 4 weist einen Injektornadelsitz 7 auf, der in einem Ventilsitz 8 des Injektorkörpers 2 einwirkt. An den Injektornadelsitz 7 schließt endseitig eine Injektornadelkuppe 9 an, in die im Bereich vor dem Injektornadelsitz 7 zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung 19 eingelassen ist. Zu dieser Injektornadelaustrittsöffnung 19 ist in einer Schließstellung der äußeren Injektornadel 4, in der der Injektornadelsitz 7 in einem Ventilsitz 8 einwirkt, koaxial in dem Injektorkörper 2 eine Injektorkörperaustrittsöffnung 10 angeordnet. Diese Ausgestaltung bildet den Kern der Erfindung und wird nachfolgend noch detailliert erläutert.The binary injector 1 has an injector body 2 in which an injector body recess 3 for an external injector needle 4 is admitted. The outer injector needle 4 has an inner Injektornadelausnehmung 5 for an internal injector needle 6 on. The outer injector needle 4 has an injector needle seat 7 up in a valve seat 8th of the injector body 2 acts. To the injector needle seat 7 Closes end of an injector needle 9 in, in the area in front of the injector needle seat 7 at least one Injektornadelaustrittsöffnung 19 is admitted. To this Injektornadelaustrittsöffnung 19 is in a closed position of the outer Injektornadel 4 in which the injector needle seat 7 in a valve seat 8th acting coaxially in the injector body 2 an injector body exit opening 10 arranged. This embodiment forms the core of the invention and will be explained in more detail below.

Die Injektorkörperaustrittsöffnung 10 ist dauernd mit einem Gasraum 12 verbunden, der zwischen der Injektornadelkuppe 9 und dem Injektorkörper 2 endseitig vor dem Ventilsitz 8 angeordnet ist. The injector body outlet opening 10 is permanently with a gas space 12 connected between the injector needle point 9 and the injector body 2 at the end in front of the valve seat 8th is arranged.

Beim von einer gegenüberliegend zu der Injektornadelkuppe 9 angeordneten Injektornadelfeder 11 eingestellten beziehungsweise bewirkten Aufsitzen des Injektornadelsitzes 7 in den Ventilsitz 8 ist eine Verbindung des Gasraums 12 mit einem in dem Injektorkörper 2 eingelassenen Gaskanal 13 unterbunden. Der Gaskanal 13 ist mit einer an dem Injektorkörper 2 befestigten Gasleitung 14 verbunden, über die in den Gaskanal 13 Brenngas eingeführt wird, das bei geöffneter äußerer Injektornadel 4, wenn also der Injektornadelsitz 7 von dem Ventilsitz 8 abgehoben ist, in den Gasraum 12 gelangt und durch die Injektorkörperaustrittsöffnung 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt beziehungsweise eingeblasen wird.When from one opposite to the Injektornadelkuppe 9 arranged Injektornadelfeder 11 set or effected Aufsitzen the Injektornadelsitzes 7 in the valve seat 8th is a connection of the gas space 12 with one in the injector body 2 taken in gas channel 13 prevented. The gas channel 13 is with one on the injector body 2 attached gas line 14 connected via the into the gas channel 13 Fuel gas is introduced, with open external Injektornadel 4 So if the injector needle seat 7 from the valve seat 8th is lifted off, in the gas space 12 passes and through the Injektorkörperaustrittsöffnung 10 is injected or injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Die in der inneren Injektornadelausnehmung 5 geführte innere Injektornadel 6 weist ebenfalls eine Injektornadelspitze 15 auf, die in einen Ventilsitz 16, der in die äußere Injektornadel 4 eingearbeitet ist, einwirkt. In der dargestellten geschlossenen Stellung der inneren Injektornadel 6 beziehungsweise deren Injektornadelspitze 15 ist die zumindest eine in die äußere Injektornadel 4 eingelassene Injektornadelaustrittsöffnung 19 verschlossen. Ist die innere Injektornadel 6 und damit deren Injektornadelspitze 15 gegen eine Nadelfeder 18 axial nach oben verschoben, ist die zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung 19 über einen Fluidraum 17 und weiter über die Injektornadelausnehmung 5 mit einem Fluidkanal 20 sowie einer an dem Injektorkörper 2 befestigten Fluidleitung 21 verbunden. Durch die Fluidleitung 21 wird dem Zweistoffinjektor 1 Dieselkraftstoff zugeleitet, der bei geöffneter innerer Injektornadel 6 durch die zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung 19 durch den Fluidraum 17 hindurch und weiter durch die Injektorkörperaustrittsöffnung 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Um eine ungehinderte Einspritzung zu gewährleisten, ist die äußere Injektornadel 4 gegenüber dem Injektorkörper 2 drehfixiert, das heißt, sie kann zwar axial bewegt, nicht aber verdreht werden. The in the inner Injektornadelausnehmung 5 guided inner injector needle 6 also has an injector needle point 15 on that in a valve seat 16 in the outer injector needle 4 is incorporated, acts. In the illustrated closed position of the inner Injektornadel 6 or their Injektornadelspitze 15 is the at least one in the outer Injektornadel 4 taken in Injektornadelaustrittsöffnung 19 locked. Is the inner injector needle 6 and thus the Injektornadelspitze 15 against a needle spring 18 displaced axially upward, which is at least one Injektornadelaustrittsöffnung 19 via a fluid space 17 and continue through the injector needle recess 5 with a fluid channel 20 and one on the injector body 2 attached fluid line 21 connected. Through the fluid line 21 becomes the binary injector 1 Diesel fuel supplied, with open internal Injektornadel 6 through the at least one Injektornadelaustrittsöffnung 19 through the fluid space 17 through and further through the injector body exit opening 10 is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. To ensure unimpeded injection, the outer injector needle is 4 opposite the injector body 2 rotationally fixed, that is, it can be moved axially, but not twisted.

