DE102018215681A1 - Injector for injecting a fluid - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen eines Fluids, insbesondere eines flüssigen Kraftstoffs, umfassend wenigstens eine gestufte Spritzlochanordnung (3) mit einem Spritzloch (30) und einer Vorstufe (31), wobei das Spritzloch (30) einen elliptischen Querschnitt aufweist, mit einer Hauptachse (11) und einer Nebenachse (10), und wobei die Vorstufe (31) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.The invention relates to an injector for injecting a fluid, in particular a liquid fuel, comprising at least one stepped spray hole arrangement (3) with a spray hole (30) and a preliminary stage (31), the spray hole (30) having an elliptical cross section, with a Main axis (11) and a secondary axis (10), and wherein the preliminary stage (31) has a circular cross section.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen eines Fluids, insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff, mit einer verbesserten Spray-Aufbereitung, sowie eine Brennkraftmaschine.The present invention relates to an injector for injecting a fluid, in particular for injecting fuel, with an improved spray preparation, and an internal combustion engine.
Injektoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Einspritzung von Kraftstoff, Wasser, Harnstoff oder anderen Flüssigkeiten verwendet. Bei der Kraftstoffeinspritzung, insbesondere bei der Kraftstoffdirekteinspritzung, bei welcher Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, kann es bei Verwendung flüssiger Kraftstoffe zu einer lokalen Benetzung von Bauteilen der Brennkraftmaschine wie Kolben, Zylinder, Einlassventilen oder Injektor kommen. Hierdurch kann sich im Abgas insbesondere eine Anzahl fester Partikel erhöhen, was aus Umweltgesichtspunkten unerwünscht ist. Ferner wurde festgestellt, dass bei einer Benetzung von Bereichen des Injektors mit flüssigem Kraftstoff über eine Vielzahl von Lastspielen ein Belagsaufbau auftreten kann. Hier kann es zu einer Verkokung des Injektors kommen und zu einer massiven Erhöhung von festen Partikeln im Abgas. Untersuchungen haben ergeben, dass eine derartige Injektor-Verkokung bei Spritzlochanordnungen mit Vorstufe reduziert werden können, wenn am Eintritt der Spritzlochanordnung eine Verrundung der Eintrittskante vorgenommen wird. Hier wird insbesondere ein Ablösen der Kraftstoffströmung beim Eintritt in das Spritzloch der Spritzlochanordnung reduziert. Allerdings ist eine derartige Verrundung von Eintrittskanten in der Praxis sehr aufwendig und teuer und kann auch bei nicht allen Injektoren aufgrund der komplizierten Geometrie vorgenommen werden.Different designs of injectors are known from the prior art and are used, for example, in motor vehicles for injecting fuel, water, urea or other liquids. In the case of fuel injection, in particular in the case of direct fuel injection, in which fuel is injected directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, local wetting of components of the internal combustion engine such as pistons, cylinders, intake valves or injector can occur when using liquid fuels. This can increase a number of solid particles in the exhaust gas, which is undesirable from an environmental point of view. It was also found that if areas of the injector were wetted with liquid fuel, a build-up of deposits could occur over a large number of load cycles. The injector may become coked and there may be a massive increase in solid particles in the exhaust gas. Investigations have shown that such injector coking in spray hole arrangements with a preliminary stage can be reduced if the entry edge is rounded at the entry of the spray hole arrangement. Here, in particular, a detachment of the fuel flow when entering the spray hole of the spray hole arrangement is reduced. However, such rounding of leading edges is very complex and expensive in practice and cannot be carried out on all injectors due to the complicated geometry.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Injektor zum Einspritzen eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass bei einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit insbesondere eine Verkokung durch Benetzung von Injektorbereichen mit dem einzuspritzenden Fluid, welches zu einem Aufbau eines Belages an dem Injektorbereich führen kann, vermieden werden kann. Insbesondere kann bei einem Kraftstoffinjektor eine Injektorverkokung verhindert werden, so dass die Emissionen von festen Partikeln im Abgas auch bei einer langen Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors vermieden werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Injektor wenigstens eine Spritzlochanordnung umfasst, welche einen gestuften Aufbau mit einem Spritzloch und einer Vorstufe aufweist. Das Spritzloch ist dabei in Durchströmungsrichtung der Spritzlochanordnung vor der Vorstufe angeordnet. Das Spritzloch weist dabei einen elliptischen Querschnitt mit einer Hauptachse und einer Nebenachse auf und die Vorstufe weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Durch diese Maßnahme von verschiedenen geometrischen Ausgestaltungen für das Spritzloch und die Vorstufe kann eine verbesserte Durchströmung der Spritzlochanordnung bei geöffnetem Injektor erreicht werden. Insbesondere im Spritzloch können dabei