DE10361576A1 - Injection nozzle for injecting a fluid - Google Patents

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Abstract

The injection nozzle for the injecting of a fluid has a nozzle body (2) and at least one passage (3) embedded in the nozzle body. The nozzle passage is constructed as a ceramic hollow fiber. The inner wall (4) of the ceramic hollow fiber has a coating to reduce the flow resistance. The coating consists of metal oxide or ceramics produced through metal organic salts. The outlet opening of the hollow fiber lies with the end face of the nozzle body in an exit plane (5). An independent claim is included for a use for the injection nozzle which may be for the injecting of fuel into the cylinder of an internal combustion engine, or to apply solder onto a printed circuit board.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse zum Einspritzen eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to an injection nozzle for injecting a fluid according to the preamble of claim 1.

In der Druckschrift DE 41 37 914 A1 wird eine Kraftstoff-Einspritzdüse beschrieben, welche einen Düsenkörper und einen Düsenkanal umfasst, der in den Düsenkörper eingebettet ist und über den der einzuspritzende Kraftstoff zuzuführen ist. Der Mündungsbereich des Düsenkanals befindet sich in einer zurückgesetzten Ausnehmung im Düsenkörper, in die ein rohrförmiges Abschirmteil eingesetzt ist, das sich unmittelbar an den Düsenkanal anschließt, wobei die freie Stirnseite des Abschirmteiles über die Stirnseite des Düsenkörpers herausragt. Das Abschirmteil, das aus einem Keramikmaterial besteht, hat die Funktion, den Abbrennvorgang zu verbessern, indem ein Entzünden des Kraftstoffes nach dem Austritt aus dem Düsenkanal erst ermöglicht wird, wenn der Kraftstoffstrahl bereits in feine Tropfen aufgefächert ist. Das Abschirmteil soll insbesondere ein vorzeitiges Entzünden des Kraftstoffes verhindern, ein Entflammen ist erst nach dem Austritt aus dem Abschirmteil möglich.In the publication DE 41 37 914 A1 a fuel injector is described which comprises a nozzle body and a nozzle channel which is embedded in the nozzle body and via which the fuel to be injected is to be supplied. The mouth region of the nozzle channel is located in a recessed recess in the nozzle body into which a tubular shielding part is inserted, which adjoins directly to the nozzle channel, wherein the free end face of the shielding protrudes beyond the front side of the nozzle body. The shielding member, which is made of a ceramic material, has the function of improving the burn-off process by allowing ignition of the fuel after it leaves the nozzle channel only when the fuel jet is already fanned into fine droplets. In particular, the shielding part is intended to prevent premature ignition of the fuel; ignition is possible only after it leaves the shielding part.

Bei derartigen Einspritzdüsen ist auf eine hohe Temperaturbeständigkeit insbesondere des Düsenkanals zu achten, welcher erheblichen Temperaturschwankungen unterworfen ist und außerdem über seine Länge gesehen einen hohen Temperaturgradienten auf weisen kann. Diese Temperaturänderungen bzw. -unterschiede können zu Wärmespannungen in der Einspritzdüse führen. Außerdem kann ein unerwünschtes Kriechen im Bereich des Düsenkanals auftreten, wodurch sich die Einspritzgeometrie und damit auch das Einspritzverhalten verschlechtern kann.at such injectors is on a high temperature resistance in particular the nozzle channel to pay attention, which subject to considerable temperature fluctuations is and about his Length seen can have a high temperature gradient. These temperature changes or differences can to thermal stresses in the injector to lead. Furthermore can be an undesirable Creep in the area of the nozzle channel occur, whereby the injection geometry and thus the Injection behavior can worsen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einspritzdüse zum Einspritzen eines Fluids temperaturbeständig auszubilden.Of the Invention is based on the problem, an injector for injecting a fluid temperature resistant train.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This Problem is inventively with the Characteristics of claim 1 solved. The dependent claims give expedient further education at.

