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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1.
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Der Strahlaufbruch eines Einspritzstrahles - in radialer Richtung - ist ausschlaggebend für den Lufteintrag in den Strahl und somit auch für die primäre Rußbildung. Die Strahloberfläche ist mit herkömmlichen Kraftstoffinjektoren nach dem Spritzlochaustritt - vor allem bei geringeren Einspritzdrücken - relativ ungestört, womit eine Luftaufnahme insbesondere düsennah aus der Brennraumumgebung vermindert ist, mithin die primäre Rußbildung begünstigt wird.
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Gerade in Richtung des Kolbens kann ferner ein radialer Strahlaufbruch wünschenswert sein, um in dieser Richtung eine höhere Lufteinnahme zu bewirken. Somit könnte in der Kolbenmulde, wo die Brennraumtemperatur verhältnismäßig gering ist, die Rußentstehung reduziert werden.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor der vorgenannten Art bereitzustellen, welcher geeignet ist, die Emissionen einer Brennkraftmaschine durch höheren Lufteintrag in den Einspritzstrahl und/oder verbesserten Strahlaufbruch, insbesondere in Hinblick auf Ruß, zu verringern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Kraftstoffinjektor, welcher für eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist, insbesondere für einen Großmotor, bevorzugt einen Großdieselmotor. Der Kraftstoffinjektor kann als Single-Fuel- oder auch als Mehrstoffinjektor ausgestaltet sein, z.B. für die Verwendung mit Brenngas und/oder Flüssigkraftstoff, bevorzugt insbesondere zur Verwendung mit Flüssigkraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff. Allgemein kann eine den Kraftstoffinjektor aufweisende Brennkraftmaschine ein Motor eines Kraftfahrzeugs, z.B. einer Lok, eines seegängigen Fahrzeugs oder eines Nutz- oder Sonderfahrzeugs sein, z.B. auch Verwendung finden mit einer stationären Einrichtung wie einem Blockheizkraftwerk oder einem (Not-)Stromaggregat, daneben kann die Brennkraftmaschine mit einem solchen Kraftstoffinjektor z.B. auch für Industrieanwendungen bereitgestellt sein, allgemein sowohl für Anwendungen on-shore als auch off-shore.
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Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor weist ein Spritzloch auf, z.B. gebildet im Rahmen einer Spritzloch- bzw. Düsenanordnung des Kraftstoffinjektors, wobei eine solche z.B. ein oder mehrere Spritzlöcher aufweisen kann. Das Spritzloch ist z.B. an einem düsenseitigen Ende bzw. einem Injektionsraum zuzuwendenden Ende des Kraftstoffinjektors gebildet, bevorzugt in einem Düsenkörper desselben, z.B. in einer Düsenkuppe. Das Spritzloch kann - auf an sich bekannte Weise - einem dessen Anströmung steuernden (Einspritz-)Ventil strömungsmäßig nachgeordnet sein, wobei ein solches Einspritzventil z.B. mittels eines (hubsteuerbaren) Düsenventilglieds und einem zugeordneten Sitz gebildet sein kann. In Abhängigkeit einer Ventilsteuerstellung kann ((hoch)druckbeaufschlagter) Kraftstoff (aus einem Düsenvolumen) an das Spritzloch gelangen, i.e. an ein Einlassende, und aus diesem ausgedüst werden (Injektorbetrieb vorausgesetzt).
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Das Spritzloch weist vorliegend einen ersten Spritzlochkanal und wenigstens einen zweiten Spritzlochkanal auf. Ein jeweiliger Spritzlochkanal kann hierbei tunnel- bzw. rohrleitungsförmig gebildet sein, inbesondere als Durchgang, und allgemein z.B. von einer Kanalwandung umfangen sein, bevorzugt gebildet durch eine Wandung des Kraftstoffinjektors. Weiterhin hat das Spritzloch ein (anströmseitiges) Einlassende, s.a. oben, und ein jeweiliger Spritzlochkanal ein (abströmseitiges) Auslassende (für das Ausdüsen jeweiliger Kraftstoffeinspritzstrahlen; in einen Injektionsraum, bevorzugt in Form eines Brennraums). Ein jeweiliger Spritzlochkanal kann über wenigstens einen Abschnitt oder seine gesamte Länge linear verlaufen, z.B. mit gleichbleibendem oder sich verjüngendem Querschnitt, z.B. auch abgewinkelt sein oder über zumindest einen Abschnitt bogenförmigen Verlauf aufweisen. Ein jeweiliger Spritzlochkanal kann z.B. als Bohrkanal gebildet sein, z.B. auch mit einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt sein.
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Weiterhin erfindungsgemäß zweigt der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal von dem ersten Spritzlochkanal ab. Ein Abzweigbereich (insbesondere mit einer Abzweigstelle des wenigstens einen zweiten Spritzlochkanals) ist insbesondere über der Länge des ersten Spritzlochkanals gebildet, z.B. in einem Mittenbereich desselben.
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Mittels dieser Ausgestaltung können eine Anzahl vorteilhafter Effekte erzielt werden, welche helfen, den Strahlaufbruch und den beabsichtigten Einspritzstrahl-Lufteintrag zu verbessern, mithin die Emissionen zu reduzieren.
