DE4435823C1

DE4435823C1 - Bi=fluid injector for diesel IC engines

Info

Publication number: DE4435823C1
Application number: DE4435823A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Remmels; Georg Donauer
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2014-10-08

Abstract

The injector has a fuel intake bore (8) which forms a constriction, and opens tangentially into the into the collection chamber (5). The intake bore (9) for the additional fluid opens radially into the chamber. The openings of the bores end in the collection chamber, mainly at a relative circumferential angle of 180 deg. The intake bore for the additional fluid is located at a distance downstream from the fuel intake. The fuel bore opening is formed as a spiral channel (10). The constricted part is formed by the right-angled transition of intake bore into spiral channel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für Dieselmotoren mittels welcher Brennstoff und eine zweite Flüssigkeit gleichzeitig einem Brennraum zugeführt werden, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmalen.The invention relates to an injection nozzle for diesel engines by means of which fuel and a second liquid can be supplied to a combustion chamber at the same time, with the Preamble of claim 1 given features.

Eine gattungsgemäße Einspritzdüse ist aus der EP 0 418 601 B1 bekannt. Bei dieser konventionellen Einspritzdüse werden über eine erste Leitung Dieselkraftstoff und über eine zweite Leitung eine Zusatzflüssigkeit einem Raum vor dem Düsennadelsitz der Einspritzdüse zugeführt und von dort aus gemeinsam unter dem Druck der Einspritzpumpe in den Brennraum eingespritzt. Zur Realisierung der mit dieser Einspritzdüse angestrebten bifluiden Einspritzung wird die Zusatzflüssigkeit unter hohem Druck vor dem Förderhub der Nadel in den bereits mit Dieselkraftstoff gefüllten Raum gedrückt, worauf ein Teil des durch die erste Leitung geförderten Dieselkraftstoffs aus dem Raum in Richtung zur Einspritzpumpe zurückverdrängt und die Zusatzflüssigkeit in den Raum vor dem Düsennadelsitz dem Dieselkraftstoff vorgelagert wird.A generic injection nozzle is known from EP 0 418 601 B1. At this conventional injection nozzles are diesel fuel via a first line and via a second line an additional liquid a room in front of the nozzle needle seat Injector fed and from there together under the pressure of the injection pump injected into the combustion chamber. To achieve the desired with this injector Bifluid injection is the additional liquid under high pressure before the delivery stroke Needle pressed into the space already filled with diesel fuel, after which part of the the first line of delivered diesel fuel from the room towards Injection pump pushed back and the additional liquid in the room in front of the Nozzle needle seat upstream of the diesel fuel.

Mit dieser bekannten Einspritzdüse wird eine Schichtung von Dieselkraftstoff und Zusatzflüssigkeit erreicht. Dabei trifft die Zusatzflüssigkeit auf im Raum strömungsmechanisch beruhigt, quasi statisch, vorliegenden Dieselkraftstoff und verdrängt diesen teilweise. Um die gewünschte Ladungsverschiebung vor Förderbeginn möglichst ungehindert zu erreichen, werden beide Flüssigkeiten unter entsprechenden Druckverhältnissen aufeinander geführt. Dabei ist die Formgebung des Raumes sowie die Anordnung der Zuführleitungen so vorgesehen, daß sich möglichst geringe strömungsmechanische Widerstände ergeben. Bei diesen Vorkehrungen findet ein Durchmischen beider Flüssigkeiten absichtlich nicht oder zumindest nur in vernachlässigbarem Maße statt.With this known injection nozzle, a stratification of diesel fuel and Additional liquid reached. The additional liquid hits the room fluid mechanically calmed, quasi static, existing diesel fuel and displaced this partially. To the desired charge shift before the start of funding if possible To reach unhindered, both liquids are under appropriate Pressure conditions led to each other. The shape of the room and the Arrangement of the feed lines is provided so that there is as little as possible fluidic resistances result. Taking these precautions takes place Deliberately not mixing the two liquids, or at least only in a negligible amount Dimensions instead.

Aus der DE 39 31 456 ist ebenfalls eine Einspritzdüse für Dieselmotoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt, bei welcher der Dieselkraftstoff über eine erste Leitung einem Raum vor dem Düsennadelsitz der Einspritzdüse zugeführt wird, und eine Zusatzflüssigkeit über eine zweite Leitung unter Überdruck in vorbestimmten Mengen zugeführt wird. Zusatzflüssigkeit und Dieselkraftstoff werden gemeinsam unter dem Druck der Kraftstoffeinspritzpumpe in den Brennraum eingespritzt. Da auch bei dieser bekannten Einspritzdüse Dieselkraftstoff und Zusatzflüssigkeit nacheinander eingelagert werden, kann zwar eine genaue Dosierung beider Flüssigkeiten erreicht werden, eine homogene Durchmischung beider Fluide zu einer Emulsion ist damit jedoch nicht erzielbar.From DE 39 31 456 is also an injection nozzle for diesel engines with the Features of the preamble of claim 1 known, in which the Diesel fuel via a first line to a room in front of the nozzle needle seat Injector is supplied, and an additional liquid via a second line below Overpressure is supplied in predetermined amounts. Make-up liquid and diesel fuel are together under the pressure of the fuel injection pump in the combustion chamber injected. Since diesel fuel is also used in this known injection nozzle Additional liquid can be stored one after the other, an exact dosage of both Liquids are achieved, a homogeneous mixing of both fluids into one However, emulsion cannot be achieved with this.