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse weist einen Düsenkanal auf, welcher als keramische Hohlfaser ausgebildet ist. Die keramische Hohlfaser zeichnet sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus, sie ist insbesondere thermoschockbeständig und besitzt außerdem ein geringes Kriechverhalten. Diese Materialeigenschaften der keramischen Hohlfaser zeichnen diese gegenüber herkömmlichen Düsenkanälen aus Eisenlegierungen aus. Die Temperaturbeständigkeit führt dazu; dass die keramische Hohlfaser sich bei Temperaturschwankungen bzw. Temperaturgradienten nicht oder nur sehr geringfügig dehnt bzw. zusammenzieht und somit keinen oder nur unwesentlichen temperaturbedingten Längenänderungen unterworfen ist.The Injection nozzle according to the invention has a nozzle channel on, which is designed as a ceramic hollow fiber. The ceramic Hollow fiber is characterized by a high temperature resistance In particular, it is thermoshock resistant and also has a low creep behavior. These material properties of the ceramic hollow fiber draw these opposite conventional nozzle channels Iron alloys. The temperature resistance leads to it; that the ceramic hollow fiber not with temperature fluctuations or temperature gradients or only very slightly stretches or contracts and thus no or only insignificant temperature-related changes in length is subject.

Zur Reduzierung des Strömungswiderstandes kann es zweckmäßig sein, die Innenwandung der keramischen Hohlfaser mit einer Beschichtung zu versehen, welche beispielsweise aus metallorganischen Solen hergestellt wird. Hierdurch wird die erforderliche Glätte an der Innenwandung der Hohlfaser erreicht. Außerdem bewirkt die Beschichtung eine Versiegelung der Hohlfaser-Innenwandung, so dass kein Fluid durch die Hohlfaserwandung hindurchtreten kann bzw. in die Hohlfaserwandung eindringen kann.to Reduction of the flow resistance it may be appropriate the inner wall of the ceramic hollow fiber with a coating to provided, for example, made of organometallic sols becomes. As a result, the required smoothness on the inner wall of the Hollow fiber reached. Furthermore the coating causes a sealing of the hollow fiber inner wall, so that no fluid can pass through the hollow fiber wall or in the hollow fiber wall can penetrate.

Es ist sowohl möglich, lediglich eine einzige, keramische Hohlfaser als Düsenkanal einzusetzen, als auch eine Mehrzahl von Hohlfasern in einer einzigen Einspritzdüse vorzusehen, durch die das Fluid geführt und eingespritzt wird. Im Falle mehrerer Hohlfasern können diese entweder parallel oder aber winklig zueinander angeordnet sein, so dass insbesondere bei einem Einsatz der Einspritzdüse für das Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume von Brennkraftmaschinen eine gezielte Verteilung des Kraftstoffes innerhalb der Brennraumgeometrie durchführbar ist.It is both possible only a single, ceramic hollow fiber as a nozzle channel use, as well as a plurality of hollow fibers in a single injection provide, through which the fluid is guided and injected. In case of multiple hollow fibers can these are arranged either parallel or at an angle to each other so that in particular when using the injection nozzle for injection from fuel to the combustion chambers of internal combustion engines a targeted distribution of the fuel within the combustion chamber geometry is feasible.

Zweckmäßig schließt die Austrittsöffnung der Hohlfaser mit der Stirnseite des Düsenkörpers ab, so dass die Austrittsöffnung der Hohlfaser und die Stirnseite des Düsenkörpers in einer gemeinsamen Austrittsebene liegen. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass der Hohlfaser-Düsenkanal einerseits innerhalb des Düsenkörpers geschützt liegt und andererseits das einzuspritzende Fluid nicht unmittelbar in Kontakt mit dem Düsenkörper gelangt.Conveniently closes the outlet of the Hollow fiber with the front side of the nozzle body, so that the outlet opening of the Hollow fiber and the front side of the nozzle body in a common exit plane lie. This execution offers the advantage that the hollow fiber nozzle channel on the one hand within the nozzle body is protected and on the other hand, the fluid to be injected is not in direct contact gets to the nozzle body.

