DE102018208869A1 - Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor, Kraftstoffinjektor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe (1) für einen Kraftstoffinjektor, mit dessen Hilfe zwei unterschiedliche Kraftstoffe zu unterschiedlichen Zeitpunkten in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine einspritzbar sind, umfassend einen Düsenkörper (3) und zwei koaxial angeordnete, hubbewegliche Düsennadeln (4, 5) zum Steuern von Einspritzöffnungen (6, 7), wobei die erste Düsennadel (4) zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführt ist und die zweite Düsennadel (5) zumindest abschnittsweise in der ersten Düsennadel (4) aufgenommen ist. Erfindungsgemäß sind alle Einspritzöffnungen (6, 7) für den ersten und für den zweiten Kraftstoff im Düsenkörper (3) ausgebildet.Die Erfindung betrifft ferner einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe (1).
Description
- Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe. Mit Hilfe des Kraftstoffinjektors sind zwei unterschiedliche Kraftstoffe zu unterschiedlichen Zeitpunkten in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar. Bei dem ersten Kraftstoff kann es sich beispielsweise um einen gasförmigen Kraftstoff, insbesondere um Erdgas (englisch: „Natural Gas“, abgekürzt „NG“), und beim zweiten Kraftstoff um einen flüssigen Kraftstoff, insbesondere um Dieselkraftstoff, handeln. Der Kraftstoffinjektor kann insbesondere ein NGDI-Injektor sein.
- Stand der Technik
- Beim sogenannten NGDI-Einspritzverfahren (englisch: „Natural Gas Direct Injection“) wird Erdgas direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingeblasen, mittels einer zuvor abgesetzten Dieselpiloteinspritzung gezündet und anschließend diffusiv verbrannt. Die Verbrennung von Erdgas weist gegenüber der konventionellen Dieselverbrennung insbesondere den Vorteil auf, dass die CO2-Emissionen um bis zu 25% reduziert werden können. Dabei weist Erdgas eine dieselähnliche Verbrennungs- und damit Drehmomentscharakteristik auf, so dass der Integrationsgrad in bestehende Dieselantriebssysteme hoch ist. Das heißt, dass in der Regel nur geringe Änderungen an Brennkraftmaschine, Kühlsystem und/oder Abgasnachbehandlungssystem erforderlich sind.
- Zum direkten Einspritzen von Erdgas und Dieselkraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine kann ein sogenannter Zweikraftstoff- oder Dual-Fuel-Injektor verwendet werden. Dieser kann beispielsweise zwei koaxial angeordnete, ineinander geführte Düsennadeln aufweisen, wobei die äußere Düsennadel mindestens eine Einblasöffnung zum Einbringen bzw. Einblasen des Erdgases und die innere Düsennadel mindestens eine Einspritzöffnung zum Einbringen bzw. Einspritzen des Dieselkraftstoffs steuert. Ein derartiger Dual-Fuel-Injektor ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2014 225 167 A1 bekannt. - Um beim NGDI-Einspritzverfahren eine optimale Verbrennung zu erzielen, müssen Zündstrahl und Gasstrahl zueinander ausgerichtet sein. In der Regel werden daher Maßnahmen zur Verdrehsicherung getroffen, die eine Verdrehung der erste Einspritzöffnungen aufweisenden äußeren Düsennadel gegenüber dem zweite Einspritzöffnungen aufweisenden Düsenkörper verhindern sollen.
- Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor der eingangs genannten Art anzugeben, die eine optimale Verbrennung ermöglicht und zugleich weniger aufwendig in der Fertigung ist.
- 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 Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe angegeben.
- Offenbarung der Erfindung
- Die vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper und zwei koaxial angeordnete, hubbewegliche Düsennadeln zum Steuern von Einspritzöffnungen, wobei die erste Düsennadel zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführt ist und die zweite Düsennadel zumindest abschnittsweise in der ersten Düsennadel aufgenommen ist. Die Düsenbaugruppe ist somit insbesondere für einen Kraftstoffinjektor geeignet, mit dessen Hilfe zwei unterschiedliche Kraftstoffe zu unterschiedlichen Zeitpunkten in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar sind. Erfindungsgemäß sind alle Einspritzöffnungen für den ersten und für den zweiten Kraftstoff im Düsenkörper ausgebildet. Das heißt, dass alle Einspritzöffnungen im selben Bauteil ausgebildet sind, so dass ein aufwendiges Ausrichten der Einspritzöffnungen zueinander nicht mehr erforderlich ist. Ferner können Maßnahmen zur Verdrehsicherung entfallen. Die Anordnung sämtlicher Einspritzöffnungen erfolgt zudem in einem Bauteil, das - im Unterschied zu den Düsennadeln - keine Hubbewegungen ausführt. Auch in axialer Richtung befinden sich demnach alle Einspritzöffnungen immer in der gleichen Position.