Zur Durchmischung von Hauptbrennstoff und Zusatzflüssigkeit ist ferner aus der DE 32 43 175 A1 eine Zweistoff-Einspritzeinrichtung bekannt, bei der zum Mischen der beiden Flüssigkeiten der Hauptkraftstoff in einer verengten Bohrung beschleunigt und die Zusatzflüssigkeit über eine Zuleitung mit einem stumpfen Winkel in diese Bohrung eingeführt wird. Die Zusatzflüssigkeit wird nach dem Venturi-Ejektorprinzip vom Hauptkraftstoff mitgerissen und als Zweistoffgemisch eingespritzt. Eine homogene Durchmischung beider Flüssigkeiten zu einer Emulsion wird auch mit dieser Einrichtung nicht erreicht; vielmehr handelt es sich hierbei um eine Zweistoff-Zweiphasenströmung.To mix the main fuel and additional liquid is also from the DE 32 43 175 A1 discloses a two-substance injection device in which for mixing the both liquids accelerate the main fuel in a narrowed bore and the Additional liquid through a supply line with an obtuse angle into this hole is introduced. The additional liquid is based on the Venturi ejector principle Main fuel entrained and injected as a two-component mixture. A homogeneous This device also mixes both liquids into an emulsion not reached; rather, it is a two-substance, two-phase flow.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, gattungsgemäße Einspritzdüsen dahingehend weiterzubilden, daß eine möglichst homogene Durchmischung von Brennstoff und einer Zusatzflüssigkeit vor dem Eintritt in den Brennraum erreicht wird.In contrast, the invention is based on the technical problem of the generic type To further develop injection nozzles in such a way that mixing is as homogeneous as possible of fuel and an additional liquid is reached before entering the combustion chamber.

Zur Lösung des Problems dienen ausgehend von einer gattungsgemäßen Einspritzdüse die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. Starting from a generic injection nozzle, the serve to solve the problem characterizing features of claim 1. The sub-claims contain expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß wird also ein aktives, gleichmäßiges Durchmischen von Brennstoff und Zusatzflüssigkeit im Düsenkörper dadurch vorgesehen, daß die Zulaufbohrung für den Brennstoff unter Ausbildung einer Engstelle tangential und die Zulaufbohrung für die Zusatzflüssigkeit radial in den Sammelraum münden. Damit wird unter Wirkung der während der Förderphase vorherrschenden hohen Druckverhältnisse eine homogene Emulsion im Düsenkörper gebildet.According to the invention, an active, uniform mixing of fuel and Additional liquid is provided in the nozzle body in that the inlet bore for the Fuel forming a constriction tangentially and the inlet bore for the Open the additional liquid radially into the collecting space. This will, under the effect of high pressure conditions prevailing during the delivery phase a homogeneous Emulsion formed in the nozzle body.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zulaufgestaltung und mit Hilfe der sogenannten Parallelförderung können beide Massenströme vorteilhafterweise kontinuierlich zusammengeführt und miteinander durchmischt werden, ohne daß sich ungewollt lokale Ansammlungen einer Flüssigkeit oder gar eine Schichtung der Flüssigkeiten ergibt. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist hierbei die gleichzeitige Zufuhr von Brennstoff und der Zusatzflüssigkeit in einen gemeinsamen Sammelraum der Einspritzdüse, denn nur bei einem solchen Zusammenführen können die beträchtlichen kinetischen Energien der einzelnen Massenströme zur Steigerung des Durchmischungsvorganges beider Flüssigkeiten gezielt genutzt werden.With the help of the inlet design according to the invention and with the help of the so-called Parallel conveyance can advantageously both mass flows continuously are brought together and mixed with one another without undesired local Accumulation of a liquid or even stratification of the liquids results. A An essential feature of the invention is the simultaneous supply of fuel and the additional liquid in a common collecting space of the injection nozzle, because only at Such a merging can result in the considerable kinetic energies of the individual mass flows to increase the mixing process of both liquids be used in a targeted manner.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, Leiteinrichtungen für die einzelnen Massenströme auszubilden, welche eine möglichst optimale Verwirbelung der Ladung im Düsenkörper und in dem an diesen angrenzenden Aufnahmeraum bis hin zum Ventilnadelsitz schaffen. Die Leiteinrichtung ist in einer vorteilhaften Ausführungsform als Spiralkanal für Brennstoff und als ein Zufuhrkanal für die Zusatzflüssigkeit ausgebildet Deren Formgebung ist hinsichtlich der Erzeugung turbulenter Strömungsverhältnisse so aufeinander abgestimmt, daß die Ladung der Einspritzdüse mittels des in den Sammelraum eingeleiteten Brennstoffstroms in Drehung versetzt wird, während die Zusatzflüssigkeit über den Zufuhrkanal in radialer Richtung in den Sammelraum geleitet wird. Bei dieser Orientierung erzeugt die in den Brennstoffstrom geleitete Zusatzflüssigkeit möglichst starke Turbulenzen der Ladung. Da der Brennstoff und die Zusatzflüssigkeit erfindungsgemäß erstmals in der Einspritzdüse aufeinandertreffen und zu einer homogenen Emulsion durchmischt werden, kann die Zufuhr beider Flüssigkeiten unabhängig voneinander exakt geregelt werden. So ermöglicht es die kontinuierliche, strömungsmechanische Emulsionsbildung, während der Einspritzphase eines Arbeitsspiels die Mengenanteile beider Emulsionsflüssigkeiten zu verändern, ohne dadurch eine Beeinträchtigung der Emulsionsgüte zu riskieren. Durch entsprechende Zufuhrregelung können so beliebige Emulsionskonzentrationen während einer Zylinderbefüllung ausgeregelt werden, um einen gewünschten Brennverlauf zu erreichen.A further development of the invention provides guidance devices for the individual Form mass flows, which optimally swirl the charge in the Nozzle body and in the receiving space adjacent to this up to Create valve needle seat. In an advantageous embodiment, the guide device is as Spiral channel for fuel and designed as a feed channel for the additional liquid Their shape is so with regard to the generation of turbulent flow conditions matched that the charge of the injection nozzle by means of in the collecting space introduced fuel flow is rotated while the additional liquid over the feed channel is guided in the radial direction into the collecting space. At this Orientation is generated as far as possible by the additional liquid directed into the fuel flow strong turbulence of the cargo. Because the fuel and the additional liquid meet for the first time in the injection nozzle according to the invention and form a homogeneous one Emulsion can be mixed, the supply of both liquids can be independent can be precisely regulated from one another. So it enables continuous, fluid mechanical emulsion formation during the injection phase of a working cycle to change the proportions of both emulsion liquids, without changing one Risk of impairing the quality of the emulsion. Through appropriate feed control can regulate any emulsion concentration during cylinder filling in order to achieve a desired burning process.

