DE102019209748A1 - Nozzle assembly for a fuel injector, fuel injector - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe (1) für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines gasförmigen Hauptkraftstoffs und eines flüssigen Zündkraftstoffs in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine, umfassend zwei koaxial angeordnete Düsennadeln (3, 4), die in einem Düsenkörper (5) hubbeweglich aufgenommen sind, wobei im Düsenkörper (5) erste Spritzlöcher (6) zur Formung von Gasstrahlen (8) und zweite Spritzlöcher (7) zur Formung von Zündstrahlen (9) ausgebildet sind, und wobei die zweiten Spritzlöcher (7) über den Umfang des Düsenkörpers (5) gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist jedem der zweiten Spritzlöcher (7) eine Gruppe (12) von ersten Spritzlöchern (6) zugeordnet und die ersten Spritzlöcher (6) innerhalb der Gruppe (12) sind in regelmäßigen Abständen neben- und/oder übereinander angeordnet.Die Erfindung betrifft ferner einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe (1)The invention relates to a nozzle assembly (1) for a fuel injector for injecting a gaseous main fuel and a liquid ignition fuel into a combustion chamber (2) of an internal combustion engine, comprising two coaxially arranged nozzle needles (3, 4) which are liftably accommodated in a nozzle body (5) , wherein first spray holes (6) for forming gas jets (8) and second spray holes (7) for forming ignition jets (9) are formed in the nozzle body (5), and the second spray holes (7) over the circumference of the nozzle body (5 ) are evenly distributed. According to the invention, a group (12) of first spray holes (6) is assigned to each of the second spray holes (7) and the first spray holes (6) within the group (12) are arranged next to and / or one above the other at regular intervals a fuel injector with such a nozzle assembly (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 ein gasförmiger Hauptkraftstoff sowie ein flüssiger Zündkraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar.The invention relates to a nozzle assembly for a fuel injector with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel injector with such a nozzle assembly. With the aid of the fuel injector, a gaseous main fuel and a liquid ignition fuel can be injected into a combustion chamber of an internal combustion engine.

Bei dem gasförmigen Hauptkraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas (englisch: „Natural Gas“, abgekürzt „NG“) handeln. Bei dem flüssigen Zündkraftstoff kann es sich insbesondere um Dieselkraftstoff handeln.The main gaseous fuel can in particular be natural gas (“natural gas” for short). The liquid ignition fuel can in particular be diesel fuel.

Stand der TechnikState of the art

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. Das NGDI-Einspritzverfahren gelangt beispielsweise bei Nutzfahrzeugen, insbesondere bei Heavy-Duty-Nutzfahrzeugen, zum Einsatz. Als Zündkraftstoff dient üblicherweise Dieselkraftstoff, wobei die Systeme in der Regel so ausgelegt sind, dass die Brennkraftmaschine bei Bedarf auch nur mit Dieselkraftstoff betrieben werden kann („Diesel-Only“ Betrieb).In the so-called NGDI injection process ("Natural Gas Direct Injection"), natural gas is injected directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, ignited by means of a previously set diesel pilot injection and then burned diffusively. Compared to conventional diesel combustion, the combustion of natural gas has the particular advantage that CO 2 emissions can be reduced by up to 25%. Natural gas has diesel-like combustion and therefore torque characteristics, so that the degree of integration into existing diesel drive systems is high. This means that generally only minor changes to the internal combustion engine, cooling system and / or exhaust gas aftertreatment system are required. The NGDI injection process is used, for example, in commercial vehicles, especially heavy-duty commercial vehicles. Diesel fuel is usually used as the ignition fuel, the systems usually being designed in such a way that the internal combustion engine can also only be operated with diesel fuel when required (“diesel-only” operation).

Zum Einspritzen unterschiedlicher Kraftstoffe in den Brennraum der Brennkraftmaschine sind sogenannte Dual-Fuel-Injektoren bekannt, die zwei koaxial angeordnete, ineinander geführte Düsennadeln aufweisen, die unterschiedliche Spritzlöcher steuern. Die äußere Düsennadel steuert erste Spritzlöcher, über die der gasförmige Hauptkraftstoff einspritzbar ist. Die innere Düsennadel steuert zweite Spritzlöcher, über die der flüssige Zündkraftstoff einspritzbar ist. Ein bekannter Dual-Fuel-Injektor ist beispielhaft in der DE 10 2014 225 167 A1 offenbart.So-called dual-fuel injectors are known for injecting different fuels into the combustion chamber of the internal combustion engine, which have two coaxially arranged nozzle needles which are guided into one another and which control different injection holes. The outer nozzle needle controls the first injection holes through which the main gaseous fuel can be injected. The inner nozzle needle controls second injection holes through which the liquid ignition fuel can be injected. A well-known dual fuel injector is exemplified in the DE 10 2014 225 167 A1 disclosed.