- Die vorgeschlagene Düsenbaugruppe ist somit vergleichsweise einfach aufgebaut und entsprechend einfach zu fertigen. Zugleich können die Einspritzöffnungen in der Weise im Düsenkörper angeordnet werden, dass eine optimale Verbrennung der Kraftstoffe im Brennraum erreicht wird.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Düsenkörper mit Ausnahme der Einspritzöffnungen zum Brennraum hin geschlossen ausgeführt. Im Unterschied zum eingangs genannten Stand der Technik ragt somit keine parasitär zu den Einspritzöffnungen wirkende Führung mehr in den Brennraum. Dadurch ist sichergestellt, dass Kraftstoff nur noch über die Einspritzöffnungen in den Brennraum gelangt.
- Bevorzugt bildet der Düsenkörper einen Dichtsitz für die erste Düsennadel aus. Stromabwärts dieses Dichtsitzes begrenzen der Düsenkörper und die erste Düsennadel einen ersten Druckraum, von dem erste Einspritzöffnungen für den ersten Kraftstoff abgehen. Über die Hubbewegung der ersten Düsennadel kann somit ein Strömungspfad aufgesteuert werden, über den der erste Kraftstoff zu den ersten Einspritzöffnungen gelangt. Bei dem ersten Kraftstoff kann es sich insbesondere um einen gasförmigen Kraftstoff, beispielsweise Erdgas, handeln, der zum Betreiben der Brennkraftmaschine in den Brennraum eingespritzt und verbrannt wird. Durch die Hubbewegungen der ersten Düsennadel wird die Lage der Einspritzöffnungen zueinander nicht verändert, da alle Einspritzöffnungen im Düsenkörper ausgebildet sind.
- Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Düsenkörper eine als Sackloch ausgebildete Führungsbohrung zur Aufnahme und Führung der ersten Düsennadel aufweist. Innerhalb der Führungsbohrung begrenzt die erste Düsennadel einen zweiten Druckraum, von dem zweite Einspritzöffnungen für den zweiten Kraftstoff abgehen. Über die Führung kann eine Zentrierung der ersten Düsennadel in Bezug auf den Düsenkörper und damit in Bezug auf den durch den Düsenkörper ausgebildeten Dichtsitz bewirkt werden. Zugleich dient der Führungsspalt als Dichtspalt zur Trennung des zweiten Druckraums für den zweiten Kraftstoff vom ersten Druckraum für den ersten Kraftstoff.
- Weiterhin bevorzugt bildet die erste Düsennadel einen Dichtsitz für die zweite Düsennadel aus. Über eine Hubbewegung der zweiten Düsennadel gegenüber der ersten Düsennadel kann somit ein Strömungspfad für den zweiten Kraftstoff aufgesteuert werden. Damit der zweite Kraftstoff zu den im Düsenkörper ausgebildeten zweiten Einspritzöffnungen gelangt, wird vorgeschlagen, dass die den Dichtsitz für die zweite Düsennadel ausbildende erste Düsennadel stromabwärts des Dichtsitzes geöffnet ist und/oder mindestens einen in den zweiten Druckraum mündenden Verbindungskanal aufweist. Der Strömungspfad für den zweiten Kraftstoff erstreckt sich somit über die in der ersten Düsennadel ausgebildete Öffnung und/oder den mindestens einen Verbindungskanal.
- Bei dem zweiten Kraftstoff kann es sich insbesondere um einen flüssigen Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, handeln, der zum Zünden des ersten Kraftstoffs einsetzbar ist.
- Ferner bevorzugt bilden die ersten und die zweiten Einspritzöffnungen jeweils einen Lochkreis aus. Der Lochkreis ermöglicht beim Einspritzen eine gleichmäßige Verteilung der Kraftstoffe im Brennraum. Aus dem gleichen Grund sind daher weiterhin vorzugsweise die Einspritzöffnungen eines Lochkreises in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet.