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Zum einen kann beispielsweise eine Störung des bis dato im Wesentlichen gleichmäßig (z.B. laminar) im Spritzloch bzw. im ersten Spritzlochkanal geführten Kraftstoffs im Abzweigbereich bewirkt werden, i.e. durch Abströmung (einer Teilströmung) in den wenigstens einen zweiten Spritzlochkanal. Diese induzierte Störung, insoweit eine turbulente Strömung bewirkend, kann dem im stromabwärtigen Zweig des ersten Spritzlochkanals weitergeführten Kraftstoff bis nach dessen Austritt anhaften und nach Austritt aus dem ersten Spritzlochkanal für einen frühen düsennahen Strahlaufbruch sorgen. Weiterhin kann mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch bewirkt werden, dass der im wenigstens einen zweiten Spritzlochkanal geführte Kraftstoff im Rahmen eines Ausdüsens jenen Einspritzstrahl strahlaufbruchsfördernd beeinflusst, welcher über den ersten Spritzlochkanal - insbesondere dazu benachbart - erzeugt wird. Hierbei ist auch wiederum der beabsichtigte höhere Lufteintrag erzielbar, mithin die Emissionsreduktion in gewünschter Weise verbessert.
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Allgemein bevorzugt ist der erste Spritzlochkanal ein Hauptarm (Hauptkanal) des Spritzlochs und der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal ein Nebenarm (Nebenkanal) des Spritzlochs. Über den ersten Spritzlochkanal bzw. auch dessen Zweig stromab des Abzweigbereichs ist insoweit bevorzugt ein höherer Durchsatz ermöglicht als über den jeweiligen wenigstens einen zweiten Spritzlochkanal (gleiche Anströmbedingungen vorausgesetzt). Z.B. kann der erste Spritzlochkanal über seine Länge hierfür einen größeren Querschnitt aufweisen als der jeweilige zweite Spritzlochkanal.
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Im Rahmen weiterhin bevorzugter Ausführungsformen kann der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal von dem ersten Spritzlochkanal abgewinkelt abzweigen und/oder es kann eine Ausströmrichtung aus dem wenigstens einen zweiten Spritzlochkanal mit einer Ausströmrichtung des ersten Spritzlochkanals einen Winkel einschließen. Z.B. können hierbei Winkel im Bereich zwischen 15° bis 90° eingeschlossen sein. Im Rahmen eines kleinen eingeschlossenen Winkels, z.B. im Bereich von 15° bis 30°, kann z.B. eine relativ hohe gegenseitige Beeinflussung der Einspritzstrahlen erzielt werden, die aus dem ersten und zweiten Spritzlochkanal austreten, z.B. im Rahmen einer zu einander benachbarten, z.B. tangentialen Strömung, einer Berührung oder auch Überlappung, i.e. je einhergehend mit einer den frühen Strahlaufbruch und den Lufteintrag fördernden Turbulenzerzeugung. Daneben können, z.B. mit eingeschlossenen Winkeln auch größer 30°, beispielsweise auch abgeschattete Bereich im Injektionsraum gezielt via Kraftstoffeinspritzstrahlen seitens des wenigstens einen zweiten Spritzlochkanals erfasst werden. Hiermit kann z.B. der Brennverlauf verbessert werden, mithin wiederum Emissionen reduziert, weiterhin können z.B. wiederum Turbulenzen im Brennraum erzeugt werden, die einen seitens des ersten Spritzlochkanals ausgedüsten Einspritzstrahl in beabsichtigter Weise zu stören und den Lufteintrag zu erhöhen vermögen.
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Im Rahmen vorteilhafter Ausgestaltungen kann der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal eine Ausmündung aufweisen, die in einer Spritzlochkanal-Achsenrichtung mit Bezug auf den ersten Spritzlochkanal mit Radialversatz und/oder Axialversatz gegenüber einer Ausmündung des ersten Spritzlochkanals aus dem Kraftstoffinjektor ausmündet. Über einen solchen Versatz kann wiederum die gegenseitige Beeinflussung der über die jeweiligen Spritzlochkanäle ausgedüsten Einspritzstrahlen (mit)geprägt werden. Z.B. kann bei größerem Axialversatz, bei welchem die Mündung des zweiten Spritzlochkanals hinter jener des ersten Spritzlochkanals zurückbleibt, eine relativ frühe aber erhebliche Strahlstörung am Strahl seitens des ersten Spritzlochkanals dadurch bewirkt werden, dass der Strahl seitens des zweiten Spritzlochkanals bereits einen Aufbruch auf Höhe der Mündung des ersten Spritzlochkanals erfahren hat und am Ort der Mündung diesen bereits überlappen oder berühren kann. Demgegenüber kann bei geringem Versatz z.B. darauf hingewirkt werden, dass die zunächst sämtlich noch nicht aufgebrochenen Strahlen zunächst ein Stück weit in den Injektionsraum vordringen, bevor eine strahlaufbruchsfördernde gegenseitige Beeinflussung Wirkung entfaltet. In Hinblick auf einen Radialversatz kann z.B. an einer Strahlseite gezielt eine Beeinflussung erfolgen, an welcher dies erwünscht ist. Die Anordnung der Ausmündungen kann insoweit vorteilhaft einfach auf die jeweilige Anwendungssituation am Brennraum abstellen.