Neben der gezielten Umsetzung der Energie der einzelnen Massenströme in kinetische Energie der Mischungsladung zur Erzeugung von hochturbulenten Strömungsverhältnissen, stellt die Schaffung von rein strömungsmechanischen Mitteln zur Durchmischung eine zu gleichen Teilen wirksame wie kostengünstige Einrichtung dar. Insbesondere können mechanische Abnutzungen und dadurch bedingte Störanfälligkeiten vermieden werden, da die Einrichtung zur Emulsionserzeugung ohne bewegte Baugruppen oder Teile auskommt.In addition to the targeted conversion of the energy of the individual mass flows into kinetic Energy of the mixture charge to generate highly turbulent flow conditions, provides the creation of purely fluid mechanical means of mixing equal parts effective and inexpensive device. In particular, can mechanical wear and the resulting susceptibility to faults can be avoided because the device for emulsion production does not require moving assemblies or parts.

Weil solche Baugruppen und Teile herkömmlicherweise relativ groß und aufwendig bauen, mußten diese bisher als eigene Baugruppen im Brennstoffzufuhrsystem vor der Hochdruckpumpe angeordnet werden. Folglich mußten zur Erzeugung der gewünschten Emulsion zusätzliche Förder- und Zufuhrpumpen zur Emulsionseinrichtung vorgesehen werden, was neben dem zusätzlichen Bauaufwand insbesondere den Nachteil brachte, daß die Emulgiereinrichtung und die zur Verbindung mit der Kraftstoffpumpe erforderlichen zusätzlichen Brennstoffleitungen verhältnismäßig große Totvolumina bildeten. In den Totvolumina sammelte sich, speziell beim Starten, Anfahren und Abstellen des Motors oder bei Betrieb mit reinem Diesel, bereits gebildete Emulsion an, die sich aufgrund der darin beruhigten Strömungsverhältnisse wieder in die Ausgangsstoffe teilte. Sobald der Motor wieder auf Emulsionsbetrieb geregelt wurde, führten die inzwischen in getrennten Phasen vorliegenden Brennstoff- und Zusatzflüssigkeiten neben ungewollten Leistungseinbußen zu nachteiligem, instabilem Motorbetrieb.Because such assemblies and parts traditionally build relatively large and complex, previously had to do this as separate assemblies in the fuel supply system before High pressure pump can be arranged. Consequently, to produce the desired ones Emulsion additional feed and feed pumps are provided to the emulsion device be, which brought in addition to the additional construction costs in particular the disadvantage that the emulsifying device and those required for connection to the fuel pump additional fuel lines formed relatively large dead volumes. In the Dead volumes accumulated, especially when starting, starting and stopping the engine or when operating with pure diesel, already formed emulsion, which is due to the calmed flow conditions again divided into the starting materials. Once the engine Regulated back to emulsion operation, which now led in separate phases existing fuel and additive liquids in addition to unwanted performance losses disadvantageous, unstable engine operation.

Dieses Motorbetriebsverhalten kann mittels der erfindungsgemäßen Einspritzdüse vermieden werden, da Totvolumina als Ursache hierfür auf ein Minimalmaß reduziert werden. Die Beaufschlagung der Kraftstoffmenge mit Drall sorgt ferner dafür, daß bei den im Düsenkörper gegebenen räumlichen Verhältnissen der zugeführte Brennstoffe und kurz darauf die gebildete Emulsion, in den Sammelraum und dem angrenzenden Aufnahmeraum in Bewegung gehalten wird. Die Turbulenzen in der Ladung bleiben so erhalten.This engine operating behavior can be achieved by means of the injection nozzle according to the invention can be avoided since dead volumes are reduced to a minimum as the cause for this become. The application of swirl to the fuel quantity also ensures that the given spatial conditions of the supplied fuels in the nozzle body and briefly then the emulsion formed, in the collection room and the adjacent recording room is kept in motion. The turbulence in the cargo is preserved.

Das Entmischen der Emulsion aufgrund zu großer Totvolumina zwischen der Emulgiereinrichtung, der Einspritzpumpe und dem Ventilnadelsitz war bisher ein Hauptproblem, welches einem Emulsionsbetrieb bei Akkumulator-Einspritzsystemen entgegen stand. Bei solchen Einspritzsystemen wird bekanntlich eine relativ große Kraftstoffmenge kontinuierlich mittels einer Hochdruckpumpe einem Hochdruckspeicher, dem Akkumulator, zugeführt und von dort aus mittels geeigneter Einspritzventile direkt in die Brennräume abgeleitet. Im Akkumulator herrschen beruhigte Strömungsverhältnisse, so daß sich eine darin befindende Emulsion wieder in die Ausgangsphasen trennen würde.Demixing of the emulsion due to excessive dead volumes between the Emulsifying device, the injection pump and the valve needle seat was previously a Main problem, which is an emulsion operation in accumulator injection systems opposed. Such injection systems are known to be relatively large Amount of fuel continuously by means of a high pressure pump, a high pressure accumulator, the accumulator, supplied and from there by means of suitable injection valves directly into derived the combustion chambers. Calm flow conditions prevail in the accumulator, see above that an emulsion in it would separate again into the starting phases.

Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Einspritzdüse zur Erzeugung einer homogenen Emulsion unabhängig von dem stromaufwärts vorgesehenen Zuführsystem einsetzbar. Sie ermöglicht somit erstmals die Möglichkeit eines Emulsionsbetriebs bei Akkumulator- bzw. beim Common-Rail-Einspritzsystem und schafft damit die Grundvoraussetzung zur Nutzung der bewährten Vorteile des Emulsionsbetriebs bei diesem Einspritzsystem.In contrast, the injection nozzle according to the invention for generating a homogeneous Emulsion can be used independently of the upstream feed system. she thus enables the first time the possibility of emulsion operation with accumulator or with the common rail injection system and thus creates the basic requirement for Use of the proven advantages of emulsion operation with this injection system.

Die zirkulierende Strömungsbewegung schafft zudem eine über den Querschnitt des Aufnahmeraums gleichmäßige Verteilung von Emulsion, so daß insbesondere im Bereich des Nadelventilsitzes keine der Düsenöffnungen bevorzugt nur von einem Fluid durchströmt wird. Die dadurch sichergestellte Einspritzung von Emulsion durch sämtliche Düsenöffnungen unterstützt eine gleichmäßige Zylinderbefüllung. Durch die damit erreichte Abwärtsbewegung der in der Sammelraum erzeugten Emulsion wird der Einspritzratenverlauf nach erfolgtem Nadelhub nicht beeinträchtigt. Bedingt durch die Gestaltung der Zuführkanäle und der daraus resultierenden Zusammenführung beider Flüssigkeiten, reicht die kinetische Energie der Ströme aus, selbst während der Einspritzpausen, im Düsenkörper eine gleichmäßig feine Verteilung von Wasser und Brennstoff zu erhalten.The circulating flow movement also creates a cross-section of the Recording room even distribution of emulsion, so that especially in the area of the needle valve seat, none of the nozzle openings preferably only have a fluid flowing through them becomes. This ensures the injection of emulsion by everyone Nozzle openings support even cylinder filling. Through that achieved The downward movement of the emulsion produced in the collecting space becomes the Injection rate curve after needle stroke is not affected. Due to the Design of the feed channels and the resulting combination of the two Liquids, the kinetic energy of the streams is sufficient, even during the Injection breaks, in the nozzle body an evenly fine distribution of water and To get fuel.

Eine weitere Steigerung des zur Emulsionsbildung erforderlichen Verwirbelungseffekts bzw. der Verwirbelungsenergie, kann dadurch erreicht werden, daß die Zulaufbohrungen im wesentlichen rechtwinklig auf den ihnen jeweils zugeordneten Spiral- bzw. Zuführkanal auftreffen. Bei dieser Gestaltung der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung werden die dem zugeführten Flüssigkeitsstrom flächig entgegenstehenden Wandungen der Kanäle als zusätzliche Prallflächen eingesetzt, um die Strömungsenergie in Verwirbelungsenergie umzusetzen. Diese durch den Aufprall bereits verwirbelten Flüssigkeitsströme werden, im Falle des Brennstoffs, zusätzlich mit Drall beaufschlagt, im Falle der Zusatzflüssigkeit, in den verwirbelten und mit Drall beaufschlagten Brennstoff eingespritzt, wodurch abermals eine Strömungsunstetigkeit geschaffen wird. Somit stehen erfindungsgemaß eine Prallverwirbelung, eine Beaufschlagung mit Drall in Umfangsrichtung sowie eine lokale Umsetzung des Dralls in Turbulenzen als Folge der Injektion von Zusatzflüssigkeit zur Verfügung, um die zusammengeführten Flüssigkeiten möglichst fein miteinander zur der gewünschten Emulsion zu vermischen.A further increase in the swirling effect required to form the emulsion or the swirling energy, can be achieved in that the inlet holes in essentially at right angles to the spiral or feed channel assigned to them hit. In this design of the control device according to the invention supplied liquid flow flat opposing walls of the channels as additional baffles are used to convert the flow energy into swirl energy to implement. These are already swirled by the impact of fluid flows in the Case of the fuel, additionally applied with swirl, in the case of the additional liquid, in the swirled and swirled fuel injected, thereby again a flow discontinuity is created. Thus, according to the invention Impact swirling, an application of swirl in the circumferential direction and a local one Conversion of the swirl into turbulence as a result of the injection of additional liquid Available to combine the merged liquids as finely as possible to mix the desired emulsion.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine nähere Erläuterung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die sich auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht. Es zeigt:Further advantageous embodiments of the invention and a more detailed explanation are in contain the following description, which refers to that shown in the drawing Embodiment relates. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Düsenkörper; Fig. 1 shows a longitudinal section through a nozzle body;

Fig. 2 eine horizontale Schnittansicht durch den Düsenkörper entlang des Schnittverlaufs II-II in Fig. 1. FIG. 2 is a horizontal sectional view through the nozzle body along the section line II-II in FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Düsenkörper 2 dargestellt, welcher in herkömmlicher Art und Weise in einen Düsenhalter 3 eingesetzt und mittels diesem zusammen mit hier nicht dargestellten Zufuhr- und Betätigungselementen ein Einspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen bildet. Der erfindungsgemäße Düsenkörper 2 unterscheidet sich rein äußerlich nicht von herkömmlichen Düsenkörpern und kann somit mit standardisierten Bausystemen kombiniert werden.In Fig. 1, an inventive nozzle body 2 is represented, which is inserted in a conventional manner in a nozzle holder 3 and forms by means of this, together with not illustrated here feed and operating elements an injection valve 1 for internal combustion engines. Externally, the nozzle body 2 according to the invention does not differ from conventional nozzle bodies and can therefore be combined with standardized construction systems.

Ausgehend von diesen üblichen konstruktiven Ausbildungen der Anschluß- und Zufuhrsysteme, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll, bezieht sich der vorrichtungsmäßige Teil der Erfindung auf die Ausbildung der entsprechenden Zufuhrsysteme für die in dem Düsenkörper 2 zusammengeführten Flüssigkeiten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Einspritzventil für einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung, bei welchem der Dieselbrennstoff über eine Zulaufbohrung 8 und Wasser als Zusatzflüssigkeit über eine Zulaufbohrung 9 in entsprechenden Durchlaufraten eines Sammelraums 5 zugeleitet werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung im Düsenkörper 2 wird dabei eine homogene, feine Durchmischung kleinster Flüssigkeitströpfchen von Diesel und Wasser bewirkt. Hierzu besitzt der Düsenkörper 2 in üblicher Weise eine zentrisch ausgebildete Aufnahmebohrung 18, in die eine Düsennadel 4 eingesteckt ist. Diese Düsennadel 4 ist an ihrem freien Ende mit Betätigungssystemen (nicht dargestellt) verbunden, die entsprechend der Motorsteuerung mittels bestimmter Nadelhubverläufe Einspritzratenverläufe darstellen. Am stromabwärtigen Ende des Düsenkörpers 2 ist eine Sacklochdüse 19 ausgebildet, welche bei entsprechender Nadelhubstellung den Sammelraum 5 über die Düsenöffnungen 7 leitend mit dem Brennraum des Dieselmotors verbindet. Zur wahlweisen Unterbrechung bzw. Bildung dieser leitenden Verbindung, ist im Übergangsbereich von der Aufnahmebohrung 18 hin zur Sacklochdüse 19 im Düsenkörper 2 ein Ventilsitz 6 vorgesehen, auf dem das vordere komplementär ausgebildete Stirnende der Düsennadel 4 in Form eines Ventilkörpers aufsitzt.On the basis of these usual constructive designs of the connection and supply systems, which will not be discussed in more detail here, the device-related part of the invention relates to the design of the corresponding supply systems for the liquids brought together in the nozzle body 2 . The exemplary embodiment shown is an injection valve for a diesel engine with direct injection, in which the diesel fuel is supplied via an inlet bore 8 and water as additional liquid via an inlet bore 9 in corresponding flow rates of a collecting space 5 . With the aid of the device according to the invention in the nozzle body 2 , a homogeneous, fine mixing of the smallest liquid droplets of diesel and water is brought about. For this purpose, the nozzle body 2 has in the usual way a centrally formed receiving bore 18 , into which a nozzle needle 4 is inserted. At its free end, this nozzle needle 4 is connected to actuation systems (not shown) which, according to the motor control, represent injection rate profiles by means of certain needle stroke profiles. At the downstream end of the nozzle body 2 , a blind hole nozzle 19 is formed, which, with a corresponding needle stroke position, connects the collecting chamber 5 to the combustion chamber of the diesel engine via the nozzle openings 7 . For optional interruption or formation of this conductive connection, a valve seat 6 is provided in the transition area from the receiving bore 18 to the blind hole nozzle 19 in the nozzle body 2 , on which the front complementary front end of the nozzle needle 4 is seated in the form of a valve body.

Vom Nadelsitz 6 aus, kann die Aufnahmebohrung 18 grundsätzlich in zwei Teile unterteilt werden, nämlich den Aufnahmeraum 22 und die Nadelführung 21. Während die Nadelführung 21 paßgenau zu dem Außendurchmesser des Nadelteils 23 ausgebildet ist, um den Ventilkörper lagegenau auf den Nadelsitz 6 zu führen, ist der Durchmesser des stromabwärts daran anschließenden Aufnahmeraumes 22 größer als der Nadeldurchmesser des Nadelteils 24. Aufgrund dieser Durchmesserverhältnisse ist im Aufnahmeraum 22 zwischen der Wandung der Aufnahmebohrung 18 und der Zylindermantelfläche des Nadelteils 24 das hohlzylinderförmige Volumen des Aufnahmeraumes 22 ausgebildet. Dieser Aufnahmeraum 22 mündet an seinem stromabwärtigen Ende in die Sacklochdüse 19 und schließt mit seinem stromaufwärtigen Ende an den Sammelraum 5 an.From the needle seat 6 , the receiving bore 18 can in principle be divided into two parts, namely the receiving space 22 and the needle guide 21 . While the needle guide 21 is designed to fit the outer diameter of the needle part 23 in order to guide the valve body in an exact position on the needle seat 6 , the diameter of the receiving space 22 adjoining it downstream is larger than the needle diameter of the needle part 24 . Because of these diameter ratios, the hollow cylindrical volume of the receiving space 22 is formed in the receiving space 22 between the wall of the receiving bore 18 and the cylindrical surface of the needle part 24 . This receiving space 22 opens into the blind hole nozzle 19 at its downstream end and connects to the collecting space 5 with its upstream end.

Der Sammelraum 5 ist in dem Düsenkörper 2 im wesentlichen in Form einer durchmessergrößeren Ausnehmung über einen Längenabschnitt der Aufnahmebohrung 18 ausgebildet. Aufgrund der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gegebenen Durchmesserverhältnisse bildet der Übergang von der Sammelraum 5 zum Aufnahmeraum 22 eine ringförmige Drosselstelle für die daran vorbeiströmenden Flüssigkeiten. Auf der gegenüberliegenden Stirnfläche der Sammelraum 5 ragt der Nadelteil 23 in das Kammerinnere herein, wobei der in die Sammelraum 5 ragende Teil des Nadelteils 23 als Verjüngung ausgebildet ist und den Übergang zum Nadelteil 24 bildet.The collecting space 5 is formed in the nozzle body 2 essentially in the form of a larger-diameter recess over a length section of the receiving bore 18 . Because of the diameter ratios given in the exemplary embodiment shown, the transition from the collecting space 5 to the receiving space 22 forms an annular throttle point for the liquids flowing past it. On the opposite end face of the collecting space 5 , the needle part 23 protrudes into the chamber interior, the part of the needle part 23 projecting into the collecting space 5 being designed as a taper and forming the transition to the needle part 24 .

Der Übergang des Sammelraums 5 in den Aufnahmeraum 22 muß nicht zwingend als Drosselstelle ausgebildet sein; vielmehr kann die durchmessergrößere Sammelraum 5 in Form einer Verjüngung in den Aufnahmeraum 22 mit kleinerem Durchmesser übergehen. Grundsätzlich denkbar sind auch anders gestaltete düsenförmige Übergänge. Gemeinsamer Vorteil der genannten Ausbildungen ist, daß die in den Sammelraum 5 einmündenden Flüssigkeitsströme mit Hilfe solcher Übergänge eine Beschleunigung erfahren, durch die zusätzliche Turbulenzen erzeugt werden, die zur Durchmischung beider Emulsionspartner beitragen.The transition of the collecting space 5 into the receiving space 22 does not necessarily have to be designed as a throttle point; rather, the larger-diameter collecting space 5 can merge into the receiving space 22 with a smaller diameter in the form of a taper. In principle, differently designed nozzle-shaped transitions are also conceivable. A common advantage of the above-mentioned designs is that the liquid flows flowing into the collecting space 5 are accelerated with the aid of such transitions, by means of which additional turbulence is generated which contributes to the mixing of both emulsion partners.

Die Zuführung des Dieselbrennstoffes zum Sammelraum 5 erfolgt über eine Zulaufbohrung 8, welche in einem geringen Winkel zur Vertikalen ebenso wie die Zulaufbohrung 9 für das Wasser als Zusatzflüssigkeit, in dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Beide Zulaufbohrungen 8 und 9 sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht, in einem Umfangswinkel von 180° bzw. auf einer gemeinsamen Durchmesserlinie 26 bezüglich der Längsachse des Düsenkörpers 2 einander gegenüberliegend angeordnet. Die Mündungen beider Zulaufbohrungen 8 und 9 bilden die erfindungsgemäße Leiteinrichtung 27. Diese Leiteinrichtung 27 ist als Zuführkanal 12 für das Wasser und als Spiralkanal 10 für den Dieselbrennstoff dargestellt. Der Spiralkanal 10 und der Zuführkanal 12 sind hierbei in einer gemeinsamen horizontalen Ebene im Bereich des Sammelraums 5 im Düsenkörper 2 vorgesehen, wobei beide Kanäle 10, 12 entlang der Umfangsfläche des Sammelraums 5 münden.The diesel fuel is supplied to the collecting space 5 via an inlet bore 8 , which is formed in the nozzle body 2 at a small angle to the vertical, as is the inlet bore 9 for the water as additional liquid. As can be seen from FIG. 2, both inlet bores 8 and 9 are arranged opposite one another at a circumferential angle of 180 ° or on a common diameter line 26 with respect to the longitudinal axis of the nozzle body 2 . The mouths of both the feed holes 8 and 9 form the guide device according to the invention 27th This guide device 27 is shown as a feed channel 12 for the water and as a spiral channel 10 for the diesel fuel. The spiral channel 10 and the feed channel 12 are provided in a common horizontal plane in the area of the collecting space 5 in the nozzle body 2 , both channels 10 , 12 opening out along the circumferential surface of the collecting space 5 .

Die Anordnung beider Zulaufbohrungen 8 und 9 auf einer gemeinsamen Durchmesserlinie stellt hierbei eine ausgewählte Ausführungsform dar, die jedoch nicht zwingend zum Erreichen der erfindungsgemäßen Vorteile erforderlich ist. Die Zulaufbohrungen 8, 9 ebenso wie die Kanäle 10 und 12 können in Abhängigkeit der jeweiligen strömungsmechanischen Erfordernisse in beliebigen Umfangswinkeln zueinander vorgesehen sein, ohne daß dadurch das Wesen der Erfindung zwingend verändert würde.The arrangement of both inlet bores 8 and 9 on a common diameter line represents a selected embodiment, which is, however, not absolutely necessary to achieve the advantages according to the invention. The inlet bores 8 , 9 as well as the channels 10 and 12 can be provided in any circumferential angle to one another depending on the respective fluid-mechanical requirements, without this necessarily changing the essence of the invention.

Unter entsprechenden Strömungsgesichtspunkten kann es ferner vorteilhaft sein, die Mündungen 11 des Zuführkanals 12 im stromabwärtigen Abstand zum Spiralkanal 10, also auf unterschiedlichen Ebenen auszubilden, um damit die Zusatzflüssigkeit unmittelbar in den aufgrund der gegebenen geometrischen Ausbildung des Sammelraums 5 in Richtung Nadelsitz 6 abgedrängten Dieselstrom einleiten zu können.From the relevant flow point of view, it can also be advantageous to form the orifices 11 of the feed channel 12 at a downstream distance from the spiral channel 10 , that is to say on different levels, in order to thereby introduce the additional liquid directly into the diesel stream which is forced towards the needle seat 6 due to the given geometric configuration of the collecting space 5 to be able to.

Besondere Vorteile bietet eine solche Mündungsanordnung auf verschiedenen Ebenen im Zusammenhang mit der Bildung einer Ladung aus Emulsionen mit unterschiedlichen Konzentrationen von Diesel und Zusatzflüssigkeit, z. B. Wasser, während eines Arbeitsspiels, weil hierdurch der Dieselstrom zunächst ungestört in Drall versetzt und erst kurz darunter die gewünschte Zusatzflüssigkeitsmenge quasi zudotiert werden kann.Such a muzzle arrangement at different levels in the Relation to the formation of a charge from emulsions with different Concentrations of diesel and make-up liquid, e.g. B. water during a Working cycle, because this causes the diesel flow to start swirling undisturbed and only then shortly below, the desired amount of additional liquid can be quasi doped.