Sekundärströmungen, welche entlang der Spritzlochwand im Wesentlichen senkrecht in einer Ebene zur Durchströmungsrichtung verlaufen, vermieden werden. Somit kann insbesondere bei Einspritzung von flüssigem Kraftstoff das Auftreten von Ablagerungen an der Wand der Spritzlochanordnung, insbesondere der Vorstufe, vermieden werden.In contrast, the injector according to the invention for injecting a fluid with the features of claim 1 has the advantage that, with simple and inexpensive producibility, in particular coking by wetting injector areas with the fluid to be injected, which can lead to build-up of a coating on the injector area, is avoided can be. In particular, injector coking can be prevented in a fuel injector, so that the emissions of solid particles in the exhaust gas can be avoided even when the fuel injector is operating for a long time. This is achieved according to the invention in that the injector comprises at least one spray hole arrangement which has a stepped structure with a spray hole and a preliminary stage. The spray hole is arranged in the flow direction of the spray hole arrangement before the preliminary stage. The spray hole has an elliptical cross section with a major axis and a minor axis and the preliminary stage has a circular cross section. This measure of different geometric configurations for the spray hole and the preliminary stage enables an improved flow through the spray hole arrangement when the injector is open. In the spray hole in particular, secondary flows which run essentially perpendicularly in a plane to the direction of flow along the spray hole wall can be avoided. Thus, in particular when liquid fuel is injected, the occurrence of deposits on the wall of the spray hole arrangement, in particular the preliminary stage, can be avoided.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.
Vorzugsweise ist ein Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts der Vorstufe größer als eine Länge einer Hauptachse der Ellipse des Spritzlochs mit elliptischem Querschnitt. Hierdurch liegt die Ellipse ständig innerhalb des Durchmessers der Vorstufe. Dies verhindert insbesondere die Bildung eines Wandfilms an einer Wand der Spritzlochanordnung.A diameter of the circular cross section of the preliminary stage is preferably greater than a length of a main axis of the ellipse of the spray hole with an elliptical cross section. As a result, the ellipse is always within the diameter of the preliminary stage. In particular, this prevents the formation of a wall film on a wall of the spray hole arrangement.
Weiter bevorzugt weist das Spritzloch der Spritzlochanordnung eine Prallseite auf, wobei der elliptische Querschnitt des Spritzlochs derart angeordnet ist, dass eine Nebenachse der Ellipse zur Prallseite gerichtet ist. Die Prallseite des Spritzlochs ist dabei die Seite, auf welcher bei geöffnetem Injektor das einzuspritzende Fluid hauptsächlich in das Spritzloch auftrifft. Gegenüber der Prallseite ist am Spritzloch eine Rezirkulationsseite vorhanden, zu der das in das Spritzloch eingeströmte Fluid teilweise aufgrund des Auftreffens auf die Prallseite entlang der Wandbereiche des Spritzlochs geführt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausrichtung des elliptischen Spritzlochs in Abhängigkeit der Prallseite wird jedoch eine große Rezirkulationsströmung zur Rezirkulationsseite reduziert oder kann vollständig vermieden werden.The spray hole of the spray hole arrangement further preferably has an impact side, the elliptical cross section of the spray hole being arranged such that a minor axis of the ellipse is directed toward the impact side. The impact side of the spray hole is the side on which the fluid to be injected mainly hits the spray hole when the injector is open. Opposite the impact side, there is a recirculation side on the spray hole, to which the fluid flowing into the spray hole is guided along the wall regions of the spray hole, in part due to the impact on the impact side. Due to the alignment of the elliptical spray hole according to the invention depending on the impact side, however, a large recirculation flow to the recirculation side is reduced or can be avoided entirely.
Besonders bevorzugt weist die Ellipse des elliptischen Querschnitts des Spritzlochs ein Verhältnis der Hauptachse zur Nebenachse in einem Bereich von 1,5 - 3,5 : 1 auf, vorzugsweise 2,0 - 3,0 : 1 auf und besonders bevorzugt 2,5 : 1 auf.The ellipse of the elliptical cross section of the spray hole particularly preferably has a ratio of the major axis to the minor axis in a range of 1.5-3.5: 1, preferably 2.0-3.0: 1 and particularly preferably 2.5: 1 on.
Eine besonders kostengünstige Herstellung des Injektors ist gegeben, wenn das Spritzloch an der in Durchströmungsrichtung liegenden Eintrittsseite eine Kante aufweist. Hierdurch muss keine aufwendige Abrundung der Eintrittskante des Spritzlochs durchgeführt werden, wodurch die Herstellungskosten signifikant reduziert werden können.A particularly inexpensive manufacture of the injector is provided if the spray hole has an edge on the inlet side lying in the direction of flow. As a result, no complex rounding of the leading edge of the spray hole has to be carried out, as a result of which the production costs can be significantly reduced.