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Im Rahmen der Erfindung werden auch Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors vorgeschlagen, bei welchen von dem ersten Spritzlochkanal eine Anzahl zweiter Spritzlochkanäle des Spritzlochs abzweigen. Im Rahmen solcher Ausführungsformen können die zweiten Spritzlochkanäle unter Einschluss gleicher, teilweise gleicher oder unterschiedlicher Winkel je mit dem ersten Spritzlochkanal von diesem abzweigen. Auch hierbei ist vorgesehen, dass die eingeschlossenen Winkel der Spritzlochkanalachse bzw. der Ausströmrichtungen des ersten Spritzlochkanals mit der Spritzlochkanalachse bzw. der Ausströmrichtung eines jeweiligen zweiten Spritzlochs wiederum im Bereich zwischen 15° bis 90° rangiert.
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Mit solchen Ausgestaltungen, welche mehrere zweite Spritzlochkanäle aufweisen, kann z.B. eine mehrseitige Beeinflussung eines über den ersten Spritzlochkanal ausgebrachten Einspritzstrahls via die mehreren zweiten Spritzlochkanäle bzw. die darüber ausgebrachten Einspritzstrahlen erfolgen, insoweit ein nochmals gesteigerter Lufteintrag und Strahlaufbruch. Insoweit gehen Ausführungsformen eines Kraftstoffinjektors z.B. auch dahin, dass von dem ersten Spritzlochkanal eine Anzahl zweiter Spritzlochkanäle abzweigen, welche um den Umfang des ersten Spritzlochkanals verteilt sind. Auch daraus, dass mit mehreren zweiten Spritzlochkanälen auch mehrere Abzweigstellen (im Abzweigbereich) der zweiten Spritzlochkanäle am ersten Spritzlochkanal - im Spritzloch - gebildet sein können, können vermehrt strahlaufbruchsfördernde Turbulenzen an der Kraftstoffströmung bereits im Kraftstoffinjektor bzw. Spritzloch erzeugt werden, i.e. insbesondere im ersten Spritzlochkanal.
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Allgemein sind in Weiterbildung der Erfindung auch Ausgestaltungen des Kraftstoffinjektors bevorzugt, bei welchen eine Ausströmrichtung aus dem wenigstens einen zweiten Spritzlochkanal stärker gegenüber einer axialen Achse des Kraftstoffinjektors geneigt ist als eine Ausströmrichtung aus dem ersten Spritzlochkanal. Mit solchen Ausführungsformen wird insbesondere eine Neigung (Schrägverlauf) gegenüber der axialen Achse in Richtung hin zu einem Kolben bzw. einer Kolbenseite eines Brenn- bzw. Injektionsraums erwogen (insbesondere im Rahmen einer mit dem Kraftstoffinjektor gebildeten Brennkraftmaschine), weiterhin insbesondere hin zu einer Kolbenmulde, so dass der Strahlaufbruch (infolge der Oberflächenstörung via den Einspritzstrahl seitens des zweiten Spritzlochkanals) am benachbarten Einspritzstrahl (via den ersten Spritzlochkanal ausgedüst) kolben(mulden)seitig erfolgen kann, womit in einem Bereich geringer Brennraumtemperatur (in der Kolbenmulde) eine verbesserte Verbrennung mit geringerer Rußbildung erzielbar ist. Hierbei könnte die NOx-Bildung - vor allem in den heißen Zonen außerhalb der Mulde - weiterhin unbeeinflusst bleiben.
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Allgemein ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere vorgesehen, den Kraftstoffinjektor so auszugestalten, dass dieser eingerichtet ist, in einer ersten Betriebssituation den wenigsten einen zweiten Spritzlochkanal vorrangig und einen stromab des Abzweigbereichs gebildeten Zweig des ersten Spritzlochkanals hierbei nachrangig mit auszudüsendem Kraftstoff zu beaufschlagen und in einer zweiten Betriebssituation den wenigstens einen zweiten Spritzlochkanal nachrangig und den stromab des Abzweigbereichs gebildeten Zweig des ersten Spritzlochkanals hierbei vorrangig mit auszudüsendem Kraftstoff zu beaufschlagen. Eine solche erste Betriebssituation ist zum Beispiel eine Situation, bei welcher das Einspritzventil nur geringfügig geöffnet ist, ein Düsenventilglied desselben zum Beispiel nur kleinen Nadelhub aufweist. In einer solchen Stellung kann die sich hierbei ergebende (starke) Drosselwirkung - mithin einen relativ großen Druckabfall (gegenüber Systemdruck) stromauf des Einlassendes des ersten Spritzlochkanals mit einem relativ geringen Volumenstrom und relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit bewirkend - zum dazu herangezogen werden, überwiegend bzw. vorrangig einen Strömungseinlauf in den zweiten Spritzlochkanal zu erzielen, während der Zweig des ersten Spritzlochkanals stromab des Abzweigbereichs nachrangig mit Kraftstoff beaufschlagt wird. Insbesondere kann hierbei auch eine strömungsführungsfördernde Einlaufgeometrie (Einlaufdesign) des Kraftstoffinjektors an zum Beispiel einer jeweiligen Abzweigstelle (in den zweiten Spritzlochkanal und/oder den Zweig des ersten Spritzlochkanals) dazu beitragen, die Strömungsbeaufschlagung derart zu steuern.
