DE202018003890U1 - Mixture formation zone delimitation part - Google Patents
Mixture formation zone delimitation part Download PDFInfo
- Publication number
- DE202018003890U1 DE202018003890U1 DE202018003890.3U DE202018003890U DE202018003890U1 DE 202018003890 U1 DE202018003890 U1 DE 202018003890U1 DE 202018003890 U DE202018003890 U DE 202018003890U DE 202018003890 U1 DE202018003890 U1 DE 202018003890U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- injection
- mixture formation
- formation space
- mixture
- nozzle body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/14—Arrangements of injectors with respect to engines; Mounting of injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/025—Adding water
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
- F02M35/10—Air intakes; Induction systems
- F02M35/10006—Air intakes; Induction systems characterised by the position of elements of the air intake system in direction of the air intake flow, i.e. between ambient air inlet and supply to the combustion chamber
- F02M35/10072—Intake runners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/166—Selection of particular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
- F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
- F02M61/1813—Discharge orifices having different orientations with respect to valve member direction of movement, e.g. orientations being such that fuel jets emerging from discharge orifices collide with each other
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
- F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
- F02M61/1846—Dimensional characteristics of discharge orifices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/90—Selection of particular materials
- F02M2200/903—Glass
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
Gemischbildungsraumabgrenzungsteil zum zumindest einseitigen Abgrenzen eines Gemischbildungsraums einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend eine aus einem metallischen Material oder Metallverbundmaterial gefertigte Wandung mit einer dem Gemischbildungsraum zugewandten Innenseite und einer dem Gemischbildungsraum abgewandten Außenseite,
einen in der Wandung angeordneten Düsenkörper aus einem Glasmaterial, welcher eine Einspritzöffnung zum Einspritzen eines Fluids in den Gemischbildungsraum auf der Innenseite der Wandung aufweist, und
einen von der Außenseite der Wandung zur Einspritzöffnung durchgängigen Fluidpfad.
A mixture formation space delimiting part for at least one-sided delimitation of a mixture formation space of an internal combustion engine, comprising a wall made of a metallic material or metal composite material with an inside facing the mixture formation space and an outside facing away from the mixture formation space,
a nozzle body made of a glass material arranged in the wall, which has an injection opening for injecting a fluid into the mixture formation space on the inside of the wall, and
a continuous from the outside of the wall to the injection port fluid path.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gemischbildungsraumabgrenzungsteil, insbesondere ein Zylinderkopfteil oder Ansaugrohr, zum zumindest einseitigen Abgrenzen eines Gemischbildungsraums einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The present invention relates to a Gemischbildungsraumabgrenzungsteil, in particular a cylinder head part or intake pipe, for at least one side delimiting a mixture formation space of an internal combustion engine and a method for its production.
In Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenmotoren, kann eine Gemischbildung, d.h. die Bildung eines Gemischs aus Luft und Kraftstoff, an verschiedenen Orten erfolgen, beispielsweise im Brennraum (Kolbeninnenraum) bei direkt einspritzenden Otto- oder Dieselmotoren, oder im Ansaugrohr, über welches die Verbrennungskraftmaschine mit Verbrennungsluft versorgt wird. Bei modernen Hubkolbenmotoren handelt es sich in heutiger Zeit praktisch ausschließlich um Einspritzmotoren, bei welchen der Kraftstoff mittels Einspritzdüsen in die angesaugte, ggf. auch mittels Turbolader oder Kompressor komprimierte Verbrennungsluft eingespritzt wird.In internal combustion engines, in particular reciprocating engines, mixture formation, i. the formation of a mixture of air and fuel, take place at different locations, for example in the combustion chamber (piston interior) in directly injecting gasoline or diesel engines, or in the intake pipe, via which the internal combustion engine is supplied with combustion air. In modern reciprocating engines, these days are almost exclusively injection engines, in which the fuel is injected by means of injection nozzles into the intake air, possibly also compressed by means of turbocharger or compressor combustion air.
Art und Güte der Gemischbildung, d.h. insbesondere Tröpfchenverteilung und Tröpfchengrößenverteilung des eingespritzten Kraftstoffs, kommt sehr große Bedeutung in Hinblick auf die Güte der Verbrennung und somit Leistungsausbeute und Abgasqualität des Motors zu. Beeinflusst werden kann die Kraftstoffzerstäubung, d.h. Tröpfchenbildung des eingespritzten Kraftstoffs, insbesondere durch die räumliche Anordnung der Einspritzdüsen sowie durch Düsendurchmesser und Einspritzdruck.Type and quality of mixture formation, i. In particular droplet distribution and droplet size distribution of the injected fuel, is very important in terms of the quality of the combustion and thus power output and exhaust quality of the engine. The fuel atomization, i. E. Droplet formation of the injected fuel, in particular by the spatial arrangement of the injection nozzles and by nozzle diameter and injection pressure.
Dabei gibt es fertigungstechnische Grenzen für die Gestaltung der Einspritzdüsen, insbesondere was die Fertigungspräzision bei sehr kleinen Düsendurchmessern angeht.There are manufacturing limits for the design of the injectors, especially as regards the manufacturing precision at very small nozzle diameters.