Wesentlich hierbei ist, daß sowohl der Spiralkanal 10 als auch der Zufuhrkanal 12 stromabwärts von einer horizontalen Prallfläche 28, 29 für den jeweils aus den Zulaufbohrungen 8, 9 austretenden Flüssigkeitsstrahl definiert sind. Gleichzeitig stellen diese Übergangsbereiche Engstellen dar, durch die die jeweiligen Flüssigkeitsströme zusätzlich beschleunigt werden. Bei der hier dargestellten Anordnung, trifft der Dieselstrahl im wesentlichen senkrecht auf die Prallfläche 29 und der Wasserstrahl senkrecht auf die Prallfläche 28, wodurch die kinetische Energie der jeweils über die Zulautbohrungen 8 und 9 zugeführten Flüssigkeitsströme als Verwirbelungsenergie auf kleinste Flüssigkeitströpfchen übergeht. Dadurch werden beide Flüssigkeiten bereits unmittelbar nach Zuführung in den jeweiligen Kanal 10 oder 12 in ein hochturbulentes Fluid umgesetzt, bevor sie in dem Sammelraum 5 aufeinandertreffen.It is essential here that both the spiral duct 10 and the feed duct 12 are defined downstream of a horizontal baffle surface 28 , 29 for the liquid jet emerging from the inlet bores 8 , 9 . At the same time, these transition areas represent bottlenecks through which the respective liquid flows are additionally accelerated. In the arrangement shown here, the diesel jet strikes the baffle surface 29 substantially perpendicularly and the water jet perpendicularly to the baffle surface 28 , whereby the kinetic energy of the liquid streams supplied via the inlet bores 8 and 9 passes as swirling energy to the smallest liquid droplets. As a result, both liquids are converted into a highly turbulent fluid immediately after being fed into the respective channel 10 or 12 before they meet in the collecting space 5 .

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mündet der Spiralkanal 10 über einen größeren Umfangswinkelbereich in den Sammelraum 5 als der Zufuhrkanal 12, wodurch bei gleichen Druckverhältnissen eine größere Menge an Dieselbrennstoff in den Sammelraum 5 gefördert werden kann als Zusatzflüssigkeit über den Zufuhrkanal 12. Abgesehen von den Querschnittsflächenverhältnissen des Spiralkanals 10 und des Zufuhrkanals 12, stellt deren räumliche Gestaltung und Lage den Kern der Erfindung dar. Wesentlich hierbei ist die Lage der Mündungsflanken 13, 14, 15, 16 als Begrenzung für die Flüssigkeitsströme in Umfangsrichtung. Diese Anordnung der Mündungsflanken ist zusammen mit der zuvor beschriebenen Ausbildung der Prallflächen 28 und 29 senkrecht zum Zuführstrom bestimmend für die sich in dem Sammelraum 5 einstellenden Strömungsverhältnisse. Erfindungsgemäßes Ziel der Formgebung der Mündungsflanken 13, 14, 15, 16 ist die Erzeugung zweier gerichteter Flüssigkeitsströme, welche möglichst unstetig aufeinander treffen, um damit eine bestmögliche Durchmischung beider Flüssigkeiten zu erreichen.In the exemplary embodiment shown, the spiral duct 10 opens out into the collecting space 5 over a larger circumferential angle range than the supply duct 12 , whereby a larger amount of diesel fuel can be conveyed into the collecting space 5 at the same pressure conditions as additional liquid via the supply duct 12 . Apart from the cross-sectional area ratios of the spiral channel 10 and the feed channel 12 , their spatial design and position represent the core of the invention. What is essential here is the position of the mouth flanks 13 , 14 , 15 , 16 as a limitation for the liquid flows in the circumferential direction. This arrangement of the mouth flanks, together with the previously described configuration of the baffles 28 and 29 perpendicular to the feed stream, determines the flow conditions that occur in the collecting space 5 . The aim of the shaping of the mouth flanks 13 , 14 , 15 , 16 according to the invention is to generate two directed liquid flows which meet one another as discontinuously as possible in order to achieve the best possible mixing of the two liquids.

Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies eine sich um eine Vertikalachse drehende Strömung und eine Linearströmung, welche in radialer Richtung auf die Drehströmung auftrifft. Hierbei ist es grundsätzlich unerheblich, ob der Dieselbrennstoff oder das zugeführte Wasser in Drehung versetzt wird. Wesentlich ist das Aufeinandertreffen unterschiedlich gerichteter Strömungen. Aus dem Funktionsablauf des Einspritzventils während der Förderphase ergibt es sich allerdings als vorteilhaft, wenn der Dieselstrom in Drehung versetzt und das Wasser diesem dann zugeführt wird. Die Drehbewegung des Diesel-Brennstoffs wird mittels des Beschleunigungskanals 10 insbesondere durch dessen Mündungsflanke 16 erreicht. Diese Mündungsflanke 16 geht stetig in die Umtangswandung des Sammelraums 5 über, während die dieser gegenüberliegende Mündungsflanke 15 des Spiralkanals 10 mit scharfkantigem Übergang an den Sammelraum 5 anschließt. Durch die Form und Lage dieser beiden Mündungsflanken 15, 16 in Umfangsrichtung, wird dem durch die Zulaufbohrung 8 geförderten Dieselstrom eine Umfangskomponente aufgezwungen, welche eine Dieselströmung mit Strömungsrichtung 17 zunächst entlang der Mündungsflanke 16 und dann entlang der Wandung des Sammelraums 5 erzeugt und die dem Sammelraum 5 zugeführte und darin befindliche Ladung in eine Drehbewegung um die Längsachse versetzt.In the present exemplary embodiment, this is a flow rotating about a vertical axis and a linear flow which strikes the rotary flow in the radial direction. It is basically irrelevant here whether the diesel fuel or the water supplied is rotated. The encounter of differently directed currents is essential. From the functional sequence of the injection valve during the delivery phase, however, it is advantageous if the diesel stream is rotated and the water is then fed to it. The rotary movement of the diesel fuel is achieved by means of the acceleration channel 10, in particular through its mouth flank 16 . This mouth flank 16 merges continuously into the Umtangswandung of the collecting space 5, while the opposite mouth flank 15 joins the spiral channel 10 with a sharp transition at the plenum. 5 Due to the shape and position of these two mouth flanks 15 , 16 in the circumferential direction, a circumferential component is imposed on the diesel flow conveyed through the inlet bore 8 , which component generates a diesel flow with flow direction 17 first along the mouth flank 16 and then along the wall of the collecting space 5 and that of the collecting space 5 fed and located charge in a rotary movement about the longitudinal axis.