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Eine wie vorstehend erwähnte zweite Betriebssituation ist demgegenüber zum Beispiel eine Betriebssituation, bei welcher das Einspritzventil weit geöffnet ist, ein Düsenventilglied desselben zum Beispiel großen Nadelhub aufweist (z.B. vollgeöffnet). In einer solchen Stellung ist die Drosselwirkung seitens des Einspritzventils relativ schwach, der Druckabfall mit Bezug auf den Systemdruck mithin ebenfalls relativ gering, der an das Einlassende des ersten Spritzlochkanals geführte Volumenstrom sowie dessen Strömungsgeschwindigkeit deutlich höher (je als in der oben erörterten gedrosselten Stellung). Dies kann im Rahmen der Erfindung nunmehr dazu herangezogen werden, den Kraftstoff vorrangig in den Zweig des ersten Spritzlochkanals stromab der Abzweigstelle zu zwingen (welcher aufgrund großen Querschnitts hierbei zum Beispiel auch geringeren Strömungswiderstand als der zweite Spritzlochkanal bietet), während der zweite Spritzlochkanal demgegenüber nachrangig mit Kraftstoff beaufschlagt wird (aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit wird der zweite Spritzlochkanal zum Beispiel kaum angeströmt, dessen Einlassende z.B. überwiegend überströmt). Auch hier kann ein Einlaufdesign (neben der erörterten Variation der Anströmdruckniveaus) bzw. eine Einlaufgeometrie des Kraftstoffinjektors zur Steuerung dieser Strömungsverteilung geeignet ausgeformt sein.
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In Weiterbildung der Erfindung wird auch eine Brennkraftmaschine, insbesondere der Hubkolbenbauart, vorgeschlagen, welche wenigstens einen wie vorstehend erörterten Kraftstoffinjektor aufweist.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Brennkraftmaschine hierbei eingerichtet, bei vorrangiger Kraftstoffbeaufschlagung des Zweigs des ersten Spritzlochkanals und nachrangiger Kraftstoffbeaufschlagung des zweiten Spritzlochkanals eine Strahlstörung eines über den Zweig des ersten Spritzlochkanals erzeugten Einspritzstrahls mittels eines über den wenigstens einen zweiten Spritzlochkanal erzeugten Einspritzstrahls zu bewirken, insbesondere zur Erzielung eines frühen Strahlaufbruchs des über den Zweig des ersten Spritzlochkanals erzeugten Einspritzstrahls. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass der Kraftstoffinjektor brennkraftmaschinenseitig hierfür in die zweite Betriebstellung, s. oben, gesteuert wird.
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Bei weiterhin bevorzugten Ausführungsformen ist die Brennkraftmaschine eingerichtet, den Kraftstoffinjektor so zu betreiben, dass der zweite Spritzlochkanal vorrangig mit Kraftstoff beaufschlagt wird (insbesondere erste Betriebsstellung des Kraftstoffinjektors, siehe oben), falls ein Injektionsraum, insbesondere ein Brennraum, ein erstes, großes Volumen aufweist, und den Kraftstoffinjektor ferner so zu betreiben, dass der Zweig des ersten Spritzlochkanals vorrangig mit Kraftstoff beaufschlagt wird (insbesondere zweite Betriebsstellung des Kraftstoffinjektors, siehe oben), falls der Injektionsraum, insbesondere der Brennraum, ein zweites, gegenüber dem ersten Volumen kleineres Volumen aufweist. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung kann der Kraftstoffinjektor die erste Betriebsstellung zum Beispiel einnehmen, wenn sich der Kolben noch in einer frühen unteren Lage befindet, zum Beispiel im Rahmen einer Voreinspritzung, die zweite Betriebsstellung, wenn der Kolben in der oberen Lage ist, zum Beispiel im Rahmen einer Haupteinspritzung, und der meiste Kraftstoff über den ersten Spritzlochkanal (bei erfindungsgemäß verbessertem Strahlaufbruch) ausgedüst werden soll. Mithin kann via die Erfindung die Einspritzung an die Kolbenbewegung ohne komplizierte oder bewegliche Injektorteile angepasst werden.
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Insbesondere bevorzugt mit einer Brennkraftmaschine ist hierbei, dass der Kraftstoffinjektor eingerichtet ist, mit vorrangiger Kraftstoffbeaufschlagung des zweiten Spritzlochkanals, insoweit insbesondere in der ersten Betriebsstellung, s.a. oben, Kraftstoff hierüber mit einer Richtungskomponente hin zu einer Kolbenmulde eines Kolbens der Brennkraftmaschine in den Injektionsraum auszudüsen. Dies kann vorteilhaft dazu genutzt werden, einen Haupteinspritzstrahl (seitens des ersten Spritzlochkanals ausgedüst) kolbenmuldenseitig aufzubrechen und aufgrund höheren Lufteintrags im Bereich der Kolbenmulde die Verbrennung zu verbessern, mithin die Rußbildung zu reduzieren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren der Zeichnungen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, angeordnet an einem Brennraum, weiterhin in einer ersten Betriebssituation.
- 2 exemplarisch und schematisch eine Ansicht eines Kraftstoffinjektors analog zu 1, weiterhin in einer zweiten Betriebssituation.
- 3 a) exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht eines Kraftstoffinjektors analog zu 1 und 2; b) bis f) exemplarisch und schematisch je eine Schnittansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß weiteren möglichen Ausführungsformen der Erfindung.
