EP1978241A1 - Zerstäuberanordnung zur Abgabe eines fein zerstäubten Fluids - Google Patents

Zerstäuberanordnung zur Abgabe eines fein zerstäubten Fluids Download PDF

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EP1978241A1
EP1978241A1 EP08101568A EP08101568A EP1978241A1 EP 1978241 A1 EP1978241 A1 EP 1978241A1 EP 08101568 A EP08101568 A EP 08101568A EP 08101568 A EP08101568 A EP 08101568A EP 1978241 A1 EP1978241 A1 EP 1978241A1
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EP
European Patent Office
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spray
opening
arrangement according
antechamber
fluid
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EP08101568A
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English (en)
French (fr)
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EP1978241B1 (de
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Joerg Heyse
Hartmut Albrodt
Kerstin Koch
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F02M61/1853—Orifice plates

Definitions

  • the invention relates to an atomizer arrangement for dispensing a finely atomized fluid, with at least one spray opening for dispensing a fan jet of the fluid.
  • Atomizer arrangements of the type mentioned are known. Modern fluid injection systems, for example, for fuel or exhaust aftertreatment fluids, such as urea-water solutions, require that a fluid be finely atomized during injection. In particular, in the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine, for example, a reduction effect for NO x only with a well-atomized reducing agent fluid, such as Ad Blue, sufficiently high.
  • Known atomizer arrangements generally have one or more spray-hole bores for atomizing the fluid for this purpose.
  • the DE 10 2005 007 805 A1 discloses an atomizer structure having a flow passage for supplying a fluid to ejection openings formed in the flow passage, the ejection openings being covered in the flow direction by material bridges.
  • inflowing fluid is divided into individual streams, which flow around the material bridge and meet again between material bridge and spray openings before penetrating the spray opening and collide head-on.
  • an antechamber which can be flowed through directly and which effects a collision flow of the fluid directly in front of the injection orifice is trained.
  • an antechamber is provided, which causes a collision flow of the fluid.
  • This vestibule is partially directly flowed through by the fluid to be atomized along a direct fürströmungspfads.
  • the antechamber is designed in such a way that a fluid flowing into the antechamber is partially deflected in such a way that a collision flow arises.
  • a collision flow is to be understood as a flow in which at least two flow paths of the fluid in the antechamber are generated in such a way that they meet one another or collide with one another.
  • at least two flow paths deflected in the antechamber collide with one another and with the direct flow path in the region of the injection opening. Since the collision flow is generated immediately before the injection orifice, and since the antechamber can be flowed through directly, the direct flow-through path causes the different flow paths to essentially collide with one another in the injection orifice. A purely frontal collision of currents is thereby advantageously prevented, so that no flow energy is lost. As an evasive movement, the fluid spreads downstream of the collision flow as a fan beam.
  • the advantageous embodiment ensures that a particularly favorable fan beam propagation is formed and the fluid is atomized very finely. Due to the direct flow path, the fan beam reaches a particularly wide penetration depth.
  • the fan jet is thus both extremely finely atomized due to the advantageous embodiment of the atomizer arrangement and, moreover, also achieves a wide penetration depth or jet length.
  • the injection orifice is formed on a spray-off structure, in particular spray-on plate.
  • the Abspritz designed or Abspritzplatte can be integrated in a simple manner, for example in an injection valve or in a metering valve.
  • the Abspritz Cook Design and the Anström Cook are formed directly integrally with each other. This can be prevented in a particularly simple manner, an unwanted outflow of fluid between Abspritz réelle and Anström Cook. In addition, a particularly simple assembly of the atomizer assembly results.
  • the ejection opening is a slot opening.
  • the (fan) shape of the atomized fluid jet is essentially predetermined, and on the other hand, a particularly favorable collision flow for the atomization of the fluid is made possible by the slot-shaped spray opening.
  • the colliding flow paths of the fluid generated or directed by the antechamber extend perpendicular to the longitudinal extension of the slot opening.
  • the vestibule is designed as a rotationally symmetrical vestibule or as a slit vestibule.
  • a favorable for the atomization collision flow is made possible in a simple manner.
  • the ejection opening is designed as a slot opening and the antechamber as a slot antechamber
  • the geometric longitudinal extension of the slot opening extends transversely to the geometric longitudinal extension of the slot antechamber.
  • the slot opening and the slot antechamber are thus advantageously perpendicular or at an acute or obtuse angle one above the other, wherein a flow cross-section, is formed by the overlapping cross section of slot opening and Schlitzvorraum.