Die Einspritzdüse findet insbesondere Verwendung beim Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder einer Brennkraftmaschine. Darüber hinaus kommen aber weitere Anwendungsmöglichkeiten in Betracht, wobei sowohl gasförmige als auch flüssige Fluide über die erfindungsgemäße Einspritzdüse einzuspritzen sind. Anwendungsbereiche sind allgemein der Automobilbau, darüber hinaus aber auch die Verbrennungstechnik sowie die Spinnerei- und Textiltechnik. Die Einspritzdüse kann auch dazu genutzt werden, um Lötzinn gezielt auf Leiterplatten aufzubringen. Die Lötanhäufungen können punktförmig oder quadratisch ausgeformt sein.The injection finds particular use in injecting fuel into the cylinder of an internal combustion engine. But there are more applications considering both gaseous as well as liquid fluids over the Inject injector according to the invention are. Areas of application are generally the automotive industry, beyond but also the combustion technology as well as the spinning and textile technology. The injector can also be used to target solder on printed circuit boards applied. The solder pileups can punctiform or be formed square.

Entsprechend muss die Hohlfaserdüse bzw. der Hohlfaserdüsenquerschnitt geometrisch ausgestaltet sein.Corresponding must the hollow fiber nozzle or the hollow fiber nozzle cross section be geometrically designed.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:

1 einen Schnitt durch eine Einspritzdüse mit einem als keramische Hohlfaser ausgebildeten Düsenkanal, welcher in einen metallischen Düsenkörper eingebettet ist, 1 a section through an injection nozzle with a designed as a ceramic hollow fiber nozzle channel, which is embedded in a metallic nozzle body,

2 einen Schnitt durch eine Einspritzdüse in einer alternativen Ausführung, gemäß der zwei parallel verlaufende und als keramische Hohlfasern ausgebildete Düsenkanäle in einem Düsenkörper vorgesehen sind. 2 a section through an injection nozzle in an alternative embodiment, according to the two parallel and designed as a ceramic hollow fibers nozzle channels are provided in a nozzle body.

Die in 1 dargestellte Einspritzdüse 1 besitzt einen Düsenkörper 2 aus Metall, beispielsweise aus einer Eisenlegierung der Zusammensetzung Fe13Cr1.3Si bis Fe17Cr1.5Si. In den Düsenkörper 2 ist ein Düsenkanal 3 eingebettet, welcher als keramische Hohlfaser ausgebildet ist, die aus einem anorganischen Material wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumkarbid oder Siliziumoxid gefertigt sein kann. Die Hohlfaser 3 ist geradlinig ausgebildet und besitzt beispielsweise einen Außendurchmesser von mindestens 20 – 30 μm bis etwa 1 oder 2 mm und einen Innendurchmesser, der im Bereich zwischen 20 μm bis etwa 1 mm liegt. Typischerweise beträgt der Außendurchmesser 1.2 mm und der Innendurchmesser 1 mm. Die Austrittsöffnung des Düsenkanals 3 schließt mit der Stirnseite des Düsenkörpers 2 ab, sowohl die Austrittsöffnung als auch die Stirnseite liegen in einer gemeinsamen Austrittsebene 5.In the 1 illustrated injection nozzle 1 has a nozzle body 2 of metal, for example of an iron alloy of composition Fe13Cr1.3Si to Fe17Cr1.5Si. In the nozzle body 2 is a nozzle channel 3 embedded, which is formed as a ceramic hollow fiber, which may be made of an inorganic material such as alumina, zirconia, silicon carbide or silicon oxide. The hollow fiber 3 is straight and has, for example, an outer diameter of at least 20-30 microns to about 1 or 2 mm and an inner diameter which is in the range between 20 microns to about 1 mm. Typically, the outer diameter is 1.2 mm and the inner diameter is 1 mm. The outlet opening of the nozzle channel 3 closes with the front of the nozzle body 2 from, both the outlet opening and the front face lie in a common exit plane 5 ,

Zur Verbesserung der Fließeigenschaften des durch den Düsenkanal 3 in der eingetragenen Pfeilrichtung zuzuführenden Kraftstoffes kann die Innenwandung des Düsenkanals mit einer Beschichtung versehen sein, welche eine Glättung sowie eine Versiegelung der Innenwandung bewirkt. Als Material für die Beschichtung der Innenwandung 4 kommen beispielsweise aus metallorganischen Solen hergestellte Metalloxide oder Keramiken in Betracht.To improve the flow properties of the through the nozzle channel 3 in the registered arrow direction to be supplied fuel, the inner wall of the nozzle channel may be provided with a coating which causes a smoothing and sealing of the inner wall. As a material for the coating of the inner wall 4 For example, metal oxides or ceramics prepared from organometallic sols may be considered.