Neben der Kraftstoffeinspritzung gewinnt in jüngster Zeit auch die Wassereinspritzung bei Otto- und Dieselmotoren an Bedeutung. Zur Vermeidung der Motorüberhitzung, insbesondere in Anbetracht einer Entwicklung hin zu immer leistungsfähigeren und, bei gleicher Leistung, immer kleineren Verbrennungsmotoren, wird hierbei Wasser in den Ansaugtrakt, u.U. auch in den Brennraum eingespritzt. Auch hier ist die Qualität der Zerstäubung des eingespritzten Wassers (Tröpfchenverteilung und Tröpfchengrößenverteilung) von Bedeutung für die Wirksamkeit der Maßnahme. Angestrebt wird eine möglichst gleichmäßige Verteilung möglichst feiner Tröpfchen.In addition to fuel injection, water injection in petrol and diesel engines has been gaining in importance recently. In order to avoid engine overheating, especially in view of a trend towards ever more powerful and, for the same performance, ever smaller internal combustion engines, this water is in the intake system, u.U. also injected into the combustion chamber. Again, the quality of the atomization of the injected water (droplet distribution and droplet size distribution) of importance for the effectiveness of the measure. The aim is a uniform distribution of very fine droplets as possible.
Auch hier sind der Fertigungspräzision Grenzen gesetzt. Insbesondere kann bei bekannten herkömmlichen Einspritzdüsen die Oberflächenqualität im Inneren der Einspritzkanäle unzureichend sein, so dass der Druckverlust gerade bei feinen Düsenöffnungen zu hoch ist, und die gewünschte Zerstäubungsleistung nicht erreicht wird.Again, the manufacturing precision limits. In particular, in known conventional injection nozzles, the surface quality inside the injection channels may be insufficient, so that the pressure loss is too high, especially with fine nozzle openings, and the desired atomization performance is not achieved.
Angesichts der Einschränkungen, denen der Einsatz herkömmlicher Einspritzdüsen unterliegt, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Fertigungspräzision von Einspritzdüsen, insbesondere im Bereich der Einspritzöffnung, zu erhöhen, und die Variationsmöglichkeiten für die Auslegung von Einspritzdüsen zu erhöhen.In view of the limitations imposed by the use of conventional injection nozzles, it is an object of the present invention to increase the production precision of injection nozzles, in particular in the region of the injection opening, and to increase the possibilities of varying the design of injection nozzles.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Gemischbildungsraumabgrenzungsteil zum zumindest einseitigen Abgrenzen eines Gemischbildungsraums einer Verbrennungskraftmaschine gelöst, welches eine aus einem metallischen Material oder Metallverbundmaterial gefertigte Wandung mit einer dem Gemischbildungsraum zugewandten Innenseite und einer dem Gemischbildungsraum abgewandten Außenseite, einen in der Wandung angeordneten Düsenkörper aus einem Glasmaterial, welcher eine Einspritzöffnung zum Einspritzen eines Fluids in den Gemischbildungsraum auf der Innenseite der Wandung aufweist, und einen von der Außenseite der Wandung zur Einspritzöffnung durchgängigen Fluidpfad aufweist.According to one aspect of the present invention, this object is achieved by a mixture formation space delimiting part for at least one-sided demarcation of a mixture formation space of an internal combustion engine, which has a wall made of a metallic material or metal composite material with an inside facing the mixture formation space and an outside facing away from the mixture formation space, one in the wall A nozzle body made of a glass material, which has an injection opening for injecting a fluid into the mixture formation space on the inside of the wall, and has a fluid path which is continuous from the outside of the wall to the injection opening.
Der Düsenkörper kann dabei direkt oder indirekt mittels einer Buchse, Hülse, Fassung oder dgl. in die Wandung eingesetzt sein. Entscheidend ist, dass die Einspritzöffnung des Düsenkörpers in den Gemischbildungsraum mündet.The nozzle body can be used directly or indirectly by means of a socket, sleeve, socket or the like. In the wall. It is crucial that the injection opening of the nozzle body opens into the mixture formation space.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird jegliches Bauteil als Gemischbildungsraumabgrenzungsteil verstanden, welches zumindest von einer Seite aus einen Raum begrenzt, in welchem eine Gemischbildung, beispielsweise aus Luft und Kraftstoff oder Luft und Wasser oder Luft, Kraftstoff und Wasser, stattfindet. Beispiele für Brennraumabgrenzungsteile gemäß der vorliegenden Erfindung sind Zylinderkopfbauteile (bzw. Zylinderköpfe), Ansaugrohre, und Gemischbildungskammern (Brennraumvorkammern).In the context of the present application, any component is understood as a mixture formation space demarcation part which delimits, at least from one side, a space in which a mixture formation takes place, for example from air and fuel or air and water or air, fuel and water. Examples of combustion chamber delimitation parts according to the present invention are cylinder head (cylinder) components, intake pipes, and mixture formation chambers (combustion chamber prechambers).
Der Werkstoff Glas, vorzugsweise Quarzglas, gestattet bei geeigneter Verarbeitung gegenüber metallischen Werkstoffen eine höhere Fertigungsqualität. Durch die insgesamt hohe mögliche Fertigungspräzision können dabei besonders gute Oberflächenqualitäten, d.h. geringe Oberflächenrauhigkeiten im Inneren des Fluidpfads erzielt und gewünschte Austrittsdurchmesser der Einspritzöffnungen besonders genau eingehalten werden, insbesondere auch bei kleinen Durchmessern. Entsprechend streuen in der Massenproduktion die erzielbaren Werte für die (vom Druckverlust abhängige) Zerstäubungsleistung weniger stark, und definierte Einspritzeigenschaften können somit mit geringeren Abweichungen garantiert werden.The material glass, preferably quartz glass, allows a higher manufacturing quality with suitable processing compared to metallic materials. Due to the overall high possible manufacturing precision particularly good surface qualities, ie low surface roughness achieved in the interior of the fluid path and desired outlet diameter of the injection openings can be maintained particularly accurate, especially for small diameters. Accordingly, in mass production, the achievable values for the (loss-dependent) atomization performance scatter less and defined injection characteristics can thus be guaranteed with smaller deviations.
Exakter produzierbare Einspritzdüsen gestatten eine bessere Einstellbarkeit der je nach Anwendungsfall bestgeeigneten Tropfengrößenverteilung. Hierdurch lassen sich Verbrennungs- bzw. Kühlungseigenschaften von Kraftstoff- bzw. Wassereinspritzung in Verbrennungskraftmaschinen optimieren.Precisely producible injection nozzles allow a better adjustability of the most suitable droplet size distribution depending on the application. As a result, combustion or cooling properties of fuel or water injection in internal combustion engines can be optimized.
Weitere Vorteile des Werkstoffs Glas sind gute Hochtemperaturbeständigkeit und hohe chemische (und somit Korrosions-) Beständigkeit.Further advantages of the material glass are good high-temperature resistance and high chemical (and thus corrosion) resistance.
Vorzugsweise sind die Einspritzöffnung und zumindest ein in dem Düsenkörper ausgebildeter Teil des Fluidpfads mittels lokaler Lasereinwirkung auf das (Quarz-)Glas und anschließenden Wegätzens von der Lasereinwirkung ausgesetztem (Quarz-)Glas gebildet. Das Wegätzen von der Lasereinwirkung ausgesetztem (Quarz-)Glas kann beispielsweise unter Verwendung von Flusssäure (HF) oder vorzugsweise Kalilauge (KOH) erfolgen. Das (Quarz-)Glas kann auch geeignet dotiert sein, um die Laserbearbeitbarkeit zu verbessern. Ein solches Fertigungsverfahren ist per se unter anderem unter der Bezeichnung SLE (Selective, Laser-Induced Etching, selektives laserinduziertes Ätzen) bekannt und in Hermans, M. et al.: Selective, Laser-Induced Etching of Fused Silica at High Scan-Speeds Using KOH, JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering Vol. 9, No. 2, 2014 veröffentlicht. Fertigungsmaschinen, mit denen nach dem SLE-Verfahren gefertigt werden kann, sind unter der Bezeichnung LightFab Microscanner kommerziell erhältlich.The injection opening and at least one part of the fluid path formed in the nozzle body are preferably formed by means of local laser action on the (quartz) glass and subsequent etching away of the (quartz) glass exposed to the action of the laser. The etching away of (quartz) glass exposed to the laser effect can be carried out, for example, using hydrofluoric acid (HF) or, preferably, potassium hydroxide solution (KOH). The (quartz) glass may also be suitably doped to improve laser processability. Such a manufacturing process is known per se under the name SLE (Selective, Laser-Induced Etching) and in Hermans, M. et al .: Selective, Laser-Induced Etching of Fused Silica at High Scan Speeds Using KOH, JLMN Journal of Laser Micro / Nanoengineering Vol. 9, no. 2, 2014 published. Manufacturing machines that can be manufactured by the SLE method are commercially available under the name LightFab Microscanner.
Alternativ können die Einspritzöffnungen und ggf. Teile des Fluidpfads vorteilhaft mittels Femtosekundenlaser gebohrt sein. Die Herstellung mittels lokaler Lasereinwirkung auf das Quarzglas und anschließenden Wegätzens von der Lasereinwirkung ausgesetztem Quarzglas gestattet jedoch in der Regel höhere Fertigungsqualität.Alternatively, the injection openings and possibly parts of the fluid path may advantageously be drilled by means of a femtosecond laser. The production by means of local laser action on the quartz glass and subsequent Wegätzens exposed from the laser action quartz glass, however, usually allows higher production quality.
Das letztgenannte Verfahren eignete sich besonders gut für komplizierte und feine Strukturen. So lassen sich vorteilhaft insbesondere auch für eine feine Zerstäubung besonders günstige enge Einspritzöffnungen mit einem kleinsten Durchmesser des Einspritzkanals von 200 µm oder kleiner, vorzugsweise 100 µm oder kleiner, besonders bevorzugt 50 µm oder kleiner oder gar 10 µm oder kleiner präzise fertigen.The latter method was particularly suitable for complicated and fine structures. Thus, particularly favorable narrow injection openings with a smallest diameter of the injection channel of 200 μm or smaller, preferably 100 μm or smaller, particularly preferably 50 μm or smaller or even 10 μm or smaller, can be produced precisely, in particular also for fine atomization.
Als Einspritzkanal wird hier der Teil des Fluidpfads bezeichnet, welcher der Einspritzöffnung unmittelbar vorgelagert ist, also die Hohlstruktur, die direkt in die Einspritzöffnung mündet, ohne dass weitere funktionale Elemente des Fluidpfads dazwischengeschaltet wären. Dies bedeutet insbesondere, dass stufenartige Verengungen des Fluidpfads, der Sitz für ein Stellelement wie eine Ventilnadel oder einen Ventilzapfen, etwaige Verzweigungen des Fluidpfads und dergleichen noch außerhalb des Einspritzkanals liegt, der Einspritzkanal also hinter dem letzten derartigen Funktionselement des Fluidpfads beginnt.In this case, the injection channel is the part of the fluid path which is directly upstream of the injection opening, ie the hollow structure which opens directly into the injection opening, without any further functional elements of the fluid path being interposed therebetween. This means in particular that step-like constrictions of the fluid path, the seat for an actuating element such as a valve needle or a valve pin, any branches of the fluid path and the like is still outside the injection channel, thus the injection channel begins behind the last such functional element of the fluid path.
Für die Angaben zur Geometrie des Einspritzkanals gilt folgendes. Als Länge des Einspritzkanals wird die geringste Länge von der Berandung der Eintrittsöffnung in den Einspritzkanal zur Berandung der Austrittsöffnung (=Einspritzöffhung) des Einspritzkanals verstanden. Als Mittelachse des Einspritzkanals wird die Gerade verstanden, welche den Flächenschwerpunkt der Eintrittsöffnung mit dem Flächenschwerpunkt der Austrittsöffnung (=Einspritzöffnung) verbindet. Der geringste Durchmesser eines Einspritzkanals ist der geringste mögliche Abstand der beiden Schnittpunkte einer die Mittelachse orthogonal schneidenden Linie mit der Berandung des Einspritzkanals. Der geringste Durchmesser der Einspritzöffnung ist der geringste mögliche Abstand der beiden Schnittpunkte einer den Flächenschwerpunkt der Einspritzöffnung (Schwerpunkt der von der Berandung der Einspritzöffnung aufgespannten Fläche) orthogonal schneidenden Linie mit der Berandung der Einspritzöffnung. Ist der Einspritzkanals im wesentlichen zylindrisch jedoch nicht orthogonal zu einer ebenen Oberfläche gebohrt, welche die Berandung der Einspritzöffnung bildet, so ergibt sich beispielsweise eine elliptische Einspritzöffnung, deren kürzere Hauptachse dem geringsten Durchmesser des Austrittskanals entspricht. Der Quotient aus Länge des Einspritzkanals und geringstem Durchmesser des Einspritzkanals wird als Aspektverhältnis bezeichnet. Niedrige Aspektverhältnisse gemäß dieser Definition bis hinunter zu 1 und sogar darunter sorgen für einen geringen Energieverlust beim Ausströmen des Einspritzfluids und eine entsprechend gute Zerstäubung.The following applies to the information on the geometry of the injection channel. The length of the injection channel is understood to be the smallest length from the boundary of the inlet opening into the injection channel for the edge of the outlet opening (= injection opening) of the injection channel. The center axis of the injection channel is understood to be the straight line which connects the centroid of the inlet opening with the centroid of the outlet opening (= injection opening). The smallest diameter of an injection channel is the smallest possible distance of the two intersections of a line orthogonally intersecting the central axis with the boundary of the injection channel. The smallest diameter of the injection opening is the smallest possible distance between the two intersection points of a center of gravity of the injection opening (focus of the surface defined by the boundary of the injection opening) orthogonal intersecting line with the edge of the injection opening. If the injection channel is drilled substantially cylindrically but not orthogonally to a flat surface which forms the boundary of the injection opening, the result is, for example, an elliptical injection opening whose shorter main axis corresponds to the smallest diameter of the outlet channel. The quotient of the length of the injection channel and the smallest diameter of the injection channel is referred to as the aspect ratio. Low aspect ratios according to this definition, down to 1 and even below, provide low energy loss on injection fluid discharge and correspondingly good atomization.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Einspritzöffnung und zumindest ein in dem Düsenkörper ausgebildeter Teil des Fluidpfads in einem Abschnitt einer gezogenen Glaskapillare ausgebildet sein, wobei mindestens eine Glaskapillare mit einem Innendurchmesser gezogen wird, der dem geringsten Durchmesser einer Einspritzöffnung entspricht, und die Glaskapillare so geschnitten wird, dass für die Einspritzöffnung ein diese bildender Abschnitt entsteht. Die Glaskapillare wird somit in Scheiben geschnitten, wobei aus einer Scheibe jeweils ein Einspritzkanal gebildet wird. Mit einem Pikosekundenlaser kann überschüssiges Material abgetragen werden.According to a further advantageous embodiment, the injection opening and at least one part of the fluid path formed in the nozzle body may be formed in a section of a drawn glass capillary, wherein at least one glass capillary having an inner diameter corresponding to the smallest diameter of an injection opening is cut and the glass capillary is cut is that for the injection opening a forming this section. The glass capillary is thus cut into slices, wherein in each case an injection channel is formed from a disk. Excess material can be removed with a picosecond laser.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Düsenkörper mindestens eine weitere Einspritzöffnung auf. So lassen sich auf einfache Weise Zwei- oder Mehrstrahldüsen bereitstellen. Dabei können die Einspritzöffnungen über einen gemeinsamen Fluidpfad oder jeweils einen eigenen Fluidpfad gespeist werden.According to an advantageous development, the nozzle body has at least one further injection opening. Thus, two-jet or multi-jet nozzles can be provided in a simple manner. there the injection openings can be fed via a common fluid path or in each case a separate fluid path.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform hiervon sind die beiden Einspritzöffnungen bzw. zugehörigen Einspritzkanäle so angeordnet, dass daraus austretende Fluidstrahle an einem von den Einspritzöffnungen beabstandeten Aufprallort zentral aufeinandertreffen. Hierdurch kann man einen feineren Sprühnebel erzeugen, als der jeweilige Einzelstrahl bilden würde. Zentral bedeutet dabei, dass der überwiegende Teil des aus der einen Einspritzöffnung als Sprühstrahl austretenden Einspritzfluids (z.B. Wasser oder Kraftstoff) auf den überwiegenden Teil des aus der anderen Einspritzöffnung als Sprühstrahl austretenden Einspritzfluids auftrifft. Eine feine Zerstäubung wird hier insbesondere dadurch erreicht, dass unter Druck ausgestoßenes Einspritzfluid auf unter Druck ausgestoßenes Einspritzfluid prallt. Als Sprühstrahl wird ein Fluidstrahl oder eine strahlartige Ansammlung von Fluidtröpfchen bezeichnet.According to a particularly advantageous embodiment thereof, the two injection openings or associated injection channels are arranged such that fluid jets emerging therefrom centrally meet at an impact location spaced from the injection openings. In this way, one can produce a finer spray, as would form the respective single beam. Central means that the predominant part of the injection fluid (for example water or fuel) emerging as spray jet from one injection opening impinges on the predominant part of the injection fluid emerging from the other injection opening as a spray jet. A fine atomization is achieved here in particular by the fact that under pressure ejected injection fluid impinges on injected under pressure injection fluid. The spray jet is a fluid jet or a jet-like accumulation of fluid droplets.
Bei der Verwendung von Einspritzdüsen mit aufeinandertreffenden Sprühstrahlen lassen sich bei gegebenem Einspritzdruck feinere Tröpfchen erzeugen bzw. lässt sich eine gegebene Tröpfchengröße bei geringeren Einspritzdrücken erzeugen. Dies kann die Konstruktion von Einspritzsystemen insgesamt vereinfachen.With the use of injectors with colliding spray jets, finer droplets can be produced at a given injection pressure, or a given droplet size can be generated at lower injection pressures. This can simplify the construction of injection systems as a whole.
Vorzugsweise sind die vom Rand der jeweiligen Einspritzöffnungen aufgespannten Austrittsquerschnittsflächen zueinander geneigt. Besonders bevorzugt weisen die vom Rand der jeweiligen Einspritzöffnungen aufgespannten Austrittsquerschnittsflächen Flächennormalen auf, die sich schneiden. Vorteilhafterweise können aber auch die Einspritzkanäle einander zugeneigt sein (die Mittelachsen der Einspritzkanäle sind dann nicht parallel sondern bilden einen Winkel), ohne dass die Einspritzöffnungen notwendigerweise einander zugeneigt sein müssen.Preferably, the spanned from the edge of the respective injection openings outlet cross-sectional areas are inclined to each other. Particularly preferably, the outlet cross-sectional areas defined by the edge of the respective injection openings have surface normals which intersect. Advantageously, however, the injection channels can also be inclined towards one another (the center axes of the injection channels are then not parallel but form an angle), without the injection openings necessarily having to lean towards one another.
Vorteilhafterweise kann der Düsenkörper mindestens zwei Einspritzkanäle mit einem ersten jeweiligem geringsten Durchmesser aufweisen, welche so angeordnet sind, dass aus deren Austrittsöffnungen (=Einspritzöffnungen) austretende Sprühstrahle an einem von den Einspritzöffnungen beabstandeten ersten Aufprallort zentral aufeinander treffen, und mindestens zwei Einspritzkanäle mit einem zweiten jeweiligem geringsten Durchmesser, welche so angeordnet sind, dass aus deren Austrittsöffnungen (=Einspritzöffnungen) austretende Sprühstrahle an einem von den Austrittsöffungen (=Einspritzöffnungen) beabstandeten zweiten Aufprallort zentral aufeinander treffen, wobei der erste jeweilige geringste Durchmesser und der zweite jeweilige geringste Durchmesser voneinander abweichen, vorzugsweise mindestens im Verhältnis 10:11, besonders bevorzugt mindestens im Verhältnis 2:3. Es werden in dieser Ausführungsform also mindestens zwei Paare oder n-Tupel von Einspritzkanälen vorgesehen, deren Sprühstrahle entsprechend an insgesamt zwei oder mehr jeweiligen Aufprallorten zentral aufeinander treffen.Advantageously, the nozzle body may have at least two injection channels with a first respective smallest diameter, which are arranged so that from the outlet openings (= injection openings) exiting spray jet centrally meet at a spaced from the injection ports first impact location, and at least two injection channels with a second respective smallest diameter, which are arranged so that from the outlet openings (= injection openings) exiting spray meet centrally at a spaced from the outlet openings (= injection openings) second impact location, wherein the first respective smallest diameter and the second respective smallest diameter differ, preferably at least in the ratio 10:11, more preferably at least in the ratio 2: 3. Thus, in this embodiment, at least two pairs or n-tuples of injection channels are provided, the spray jets of which meet centrally at a total of two or more respective impact locations.
Durch gezielt eingestellte Abweichungen des ersten jeweiligen geringsten Durchmessers vom zweiten jeweiligen geringsten Durchmesser lassen sich gewünschte Tröpfchengrößenverteilungen einstellen. Ebenso können, zusätzlich oder alternativ zu den jeweiligen geringsten Durchmessern, auch die Aspektverhältnisse, vorzugsweise mindestens im Verhältnis 4:5, und/oder die Winkel der Mittelachsen jeweiliger Kanalpaare oder Kanal-n-Tupel, vorzugsweise um mindestens 10 Grad, von denen der übrigen Kanalpaare oder Kanaln-Tupel abweichen. Insbesondere können durch entsprechend vorgesehene zwei, drei und mehr Paare oder n-Tupel von Einspritzkanälen bimodale, trimodale etc. Tröpfchengrößenverteilungen erzielt werden.By selectively adjusted deviations of the first respective smallest diameter from the second respective smallest diameter, desired droplet size distributions can be set. Likewise, in addition or as an alternative to the respective smallest diameters, the aspect ratios, preferably at least in the ratio 4: 5, and / or the angles of the center axes of respective channel pairs or channel n-tuples, preferably by at least 10 degrees, of those of the remaining Diverge channel pair or channel tuple. In particular, bimodal, trimodal, etc. droplet size distributions can be achieved by appropriately providing two, three or more pairs or n-tuples of injection channels.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegden Erfindung wird ein Gemischbildungstrakt für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, aufweisend ein Gemischbildungsraumabgrenzungsteil obiger Art und eine Zuführungsvorrichtung zum Zuführen von Fluid, insbesondere Kraftstoff oder Wasser, in den Fluidpfad. Zuführungsvorrichtung oder Bestandteil einer Zuführungsvorrichtung kann insbesondere eine Einspritzdüse ein Piezo-Aktor oder dgl. sein.According to another aspect of the present invention, there is provided a mixture forming section for an internal combustion engine, comprising a mixture forming space delimiting part of the above type and a feeding device for supplying fluid, in particular fuel or water, into the fluid path. In particular, an injection nozzle may be a piezoactuator or the like.
Das Gemischbildungsraumabgrenzungsteil kann mittels per se aus dem Stand der Technik bekannten metallverarbeitenden Verfahren hergestellt werden. Zum Anordnen des Düsenkörpers kann dieser entweder direkt eingegossen, oder direkt oder indirekt (beispielsweise mittels einer Hülse, Büchse oder einen anderweitigen Einsatz) in eine entsprechende Aussparung eingesetzt werden. Die Aussparung in der Wandung kann dabei durch eine entsprechende Aussparung beim Gießen und/oder durch geeignete spanabhebende Bearbeitung, wie Bohren oder Fräsen gebildet werden. Es ist beispielsweise auch möglich, ein Innengewinde in das Gemischbildungsraumabgrenzungsteil zu schneiden und mit einem Außengewinde des Düsenkörpers oder eines den Düsenkörper haltenden Einsatzes zu paaren.The mixture forming space defining part may be manufactured by means of metal processing methods known per se in the art. For arranging the nozzle body this can either be poured directly, or directly or indirectly (for example by means of a sleeve, bush or other use) are inserted into a corresponding recess. The recess in the wall can be formed by a corresponding recess during casting and / or by suitable machining, such as drilling or milling. For example, it is also possible to cut an internal thread into the mixture-forming space delimiting part and to mate with an external thread of the nozzle body or an insert holding the nozzle body.
Wie oben erläuteret, kann das Herstellen der Einspritzöffnung und zumindest eines Teils des Fluidpfads in dem Düsenkörper mittels Lasereinwirkung erfolgen.As explained above, the production of the injection opening and at least part of the fluid path in the nozzle body can take place by means of laser action.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below by way of example with reference to the attached schematic drawings.
Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu; insbesondere entsprechen Verhältnisse der einzelnen Abmessungen zueinander aus Gründen der Anschaulichkeit teilweise nicht den Abmessungsverhältnissen in tatsächlichen technischen Umsetzungen. Es werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Grundsätzlich kann jede im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschriebene bzw. angedeutete Variante der Erfindung besonders vorteilhaft sein, je nach wirtschaftlichen, technischen und ggf. medizinischen Bedingungen im Einzelfall. Soweit nichts gegenteiliges dargelegt ist, bzw. soweit grundsätzlich technisch realisierbar, sind einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen austauschbar oder miteinander sowie mit per se aus dem Stand der Technik bekannten Merkmalen kombinierbar. The drawings are not to scale; In particular, ratios of the individual dimensions to one another do not correspond, for reasons of clarity, in part to the dimensional ratios in actual technical implementations. There are described several preferred embodiments to which the invention is not limited. In principle, any variant of the invention described or indicated in the context of the present application may be particularly advantageous, depending on economic, technical and possibly medical conditions in the individual case. Unless otherwise stated, or as far as technically feasible, individual features of the described embodiments are interchangeable or can be combined with one another and with features known per se from the prior art.
Es zeigt
-
1 die ausgebrochene Querschnittsdarstellung zweier erfindungsgemäßer Gemischbildungsraumabgrenzungsteile, nämlich eines Saugrohrs sowie eines Zylinderkopfes eines Otto-Motors, -
2 die Querschnittsdarstellung eines aus Quarzglas gefertigten Düsenkörpers mit zwei zylindrischen Einspritzkanälen, wie er in das Saugrohr und den Zylinderkopf in1 eingesetzt ist, -
3 die Querschnittsdarstellung eines weiteren aus Glas gefertigten Düsenkörpers mit einem zylindrischen Einspritzkanal, -
4 die Querschnittsdarstellung eines weiteren aus Glas gefertigten Düsenkörpers mit einem zylindrischen Einspritzkanal, -
5 die Querschnittsdarstellung eines weiteren aus Glas gefertigten Düsenkörpers mit einem konischen Einspritzkanal, -
6a einen aus Quarzglas gefertigten Düsenkörper in einer Draufsicht ähnlich7a , wobei der Düsenkörper drei Paare von Austrittskanälen mit von Paar zu Paar abweichendem Einspritzkanaldurchmesser aufweist, und die jeweilige Schnittebene der6b ,6c und6d als durchbrochene Linien B-B', C-C' bzw. D-D' angedeutet ist, -
6b den Düsenkörper aus6a in der Querschnittsdarstellung für die Schnittebene B-B', -
6c den Düsenkörper aus6a in der Querschnittsdarstellung für die Schnittebene C-C', -
6d den Düsenkörper aus6a in der Querschnittsdarstellung für die Schnittebene D-D', -
7a den aus Quarzglas gefertigten Düsenkörper aus2 in der Draufsicht von unten, wobeidie Schnittebene der 2 als durchbrochene Linie A-A' angedeutet ist, -
7b den Düsenkörper aus 2 abermals in Querschnittsdarstellung zum Vergleich mit der zugehörigen Draufsicht (von unten) in7a .
-
1 2 is the broken-away cross-sectional representation of two mixture formation space demarcation parts according to the invention, namely an intake manifold and a cylinder head of an Otto engine, -
2 the cross-sectional view of a manufactured of quartz glass nozzle body with two cylindrical injection channels, as in the intake manifold and the cylinder head in1 is used, -
3 the cross-sectional view of a further made of glass nozzle body with a cylindrical injection channel, -
4 the cross-sectional view of a further made of glass nozzle body with a cylindrical injection channel, -
5 the cross-sectional view of a further made of glass nozzle body with a conical injection channel, -
6a a nozzle body made of quartz glass in a plan view similar7a , wherein the nozzle body has three pairs of outlet channels with a pair of pairs deviating injection channel diameter, and the respective sectional plane of the6b .6c and6d as broken lines B-B ', CC' or DD 'is indicated, -
6b the nozzle body6a in the cross-sectional representation for the section plane B-B ', -
6c the nozzle body6a in the cross-sectional representation for the sectional plane C-C ', -
6d the nozzle body6a in the cross-sectional representation for the sectional plane D-D ', -
7a made of quartzglass nozzle body 2 in the plan view from below, wherein the sectional plane of the2 is indicated as a broken line AA ', -
7b thenozzle body 2 again in cross-sectional view for comparison with the associated plan view (from below) in7a ,
Einander entsprechende Elemente sind in den Zeichnungsfiguren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Corresponding elements are denoted by the same reference numerals in the drawing figures.
Durch das Ansaugrohr
Ein vergrößertes Abbild des Düsenkörpers
Mittels selektiver Laserbelichtung und anschließendem Ausätzen der belichteten Bereiche (Selektives laserinduziertes Ätzen) sind in dem zylindrischen Quarzglas-Düsenkörper
Der Winkel α zwischen den sich im Punkt S schneidenden Mittelachsen
Durch geeignete Wahl des Aspektverhältnisses, des treibenden Druckgefälles, des Strahl-Prallwinkels α sowie des Durchmessers d (und entsprechender Länge
Die mit Wassertröpfchen beladene Ansaugluft gelangt bei geöffnetem Einlassventilstößel
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt durch den aus Glas gefertigten, in die Wandung
Wie oben angegeben ist ein vergrößertes Abbild des Düsenkörpers
Nicht dargestellt sind sonstige, auf herkömmliche Weise nicht aus Glas gefertigte Teile der Einspritzdüsen, insbesondere Aktoren wie Nadeln oder Zapfen. Hier kann der Fachmann auf die per se bekannte Einspritzdüsentechnik zurückgreifen.Not shown are other, conventionally not made of glass parts of the injectors, in particular actuators such as needles or pins. Here the expert can refer to the per se known injection nozzle technology.