Dadurch ist die dauerhafte koaxiale Anordnung der Injektorkörperaustrittsöffnung 10 zu der Injektornadelaustrittsöffnung 19 sichergestellt. Die Drehfixierung erfolgt bei der Ausgestaltung gemäß 1 beispielsweise im oberen Bereich der äußeren Injektornadel 4 gegenüber dem Injektorkörper 2.As a result, the permanent coaxial arrangement of the injector body outlet opening 10 to the Injektornadelaustrittsöffnung 19 ensured. The rotational fixation takes place in the embodiment according to 1 for example, in the upper region of the outer Injektornadel 4 opposite the injector body 2 ,

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verstellung der äußeren Injektornadel 4 und der inneren Injektornadel 6 von zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Ventilelementen 22a, 22b gesteuert. Die Ventilelemente 22a, 22b werden beispielsweise von elektromagnetischen, hydraulischen oder mechanischen Betätigungsorganen 23a, 23b angesteuert. Das Ventilelement 22a wirkt mit einer ersten Steuerleitung 24a zusammen, die die Fluidleitung 21 mit einem die Injektornadelfeder 11 aufnehmenden Injektornadelfederraum 25 und dem Ventilelement 22a verbindet. Ist das erste Ventilelement 22a in der dargestellten geschlossenen Position, ist eine Verbindung zwischen der ersten Steuerleitung 24a und einer ebenfalls an dem Injektorkörper 2 befestigten Rücklaufleitung 26 unterbrochen. Dadurch baut sich in dem Injektornadelfederraum 25 ein Fluiddruck auf, der zusammen mit der Injektornadelfeder 11 die äußere Injektornadel 4 in der geschlossenen Position hält. Wird dagegen die Strömungsverbindung zwischen der ersten Steuerleitung 24a und der Rücklaufleitung 26 von dem Ventilelement 22a freigegeben, erfolgt ein Druckabbau in dem Injektornadelfederraum 25 und die äußere Injektornadel 4 wird durch den an einer in dem Gasraum 12 angeordneten Druckschulter anliegenden Gasdruck axial verschoben, so dass durch die zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung 10 Brenngas in den Brennraum eingeblasen wird. Die gleiche Funktionsweise gilt sinngemäß für die innere Injektornadel 6, die von dem Ventilelement 22b und eine zweite Steuerleitung 24b angesteuert wird. In die beiden Steuerleitungen 24a, 24b sind Steuerleitungsdrosseln 26a, 26b eingesetzt, die den Zufluss von Dieselkraftstoff in die Steuerleitungen 24a, 24b begrenzen beziehungsweise eine gegenseitige Beeinflussung der Steuerfunktion durch die beiden Ventilelemente 22a, 22b verhindern. Die beschriebene Ansteuerung ist beispielhaft und es sind auch andere Ausgestaltungen möglich.In the illustrated embodiment, the adjustment of the outer Injektornadel 4 and the inner injector needle 6 of two independently controllable valve elements 22a . 22b controlled. The valve elements 22a . 22b For example, be electromagnetic, hydraulic or mechanical actuators 23a . 23b driven. The valve element 22a acts with a first control line 24a together, the fluid line 21 with an injector needle spring 11 receiving injector needle spring space 25 and the valve element 22a combines. Is the first valve element 22a in the illustrated closed position, is a connection between the first control line 24a and one also on the injector body 2 attached return line 26 interrupted. This builds up in the injector needle spring space 25 a fluid pressure which, together with the injector needle spring 11 the outer injector needle 4 in the closed position. If, however, the flow connection between the first control line 24a and the return line 26 from the valve element 22a released, there is a pressure reduction in the Injektornadelfederraum 25 and the outer injector needle 4 is by the at one in the gas space 12 arranged pressure shoulder axially displaced gas pressure, so that through the at least one Injektorkörperaustrittsöffnung 10 Fuel gas is injected into the combustion chamber. The same operation applies mutatis mutandis to the inner Injektornadel 6 coming from the valve element 22b and a second control line 24b is controlled. In the two control lines 24a . 24b are control line reactors 26a . 26b used the inflow of diesel fuel into the control lines 24a . 24b limit or mutual influence of the control function by the two valve elements 22a . 22b prevent. The described control is exemplary and other embodiments are possible.

