DE102016224204A1 - A nozzle assembly for a fuel injector for injecting a gaseous and / or liquid fuel, fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend ein zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführtes erstes Einspritzventilglied (2) zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung (3) für den gasförmigen Brennstoff sowie ein im ersten Einspritzventilglied (2) hubbeweglich aufgenommenes zweites Einspritzventilglied (4) zum Freigeben und Verschließen mindestens einer weiteren Einspritzöffnung (5) für den flüssigen Brennstoff, wobei ein erster Dichtsitz (6) für das erste Einspritzventilglied (2) durch einen das erste Einspritzventilglied (2) zumindest abschnittsweise umgebenden Düsenkörper (7) und ein zweiter Dichtsitz (8) für das zweite Einspritzventilglied (4) durch das erste Einspritzventilglied (2) ausgebildet werden. Erfindungsgemäß weist der Düsenkörper (7) zur Ausbildung des Dichtsitzes (6) einen das erste Einspritzventilglied (2) abschnittsweise umgreifenden Ringbund (9) auf, der mit einer außenumfangseitig am ersten Einspritzventilglied (2) ausgebildeten Geometrie (10) den Gasstrom lenkend und/oder drosselnd zusammenwirkt.Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe.The invention relates to a nozzle assembly for a fuel injection valve for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber (1) of an internal combustion engine, comprising a first injection valve member (2) designed at least in sections as a hollow needle for releasing and closing at least one injection opening (3) for the gaseous fuel and a first injection valve member (2) liftably received second injection valve member (4) for releasing and closing at least one further injection port (5) for the liquid fuel, wherein a first sealing seat (6) for the first injection valve member (2) by a the first injection valve member (2) at least partially surrounding nozzle body (7) and a second sealing seat (8) for the second injection valve member (4) are formed by the first injection valve member (2). According to the invention, the nozzle body (7) for forming the sealing seat (6) has a ring collar (9) which surrounds the first injection valve member (2) and guides the gas flow with a geometry (10) formed on the outside of the first injection valve member (2) Furthermore, the invention relates to a fuel injection valve with such a nozzle assembly.
Description
Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Düsenbaugruppe. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind auch als Zweikraftstoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren bekannt.The invention also relates to a fuel injector for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having such a nozzle assembly. Such fuel injectors are also known as dual fuel injectors or dual fuel injectors.
Stand der TechnikState of the art
Aus der Offenlegungsschrift
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil anzugeben, die eine sichere Trennung der unterschiedlichen Brennstoffe gewährleistet. Ferner soll die Düsenbaugruppe eine definierte Führung der Strahlen der beiden Brennstoffe zueinander ermöglichen.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide a nozzle assembly for a fuel injection valve, which ensures a secure separation of the different fuels. Furthermore, the nozzle assembly should allow a defined guidance of the beams of the two fuels to each other.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Brennstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe angegeben.To solve the problem, the nozzle assembly is proposed with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst ein zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführtes erstes Einspritzventilglied zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung für einen gasförmigen Brennstoff sowie ein im ersten Einspritzventilglied hubbeweglich aufgenommenes zweites Einspritzventilglied zum Freigeben und Verschließen mindestens einer weiteren Einspritzöffnung für einen flüssigen Brennstoff. Dabei werden ein erster Dichtsitz für das erste Einspritzventilglied durch einen das erste Einspritzventilglied zumindest abschnittsweise umgebenden Düsenkörper und ein zweiter Dichtsitz für das zweite Einspritzventilglied durch das erste Einspritzventilglied ausgebildet. Erfindungsgemäß weist der Düsenkörper zur Ausbildung des Dichtsitzes einen das erste Einspritzventilglied abschnittsweise umgreifenden Ringbund auf, der mit einer außenumfangseitig am ersten Einspritzventilglied ausgebildeten Geometrie den Gasstrom lenkend und/oder drosselnd zusammenwirkt.The proposed nozzle assembly comprises an at least partially designed as a hollow needle first injection valve member for releasing and closing at least one injection port for a gaseous fuel and a liftable in the first injection valve member second injection valve member for releasing and closing at least one further injection port for a liquid fuel. In this case, a first sealing seat for the first injection valve member is formed by a first injection valve member surrounding at least partially nozzle body and a second sealing seat for the second injection valve member by the first injection valve member. According to the invention, the nozzle body for forming the sealing seat on a first injection valve member in sections encompassing annular collar, which interacts with the outer circumference formed on the first injection valve member geometry the gas flow and / or throttling.
Dadurch, dass das erste Einspritzventilglied den Dichtsitz für das zweite Einspritzventilglied ausbildet, wird eine sichere Trennung der beiden unterschiedlichen Brennstoffe erreicht. Ein Kraftstoffseparator in Form einer Hülse kann somit entfallen. Die Trennung wird allein durch das erste Einspritzventilglied erreicht.Characterized in that the first injection valve member forms the sealing seat for the second injection valve member, a secure separation of the two different fuels is achieved. A fuel separator in the form of a sleeve can thus be dispensed with. The separation is achieved solely by the first injection valve member.