  • the slot antechamber directs or channels the fluid to the slot opening or the exposed flow cross-section. On both sides of the flow cross-section thereby the converging flow paths, which collide in the flow cross-section.
  • the walls in the spray orifices thus diverge in the direction of flow.
  • the ejection opening has a concave opening base, viewed in the flow direction.
  • the antechamber has walls which converge toward one another in the (direct) flow direction, whereby the fluid is directed in a particularly advantageous manner and the colliding flow paths are generated.
  • the converging walls of the antechamber are expediently walls which are aligned parallel to the longitudinal extent of the antechamber designed as a slot antechamber.
  • At least two ejection openings are provided. As a result, two fan beams are generated, and increases a possible volume flow of the fluid.
  • the at least two ejection openings are designed to be divergent in a spouting manner.
  • two spray openings designed as slit openings a further sputtering advantage arises, wherein the divergent co-spraying ensures that the fan beams do not suck each other for aerodynamic reasons, whereby the sputtering result would be worsened.
  • two mutually divergently spraying spray-orifices are obtained, in which two slit openings are closer to the - seen in the longitudinal direction - ends of Schlitzvorraums as at the center.
  • a greater volume of fluid is directed to the slot openings than from the ends thereof.
  • the at least two ejection openings are inclined relative to one another in order to generate divergent fan beams.
  • FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of an advantageous atomizer arrangement 1 in a plan view of an inflow side 2 (FIG. Figure 1A ) and on a discharge side 3 ( FIG. 1 B) ,
  • the substantially circular atomizer assembly 1 consists of a in the FIG. 2 illustrated, formed as a Anströmplatte 4 Anström Modell 5 and one in the FIG. 3
  • the spray plate 4 has a slot-shaped opening 8, which is formed centrally in the Anströmplatte 4.
  • Abspritzplatte 6 has two mutually parallel, as slot openings 9 and 10 formed, spray openings 11 and 12. Of course, even more spray holes could be seen before.
  • the spray plate 6 and the Anströmplatte 4 superimposed on the atomizer 1, wherein the spray plate 6 and the Anströmplatte 4 are aligned such that the geometric longitudinal extension of the slot openings 9 and 10 of the spray plate 6 transversely or perpendicular to the geometric longitudinal extension of the opening 8 of Run on the flow plate. This results in overlapping regions of the opening 8 with the slot openings 9 and 10, which each form a flow cross-section 13, 14.
  • the opening 8 of the Anströmplatte 4 by resting the Anströmplatte 4 on the spray plate 6, an antechamber 15 which is due to the slit-shaped design of the opening 8 is a Schlitzvorraum 16.
  • FIG. 4A shows a sectional view of the atomizer assembly 1 along in the Figure 1A marked line AA.
  • FIG. 4A shows the superimposed Anströmplatte 4 and spray plate 6 in a sectional view along the longitudinal extent of the opening 8.
  • the opening 8 intersects with the slot openings 9 and 10
  • the antechamber 15 or slot vestibule 16 can be flowed through directly by a liquid medium in the direction of the arrows 17, ie without deflection.
  • FIG. 4B shows a sectional view of the atomizer assembly 1 along in the Figure 1A drawn section line BB, which extends along the longitudinal extension of the slot opening 10 of the spray plate 6.
  • the fan-like propagation or expansion of the jet in the direction of flow is indicated by arrows 19.
  • a particularly finely atomized fluid is also produced in aqueous fluids, such as reducing agents such as Add-Blue.
  • Water has a relatively high surface tension, which hinders a jet disintegration or the lateral expansion of a jet in the flow direction. Compared to gasoline, for example, water has a surface tension that is 3 times higher.
  • the ejection openings 11, 12 or slot openings 9, 10 of the spray plate 6 are formed so as to be spaced parallel to one another such that the fan beams generated are generated divergently relative to one another, as already described above.
  • the spray plate 6 and the Anströmplatte 4 are integrally formed with each other.
  • FIGS. 5A to 8B show a further embodiment of the atomizer assembly 1, which substantially corresponds to the embodiment described in the preceding figures, so that only the differences should be discussed here.
  • the spray plate 6 and the Anströmplatte 4 are each formed by a square silicon plate 20, 21.
  • the opening 8 and the slot openings 9 and 10 are prepared by wet etching of the silicon or silicon plates 20, 21.
  • oblique slot walls 22, 23 and 24 are formed obliquely along the crystal plane of the silicon.
  • FIGS. 5A and 5B show the atomizer assembly 1 in a plan view of the inflow side 2 ( FIG. 5A ) and on the discharge side 3 ( FIG. 5B ).
  • FIG. 6 shows the Anströmplatte 4 formed by the silicon plate 20, and the FIG. 7 the spray plate 6 formed by the silicon plate 21 in a plan view.
  • the silicon plate 20 and the silicon plate 21 so placed on each other that the slot walls 24 and 22 and 23 - seen in cross-section - as in the Figure 8A represented are widening / diverging away from the support plane away.
  • the FIG. 8B shows the atomizer assembly 1 of Figures 5A in a further sectional view along the section line DD.
  • the silicon plates 20, 21 have particularly smooth surfaces.
  • the wet-etched opening 8 and the wet-etched slot openings 9 and 10 have correspondingly smooth surfaces. From the resulting low surface adhesion, the surfaces of the spray plate 6 and the Anströmplatte 4 dirt or deposit repellent act.
  • This has particular advantages in the use of the atomizer assembly 1 in an injection or metering valve which is exposed to high heat and / or soot.
  • silicon withstands high temperatures.
  • silicon is chemically resistant, so that the atomizer assembly 1 is not attacked by a fluid to be injected, such as Add-Blue.
  • FIGS. 9A and 9B show in a further embodiment, an integrally formed atomizer assembly 25 in a cross-sectional view ( Figure 9A ) and in a longitudinal section ( FIG. 9B ).
  • the atomizer assembly 25 is formed substantially circular cylindrical and has a rotationally symmetrical vestibule 26 with a planar base 27, which is formed substantially perpendicular to a direction indicated by the arrow 28 flow direction.
  • the nebulizer assembly 25 has an ejection port 28 formed as a slit opening 29 as shown in FIG FIG. 9B shown.
  • the antechamber 26 can be at least partially directly flowed through by a fluid in the direction of the arrow 30. Due to the rotationally symmetrical design and the planar base 27 of the antechamber 26, a collision flow is generated, which leads to an advantageous fan beam, as described in the preceding embodiments.
  • FIG. 10A and 10B show in a cross-sectional representation ( Figure 10A ) and in a longitudinal representation ( FIG. 10B ) Another embodiment of a one-piece atomizer assembly 25, which substantially the Atomizer assembly 25 of the Figures 9A and 9B corresponds, so that only the essential differences should be discussed here.
  • the vestibule 26 has a convex-shaped base 27.
  • the injection opening 28 is, as in the FIG. 10B shown, also formed as a slot opening 29, with the difference that they have a concave curved opening base - seen in the longitudinal direction - and - seen in cross section - in the injection direction (30) widening / diverging opening walls 32 has.
  • the spray opening 28 can be created, for example, in a simple manner by means of a disk cutter.
  • the rotationally symmetrical vestibule 26 with a flat or convex base 27 is easy and inexpensive to produce by a bore.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view of the atomizer assembly 25 of Figures 9A and 9B with the difference that two ejection openings 28 or slot openings 29 are provided, which are advantageously designed divergently to each other spouting, so that the generated fan beams do not affect each other negatively, as already described above.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional view of the atomizer assembly of Figures 10A and 10B with the difference that two parallel aligned spray openings 28 and slot openings 29 are provided, which are also advantageously aligned with each other divergent spurting.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberanordnung zur Abgabe eines fein zerstäubten Fluids, mit wenigstens einer Abspritzöffnung zur Abgabe eines Fächerstrahls des Fluids. Es ist vorgesehen, dass unmittelbar vor der Abspritzöffnung (11, 12; 28) ein direkt durchströmbarer, eine Kollisionsströmung des Fluids bewirkender Vorraum (15; 26) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberanordnung zur Abgabe eines fein zerstäubten Fluids, mit wenigstens einer Abspritzöffnung zur Abgabe eines Fächerstrahls des Fluids.
    • Stand der Technik
  • Zerstäuberanordnungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Moderne Fluid-Einspritzsysteme, beispielsweise für Kraftstoff- oder Abgasnachbehandlungsflüssigkeiten, wie zum Beispiel Harnstoff-Wasserlösungen, verlangen, dass ein Fluid beim Einspritzen fein zerstäubt wird. Insbesondere bei der Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise eine Reduktionswirkung für NOx nur bei einem gut zerstäubten Reduktionsmittel-Fluid, wie zum Beispiel Ad Blue, ausreichend hoch. Bekannte Zerstäuberanordnungen weisen dafür in der Regel eine oder mehrere Spritzlochbohrungen zum Zerstäuben des Fluids auf.