Bei einem Kraftstoffinjektor der vorstehend genannten Art werden die Spritzlöcher für den gasförmigen Hauptkraftstoff und die Spritzlöcher für den flüssigen Zündkraftstoff derart zueinander ausgerichtet, dass der gasförmige Hauptkraftstoff mit Hilfe des flüssigen Zündkraftstoffs möglichst vollständig gezündet und verbrannt wird. Auf diese Weise kann Kraftstoff eingespart werden, was wiederum dazu führt, dass Emissionen und Kosten reduziert werden.In a fuel injector of the type mentioned above, the injection holes for the gaseous main fuel and the injection holes for the liquid ignition fuel are aligned with one another in such a way that the gaseous main fuel is ignited and burned as completely as possible with the aid of the liquid ignition fuel. In this way, fuel can be saved, which in turn reduces emissions and costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Einspritzung eines gasförmigen Hauptkraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine und dessen Verbrennung weiter zu optimieren. Insbesondere sollen die Emissionen und die Kosten weiter reduziert werden.The object of the present invention is to further optimize the injection of a gaseous main fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine and its combustion. In particular, emissions and costs are to be further reduced.

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.To achieve the object, the nozzle assembly with the features of claim 1 is proposed. Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims. Furthermore, a fuel injector with a nozzle assembly according to the invention is specified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines gasförmigen Hauptkraftstoffs und eines flüssigen Zündkraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst zwei koaxial angeordnete Düsennadeln, die in einem Düsenkörper hubbeweglich aufgenommen sind. Im Düsenkörper sind erste Spritzlöcher zur Formung von Gasstrahlen und zweite Spritzlöcher zur Formung von Zündstrahlen ausgebildet. Die zweiten Spritzlöcher sind dabei über den Umfang des Düsenkörpers gleichmäßig verteilt angeordnet. Erfindungsgemäß ist jedem der zweiten Spritzlöcher eine Gruppe von ersten Spritzlöchern zugeordnet und die ersten Spritzlöcher innerhalb der Gruppe sind in regelmäßigen Abständen neben- und/oder übereinander angeordnet.The nozzle assembly proposed for a fuel injector for injecting a gaseous main fuel and a liquid ignition fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises two coaxially arranged nozzle needles which are reciprocally accommodated in a nozzle body. First spray holes for forming gas jets and second spray holes for forming pilot jets are formed in the nozzle body. The second spray holes are evenly distributed over the circumference of the nozzle body. According to the invention, a group of first spray holes is assigned to each of the second spray holes and the first spray holes within the group are arranged next to and / or one above the other at regular intervals.

Durch die Anordnung der ersten Spritzlöcher in Gruppen werden mit Hilfe der vorgeschlagenen Düsenbaugruppe gebündelte Gasstrahlen erzeugt. Jedem Bündel von Gasstrahlen ist dabei lediglich ein Zündstrahl zugeordnet, so dass das Bündel von Gasstrahlen mit Hilfe des einen Zündstrahls gezündet werden muss. Das heißt, dass die Gasstrahlen eines Bündels idealerweise dicht an dicht liegen, so dass sie entweder mit Hilfe des einen Zündstrahls direkt oder mit Hilfe eines bereits entflammten Gasstrahls indirekt gezündet werden können.By arranging the first spray holes in groups, bundled gas jets are generated with the aid of the proposed nozzle assembly. Only one pilot jet is assigned to each bundle of gas jets, so that the bundle of gas jets has to be ignited with the aid of the one pilot jet. This means that the gas jets of a bundle are ideally close to one another, so that they can be ignited either directly with the help of one pilot jet or indirectly with the help of an already ignited gas jet.

Bei bekannten Kraftstoffinjektoren ist in der Regel jedem ersten Spritzloch zur Formung eines Gasstrahls ein zweites Spritzloch zur Formung eines Zündstrahls zugeordnet, so dass jeder Gasstrahl durch einen Zündstrahl direkt gezündet wird. Bei der erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe ersetzt eine Gruppe von Spritzlöchern ein einzelnes Spritzloch, so dass kein Einzelstrahl, sondern ein Bündel von Gasstrahlen erzeugt wird. Dies hat zur Folge, dass die Verteilung des gasförmigen Hauptkraftstoffs im Brennraum verbessert wird und der Brennraum bzw. die im Brennraum vorhandene Luft besser ausgenutzt werden. Dies wirkt sich positiv auf die Verbrennung aus, so dass Emissionen, insbesondere CH4-Emissionen, und Kosten reduziert werden.In known fuel injectors, each first spray hole for forming a gas jet is generally assigned a second spray hole for forming a pilot jet, so that each gas jet is ignited directly by a pilot jet. In the case of the nozzle assembly according to the invention, a group of spray holes replaces a single spray hole, so that a bundle of gas jets is generated rather than a single jet. This has the consequence that the distribution of the main gaseous fuel is improved in the combustion chamber and the combustion chamber or the air present in the combustion chamber are better utilized. This has a positive effect on the combustion, so that emissions, in particular CH 4 emissions, and costs are reduced.

Die in Gruppen zusammengefassten ersten Spritzlöcher weisen vorzugsweise reduzierte Durchmesser auf. Eine Gruppe von ersten Spritzlöchern vermag somit ein einzelnes Spritzloch mit einem herkömmlich großen Durchmesser zu ersetzen. Bei reduzierten Durchmessern der Spritzlöcher verringert sich die Gefahr eines Rückschlagens von Brennraumgasen und/oder von Wärmestrahlung in den Düsenkörper. Das heißt, dass unerwünschte Ablagerungen auf einer im Düsenkörper aufgenommenen Düsennadel zur Steuerung der ersten Spritzlöcher vermieden werden. Darüber hinaus ist sichergestellt, dass sich die Wärmestrahlung nicht negativ auf die Festigkeit und/oder die Thermospannung der Düsennadel auswirkt.The first spray holes combined in groups preferably have reduced diameters. A group of first injection holes can thus replace a single injection hole with a conventionally large diameter. With reduced diameters of the spray holes, the risk of combustion chamber gases and / or thermal radiation flashing back into the nozzle body is reduced. This means that undesired deposits on a nozzle needle received in the nozzle body for controlling the first spray holes are avoided. In addition, it is ensured that the thermal radiation does not have a negative effect on the strength and / or the thermal voltage of the nozzle needle.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der ersten Spritzlöcher innerhalb einer Gruppe auf einer Kreislinie angeordnet. Zumindest ein Teil der Spritzlöcher ist somit um ein gemeinsames Zentrum herum angeordnet, was eine besonders dichte Anordnung ermöglicht, so dass der Platzbedarf für die mehreren Spritzlöcher einer Gruppe senkt. Bevorzugt weist die Kreislinie einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen dem Durchmesser eines Einzellochs entsprechend würde. Der Platzbedarf einer Gruppe von ersten Spritzlöchern ist somit unwesentlich größer als der Platzbedarf des Einzellochs. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die in einer Gruppe zusammengefassten Spritzlöcher einen gegenüber dem Einzelloch verringerten Strömungsquerschnitt aufweisen. Da mehrere Spritzlöcher ein Einzelloch ersetzen, kann der Strömungsquerschnitt eines Spritzlochs einer Gruppe gegenüber dem Strömungsquerschnitt des Einzellochs deutlich reduziert werden. Geht man von einem Durchmesser eines Einzellochs von etwa 400 µm bis 500 µm aus, kann der Durchmesser eines Spritzlochs einer Gruppe etwa 100 µm bis 300 µm betragen. Dies hängt letztendlich von der Anzahl der Spritzlöcher in einer Gruppe ab.According to a preferred embodiment of the invention, at least some of the first spray holes are arranged on a circular line within a group. At least some of the spray holes are thus arranged around a common center, which enables a particularly dense arrangement, so that the space requirement for the multiple spray holes in a group is reduced. The circular line preferably has a diameter which would essentially correspond to the diameter of an individual hole. The space requirement of a group of first injection holes is therefore insignificantly greater than the space requirement of the individual hole. This is particularly the case when the spray holes combined in a group have a flow cross-section that is smaller than that of the individual hole. Since several spray holes replace a single hole, the flow cross section of a spray hole of a group can be significantly reduced compared to the flow cross section of the single hole. If one assumes a diameter of an individual hole of approximately 400 μm to 500 μm, the diameter of an injection hole of a group can be approximately 100 μm to 300 μm. This ultimately depends on the number of spray holes in a group.

Vorzugsweise entspricht die Anzahl der ersten Spritzlöcher dem n-fachen der Anzahl der zweiten Spritzlöcher, wobei n eine ganze Zahl zwischen 2 und 9 ist. Je höher die Anzahl der ersten Spritzlöcher insgesamt ist, desto kleiner kann der Durchmesser der ersten Spritzlöcher sein. Die über die ersten Spritzlöcher eingebrachte Einspritzmenge bleibt somit im Wesentlichen unverändert. Zugleich nimmt das Risiko eines unerwünschten Rückschlagens von Brennraumgasen und/oder Wärmestrahlung ab.The number of first spray holes preferably corresponds to n times the number of second spray holes, where n is an integer between 2 and 9. The higher the total number of the first spray holes, the smaller the diameter of the first spray holes can be. The injection quantity introduced via the first injection holes thus remains essentially unchanged. At the same time, the risk of undesired flashback of combustion chamber gases and / or thermal radiation is reduced.

Bevorzugt weist jede Gruppe von ersten Spritzlöchern die gleiche Anzahl von ersten Spritzlöchern auf. Des Weiteren bevorzugt sind die Spritzlöcher in jeder Gruppe gleich ausgebildet und/oder gleich angeordnet. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Gruppen von ersten Spritzlöchern über den Umfang des Düsenkörpers gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Jede dieser Maßnahmen trägt zu einer gleichmäßigen Verteilung des gasförmigen Hauptkraftstoffs im Brennraum der Brennkraftmaschine bei.Each group of first injection holes preferably has the same number of first injection holes. Furthermore, the spray holes in each group are preferably designed identically and / or arranged identically. In addition, it is proposed that the groups of first spray holes are arranged distributed uniformly over the circumference of the nozzle body. Each of these measures contributes to a uniform distribution of the gaseous main fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine.

Die ersten Spritzlöcher weisen Längsachsen AS1 auf, wobei vorzugsweise die Längsachsen AS1 einer Gruppe von ersten Spritzlöchern im Querschnitt des Düsenkörpers parallel oder winklig zueinander verlaufen. Bei paralleler Anordnung können die Längsachsen AS1 beispielsweise parallel zum Durchmesser des jeweiligen Spritzlochs verlaufen. Das heißt, dass die Längsachsen AS1 die Längsachse AD des Düsenkörpers nicht schneiden. Verlaufen die Längsachsen AS1 winklig zueinander, können sie sich auf der Längsachse AD , davor oder dahinter schneiden. Von der Lage des Schnittpunkts hängt es ab, wie stark sich die Gruppe von ersten Spritzlöchern von innen nach außen fächerartig aufweitet. Die fächerartige Aufweitung ist im Querschnitt des Düsenkörpers erkennbar. Gegenüber der parallelen Anordnung kann durch die fächerartige Anordnung eine noch bessere Streuung bzw. Verteilung der Gasstrahlen im Brennraum erzielt werden, und zwar in Umfangsrichtung. Das heißt, dass die Raum- und Luftausnutzung weiter verbessert wird.The first spray holes have longitudinal axes A S1 on, preferably the longitudinal axes A S1 a group of first spray holes in the cross section of the nozzle body run parallel or at an angle to one another. With a parallel arrangement, the longitudinal axes A S1 for example run parallel to the diameter of the respective injection hole. That is, the longitudinal axes A S1 the longitudinal axis A D do not cut the nozzle body. The longitudinal axes run A S1 at an angle to each other, they can be on the longitudinal axis A D , cut in front of or behind. The position of the intersection determines how much the group of first injection holes expands like a fan from inside to outside. The fan-like expansion can be seen in the cross section of the nozzle body. Compared to the parallel arrangement, the fan-like arrangement allows even better scattering or distribution of the gas jets in the combustion chamber, specifically in the circumferential direction. This means that the use of space and air is further improved.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Längsachsen AS1 einer Gruppe von ersten Spritzlöchern im Längsschnitt des Düsenkörpers parallel oder winklig zueinander verlaufen. Die Anordnung und Ausrichtung der Längsachsen AS1 in vertikaler Richtung kann demnach analog zur Anordnung in Umfangsrichtung bzw. in horizontaler Richtung ausgeführt werden. Sofern die Längsachsen AS1 nicht parallel verlaufen, können sie sich auf der Längsachse AD des Düsenkörpers, davor oder dahinter schneiden. Die winklig zueinander verlaufende Anordnung trägt auch hier zu einer besseren Verteilung der Gasstrahlen im Brennraum bei.Alternatively or in addition, it is proposed that the longitudinal axes A S1 a group of first spray holes in the longitudinal section of the nozzle body run parallel or at an angle to one another. The arrangement and alignment of the longitudinal axes A S1 in the vertical direction can accordingly be carried out analogously to the arrangement in the circumferential direction or in the horizontal direction. Provided the longitudinal axes A S1 do not run parallel, they can be on the longitudinal axis A D cut in front of or behind the nozzle body. The arrangement running at an angle to one another also contributes to a better distribution of the gas jets in the combustion chamber.

Die ersten Spritzlöcher sind vorzugsweise zylindrisch oder konisch geformt. Die zylindrische Form ist vergleichsweise einfach und damit kostengünstig herzustellen. Mit Hilfe der konischen Form kann auf den Gasstrahl eingewirkt werden. Im Falle konisch geformter erster Spritzlöcher wird vorzugsweise der Konus zum Brennraum hin weiter. Das Spritzloch wirkt somit als Diffusor, der eine düsennähere Verbrennung mit weniger CH4-Nestern ermöglicht.The first spray holes are preferably cylindrical or conical in shape. The cylindrical shape is comparatively simple and therefore inexpensive to manufacture. The gas jet can be acted upon with the aid of the conical shape. In the case of conically shaped first injection holes, the cone is preferably wider towards the combustion chamber. The spray hole thus acts as a diffuser, which enables combustion closer to the nozzle with fewer CH 4 nests.

Bevorzugt sind die zweiten Spritzlöcher in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet. Dadurch ist eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Zündkraftstoffs im Brennraum der Brennkraftmaschine sichergestellt. Vorteilhafterweise ist somit jeder Zündstrahl in Bezug auf das ihm zugeordnete Bündel von Gasstrahlen gleich ausgerichtet.The second spray holes are preferably arranged at the same angular distance from one another. This ensures a uniform distribution of the liquid ignition fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine. Advantageously, each pilot jet is thus aligned identically with respect to the bundle of gas jets assigned to it.

Ferner bevorzugt sind die zweiten Spritzlöcher näher als die ersten Spritzlöcher an einer Spitze des Düsenkörpers angeordnet. Der Düsenkörper weist im Bereich seiner Spitze einen geringeren Durchmesser auf, so dass hier der Platz ausreichend für die deutlich geringere Anzahl an zweiten Spritzlöchern ist. Die Gruppen von ersten Spritzlöchern können dagegen in einem Bereich angeordnet werden, in dem der Düsenkörper einen größeren Durchmesser besitzt.Furthermore, the second spray holes are preferably arranged closer than the first spray holes to a tip of the nozzle body. The nozzle body has a smaller diameter in the area of its tip, so that there is sufficient space here for the significantly smaller number of second spray holes. In contrast, the groups of first spray holes can be arranged in an area in which the nozzle body has a larger diameter.

Der darüber hinaus vorgeschlagene Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines gasförmigen Hauptkraftstoffs und eines flüssigen Zündkraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine umfasst eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe. Das heißt, dass sich mit Hilfe des Kraftstoffinjektors dieselben Vorteile erreichen lassen, die zuvor in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe beschrieben worden sind. Auf diese Teile der Beschreibung wird daher verwiesen.The further proposed fuel injector for injecting a gaseous main fuel and a liquid ignition fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle assembly according to the invention. This means that the same advantages can be achieved with the aid of the fuel injector that have been described above in connection with the nozzle assembly according to the invention. Reference is therefore made to these parts of the description.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Spritzlöcher,
  • 2 a) bis c) jeweils einen schematischen Querschnitt durch einen Düsenkörper einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe weiterer bevorzugter Ausführungsformen,
  • 3 a) bis c) jeweils einen schematischen Querschnitt durch einen Düsenkörper einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe weiterer bevorzugter Ausführungsformen,
  • 4 a) und b) jeweils einen schematischen Längsschnitt durch einen Düsenkörper einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe weiterer bevorzugter Ausführungsformen, und
  • 5 a) bis d) jeweils eine schematische Ansicht einer Gruppe von ersten Spritzlöchern einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe.
Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic longitudinal section through a nozzle assembly according to the invention according to a first preferred embodiment of the invention in the area of the spray holes,
  • 2 a) to c ) each a schematic cross section through a nozzle body of a nozzle assembly according to the invention of further preferred embodiments,
  • 3 a) to c ) each a schematic cross section through a nozzle body of a nozzle assembly according to the invention of further preferred embodiments,
  • 4 a) and b) each a schematic longitudinal section through a nozzle body of a nozzle assembly according to the invention in further preferred embodiments, and
  • 5 a) to d ) each a schematic view of a group of first spray holes of a nozzle assembly according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe 1 in einem Längsschnitt dargestellt. Die Düsenbaugruppe 1 gehört einem Kraftstoffinjektor, mit dessen Hilfe ein gasförmiger Hauptkraftstoff und ein flüssiger Zündkraftstoff in einen Brennraum 2 einer Brennkraftmaschine einspritzbar sind. Er umfasst hierzu zwei koaxial angeordnete Düsennadeln 3, 4, die in einem Düsenkörper 5 hubbeweglich aufgenommen sind. Der Düsenkörper 5 bildet erste Spritzlöcher 6 für den gasförmigen Hauptkraftstoff sowie zweite Spritzlöcher 7 für den flüssigen Zündkraftstoff aus, wobei die ersten und zweiten Spritzlöcher 6, 7 - in einem axialen Abstand zueinander - auf unterschiedlichen Durchmessern des Düsenkörpers 5 angeordnet sind. Die ersten Spritzlöcher 6 sind in axialer Richtung weiter entfernt von einer Spitze 11 des Düsenkörpers 5 angeordnet und mit Hilfe der hubbeweglichen äußeren Düsennadel 3 steuerbar. Die zweiten Spritzlöcher 7 werden über die innere Düsennadel 4 gesteuert. Mit Hilfe der ersten Spritzlöcher 6 sind kegelförmige Gasstrahlen 8 formbar. Mit Hilfe der zweiten Spritzlöcher 7 sind kegelförmige Zündstrahlen 9 formbar, mittels welcher die Gasstrahlen 8 an einem Zündort 13 gezündet werden können. Die ersten Spritzlöcher 6 weisen eine Einlaufverrundung 10 auf.In the 1 is a nozzle assembly according to the invention 1 shown in a longitudinal section. The nozzle assembly 1 belongs to a fuel injector, with the help of which a gaseous main fuel and a liquid ignition fuel are fed into a combustion chamber 2 an internal combustion engine can be injected. For this purpose, it comprises two coaxially arranged nozzle needles 3 , 4th that are in a nozzle body 5 are lifted. The nozzle body 5 forms the first spray holes 6th for the main gaseous fuel and second spray holes 7th for the liquid ignition fuel, the first and second injection holes 6th , 7th - at an axial distance from one another - on different diameters of the nozzle body 5 are arranged. The first spray holes 6th are further away from a point in the axial direction 11 of the nozzle body 5 arranged and with the help of the lifting outer nozzle needle 3 controllable. The second spray holes 7th are via the inner nozzle needle 4th controlled. With the help of the first spray holes 6th are conical gas jets 8th malleable. With the help of the second spray holes 7th are conical ignition beams 9 malleable, by means of which the gas jets 8th at one ignition location 13th can be ignited. The first spray holes 6th have an inlet fillet 10 on.

Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, weisen die ersten Spritzlöcher 6 Längsachsen AS1 auf, die mit einer Längsachse AD des Düsenkörpers 5 einen Winkel α1 umschließen. Die zweiten Spritzlöcher 7 weisen Längsachsen AS2 auf, die gemeinsam mit der Längsachse AD des Düsenkörpers 5 einen Winkel α2 umschließen. In der 1 sind die Winkel α1 und α2 gleich groß gewählt.Again 1 It can also be seen that the first spray holes have 6th Longitudinal axes A S1 on that with a longitudinal axis A D of the nozzle body 5 enclose an angle α 1 . The second spray holes 7th have longitudinal axes A S2 on that is common to the longitudinal axis A D of the nozzle body 5 enclose an angle α 2 . In the 1 the angles α 1 and α 2 are chosen to be equal.

Wie den 2a) bis 2c) zu entnehmen ist, sind die ersten Spritzlöcher 6 jeweils in Gruppen 12 zusammengefasst. Vorliegend weist jede Gruppe 12 mindestens zwei erste Spritzlöcher 6 auf (etwaige darüber oder darunterliegende weitere Spritzlöcher sind nicht dargestellt). In der 2a) sind die Längsachsen AS1 der Spritzlöcher 6 einer Gruppe 12 parallel ausgerichtet, so dass die Spritzlöcher 6 dicht beieinanderliegen. Die Längsachsen AS1 schneiden die Längsachse AD des Düsenkörpers 5 nicht. In der 2b) liegen die Längsachsen AS1 winklig zueinander, wobei sich die Längsachsen AS1 auf der Längsachse AD schneiden. Die Längsachsen AS1 verlaufen somit radial. Durch die winklige Anordnung kann eine bessere Verteilung der mit Hilfe der Spritzlöcher 6 geformten Gasstrahlen 8 im Brennraum 2 der Brennkraftmaschine erreicht werden. Eine noch bessere Verteilung wird mit der Ausführungsform der 2c) erreicht, da hier der Winkel zwischen den beiden Längsachsen AS1 größer als in der 2b) ist, so dass sich die beiden Längsachsen AS1 vor der Längsachse AD des Düsenkörpers 5 schneiden.Like that 2a) to 2c ) are the first spray holes 6th each in groups 12th summarized. In the present case, each group has 12th at least two first injection holes 6th (any additional spray holes above or below are not shown). In the 2a) are the longitudinal axes A S1 the injection holes 6th a group 12th aligned parallel so that the spray holes 6th close together. The longitudinal axes A S1 intersect the longitudinal axis A D of the nozzle body 5 Not. In the 2 B) lie the longitudinal axes A S1 at an angle to each other, with the longitudinal axes A S1 on the longitudinal axis A D to cut. The longitudinal axes AS1 thus run radially. Due to the angled arrangement, a better distribution of the spray holes can be achieved 6th shaped gas jets 8th in the combustion chamber 2 the internal combustion engine can be achieved. An even better distribution is obtained with the embodiment of 2c ), because this is the angle between the two longitudinal axes A S1 bigger than in the 2 B) so that the two longitudinal axes meet A S1 in front of the longitudinal axis A D of the nozzle body 5 to cut.

Wie beispielhaft in den 3a) bis 3c) dargestellt, kann jede Gruppe 12 auch mindestens drei erste Spritzlöcher 6 aufweisen, die in einer Ebene angeordnet sind, und parallel oder winklig zueinander verlaufende Längsachsen AS1 besitzen.As exemplified in the 3a) to 3c ), any group can 12th also at least three first injection holes 6th have, which are arranged in a plane, and parallel or angled longitudinal axes A S1 have.

In den 4a) und 4b) ist jeweils ein Längsschnitt eines Düsenkörpers 5 einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe 1 dargestellt. Hier sind die ersten Spritzlöcher 6 in drei Ebenen übereinander angeordnet, wobei die Längsachsen AS1 der Spritzlöcher 6 entweder parallel verlaufen oder winklig zueinander angeordnet sind. Durch die winklige Anordnung wird die Verteilung des gasförmigen Hauptkraftstoffs im Brennraum der Brennkraftmaschine durch eine optimale Nutzung der Kolbenmulden-Geometrie weiter verbessert.In the 4a) and 4b) is a longitudinal section of a nozzle body 5 a nozzle assembly according to the invention 1 shown. Here are the first injection holes 6th arranged in three levels one above the other, with the longitudinal axes A S1 the injection holes 6th either run parallel or are arranged at an angle to one another. Due to the angled arrangement, the distribution of the gaseous main fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine is further improved through optimal use of the piston bowl geometry.

In den 5a) bis 5d) sind verschiedene Gruppen 12 von ersten Spritzlöchern 6 jeweils in der Ansicht dargestellt. Alle Gruppen 12 haben gemein, dass zumindest ein Teil der Spritzlöcher 6 auf einer Kreislinie 14 angeordnet ist. Die Kreislinie 14 entspricht dem üblichen Durchmesser eines Einzellochs, so dass die Vielzahl an Spritzlöchern 6 kaum mehr Platz benötigen als das Einzelloch. Je mehr Spritzlöcher 6 eine Gruppe 12 umfasst, desto kleiner sind deren Strömungsquerschnitte, so dass sich ähnliche Gesamtströmungsquerschnitte ergeben.In the 5a) to 5d ) are different groups 12th of the first injection holes 6th each shown in the view. All groups 12th have in common that at least some of the injection holes 6th on a circular line 14th is arranged. The circular line 14th corresponds to the usual diameter of a single hole, so that the large number of injection holes 6th hardly need more space than the single hole. The more spray holes 6th a group 12th includes, the smaller their flow cross-sections, so that similar overall flow cross-sections result.

In der 5a) sind drei Spritzlöcher 6 auf der Kreislinie 14 angeordnet. In der 5b) sind es bereits vier Spritzlöcher 6. In der 5c) sind sechs Spritzlöcher 6 um ein zentrales Spritzloch 6 angeordnet. In der 5d) sind vier Spritzlöcher 6 um ein zentrales Spritzloch 6 angeordnet. Durch vier weitere Spritzlöcher 6 in den jeweiligen Ecken ergeben sich drei übereinanderliegende Reihen von jeweils drei Spritzlöchern 6.In the 5a) are three injection holes 6th on the circular line 14th arranged. In the 5b) there are already four injection holes 6th . In the 5c ) are six injection holes 6th around a central spray hole 6th arranged. In the 5d ) are four injection holes 6th around a central spray hole 6th arranged. Through four more injection holes 6th In the respective corners there are three superimposed rows of three injection holes each 6th .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014225167 A1 [0004]DE 102014225167 A1 [0004]

Claims (10)