Dadurch, dass der Dichtsitz für das erste Einspritzventilglied an einem sich nach radial innen erstreckenden Ringbund des Düsenkörpers ausgebildet ist, kann der Durchmesser des Dichtsitzes verringert werden. Entsprechend verringert sich die erforderliche Dichtkraft, um den Dichtsitz gegenüber Brennraumdruck abzudichten.Characterized in that the sealing seat for the first injection valve member is formed on a radially inwardly extending annular collar of the nozzle body, the diameter of the sealing seat can be reduced. Accordingly, the required sealing force is reduced to seal the seal seat against combustion chamber pressure.
Öffnet das erste Einspritzventilglied wirken der Ringbund und eine am Einspritzventilglied außenumfangseitig ausgebildete Geometrie den Gasstrom lenkend und/oder drosselnd zusammen. Über eine Lenkung des Gasstroms kann der Einspritzwinkel vorgegeben werden, um beispielsweise die Eindringtiefe zu vergrößern und/oder eine optimale Ausnutzung der Verbrennungsluft sicherzustellen. Der Einspritzwinkel ist vorzugsweise derart gewählt, dass sich die Strahlen der beiden unterschiedlichen Brennstoffe nicht treffen und somit nicht gegenseitig beeinflussen. Der gasförmige Brennstoff wird daher bevorzugt über die Geometrie nach radial außen gelenkt. Alternativ oder ergänzend kann die Geometrie derart gestaltet sein, dass diese den Gasstrom drosselnd mit dem Ringbund des Düsenkörpers zusammenwirkt. Auf diese Weise kann Einfluss auf den Gasmassenstrom während der Einspritzung genommen werden. Vorzugsweise ist die Drosselstelle über den Hub des ersten Einspritzventilglieds variabel, so dass eine gezielte Ratenformung möglich ist.When the first injection valve member opens, the annular collar and a geometry formed on the outer circumference of the injection valve member act to guide and / or throttle the gas flow together. Via a steering of the gas flow, the injection angle can be specified in order, for example, to increase the penetration depth and / or to ensure optimum utilization of the combustion air. The injection angle is preferably chosen such that the beams of the two different fuels do not meet and thus do not influence each other. The gaseous fuel is therefore preferably directed radially outwards via the geometry. Alternatively or additionally, the geometry can be designed such that it interacts throttling the gas flow with the annular collar of the nozzle body. In this way, influence on the gas mass flow during the injection can be taken. Preferably, the throttle point is variable over the stroke of the first injection valve member, so that a targeted rate shaping is possible.
Die mindestens eine Einspritzöffnung für den flüssigen Brennstoff ist vorzugsweise im ersten Einspritzventilglied ausgebildet und mündet in einem radialen Abstand zur Einspritzöffnung für den gasförmigen Brennstoff unmittelbar in den Brennraum. Der radiale Abstand fördert eine Trennung der beiden unterschiedlichen Brennstoffe auch außerhalb des Brennstoffeinspritzventils. Vorzugsweise sind mehrere Einspritzöffnungen vorgesehen, die im gleichen Winkelabstand zueinander im ersten Einspritzventilglied ausgebildet sind. Im Übrigen ist das erste Einspritzventilglied brennraumseitig geschlossen ausgeführt.The at least one injection port for the liquid fuel is preferably formed in the first injection valve member and opens at a radial distance from the injection port for the gaseous fuel directly into the combustion chamber. The radial distance promotes a separation of the two different fuels also outside of the fuel injection valve. Preferably, a plurality of injection openings are provided which are in the same Angular distance from one another in the first injection valve member are formed. Incidentally, the first injection valve member is designed to be closed on the combustion chamber side.
Die mindestens eine Einspritzöffnung für den flüssigen Brennstoff ist bevorzugt als Bohrung ausgeführt. In Form einer Bohrung lässt sich die Einspritzöffnung vergleichsweise einfach herstellen. Die Bohrung ist vorzugsweise in einem Winkel α gegenüber einer Längsachse A der Düsenbaugruppe geneigt, so dass eine bessere Verteilung des flüssigen Brennstoffs im Brennraum erzielt wird. Der Winkel α beträgt vorzugsweise 5° bis 45°, besonders bevorzugt 10° bis 30°. Idealerweise ist der Winkel auf den Einspritzwinkel des gasförmigen Brennstoffs abgestimmt, um die beiden unterschiedlichen Brennstoffe gezielt zueinander zu führen.The at least one injection opening for the liquid fuel is preferably designed as a bore. In the form of a bore, the injection opening can be produced comparatively easily. The bore is preferably inclined at an angle α with respect to a longitudinal axis A of the nozzle assembly, so that a better distribution of the liquid fuel in the combustion chamber is achieved. The angle α is preferably 5 ° to 45 °, particularly preferably 10 ° to 30 °. Ideally, the angle is matched to the injection angle of the gaseous fuel in order to guide the two different fuels to each other in a targeted manner.