Weiter bevorzugt ist die Spritzlochanordnung derart aufgebaut, dass eine Mittelachse des Spritzlochs und eine Mittelachse der Vorstufe auf einer gemeinsamen Achse liegen. The spray hole arrangement is further preferably constructed such that a central axis of the spray hole and a central axis of the preliminary stage lie on a common axis.
Bevorzugt bleibt ein Querschnitt des Spritzlochs konstant.A cross section of the spray hole preferably remains constant.
Vorzugsweise ist das Spritzloch in Durchströmungsrichtung sich erweiternd oder sich verjüngend ausgebildet und weist bevorzugt einen sich in Durchströmungsrichtung geradlinig erweiternden oder verjüngenden Verlauf auf. Bei einem derartigen Verlauf ergibt sich somit bei elliptischem Querschnitt ein Kegelstumpf mit elliptischer Grundfläche und elliptischer Dachfläche als Spritzloch. Die Vorstufe ist vorzugsweise ein Zylinder, d.h. weist einen konstanten Kreis-Querschnitt auf. Alternativ sind sowohl das Spritzloch als auch die Vorstufe mit Wänden parallel zu einer Spritzlochmittelachse ausgebildet, so dass bevorzugt das Spritzloch ein elliptischer Zylinder und die Vorstufe ein Kreiszylinder ist.The spray hole is preferably designed to widen or taper in the direction of flow and preferably has a course widening or tapering in a straight line in the direction of flow. With such a course, a truncated cone with an elliptical base area and an elliptical roof area results as an injection hole in the case of an elliptical cross section. The precursor is preferably a cylinder, i.e. has a constant circular cross-section. Alternatively, both the spray hole and the preliminary stage are formed with walls parallel to a central axis of the spray hole, so that the spray hole is preferably an elliptical cylinder and the preliminary stage is a circular cylinder.
Bevorzugt weist der Injektor eine Vielzahl von Spritzlochanordnungen auf, wobei wenigstens ein Spritzloch einer Spritzlochanordnung einen elliptischen Querschnitt aufweist und wenigstens ein Spritzloch einer Spritzlochanordnung einen zylindrischen Querschnitt aufweist. Weiter bevorzugt weisen alle Spritzlöcher einen elliptischen Querschnitt auf.The injector preferably has a plurality of spray hole arrangements, at least one spray hole of a spray hole arrangement having an elliptical cross section and at least one spray hole of a spray hole arrangement having a cylindrical cross section. More preferably, all the spray holes have an elliptical cross section.
Der Injektor ist vorzugsweise ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines flüssigen Kraftstoffs.The injector is preferably a fuel injector for injecting a liquid fuel.
Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Injektor. Der Injektor kann hierbei in einem spitzen Winkel zu einer Achse eines Kolbens der Brennkraftmaschine angeordnet sein oder alternativ ist der Injektor parallel zur Mittelachse des Kolbens angeordnet.The invention further relates to an internal combustion engine with an injector according to the invention. The injector can be arranged at an acute angle to an axis of a piston of the internal combustion engine or, alternatively, the injector is arranged parallel to the central axis of the piston.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
-
1 eine schematische Ansicht eines Injektors gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
2 eine brennraumseitige Ansicht des Injektors von1 , -
3 eine vergrößerte Darstellung einer Draufsicht der Spritzlochanordnung des Injektors von1 , -
4 eine schematische Schnittansicht derSpritzlochanordnung von 3 , und -
5 eine schematische Schnittansicht einer Spritzlochanordnung eines Injektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 2 shows a schematic view of an injector according to a first preferred exemplary embodiment of the invention, -
2nd a combustion chamber side view of the injector from1 , -
3rd an enlarged view of a top view of the spray hole arrangement of the injector of1 , -
4th is a schematic sectional view of the spray hole arrangement of3rd , and -
5 is a schematic sectional view of a spray hole arrangement of an injector according to a second embodiment of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Der Injektor
Der Injektor
Die Spritzlochanordnungen
Wie insbesondere aus
Mit anderen Worten ist beim ersten Ausführungsbeispiel wenigstens eine Spritzlochanordnung
Im ersten Ausführungsbeispiel liegen eine Mittelachse
Wie insbesondere aus
Wie weiter aus
Eine Kante
Weiterhin weist die Ellipse des Spritzlochs
Somit kann gemäß der Erfindung durch die gezielte Anordnung von elliptischen Spritzlöchern
Somit kann eine Bildung von einem Belag, welcher sich insbesondere auch an der Vorstufe
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2018
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |