-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einbringen eines Fluids, insbesondere zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Injektor im Rahmen von mit Wasserstoff betriebenen Brennkraftmaschinen verwendet werden.
-
Stand der Technik
-
Aus der
DE 10 2014 205 444 A1 der Anmelderin ist ein Injektor zum Einbringen eines Fluids mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Der bekannte Injektor zeichnet sich durch ein hubbeweglich angeordnetes Schließelement aus, das konzentrisch zu seiner Längsachse eine erste Durchgangsöffnung aufweist, die mit der Längsachse ausgerichtet ist. Weitere Durchgangsöffnungen für innerhalb eines Ventilkörpers unter Überdruck bereitgestelltem Fluid sind im radialen Randbereich zwischen dem Schließelement und einer Ventilhülse ausgebildet, sodass in einer Öffnungsstellung des Schließelements das Fluid neben der zentralen Durchgangsöffnung zusätzlich radial nach außen, d.h. im Wesentlichen um 90° umgelenkt, aus dem Injektor ausströmen kann.
-
Aus der
DE 10 2014 224 339 A1 der Anmelderin ist ein weiterer Injektor zum Einbringen eines Fluids bekannt, dessen Schließelement innerhalb einer Ventilhülse angeordnet ist. Die Ventilhülse wird an einer Stirnseite durch ein plattenförmiges Element verschlossen, das neben einer zentral angeordneten, und mit der Längsachse des Injektors ausgerichteten ersten Durchgangsbohrung weitere Durchgangsbohrungen zum Ausströmen des Fluids aufweist. Diese weiteren Durchgangsbohrungen sind auf einem Teilkreisdurchmesser um die Längsachse des Injektors angeordnet und um einen schrägen Winkel nach außen hin gerichtet ausgebildet.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der erfindungsgemäße Injektor zum Einbringen eines Fluids, insbesondere zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er bei konstruktiv relativ einfachem Aufbau eine optimierte Verteilung des eingebrachten Fluids in dem Brennraum einer Brennkraftmaschine ermöglicht. Insbesondere wird auch eine homogene Verteilung des Fluids erzielt, die zu einer vorteilhaften Verbrennung während des Arbeitshubs der Brennkraftmaschine führt.
-
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es bei einem erfindungsgemäßen Injektor zum Einbringen eines Fluids daher vorgesehen, dass alle ersten Durchgangsöffnungen ausschließlich in einem schrägen Winkel zur Längsachse angeordnet sind.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Injektors zum Einbringen eines Fluids sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Je nach Anforderungen, zur Verfügung stehendem Bauraum usw. kann es vorteilhaft sein, dass die ersten Durchgangsöffnungen auf zwei Teilkreisdurchmessern mit unterschiedlichem Abstand zur Längsachse angeordnet sind, und dass der schräge Winkel der ersten Durchgangsöffnungen mit zunehmendem radialen Abstand der ersten Durchgangsbohrungen von der Längsachse größer ist. Dies ermöglicht eine besonders gleichmäßige und großräumige Verteilung des in den Brennraum eingebrachten Fluids.
-
Um eine zielgerichtete Führung des Fluids zu den ersten Durchgangsöffnungen im Schließelement zu ermöglichen, ist es in einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung des Injektors vorgesehen, dass das Dichtelement plattenförmig ausgebildet ist und zweite Durchgangsöffnungen aufweist, die parallel zu der Längsachse angeordnet sind, wobei in der Schließstellung des Schließelements die dem Dichtelement zugewandten Mündungen der ersten Durchgangsöffnungen außer Deckung der zugewandten Mündungen der zweiten Durchgangsöffnungen angeordnet sind.
-
Ganz besonders bevorzugt zur homogenen Verteilung des Fluids ist es, wenn jeweils mehrere erste und zweite Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, die jeweils auf einem Teilkreisdurchmesser um die Längsachse in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
-
Eine besonders einfache und konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung des Dichtelements lässt sich erzielen, wenn dieses radial von einem Injektorgehäuse umgeben bzw. umfasst ist. Dadurch lassen sich sowohl das Ventilgehäuse als auch das Dichtelement jeweils separat entsprechend der jeweiligen Anforderungen fertigen und anschließend miteinander verbinden, zum Beispiel durch Einpressen.
-
In einer Weiterbildung einer derartigen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Schließelement mit einer Führungswand zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung radial von einem Führungsabschnitt des Injektorgehäuses geführt ist. Die Führung kann dabei zusätzlich der Abdichtung zwischen dem Schließelement und dem Injektorgehäuse dienen.
-
Um die gewünschte Abdichtung zwischen dem Dichtelement und dem Schließelement in der Schließstellung zu ermöglichen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Schließelement und das Dichtelement jeweils vorzugsweise senkrecht zur Längsachse verlaufende, ringförmig ausgebildete und zusammenwirkende Dichtflächen aufweist. Derartige Dichtflächen lassen sich durch die senkrecht zur Längsachse verlaufende Anordnung darüber hinaus besonders einfach und hochgenau fertigen.
-
In bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung derartiger Dichtflächen ist es vorgesehen, dass die Dichtflächen gegenüber den Ebenen der Mündungen der ersten und der zweiten Durchgangsöffnungen auf den einander zugewandten Seiten des Schließelements und des Dichtelements erhöht angeordnet sind. Dadurch wird beim Öffnen des Schließelements aus der Schließstellung ein Überströmen des Fluids zu allen ersten Durchgangsöffnungen erzielt.
-
In einer weiteren bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung des Injektors ist es vorgesehen, dass die ersten Durchgangsöffnungen im Bereich eines plattenförmigen Grundkörpers des Schließelements ausgebildet sind, und dass der Grundkörper auf der dem Dichtelement zugewandten Seite mit einem Führungsstößel verbunden ist, der eine Durchgangsbohrung des Dichtelements durchsetzt.
-
Der erfindungsgemäße Injektor zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieser als Gasinjektor zum Einblasen von gasförmigem Medium ausgebildet bzw. verwendet wird. Insbesondere dient er zum Einblasen von Wasserstoff.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
-
Figurenliste
-
- 1 und 2 zeigen jeweils in einem Längsschnitt den einem Brennraum zugewandten Endabschnitt eines Injektors in einer geschlossenen bzw. geöffneten Stellung,
- 3 in einer perspektivischen Darstellung ein Dichtelement des Injektors,
- 4 und 5 jeweils in unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen, ein bei dem Injektor gemäß der 1 und 2 verwendetes Dichtelement und
- 6 einen Längsschnitt im Bereich eines Endabschnitt eines gegenüber den 1 bis 5 modifizierten Injektors mit auf zwei Teilkreisdurchmessern um eine Längsachse angeordneten ersten Durchgangsöffnungen in einer geschlossenen Stellung eines Schließelements.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
-
In den 1 bis 5 ist ein Injektor 10 in seinem einem Brennraum 1 einer Brennkraftmaschine zugewandten axialen Endbereich dargestellt. Der Injektor 10 dient zum Einbringen eines Fluids 3, insbesondere zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, vorzugsweise Wasserstoff, in den Brennraum 1 der Brennkraftmaschine. Hierzu ist der Injektor 10 in einer lediglich bereichsweise dargestellten Aufnahme 2 eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine eingesetzt und ragt vorzugsweise mit seinem Endbereich in den Brennraum 1 hinein.
-
Der Injektor 10 weist ein Injektorgehäuse 12 auf, das im dargestellten Abschnitt des Injektors 10 in Form einer Ventilhülse ausgebildet ist. Aus dem Injektorgehäuse 12 ragt ein entlang einer Längsachse 14 hubbeweglich angeordnetes, als Strahlformungselement dienendes Schließelement 16 teilweise heraus, das mittels eines im Detail nicht dargestellten Aktuators 18 zwischen der in der 1 dargestellten Schließstellung und der in der 2 dargestellten Öffnungsstellung des Schließelements 16 verstellbar ist. Bei dem Aktuator 18 handelt es sich - wie aus dem Stand der Technik an sich bekannt - entweder um einen Magnetaktuator, oder aber um einen Piezoaktuator.
-
Das Schließelement 16 weist entsprechend der Darstellung der 1, 2 und 4 an seinem aus dem Injektorgehäuse 12 herausragenden Bereich vorzugsweise eine kugelabschnittsförmige Außenkontur 19 auf. Weiterhin besteht das Schließelement 16 aus einem in etwa plattenförmig ausgebildeten Grundkörper 20, der innerhalb des Injektorgehäuses 12 mit einem Führungsstößel 22 verbunden ist, der wiederum zumindest mittelbar mit dem Aktuator 18 gekoppelt ist.
-
Auf einem Teilkreisdurchmesser um die Längsachse 14 des Grundkörpers 20 mit dem Radius r auf der dem Führungsstößel 22 zugewandten Seite sind in dem Grundkörper 20 mehrere, typischerweise zwischen vier und acht, vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse 14 angeordnete erste Durchgangsöffnungen 24 ausgebildet. Wie am besten anhand der 2 erkennbar ist, sind die ersten Durchgangsöffnungen 24 in Bezug zur Längsachse 14 jeweils um einen gleichen Winkel α nach außen hin gerichtet angeordnet, sodass das in der 2 dargestellte Fluid 3 (Gas) in Bezug zur Längsachse 18 radial nach außen strömt, wenn es von dem Injektor 10 in den Brennraum 1 eingeblasen wird.
-
Wie weiterhin anhand eines Vergleichs der 1 und 2 erkennbar ist, weist der Grundkörper 20 eine radial um die Längsachse 14 umlaufende Führungswand 26 auf, die radial von einem gegengleichen Führungsabschnitt 28 im Injektorgehäuse 12 umgeben ist und somit bei der Bewegung des Schließelements 16 für dessen (zusätzliche) radiale Führung sorgt.
-
Das Schließelement 16 wirkt mit einem innerhalb des Injektorgehäuses 12 angeordneten Dichtelement 30 zusammen. Das Dichtelement 30 ist plattenförmig ausgebildet und ortsfest in dem Injektorgehäuse 12 angeordnet, beispielsweise durch Einpressen oder durch sonstige geeignete Maßnahmen. Das Dichtelement weist eine konzentrisch zur Längsachse 14 ausgebildete Durchgangsbohrung 31 auf, die von dem Führungsstößel 22 durchsetzt ist. Wie am besten anhand der 1 bis 3 erkennbar ist, weist das Dichtelement 30 auf zwei Teilkreisdurchmessern 32, 34 um die Längsachse 14 in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnete zweite Durchgangsöffnungen 36, 38 auf, wobei die Anzahl der Durchgangsöffnungen 36, 38 unterschiedlich sein kann. Die zweiten Durchgangsöffnungen 36, 38 verlaufen parallel zur Längsachse 14. Weiterhin sind die zweiten Durchgangsöffnungen 36, 38 auf der dem Schließelement 16 zugewandten Seite im Bereich von radial um die Längsachse 14 umlaufenden Vertiefungen 39, 40 angeordnet. Zwischen den Vertiefungen 39, 40 ist eine ringförmige erste Dichtfläche 42 mit einer Breite B ausgebildet. Die erste Dichtfläche 42 überdeckt auf der dem Schließelement 16 zugewandten Seite den Bereich einer ringnutartigen Vertiefung 44 (5) der Breite b, innerhalb derer die ersten Durchgangsöffnungen 24 münden. Dadurch sind entsprechend der Darstellung der 1 in der Schließstellung des Schließelements 16 die ersten Durchgangsöffnungen 24 durch Überdeckung zwischen der ersten Dichtfläche 42 und zwei, die Vertiefung 44 begrenzender zweiter, ringförmiger Dichtflächen 43, 47 mittelbar verschlossen.
-
Zum Einblasen von Fluid 3 in den Brennraum 1 der Brennkraftmaschine wird das Schließelement 16 mittels des Aktuators 18 aus der in der 1 dargestellten Schließstellung in die in die 2 dargestellte Öffnungsstellung bewegt. Dadurch gelangt das Fluid 3 aus einem oberhalb des Dichtelements 30 angeordneten Bereich 45 des Injektors 10 über die zweiten Durchgangsöffnungen 36, 38 in den Bereich der Durchgangsöffnungen 24, und von dort in den Brennraum 1 der Brennkraftmaschine.
-
In der 6 ist ein modifizierter Injektor 10a dargestellt. Dieser weist auf zwei Teilkreisdurchmessern mit unterschiedlichen Radien r, R erste Durchgangsöffnungen 24a, 24b auf, deren Anzahl unterschiedlich groß sein kann. Beispielhaft gehen die ersten Durchgangsöffnungen 24a, 24b vom Grund der gleichen Vertiefung 44 aus. Wesentlich ist, dass die ersten Durchgangsöffnungen 24a, die auf dem Teilkreisdurchmesser mit dem kleineren Radius r um die Längsachse 14 des Grundkörpers 20 angeordnet sind, um einen schrägen Winkel β zur Längsachse 14 geneigt sind, der kleiner ist als der Winkel γ der Durchgangsöffnungen 24b, die auf dem Teilkreisdurchmesser mit dem größeren Radius R angeordnet sind.
-
Der soweit beschriebene Injektor 10, 10a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
-
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
-
- DE 102014205444 A1 [0002]
- DE 102014224339 A1 [0003]