- Vorteilhafterweise ist die Anzahl der ersten und der zweiten Einspritzöffnungen gleich. Das heißt, dass jeder Lochkreis die gleiche Anzahl an Einspritzöffnungen umfasst. Jeder ersten Einspritzöffnung kann somit eine zweite Einspritzöffnung zugeordnet werden, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten.
- Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die ersten und zweiten Einspritzöffnungen zueinander ausgerichtet sind, so dass sie in axialer Richtung übereinander liegen. Dadurch ist sichergestellt, dass die mittels der Einspritzöffnungen geformten Kraftstoffstrahlen im Brennraum aufeinander treffen, um den ersten Kraftstoff mit Hilfe des zweiten Kraftstoffs zu zünden.
- Vorteilhafterweise sind die ersten Einspritzöffnungen für den ersten Kraftstoff größer als die zweiten Einspritzöffnungen für den zweiten Kraftstoff. Da der zweite Kraftstoff vorrangig dem Zünden des ersten Kraftstoffs dient, kann die Einspritzmenge reduziert werden. Vorzugsweise sind die Einspritzöffnungen der beiden Lochkreise in einem axialen Abstand zueinander angeordnet, so dass der erste Lochkreis einen größeren Durchmesser als der zweite Lochkreis aufweist. Der größere Durchmesser des ersten Lochkreises erleichtert die Ausbildung größerer Einspritzöffnungen für den ersten Kraftstoff.
- Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Kraftstoffinjektor für zwei unterschiedliche Kraftstoffe vorgeschlagen, die zu getrennten Zeitpunkten in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden müssen. Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst hierzu eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe, so dass die Einspritzung der beiden Kraftstoffe über optimal zueinander ausgerichtete Einspritzöffnungen erfolgt. Somit lassen sich mit dem Kraftstoffinjektor die gleichen Vorteile erzielen wie mit der Düsenbaugruppe, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung der Düsenbaugruppe verwiesen wird.
- Bei dem Kraftstoffinjektor handelt es sich vorzugsweise um einen NGDI-Injektor, mit dessen Hilfe zwei unterschiedliche Kraftstoff zu getrennten Zeitpunkten direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar sind. Ein erster, vorzugsweise flüssiger Kraftstoff, wobei es sich insbesondere um Dieselkraftstoff handeln kann, wird dabei im Wege einer Piloteinspritzung zum Zünden des ersten Kraftstoffs eingebracht. Bei dem ersten Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas oder um Methanol handeln.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe bzw. einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor im Bereich der Düse.
- Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
- Die dargestellte Düsenbaugruppe
1 für einen Kraftstoffinjektor, mit dessen Hilfe zwei unterschiedliche Kraftstoffe zu getrennten Zeitpunkten in einen Brennraum2 einer Brennkraftmaschine einspritzbar sind, umfasst einen Düsenkörper3 , in dem zwei koaxial angeordnete Düsennadeln4 ,5 hubbeweglich aufgenommen sind. Über die Hubbewegungen der Düsennadeln4 ,5 sind Einspritzöffnungen6 ,7 steuerbar, von denen erste Einspritzöffnungen6 in einem ersten Lochkreis und zweite Einspritzöffnungen7 in einem zweiten Lochkreis angeordnet sind. Über die Einspritzöffnungen6 des ersten Lochkreises ist ein erster Kraftstoff einspritzbar, wobei es sich insbesondere um Erdgas handeln kann. Über die Einspritzöffnungen7 des zweiten Lochkreises ist ein zweiter Kraftstoff einspritzbar, wobei es sich vorzugsweise um Dieselkraftstoff handelt, der im Wege einer Piloteinspritzung zum Zünden des ersten Kraftstoffs in den Brennraum2 der Brennkraftmaschine eingebracht wird. Sämtliche Einspritzöffnungen6 ,7 bzw. beide Lochkreise sind im Düsenkörper3 ausgebildet, und zwar in der Weise, dass jeder Einspritzöffnung6 des ersten Lochkreises eine Einspritzöffnung7 des zweiten Lochkreises zugeordnet ist, wobei die einander zugeordneten Einspritzöffnungen6 ,7 jeweils in einem axialen Abstand übereinander liegend angeordnet sind. Dadurch ist sichergestellt, dass die über den ersten Lochkreis abgegebenen Kraftstoffstrahlen im Brennraum2 auf die zuvor im Wege der Piloteinspritzung eingebrachten Zündstrahlen treffen, so dass der erste Kraftstoff gezündet und möglichst vollständig verbrannt wird. - Da sämtliche Einspritzöffnungen