- 4a-e exemplarisch und schematisch je eine Schnittansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß noch weiteren möglichen Ausführungsformen der Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 und 2 zeigen je eine Ansicht eines Kraftstoffinjektors 1, welcher an einer Brennkraftmaschine 3 für das Ausdüsen von Flüssigkraftstoff im Rahmen von Einspritzvorgängen bereitgestellt ist, zum Beispiel mit Druckniveaus bis hin zu 2500 bar oder auch darüber.
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Der Kraftstoffinjektor 1 weist ein Spritzloch 5 auf, welches mit einem ersten Spritzlochkanal 7 und wenigstens einem zweiten Spritzlochkanal 9 gebildet ist. Das Spritzloch 5 weist ein Einlassende 11 auf, welches zugleich das Einlassende des ersten Spritzlochkanals 7 ist, wobei weiterhin jeder Spritzlochkanal 7, 9 auch ein Auslassende 15 bzw. 17 bildet, inswoweit des Spritzlochs 5. Das Einlassende 11 ist einem Einspritzventil (nicht dargestellt) des Kraftstoffinjektors 1 strömungsmäßig nachgeordnet und kann bei Injektorbetrieb in Abhängigkeit der Steuerstellung des Einspritzventils mit (hoch)druckbeaufschlagtem Kraftstoff angeströmt werden. Das Einlassende 11 ist zum Beispiel als Abmündung an einem Sackloch gebildet, allgemein zum Beispiel stromab eines Ventilsitzes des Einspritzventils. Das Spritzloch 5, zum Beispiel mittels Bohrkanälen ausgeführt, ist bevorzugt in einem Düsenkörper 19 des Kraftstoffinjektors 1 gebildet, insbesondere in einer Düsenkuppe desselben.
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Der Kraftstoffinjektor 1 ist im Rahmen der vorgesehenen Verwendung mit einer Brennkraftmaschine 3 vorzugsweise an einem Brennraumdeck bzw. Zylinderkopf angeordnet (nicht dargestellt), das heißt zur Ausdüsung des Kraftstoffs via das Spritzloch 5 in einen Brennraum 21 der Brennkraftmaschine 3. Vorzugsweise wird der Brennraum 21 in Richtung unterer Totpunkt (UT) mittels einer Kolbenoberfläche 23 definiert, welche weiterhin bevorzugt eine Kolbenmulde 25 ausbildet, insbesondere mit tief liegenden Muldenbereichen unterhalb (in Richtung UT) und schräg unterhalb des Kraftstoffinjektors 1.
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Wie 1 dies nun auch veranschaulicht, zweigt der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal 9 bei dem Kraftstoffinjektor 1 von dem ersten Spritzlochkanal 7 ab. Im Rahmen dieser Ausgestaltung ist entlang des ersten Spritzlochkanals 7 insoweit ein Abzweigbereich mit einer Abzweigstelle 27 (Verzweigung) gebildet, von welcher der zweite Spritzlochkanal 9 abmündet bzw. abzweigt (insoweit ein Einlassende des zweiten Spritzlochkanals 9). Der Abzweigbereich bzw. die Abzweigstelle 27 kann vorzugsweise in einem längsmittleren Bereich des ersten Spritzlochkanals 7 gebildet sein, wobei ein Zweig bzw. stromabwärtiger Zweig 7a des ersten Spritzlochkanals 7 von der Abzweigstelle 27 weiter bis zum Auslassende 15 des ersten Spritzlochkanals 7 führt. Aufgrund dessen, dass der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal 9 vom ersten Spritzlochkanal 7 abzweigt, kann via die Verzweigung 27 eine Störung an einer bis dato im Wesentlichen laminaren Strömung durch den ersten Spritzlochkanal 7 induziert werden, welche sich vorteilhaft bis in den seitens des ersten Spritzlochkanals 7 ausgedüsten Einspritzstrahl 29 fortsetzt und dessen frühzeitigen bzw. austrittsnahen Strahlaufbruch, Bz. 31, in beabsichtigter Weise fördert, mithin den gesteigerten Lufteintrag in den Einspritzstrahl 29.
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Im Rahmen dieser Ausgestaltung ist der erste Spritzlochkanal 7 mit einem größeren Durchmesser gebildet als der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal 9, zum Beispiel mit einem Durchmesser von etwa 0,3-0,5 mm, während der zweite Spritzlochkanal 9 zum Beispiel einen demgegenüber etwa hälftigen Durchmesser aufweist, zum Beispiel im Bereich von 0,15-0,25 mm. Mit dieser Ausgestaltung ist angestrebt, über den ersten Spritzlochkanal 7 einen größeren Kraftstoff-Durchsatz erzielen zu können als über den zweiten Spritzlochkanal 9. Insoweit ist der erste Spritzlochkanal 7 ein Hauptarm (Hauptkanal) des Spritzlochs 5 und der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal 9 ein Nebenarm (Nebenkanal) des Spritzlochs 5.