Vorteilhafterweise ist die Lage und Ausrichtung der Einspritzöffnung für den flüssigen Brennstoff derart gewählt, dass sie innerhalb des Durchmessers des Dichtsitzes in den Brennraum mündet. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Strahlen der beiden unterschiedlichen Brennstoffe nicht kreuzen.Advantageously, the position and orientation of the injection port for the liquid fuel is selected such that it opens into the combustion chamber within the diameter of the sealing seat. This ensures that the beams of the two different fuels do not cross each other.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Einspritzventilglied eine mit dem ersten Dichtsitz zusammenwirkende Dichtfläche auf, die konisch geformt ist und in die außenumfangseitig am ersten Einspritzventilglied ausgebildete Geometrie übergeht. Die konisch geformte Dichtfläche führt zu einem sicheren Dichtkontakt mit dem Dichtsitz, da sie selbstzentrierend wirkt. Zugleich führt sie zu einer Verringerung des Außendurchmessers des ersten Einspritzventilglieds, so dass dieses in die vom Ringbund des Düsenkörpers begrenzte Öffnung eintauchen kann.According to a preferred embodiment of the invention, the first injection valve member has a cooperating with the first sealing seat sealing surface which is conically shaped and merges into the outer peripheral side formed on the first injection valve member geometry. The conically shaped sealing surface leads to a secure sealing contact with the sealing seat, since it acts self-centering. At the same time, it leads to a reduction in the outer diameter of the first injection valve member, so that it can dip into the opening bounded by the annular collar of the nozzle body.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die außenumfangseitig am ersten Einspritzventilglied ausgebildete Geometrie einen sich nach radial außen erstreckenden Ringbund umfasst, der mit dem Ringbund des Düsenkörpers spaltbildend zusammenwirkt. Über den Spalt kann die gewünschte drosselnde Wirkung erzielt werden, wobei vorzugsweise der Spalt als Radialspalt ausgebildet ist, so dass über die den Radialspalt begrenzenden Flächen eine hubabhängige Drosselstelle realisierbar ist.In a development of the invention, it is proposed that the geometry formed on the outer circumference of the first injection valve member comprises a radially outwardly extending annular collar which cooperates with the annular collar of the nozzle body in a gap-forming manner. The desired throttling effect can be achieved via the gap, the gap preferably being in the form of a radial gap, so that a stroke-dependent throttle point can be realized via the surfaces delimiting the radial gap.
Bevorzugt weist der Ringbund des ersten Einspritzventilglieds in einem Außenumfangsbereich eine Ringnut auf. Über die Ringnut kann ein sich in Abhängigkeit vom Hub des ersten Einspritzventilglieds verändernder Radialspalt zwischen dem Ringbund des ersten Einspritzventilglieds und dem Ringbund des Düsenkörpers eingestellt werden, der eine gezielte Ratenformung ermöglicht. Alternativ oder ergänzend kann auch der Ringbund des Düsenkörpers in einem Innenumfangsbereich eine solche Ringnut aufweisen.The annular collar of the first injection valve member preferably has an annular groove in an outer peripheral region. About the annular groove can be adjusted depending on the stroke of the first injection valve member radial gap between the annular collar of the first injection valve member and the annular collar of the nozzle body, which allows a targeted rate shaping. Alternatively or additionally, the annular collar of the nozzle body may also have such an annular groove in an inner peripheral region.
Als weiterbildende Maßnahme wird ferner vorgeschlagen, dass der Ringbund des Düsenkörpers brennraumseitig eine innenumfangseitig angeordnete Fase aufweist. Die Fase wirkt ebenfalls strömungslenkend und unterstützt eine Lenkung des Gasstroms nach radial außen.As a further development measure, it is also proposed that the annular collar of the nozzle body has, on the combustion chamber side, a bevel arranged on the inner circumference. The chamfer also has a flow-directing effect and supports a steering of the gas flow radially outward.
Darüber hinaus wird ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe vorgeschlagen, da hierin die bevorzugte Anwendung einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gesehen wird.In addition, a fuel injector is proposed for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having a nozzle assembly according to the invention, as the preferred application of a nozzle assembly according to the invention is seen herein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe in einem schematischen Längsschnitt.A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. This shows a nozzle assembly according to the invention in a schematic longitudinal section.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Die dargestellte erfindungsgemäße Düsenbaugruppe umfasst zwei ineinander geführte Einspritzventilglieder
Der Dichtsitz
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