6 ,7 in einem Bauteil angeordnet sind, verändert sich ihre Lage zueinander nicht. Auch nicht durch die Hubbewegungen der Düsennadeln4 ,5 . Somit bleiben die Einspritzöffnungen4 ,5 auch auf Dauer optimal zueinander ausgerichtet. - Zur Realisierung einer Piloteinspritzung wird zunächst die zweite bzw. innere Düsennadel
5 angesteuert, so dass diese von einem Dichtsitz12 abhebt, der durch die erste bzw. äußere Düsennadel4 ausgebildet wird. Damit gibt die innere Düsennadel5 einen Strömungspfad frei, der über den Dichtsitz12 und einen Verbindungskanal13 in einen Druckraum11 führt, von dem die zweiten Einspritzöffnungen7 abgehen. Der Druckraum11 ist innerhalb einer Führungsbohrung10 des Düsenkörpers3 zur Führung der äußeren Düsennadel4 angeordnet. - Auf die Piloteinspritzung folgt die Einspritzung des dem Betrieb der Brennkraftmaschine dienenden ersten Kraftstoffs. Hierzu wird die erste bzw. äußere Düsennadel
4 angesteuert, so dass diese von einem Dichtsitz8 abhebt, der durch den Düsenkörper3 ausgebildet wird. Die äußere Düsennadel4 gibt somit einen Strömungspfad für den ersten Kraftstoff frei, der über den Dichtsitz8 in einen Druckraum9 führt, von dem die ersten Einspritzöffnungen6 abgehen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014225167 A1 [0003]
Claims (10)
- Düsenbaugruppe (1) für einen Kraftstoffinjektor, mit dessen Hilfe zwei unterschiedliche Kraftstoffe zu unterschiedlichen Zeitpunkten in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine einspritzbar sind, umfassend einen Düsenkörper (3) und zwei koaxial angeordnete, hubbewegliche Düsennadeln (4, 5) zum Steuern von Einspritzöffnungen (6, 7), wobei die erste Düsennadel (4) zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführt ist und die zweite Düsennadel (5) zumindest abschnittsweise in der ersten Düsennadel (4) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass alle Einspritzöffnungen (6, 7) für den ersten und für den zweiten Kraftstoff im Düsenkörper (3) ausgebildet sind.
- Düsenbaugruppe (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (3) mit Ausnahme der Einspritzöffnungen (6, 7) zum Brennraum (2) hin geschlossen ausgeführt ist. - Düsenbaugruppe (1) nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (3) einen Dichtsitz (8) für die erste Düsennadel (4) ausbildet und stromabwärts des Dichtsitzes (8) der Düsenkörper (3) und die erste Düsennadel (4) einen ersten Druckraum (9) begrenzen, von dem erste Einspritzöffnungen (6) für den ersten Kraftstoff abgehen. - Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (3) eine als Sackloch ausgebildete Führungsbohrung (10) zur Aufnahme und Führung der ersten Düsennadel (4) aufweist, innerhalb welcher die erste Düsennadel (4) einen zweiten Druckraum (11) begrenzt, von dem zweite Einspritzöffnungen (7) für den zweiten Kraftstoff abgehen.
- Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (4) einen Dichtsitz (12) für die zweite Düsennadel (5) ausbildet und stromabwärts des Dichtsitzes (12) geöffnet ist und/oder mindestens einen in den zweiten Druckraum (11) mündenden Verbindungskanal (13) aufweist.
- Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Einspritzöffnungen (6, 7) jeweils einen Lochkreis ausbilden, wobei vorzugsweise die Einspritzöffnungen (6, 7) eines Lochkreises in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
- Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ersten und der zweiten Einspritzöffnungen (6, 7) gleich ist.
- Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Einspritzöffnungen (6, 7) zueinander ausgerichtet sind, so dass sie in axialer Richtung übereinander liegen.
- Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einspritzöffnungen (6) größer als die zweiten Einspritzöffnungen (7) sind.
- Kraftstoffinjektor für zwei unterschiedliche Kraftstoffe, die zu getrennten Zeitpunkten in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden müssen, umfassend eine Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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