2 zeigt eine perspektivische Detailansicht eines spritzseitigen Endbereichs eines Zweistoffinjektors 1 gemäß 1. Dargestellt ist konkret der spritzseitige Endbereich des Injektorkörpers 2 mit dem eingelassenen und über den Umfang verteilt angeordneten Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 mit angedeuteten Dieselstrahlen 27, die durch die Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Beispielsweise sind sieben bis zehn Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 auf dem Umfang des Injektorkörpers 2 verteilt angeordnet und die Dieselstrahlen 27 werden mit einem Dieseleinspritzdruck von beispielsweise 300 bar bis 600 bar in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. 2 shows a perspective detail view of a spritzseitigen end portion of a two-fluid injector 1 according to 1 , In concrete terms, the injection-side end region of the injector body is shown 2 with the recessed and distributed over the circumference arranged Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 with indicated diesel beams 27 passing through the injector body orifices 10 be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. For example, seven to ten injector body outlet openings 10 on the circumference of the injector body 2 arranged distributed and the diesel beams 27 are injected with a diesel injection pressure of for example 300 bar to 600 bar in the combustion chamber of the internal combustion engine.

3 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen spritzseitigen Endbereich des Injektorkörpers 2 gemäß 2 mit einer geschnittenen Injektorkörperaustrittsöffnung 10, durch die ein Dieselstahl 27 hindurch tritt. Dahinter ist eine angrenzende Injektorkörperaustrittsöffnung 10 mit einem durch diese durchtretenden Dieselstrahl 27 dargestellt. Die Dieselstrahlen 27 werden durch die hier nicht dargestellten Injektornadelaustrittsöffnungen 19 geformt und durchqueren den Gasraum 12, bevor sie in die jeweilige Injektorkörperaustrittsöffnung 10 eintreten. Dabei ist der Stahlkegelwinkel α durch entsprechende Ausgestaltung der Injektornadelaustrittsöffnung 19 (siehe 1) so geformt beziehungsweise so klein, dass eine Ablagerung oder Streuung der Dieselflüssigkeit an der Wand der Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 vermieden ist. Beispielsweise erfolgt die Auslegung der passenden Öffnungsgeometrieparameter und der vorteilhaften Betriebsrandbedingungen für eine solche Einspritzung iterativ zwischen einer Simulation und einer Konstruktion. Der aus den Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 austretende Dieselstrahl 27 passiert die Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 an der äußeren Kante in einem knapp ausreichenden Abstand zur Wand. Die Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 sind beispielsweise zylindrisch ausgebildet, wobei dies die am einfachsten durch eine entsprechende Bohrung umsetzbare Ausgestaltung ist. Die Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 können aber auch zumindest über eine Teillänge insbesondere im äußeren Bereich eine konische sich ausweitende Kontur aufweisen. Auch ist die Ausgestaltung der Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 in Form einer Lavaldüse im Rahmen der Erfindung denkbar beziehungsweise möglich. 