Über die Zündkerze
Das durch die Verbrennung des Gemischs entstehende Abgas wird bei geöffnetem Auslassventilstößel
Die in
Daneben besteht jedoch auch die Möglichkeit, einfachere oder komplexere Düsengeometrien bereitzustellen.
Durch die parallelen Einspritzkanalpaare
So werden dem Fachmann weitere Parameter an die Hand gegeben, mit welchen sich die Zerstäubung beeinflussen lässt.Thus, the expert will be given further parameters with which the atomization can be influenced.
Insbesondere die oben angeführte Fertigungsweise mittels lokaler Lasereinwirkung auf (Quarz-)Glas und anschließenden Wegätzens von der Lasereinwirkung ausgesetztem (Quarz-)Glas bietet dem Fachmann darüberhinaus eine Vielzahl weiterer Gestaltungsmöglichkeiten, wie das Einarbeiten von drallerzeugenden Geometrien, von den Einspritzkanälen im Fluidpfad vorgeschalteten Siebflächen, ähnlich den im deutschen Gebrauchsmuster 202017002851 beschriebenen, und dergleichen mehr.In particular, the above-mentioned manufacturing method by means of local laser action on (quartz) glass and subsequent Wegätzens exposed by the laser action (quartz) glass offers the skilled person also a variety of other design options, such as the incorporation of spin-producing geometries, of the injection channels in the fluid path upstream Siebflächen, similar to those described in German Utility Model 202017002851, and the like.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202018003890.3U DE202018003890U1 (en) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Mixture formation zone delimitation part |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202018003890.3U DE202018003890U1 (en) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Mixture formation zone delimitation part |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202018003890U1 true DE202018003890U1 (en) | 2018-09-25 |
Family
ID=63797565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202018003890.3U Expired - Lifetime DE202018003890U1 (en) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Mixture formation zone delimitation part |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202018003890U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018130140A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-05-28 | Aixtron Se | Process for making a component of a CVD reactor |
-
2018
- 2018-07-24 DE DE202018003890.3U patent/DE202018003890U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018130140A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-05-28 | Aixtron Se | Process for making a component of a CVD reactor |
WO2020109357A2 (en) | 2018-11-28 | 2020-06-04 | Aixtron Se | Method for producing a component part of a cvd reactor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102006000418B4 (en) | Fuel injection valve | |
DE102007049607A1 (en) | Fuel injection valve and fuel injection system for an internal combustion engine with the same | |
EP2390491B1 (en) | Device for injecting fuel into a combustion chamber | |
DE10122350B4 (en) | fuel injection system | |
DE112004000897B4 (en) | Fuel injection valve with a nozzle disk and method for producing the nozzle disk with an asymmetric mandrel | |
DE102009047704A1 (en) | Fuel injection valve | |
WO2020051607A1 (en) | Cylinder head | |
DE102013210685A1 (en) | DESTROYED LOCHOFFING | |
DE102014000103A1 (en) | "Device for spraying liquid in an operating room" | |
EP2776702A1 (en) | Injection nozzle | |
DE102004003361A1 (en) | Fuel injection device for combustion engine has flow characteristic where peak flow speed lies on line between two defined points, decreases with increasing distance from peak position value on line. | |
DE202018003890U1 (en) | Mixture formation zone delimitation part | |
DE102013225948A1 (en) | Nozzle head and fluid injection valve | |
EP2765303A1 (en) | Valve for injecting fuel | |
EP2478211B1 (en) | Nozzle assembly for an injection valve and injection valve | |
DE10246693A1 (en) | Injector for injecting fuel | |
EP2757247A1 (en) | Injection nozzle for a combustion engine | |
DE102018005849A1 (en) | Mixture formation delimitation part and method for its production | |
DE102009041028A1 (en) | Nozzle assembly for injection valve, has nozzle body, in which nozzle body cutout and injection opening are disposed, where nozzle body cutout is hydraulically coupled to high-pressure circuit of fluid | |
EP0730091B1 (en) | Fuel injection valve for an internal combustion engine | |
AT6291U1 (en) | TWO-STROKE COMBUSTION ENGINE WITH CRANKCASE RINSE | |
DE102016208080A1 (en) | Fuel injection valve and method for producing a fuel injection valve | |
DE102021120984B3 (en) | Crankcase for an internal combustion engine | |
DE102004041031A1 (en) | Fuel injecting valve for internal combustion engine has spraying holes that spray jets such that cone coats are formed | |
DE102006031765A1 (en) | Fuel injection valve for internal combustion engines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R156 | Lapse of ip right after 3 years |