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Bei dem in 1 und 2 aufgezeigten Kraftstoffinjektor 1 zweigt der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal 9 von dem ersten Spritzlochkanal 7 ferner ersichtlich abgewinkelt ab. Im Rahmen der Verzweigung schließen die Spritzlochkanäle 7, 9 hierbei einen Winkel miteinander ein, welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt im im Bereich zwischen 15° bis 90° liegt, wobei vorliegend - aufgrund der Linearität der Spritzlochkanäle 7, 9 - auch die Ausströmrichtungen aus den Spritzlochkanälen 7, 9 miteinander einen solchen Winkel einschließen. Wie 1 dies hierbei auch veranschaulicht, ist im Rahmen der abgewinkelten Verzweigung der zweite Spritzlochkanal 9 stärker in Richtung Kolbenmulde 25 (bzw. in Richtung einer axialen Achse des Kraftstoffinjektors 1) geneigt bzw. mit einer stärkeren Axialkomponente in Richtung Kolbenmulde 25 als der erste Spritzlochkanal 7, welcher demgegenüber eher radial orientiert ist. Auf damit einhergehende Vorteile wird nachfolgend noch eingegangen.
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Anhand der 1 und 2 wird nunmehr auch noch näher auf die Verwendung des erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftstoffinjektors 1 im Rahmen eines damit ermöglichten Brennkraftmaschinen- bzw. Einspritzbetriebs eingegangen.
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In 1 ist der entsprechend eingerichtete Kraftstoffinjektor 1 in einer ersten Betriebssituation dargestellt, in welcher der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal 9 vorrangig und der stromab des Abzweigbereichs bzw. der Abzweigstelle 27 gebildete Zweig 7a des ersten Spritzlochkanals 7 hierbei nachrangig mit auszudüsendem Kraftstoff beaufschlagt wird. Die erste Betriebssituation korrespondiert hierbei z.B. mit einer Injektorsteuerstellung, in welcher das Einspritzventil nur gering geöffnet ist (starke Drosselwirkung), womit über dasselbe nur ein geringer Volumenstrom bei weiterhin insbesondere relativ geringem Druck und relativ niedriger Strömungsgeschwindigkeit an das Einlassende 11 des Spritzlochs 5 abgesteuert wird. Alternativ hierzu kann zum Beispiel das Einspritzventil auch weiter offen gesteuert sein, das anliegende Kraftstoffdruckniveau jedoch auf ein niedriges Niveau abgesenkt sein. In der Folge und vorzugsweise unterstützt durch ein einlaufförderndes Einlaufdesign am Verzweigungspunkt 27 wid vorrangig der zweite Spritzlochkanal 9 angeströmt, mithin kann hierüber ein Einspritzstrahl 33 mit relativ höherer oder ähnlicher Eindringtiefe als seitens des ersten Spritzlochkanals 7 erzeugt werden.
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Eine solche Betriebstellung wird zum Beispiel für eine Voreinspritzung eingenommen. Vorzugsweise, wie dies ebenfalls in 1 veranschaulicht ist, korrespondiert die erste Betriebsstellung weiterhin mit einer Kolbenstellung am Brennraum 21, bei welcher sich der Kolben 35 und insoweit die Kolbenmulde 25 noch in einer frühen unteren Stellung mit Bewegung in Richtung oberer Totpunkt (OT) befinden (relativ größeres Brennraumvolumen).
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2 nunmehr zeigt den entsprechend eingerichteten Kraftstoffinjektor 1 in einer zweiten Betriebssituation, in welcher der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal 9 nachrangig und der stromab des Abzweigbereichs bzw. der Abzweigstelle 27 gebildete Zweig 7a des ersten Spritzlochkanals 7 hierbei vorrangig mit auszudüsendem Kraftstoff beaufschlagt wird. Die zweite Betriebssituation korrespondiert hierbei z.B. mit einer Injektorsteuerstellung, in welcher das Einspritzventil weit geöffnet ist, womit über dasselbe ein deutlich stärkerer Volumenstrom als bei der ersten Betriebstellung bei weiterhin insbesondere auch stärkerem Druck und relativ schneller Strömungsgeschwindigkeit an das Einlassende 11 des Spritzlochs 5 abgesteuert wird. In der Folge und vorzugsweise unterstützt durch ein einlaufförderndes Einlaufdesign am Verzweigungspunkt 27 (und den größeren Querschnitt des ersten Spritzlochkanals 7) wird nunmehr vorrangig der Zweig 7a des ersten Spritzlochkanals 7 durchströmt, mithin wird hierüber ein Einspritzstrahl 29 mit relativ höherer Eindringtiefe als seitens des zweiten Spritzlochkanals 9 erzeugt werden.
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Eine solche Betriebstellung wird zum Beispiel für eine Haupteinspritzung eingenommen. Vorzugsweise, wie dies ebenfalls in 2 veranschaulicht ist, korrespondiert die zweite Betriebsstellung weiterhin mit einer Kolbenstellung am Brennraum 21, bei welcher sich der Kolben 35 und insoweit die Kolbenmulde 25 nahe des oder am oberen Totpunkt (OT) befinden (relativ kleineres Brennraumvolumen). In dieser Stellung kann der Haupteinspritzstrahl 29, welcher über den ersten Spritzlochkanal 7 (Zweig 7a) ausgedüst wird, radial - und hierbei insbesondere der Kolbenmulde 25 zugewandt - durch den dazu (kolbenmuldenseitig) benachbart ausgedüsten Einspritzstrahl 33 seitens des zweiten Spritzlochkanals 9 aufgebrochen und mit Luft angereichert werden, so dass sich gerade im Bereich der Kolbenmulde 25, in welcher regelmäßig niedrigere Temperaturen vorherrschen, eine verbesserte Verbrennung mit vorteilhaft geringerer Rußbildung (gegenüber dem Stand der Technik) erzielen lässt.