In 2 ist eine alternative Ausführung für eine Einspritzdüse 1 dargestellt. In den Düsenkörper 2 der Einspritzdüse sind zwei Düsenkanäle 3 eingebracht, welche parallel verlaufen und jeweils als keramische Hohlfaser ausgebildet sind, die in den Düsenkörper 2 fest eingebettet sind. Die Innenwandungen 4 beider Düsenkanäle 3 sind beschichtet. Auch im Ausführungsbeispiel nach 2 liegen die Austrittsöffnungen der Hohlfasern und die Stirnseite des Düsenkörpers in einer gemeinsamen Austrittsebene 5.In 2 is an alternative embodiment for an injection nozzle 1 shown. In the nozzle body 2 the injector are two nozzle channels 3 introduced, which run parallel and are each formed as a ceramic hollow fiber in the nozzle body 2 are firmly embedded. The inner walls 4 both nozzle channels 3 are coated. Also in the exemplary embodiment 2 the outlet openings of the hollow fibers and the end face of the nozzle body are in a common exit plane 5 ,

Grundsätzlich können auch mehr als zwei Düsenkanäle in einer Einspritzdüse vorgesehen sein, wobei sowohl die Möglichkeit besteht, sämtliche Düsenkanäle als keramische Hohlfasern auszubilden, als auch die Möglichkeit gegeben ist, nur eine oder einen Teil der Düsenkanäle als keramische Hohlfasern und die übrigen Düsenkanäle aus anderen Materialien zu fertigen. Außerdem kann es zweckmäßig sein, die Düsenkanäle 3 winklig zueinander anzuordnen.In principle, more than two nozzle channels can also be provided in an injection nozzle, wherein it is possible to form all nozzle channels as ceramic hollow fibers, and the possibility exists of only one or a part of the nozzle channels as ceramic hollow fibers and the remaining nozzle channels of other materials to manufacture. In addition, it may be appropriate to the nozzle channels 3 to arrange at an angle to each other.

Claims (10)

Einspritzdüse zum Einspritzen eines Fluids, mit einem Düsenkörper (2) und mindestens einem in den Düsenkörper (2) eingebetteten Düsenkanal (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal (3) als keramische Hohlfaser ausgebildet ist.Injection nozzle for injecting a fluid, with a nozzle body ( 2 ) and at least one into the nozzle body ( 2 ) embedded nozzle channel ( 3 ), characterized in that the nozzle channel ( 3 ) is formed as a ceramic hollow fiber. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (4) der keramischen Hohlfaser zur Reduzierung des Strömungswiderstandes eine Beschichtung aufweist.Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the inner wall ( 4 ) of the ceramic hollow fiber for reducing the flow resistance has a coating. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus über metallorganische Sole hergestellte Metalloxide oder Keramiken besteht.injection according to claim 2, characterized in that the coating of organometallic over Sole produced metal oxides or ceramics consists. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung der Hohlfaser mit der Stirnseite des Düsenkörpers (2) in einer Austrittsebene (5) liegt.Injection nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outlet opening of the hollow fiber with the end face of the nozzle body ( 2 ) in an exit plane ( 5 ) lies. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Hohlfasern als Düsenkanäle (3) in den Düsenkörper (2) eingebettet sind.Injection nozzle according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of hollow fibers as nozzle channels ( 3 ) in the nozzle body ( 2 ) are embedded. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Hohlfaser größer als 20 μm und nicht größer als 2 mm ist.injection according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the outer diameter of the hollow fiber greater than 20 μm and not bigger than 2 mm. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Hohlfaser zwischen 20 μm und 1 mm liegt.injection according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the inner diameter of the hollow fiber between 20 μm and 1 mm. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) aus Metall besteht.Injection nozzle according to one of claims 1 to 7, characterized in that the nozzle body ( 2 ) consists of metal. Verwendung der Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder einer Brennkraftmaschine.Use of the injection nozzle according to one of claims 1 to 8 for injecting fuel into the cylinder of an internal combustion engine. Verwendung der Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Aufbringen von Lötzinn auf Leiterplatten.Use of the injection nozzle according to one of claims 1 to 8 for applying solder on Printed circuit boards.
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