3 shows a sectional view through an injection-side end portion of the injector body 2 according to 2 with a cut injector body exit opening 10 through which a diesel steel 27 passes through. Behind this is an adjacent injector body exit opening 10 with a diesel jet passing through it 27 shown. The diesel beams 27 be through the Injektornadelaustrittsöffnungen not shown here 19 shaped and traverse the gas space 12 before entering the respective Injektorkörperaustrittsöffnung 10 enter. Here, the steel cone angle α by appropriate design of the Injektornadelaustrittsöffnung 19 (please refer 1 ) so shaped or so small that a deposition or scattering of the diesel fluid on the wall of the injector body outlet openings 10 is avoided. For example, the design of the appropriate aperture geometry parameters and the advantageous operating constraints for such injection iteratively occurs between a simulation and a design. The from the injector body outlet openings 10 escaping diesel jet 27 happens the Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 at the outer edge, just a short distance from the wall. The injector body outlet openings 10 are cylindrical, for example, and this is the easiest way through a corresponding hole implementable design. The injector body outlet openings 10 But can also have a conical widening contour at least over a partial length, especially in the outer region. Also, the configuration of the injector body outlet openings 10 in the form of a Laval nozzle within the scope of the invention conceivable or possible.

In der Schnittdarstellung gemäß 4 durch eine Injektornadelaustrittsöffnung 19 ist diese als Stufenbohrung ausgebildet, bei der der größere Durchmesser der Stufenbohrung außen an der äußeren Injektornadel 4 angeordnet ist. Eine solche Stufenbohrung kann beispielsweise erodiert werden.In the sectional view according to 4 through an injector needle outlet opening 19 this is designed as a stepped bore, wherein the larger diameter of the stepped bore outside of the outer Injektornadel 4 is arranged. Such a stepped bore can be eroded, for example.

Die Schnittdarstellung und die Detailansicht gemäß den 5 und 6 zeigen eine konstruktiv alternative Ausgestaltung zu einem Zweistoffinjektor 1 gemäß 1, wobei aber bezüglich der grundsätzlichen Beschreibung auf die Figurenbeschreibung zu 1 verwiesen wird. Bei dieser Ausgestaltung weist die äußere Injektornadel 4 kuppenseitig eine mit einer Injektorkörperführungsfläche 28 zusammenwirkende Injektornadelführungsfläche 29 auf, die eine Verdrehung der äußeren Injektornadel 4 gegenüber dem Injektorkörper 2 verhindert. Beispielsweise sind die Injektorkörperführungsfläche 28 und Injektornadelführungsfläche 29 als Dreiflach in dem einen Teil des Gasraums 12 bildenden Sackloch ausgebildet, wobei die dadurch gebildete Injektornadelführung den Fluidaustausch zwischen den beiden Seiten der Sacklochführung ermöglicht und zudem eine hydraulisch dämpfende Wirkung beim Aufprall der äußeren Injektornadel 4 in den Endlagen aufweist.The sectional view and the detailed view according to the 5 and 6 show a structurally alternative embodiment to a two-component injector 1 according to 1 , but with respect to the basic description to the description of the figures 1 is referenced. In this embodiment, the outer Injektornadel 4 on the dome side one with an injector body guide surface 28 cooperating injector needle guide surface 29 on, which is a twisting of the outer injector needle 4 opposite the injector body 2 prevented. For example, the injector body guide surface 28 and injector needle guide surface 29 as dreiflach in the one part of the gas space 12 formed blind hole, wherein the Injektornadelführung formed thereby allows the fluid exchange between the two sides of the blind hole guide and also a hydraulic damping effect upon impact of the outer Injektornadel 4 has in the end positions.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005037954 A1 [0002] DE 102005037954 A1 [0002]

Claims (10)