Düsenbaugruppe (1) für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines gasförmigen Hauptkraftstoffs und eines flüssigen Zündkraftstoffs in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine, umfassend zwei koaxial angeordnete Düsennadeln (3, 4), die in einem Düsenkörper (5) hubbeweglich aufgenommen sind, wobei im Düsenkörper (5) erste Spritzlöcher (6) zur Formung von Gasstrahlen (8) und zweite Spritzlöcher (7) zur Formung von Zündstrahlen (9) ausgebildet sind und wobei die zweiten Spritzlöcher (7) über den Umfang des Düsenkörpers (5) gleichmäßig verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der zweiten Spritzlöcher (7) eine Gruppe (12) von ersten Spritzlöchern (6) zugeordnet ist und die ersten Spritzlöcher (6) innerhalb der Gruppe (12) in regelmäßigen Abständen neben- und/oder übereinander angeordnet sind.Nozzle assembly (1) for a fuel injector for injecting a gaseous main fuel and a liquid ignition fuel into a combustion chamber (2) of an internal combustion engine, comprising two coaxially arranged nozzle needles (3, 4) which are reciprocally accommodated in a nozzle body (5), the nozzle body (5) first spray holes (6) for forming gas jets (8) and second spray holes (7) for forming ignition jets (9) are formed and the second spray holes (7) are arranged evenly distributed over the circumference of the nozzle body (5) , characterized in that each of the second spray holes (7) is assigned a group (12) of first spray holes (6) and the first spray holes (6) within the group (12) are arranged next to and / or one above the other at regular intervals. Düsenbaugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der ersten Spritzlöcher (6) innerhalb einer Gruppe (12) auf einer Kreislinie (14) angeordnet ist.Nozzle assembly (1) Claim 1 , characterized in that at least some of the first spray holes (6) within a group (12) are arranged on a circular line (14). Düsenbaugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ersten Spritzlöcher (6) dem n-fachen der Anzahl der zweiten Spritzlöcher (7) entspricht und n eine ganze Zahl zwischen 2 und 9 ist.Nozzle assembly (1) Claim 1 or 2 , characterized in that the number of first spray holes (6) corresponds to n times the number of second spray holes (7) and n is an integer between 2 and 9. Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe (12) von ersten Spritzlöchern (6) die gleiche Anzahl von ersten Spritzlöchern (6) aufweist.Nozzle assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each group (12) of first injection holes (6) has the same number of first injection holes (6). Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen (12) von ersten Spritzlöchern (6) über den Umfang des Düsenkörpers (5) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.Nozzle assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the groups (12) of first spray holes (6) are arranged distributed uniformly over the circumference of the nozzle body (5). Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spritzlöcher (6) Längsachsen (AS1) aufweisen und die Längsachsen (AS1) einer Gruppe (12) von ersten Spritzlöchern (6) im Querschnitt des Düsenkörpers (5) parallel oder winklig zueinander verlaufen.Nozzle assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first spray holes (6) have longitudinal axes (A S1 ) and the longitudinal axes (A S1 ) of a group (12) of first spray holes (6) in the cross section of the nozzle body (5) ) run parallel or at an angle to each other. Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ersten Spritzlöcher (6) Längsachsen (AS1) aufweisen und die Längsachsen (AS1) einer Gruppe (12) von ersten Spritzlöchern (6) im Längsschnitt des Düsenkörpers (5) parallel oder winklig zueinander verlaufen.Nozzle assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first spray holes (6) have longitudinal axes (A S1 ) and the longitudinal axes (A S1 ) of a group (12) of first spray holes (6) in the longitudinal section of the nozzle body (5) run parallel or at an angle to each other. Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spritzlöcher (6) zylindrisch oder konisch geformt sind, wobei vorzugsweise der Konus zum Brennraum (2) hin weiter wird.Nozzle assembly (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first injection holes (6) are cylindrical or conical in shape, the cone preferably widening towards the combustion chamber (2). Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Spritzlöcher (7) in gleichem Winkelabstand zueinander und/oder näher als die ersten Spritzlöcher (6) an einer Spitze (11) des Düsenkörpers (5) angeordnet sind.Nozzle assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second spray holes (7) are arranged at the same angular distance from one another and / or closer than the first spray holes (6) to a tip (11) of the nozzle body (5). Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines gasförmigen Hauptkraftstoffs und eines flüssigen Zündkraftstoffs in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Düsenbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.A fuel injector for injecting a gaseous main fuel and a liquid ignition fuel into a combustion chamber (2) of an internal combustion engine, comprising a nozzle assembly (1) according to one of the preceding claims.
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