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In der Gesamtschau wird deutlich, dass es mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor 1 bzw. damit ausgestatteten Brennkraftmaschine 3 möglich ist, über z.B. eine Drosselwirkung des Einspritzventils, die Variation der Kraftstoffdruckniveaus, zum Beispiel in Verbindung mit einer geeigneten Einlaufgeometrie am Verzweigungsort 27 und/oder unterschiedlichen durchströmbaren Querschnitten, eine Einspritzcharakteristik an die Kolbenbewegung anzupassen, ohne dazu komplizierte oder bewegliche Injektorteile zu benötigen. Im Rahmen der aufgezeigten Lösung kann ferner vorteilhaft vermieden werden, die NOx-Bildung (vor allem in den heißen Zonen außerhalb der Kolbenmulde) zu beeinflussen.
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Die 3a bis 3f zeigen im Schnitt (axial-radial verlaufende Schnittebene) - mit Ausnahme von 3a - weitere mögliche Ausgestaltungen des Kraftstoffinjektors 1, wobei 3a einer Ausführungsform nach den 1 und 2 entspricht, das heißt einen einzigen zweiten Spritzlochkanal 9 aufweisend, welcher vom ersten Spritzlochkanal 7 abmündet und unterhalb des ersten Spritzlochkanals 7 bzw. kolbenmuldennäher an dem Kraftstoffinjektor 1 ausmündet. Bei der Ausführungsform nach 3a verlaufen die Spritzlochkanalachsen des ersten 7 und zweiten 9 Spritzlochkanals insoweit in derselben axial orientierten Ebene.
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Die 3b) und 3c) zeigen Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors 1, wobei dieser im Unterschied zu den vorstehend anhand der 1 bis 3a erörterten Ausgestaltungen eine Mehrzahl an zweiten Spritzlochkanälen 9 aufweist, welche je von dem ersten Spritzlochkanal 7 abmünden bzw. abzweigen. Die jeweiligen Verzweigungsstellen 27 im Abzweigbereich können hierbei zu einer Verzweigungsstelle 27 zusammengeführt sein oder z.B. einen Abzweigbereich mit einer Mehrzahl von separaten Abzweigstellen 27 bilden (der stromab des Abzweigbereichs gebildete Zweig 7a des ersten Spritzlochkanals 7 führt hierbei insbesondere von der stromabwärtigsten Verzweigungsstelle 27, insoweit dem stromabwärtigen Ende des Abzweigbereichs, zum Auslassende 15 des ersten Spritzlochkanals 7).
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Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung kann die Strömung, die im ersten Spritzlochkanal 7 geführt ist, gegenüber Lösungen mit nur einem Abzweig in Form des zweiten Spritzlochkanals 9 nochmals deutlicher gestört, mithin turbulenzreicher an das Auslassende 15 des ersten Spritzlockanals 7 geführt werden, wodurch der Strahl nochmals stärker aufgebrochen werden kann.
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Bei der Ausführungsform nach der 3b) weist der Kraftstoffinjektor 1 z.B. zwei zweite Spritzlochkanäle 9 auf, welche neben und unter dem ersten Spritzlochkanal 7 gebildet sind, insoweit in einer Umfangsrichtung des ersten Spritzlochkanals 7 um diesen verteilt angeordnet sind (mit 90° Versatz in Umfangsrichtung). Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, den über den ersten Spritzlochkanal 7 ausgedüsten Haupteinspritzstrahl 29 an zwei Seiten, z.B. durch Berührung, Überlappung oder zueinander benachbarte Strömung seitens der via die zweiten Spritzlochkanäle 9 ausgedüsten Nebeneinspritzstrahlen 33 strahlaufbruchsfördernd zu stören, z.B. in Abstimmung auf eine entsprechende Anwendungsumgebung (Brennraum).
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Analog hierzu zeigen die 3c) und 3d) Ausgestaltungen, bei welchen drei bzw. vier zweite Spritzlochkanäle 9 um den ersten Spritzlochkanal 7 herum angeordnet sind, d.h. verteilt wiederum in Umfangsrichtung um denselben, insbesondere je mit 90° Versatz zueinander. Bei der Ausgestaltung nach 3c sind die zweiten Spritzlochkanäle 9 hierbei neben und unterhalb des ersten Spritzlochkanals 7 gebildet, mithin via dreier Seiten eine Strahlbeeinflussung ermöglichend, insbesondere auch hin in Richtung Kolbenmulde 25, bei der Ausführungsform nach 3d verläuft ein weiterer zweiter Spritzlochkanal 9 ferner oberhalb des ersten Spritzlochkanals 7, so dass ein hierüber ausgedüster (Haupt-)Einspritzstrahl 29 im Wesentlichen allseitig zu dessen beabsichtigtem verbesserten Strahlaufbruch über die seitens der zweiten Spritzlochkanäle 9 ausgedüsten Einspritzstrahlen 33 beeinflussbar ist.