Zweistoffinjektor (1), aufweisend einen Injektorkörper (2) mit einem auslassseitigen Endbereich, mit einer in dem Injektorkörper (2) ausgebildeten Injektorkörperausnehmung (3), wobei in der Injektorkörperausnehmung (3) eine zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung (10) für ein zweites Medium in dem Endbereich steuernde äußere Injektornadel (4) längsbeweglich angeordnet ist, und wobei in der Injektornadel (4) eine Injektornadelausnehmung (5) angeordnet ist, in der zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung (19) für ein erstes Medium in der Injektornadel (4) steuernde innere Injektornadel (6) längsbeweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorkörperaustrittsöffnung (10) in einer Schließstellung der äußeren Injektornadel (4) in Verlängerung der Injektornadelaustrittsöffnung (19) angeordnet ist.Bi-substance injector ( 1 ), comprising an injector body ( 2 ) with an outlet-side end region, with one in the injector body ( 2 ) formed Injektorkörperausnehmung ( 3 ), wherein in the Injektorkörperausnehmung ( 3 ) an at least one injector body outlet opening ( 10 ) for a second medium in the end region controlling outer Injektornadel ( 4 ) is longitudinally movably arranged, and wherein in the Injektornadel ( 4 ) an injector needle recess ( 5 ) is arranged, in the at least one Injektornadelaustrittsöffnung ( 19 ) for a first medium in the injector needle ( 4 ) controlling inner Injektornadel ( 6 ) Is arranged longitudinally movably characterized in that the Injektorkörperaustrittsöffnung ( 10 ) in a closed position of the outer Injektornadel ( 4 ) in extension of the Injektornadelaustrittsöffnung ( 19 ) is arranged. Zweistoffinjektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorkörperaustrittsöffnung (10) koaxial zu der Injektornadelaustrittsöffnung (19) angeordnet ist.Bi-substance injector ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the injector body outlet opening ( 10 ) coaxial with the Injektornadelaustrittsöffnung ( 19 ) is arranged. Zweistoffinjektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Injektornadelaustrittsöffnung (19) festgelegter Strahlkegelwinkel α des ersten Mediums kleiner als ein von der Injektorkörperaustrittsöffnung (10) bestimmter Strahlkegelwinkel ist.Bi-substance injector ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that one of the Injektornadelaustrittsöffnung ( 19 ) fixed beam cone angle α of the first medium smaller than one of the injector body outlet opening ( 10 ) is certain beam cone angle. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Injektornadel (4) drehfixiert zu dem Injektorkörper (2) ist.Bi-substance injector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer injector needle ( 4 ) rotationally fixed to the injector body ( 2 ). Zweistoffinjektor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Injektornadel (4) kuppenseitig eine mit einer Injektorkörperführungsfläche (28) zusammenwirkende Injektornadelführungsfläche (29) aufweist.Bi-substance injector ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the outer injector needle ( 4 ) on the dome-side one with an injector body guide surface ( 28 ) cooperating Injektornadelführungsfläche ( 29 ) having. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadelaustrittsöffnung (19) zumindest über eine äußere Teillänge konisch sich nach außen erweiternd ausgebildet ist.Bi-substance injector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the Injektornadelaustrittsöffnung ( 19 ) is conically widening outward over at least an outer partial length. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadelaustrittsöffnung (19) eine Stufenbohrung ist, und dass der größere Durchmesser der Stufenbohrung außen an dem Injektorkörper (2) angeordnet ist.Bi-substance injector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the Injektornadelaustrittsöffnung ( 19 ) is a stepped bore, and that the larger diameter of the stepped bore outside of the injector body ( 2 ) is arranged. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadelaustrittsöffnung (19) als Lavaldüse ausgebildet ist.Bi-substance injector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the Injektornadelaustrittsöffnung ( 19 ) is designed as a Laval nozzle. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadelaustrittsöffnung (19) im Bereich einer Injektornadelkuppe (9) der äußeren Injektornadel (4) angeordnet ist.Bi-substance injector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the Injektornadelaustrittsöffnung ( 19 ) in the region of a Injektornadelkuppe ( 9 ) of the outer injector needle ( 4 ) is arranged. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche zur Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine mit Medien in Form eines ersten flüssigen Kraftstoffs und eines zweiten gasförmigen Kraftstoffs.Bi-substance injector ( 1 ) according to one of the preceding claims for use in a fuel injection system on an internal combustion engine with media in the form of a first liquid fuel and a second gaseous fuel.
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