In den in dieser Weise in den Sammelraum 5 geförderten Dieselbrennstoff wird über den der Dieselzuführung um 180° versetzt angeordneten Zuführkanal 12 im Bereich dessen Mündung 11, der Wasserstrom in radialer Richtung unter hohen Druck eingespritzt.In the promoted in this way into the collecting chamber 5 Diesel fuel added through the diesel supply 180 ° arranged supply channel 12 in the region of its mouth 11, the water flow in the radial direction under high pressure is injected.

Bei dieser Form der Zusammenführung beider Flüssigkeitsströme wird also die Zusatzflüssigkeit kontinuierlich in den sich an der Mündung 11 vorbeibewegenden Diesel-Brennstoffstrom eingespritzt, wodurch einerseits eine gleichmäßige, mengenmäßige Verteilung beider Flüssigkeiten miteinander erreicht wird andererseits, aufgrund der unterschiedlichen Strömungsrichtungen beider Flüssigkeitsströme, ein zusätzlicher Verwirbelungseffekt beider Flüssigkeitsströme geschaffen wird. Die miteinander vermischte Brennstoff-Wasserladung wird durch den stetig nachgeförderten Kraftstoffstrom an der Mündung 11 vorbei gedrängt und strömt weiterhin mit einer Drehung beaufschlagt aus dem Sammelraum 5 in den Aufnahmeraum 22.With this form of combining the two liquid flows, the additional liquid is thus continuously injected into the diesel fuel flow moving past the mouth 11 , whereby on the one hand a uniform, quantitative distribution of the two liquids with one another is achieved, and on the other hand, due to the different flow directions of the two liquid flows, an additional swirling effect of both Liquid flows is created. The fuel-water charge mixed with one another is pushed past the mouth 11 by the steadily replenished fuel flow and continues to flow with a rotation from the collecting space 5 into the receiving space 22 .

Bei jeder Einspritz- bzw. Förderphase wird Diesel und die Zusatzflüssigkeit, wie z. B. Wasser, in den Düsenkörper eingebracht, wobei erfindungsgemäß die sich darin einstellende Dieselströmung quasi als Motor des Emulgierprozesses dient. Sobald sich aufgrund der stetigen Nachförderung der Flüssigkeiten bestimmte Druckverhältnisse in dem Sammelraum 5 und dem Aufnahmeraum 22 gebildet haben, kann bei entsprechender Steuerung, die Düsennadel 4 in Verschieberichtung 25 nach oben und damit vom Ventilsitz 6 wegverschoben werden, wodurch die Einspritzung der homogenen Emulsion in den Brennraum einsetzt.At each injection or delivery phase, diesel and the additional liquid, such as. B. water, introduced into the nozzle body, according to the invention, the diesel flow which is established therein serves as a motor of the emulsification process. As soon as due to the constant Nachförderung liquids certain pressure conditions in the collecting chamber 5 and the receiving space have formed 22, the nozzle needle 4 in the direction of displacement 25, given an appropriate control upwards and pushed away so that the valve seat 6, whereby the injection of the homogeneous emulsion in the Combustion chamber.

BezugszeichenlisteReference list

1 Einspritzventil
2 Düsenkörper
3 Düsenhalter
4 Düsennadel
5 Sammelraum
6 Nadelsitz
7 Düsenöffnung
8 Zulaufbohrung/Brennstoff
9 Zulaufbohrung/Wasser
10 Spiralkanal
11 Mündung
12 Zuführkanal
13 Mündungsflanke
4 Mündungsflanke
15 Mündungsflanke
16 Mündungsflanke
17 Strömungsrichtung
18 Aufnahmebohrung
19 Sacklochdüse
20 Druckfläche
21 Nadelführung
22 Aufnahmeraum
23 Nadelteil
24 Nadelteil
25 Verschieberichtung
26 Durchmesser
27 Leiteinrichtung
28 Prallfläche
29 Prallfläche 1 fuel injector
2 nozzle bodies
3 nozzle holders
4 nozzle needles
5 collecting room
6 needle seat
7 nozzle opening
8 inlet bore / fuel
9 Inlet well / water
10 spiral channel
11 mouth
12 feed channel
13 muzzle flank
4 muzzle flank
15 muzzle flank
16 muzzle flank
17 flow direction
18 location hole
19 blind hole nozzle
20 printing area
21 needle guide
22 recording room
23 needle part
24 needle part
25 direction of displacement
26 diameter
27 control device
28 baffle
29 baffle

Claims

1. Injection nozzle for diesel engines consisting of a nozzle body ( 2 ) with

- A coaxial receiving bore ( 18 ) for
a nozzle needle ( 4 ) which is slidably inserted in the longitudinal direction and which forms a needle seat ( 6 ) with its front end together with the nozzle body ( 2 ) and optionally releases or closes a flow cross section to the nozzle opening ( 19 ),
- an inlet bore ( 8 ) for fuels,
- An inlet bore ( 9 ) for an additional liquid, both ( 8 ), ( 9 ) in
an annular collecting space ( 5 ) opens in front of the needle seat ( 6 ), which is also arranged coaxially with respect to the receiving bore,
characterized in that the inlet bore ( 8 ) for the fuel opens tangentially to form a constriction and the inlet bore ( 9 ) for the additional liquid radially into the collecting space ( 5 ).

2. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the mouths of the inlet bores ( 8 , 9 ) for the fuel and for the additional liquid essentially end at a mutual circumferential angle of 180 ° in the collecting space ( 5 ) of the nozzle body ( 2 ).

3. Injection nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the inlet bore ( 9 ) for the additional liquid opens at a downstream distance to the inlet bore ( 8 ) for the fuel in the nozzle body ( 2 ).

4. Injection nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mouth of the inlet bore ( 8 ) of the fuel is designed as a spiral channel ( 10 ), the constriction as a substantially right-angled transition of the inlet bore ( 8 ) in the spiral channel ( 10 ) is shown.

5. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the collecting space ( 5 ) opens into a divergent transition in a downstream of this adjoining receiving space ( 22 ).