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Die 3e zeigt nunmehr eine Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 1, bei welcher zwei zweite Spritzlochkanäle 9 unterhalb des ersten Spritzlochkanals 7 ausmünden, d.h. je von diesem abzweigend. In Richtung Kolbenmulde 25 kann hiermit eine nochmals verstärkte Turbulenz zur Verbesserung des Abbrands mit verringerter Rußbildung bewirkt werden.
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3f zeigt noch eine Ausführungsform, bei welcher ein zweiter Spritzlochkanal 9 mit Bezug auf eine Spritzlochachse des ersten Spritzlochkanals 7 unterhalb und auch seitlich bzw. versetzt gebildet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung wird z.B. auf eine spezielle Anwendungssituation abgestellt, z.B. mit asymmetrischer Kolbenmulde 25.
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Die 4a) bis 4e) zeigen nunmehr Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors 1, bei welcher der wenigstens eine zweite Spritzlochkanal 9 eine Ausmündung bzw. ein Auslassende 17 aufweist, das in einer Spritzlochkanal-Achsenrichtung mit Bezug auf den ersten Spritzlochkanal 7 mit Axialversatz gegenüber einer Ausmündung bzw. einem Auslassende 15 des ersten Spritzlochkanals 7 aus dem Kraftstoffinjektor 1 ausmündet. Bei den dargestellten Ausführungsformen bleibt das Auslassende 15 des jeweiligen zweiten Spritzlochkanals 9 insoweit in Richtung des ersten Spritzlochkanals 7 hinter dessen Auslassende 15 zurück (stromaufwärtige Richtung). Hiermit kann bewirkt werden, dass der aus dem zweiten Spritzlochkanal 9 austretende Einspritzstrahl 33 im Austrittsbereich des Einspritzstrahls 29 aus dem ersten Spritzlochkanal 7 bereits eine (radial) räumliche Ausdehnung erfahren hat, insbesondere z.B. aufgebrochen ist, und somit dessen vermehrte radiale Ausdehnung zu einer beabsichtigt stärkeren Beeinflussung des Haupteinspritzstrahls 29 (via den ersten Spritzlochkanal 7 ausgedüst) führt.
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Dargestellt sind hierbei auch Ausführungsformen, bei welchen die jeweiligen oder wenigstens ein zweiter Spritzlochkanal 9 zum Beispiel im Winkel von 90° vom ersten Spritzlochkanal 7 abmündet, vgl. 4a bis 4e. Bei den Ausführungsformen nach 4b und 4c sind hierbei Kanalpaare von zweiten Spritzlochkanälen 9 gebildet, insbesondere mit paralleler Ausrichtung derselben. Bei der Ausgestaltung nach 4c kann mittels zweiter Spritzlochkanäle 9 z.B. auch in einen oberen Brennraumbereich ausgedüst werden, d.h. hin zur Brennraumdeckseite. Bei der Ausführungsform nach 4d ist ein zweiter Spritzlochkanal 9 z.B. mit einem ausgeprägten Einlauftrichter oder allgemein konisch gebildet. Bei der Ausführungsform nach 4e mündet ein zweiter Spritzlochkanal 9 schräg bzw. unter Einschluss eines spitzen Winkels vom ersten Spritzlochkanal 7 ab, während ein zweiter zweiter Spritzlochkanal 9 senkrecht vom ersten Spritzlochkanal 7 abzweigt. Die Ausmündungen der zweiten Spritzlochkanäle 9 sind hierbei z.B. in einem Bereich zueinander benachbart zusammengeführt, in welchem ein Strahlaufbruch und/oder ein hoher Lufteintrag mittels beider zweiten Spritzlochkanäle 9 vorrangig erfolgen soll.
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Obwohl nicht explizit dargestellt, ist es anhand der vorstehend geschilderten Ausführungsformen für den Fachmann wohl eher unschwer ersichtlich, dass auch andere als die dargestellten Möglichkeiten der Gestaltung und Anordnung von jeweiligen zweiten Spritzlochkanälen 9, welche vom ersten Spritzlochkanal 7 abzweigen, günstige Lösungen für den beabsichtigten frühen Strahlaufbruch und den Lufteintrag, insbesondere die Emissionsreduktion ergeben können. Solche weiteren Ausführungsformen können z.B. aus der Kombination von Ausführungsformen nach einzelnen der 3a bis 4e bestehen.
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Mit der Erfindung ergeben sich vielfältige Designmöglichkeiten zur optimalen Anpassung an den Brennraum. Darüber hinaus ergibt sich neben einer Reduktion der Rußemission aufgrund besserer Luftausnutzung auch die Möglichkeit der einfachen Nacharbeit an bestehenden Düsenbaugruppen bzw. Spritzlöchern herkömmlicher Kraftstoffinjektoren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffinjektor
- 3
- Brennkraftmaschine
- 5
- Spritzloch
- 7
- erster Spritzlochkanal
- 7a
- Zweig
- 9
- zweiter Spritzlochkanal
- 11
- Einlassende
- 15
- Auslassende (erster Spritzlochkanal)
- 17
- Auslassende (zweiter Spritzlochkanal)
- 19
- Düsenkörper
- 21
- Brennraum
- 23
- Kolbenoberfläche
- 25
- Kolbenmulde
- 27
- Abzweigstelle
- 29
- Einspritzstrahl (via ersten Spritzlochkanal)
- 31
- Strahlaufbruch
- 33
- Einspritzstrahl (via zweiten Spritzlochkanal)
- 35
- Kolben