  • Die DE 10 2005 007 805 A1 offenbart eine Zerstäuberstruktur mit einem Strömungskanal zur Zuleitung eines Fluids zu Abspritzöffnungen, die in dem Strömungskanal ausgebildet sind, wobei die Abspritzöffnungen in Durchströmungsrichtung gesehen von Materialbrücken abgedeckt sind. Hierdurch wird anströmendes Fluid in einzelne Ströme geteilt, die die Materialbrücke umspülen und zwischen Materialbrücke und Abspritzöffnungen vor dem Durchdringen der Abspritzöffnung wieder aufeinander treffen und frontal kollidieren.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass unmittelbar vor der Abspritzöffnung ein direkt durchströmbarer, eine Kollisionsströmung des Fluids bewirkender Vorraum ausgebildet ist. Unmittelbar vor der Abspritzöffnung ist also ein Vorraum vorgesehen, der eine Kollisionsströmung des Fluids bewirkt. Dieser Vorraum ist von dem zu zerstäubenden Fluid entlang eines direkten Durchströmungspfads teilweise direkt durchströmbar. Der Vorraum ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass ein in den Vorraum einströmendes Fluid teilweise derart umgelenkt wird, dass eine Kollisionsströmung entsteht. Unter einer Kollisionsströmung ist hierbei eine Strömung zu verstehen, bei der zumindest zwei Strömungspfade des Fluids in dem Vorraum derart erzeugt werden, dass sie aufeinander treffen beziehungsweise miteinander kollidieren. Vorteilhafterweise kollidieren mindestens zwei im Vorraum umgelenkte Strömungspfade im Bereich der Abspritzöffnung miteinander und mit dem direkten Durchströmungspfad. Da die Kollisionsströmung unmittelbar vor der Abspritzöffnung erzeugt wird, und da der Vorraum direkt durchströmbar ist, bewirkt der direkte Durchströmungspfad, dass die unterschiedlichen Strömungspfade im Wesentlichen in der Abspritzöffnung miteinander kollidieren. Eine rein frontale Kollision von Strömungen wird dabei vorteilhafterweise verhindert, sodass keine Strömungsenergie verloren geht. Als Ausweichsbewegung spreizt sich das Fluid stromabwärts der Kollisionsströmung als Fächerstrahl auf. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung wird erreicht, dass eine besonders günstige Fächerstrahlausbreitung entsteht und das Fluid besonders fein zerstäubt wird. Aufgrund des direkten Strömungspfades erreicht der Fächerstrahl eine besonders weite Durchdringungstiefe. Der Fächerstrahl ist also aufgrund der vorteilhaften Ausbildung der Zerstäuberanordnung sowohl äußerst fein zerstäubt und erreicht darüber hinaus auch noch eine weite Durchdringungstiefe beziehungsweise Strahllänge.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Abspritzöffnung an einer Abspritzstruktur, insbesondere Abspritzplatte, ausgebildet. Die Abspritzstruktur beziehungsweise Abspritzplatte kann auf einfache Art und Weise beispielsweise in einem Einspritzventil oder in einem Dosierventil integriert werden.
  • Bevorzugt ist der Vorraum an einer Anströmstruktur, insbesondere Anströmplatte ausgebildet. Dadurch kann der Vorraum auf einfache Art und Weise, zusätzlich oder alternativ zu der Abspritzstruktur in dem Einspritzventil oder Dosierventil integriert werden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Abspritzstruktur benachbart zur Anströmstruktur, insbesondere aneinanderliegend benachbart oder unmittelbar einstückig miteinander ausgebildet. Die Abspritzstruktur und die Anströmstruktur sind also in einer vorteilhaften Ausführungsform direkt aneinanderliegend benachbart ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch die bereits erwähnte Ausbildung der Abspritzstruktur als Abspritzplatte und der Anströmstruktur als Anströmplatte realisiert werden. Hierbei müssen die beiden Platten, Abspritzplatte und Anströmplatte, lediglich aufeinander gelegt und gegebenenfalls aneinander befestigt werden. Die so gebildete Zerstäuberanordnung ist einfach verwendbar für Einspritz- oder Dosierventile. Eine Öffnung in der Anströmplatte bildet dann im montierten Zustand der Zerstäuberanordnung den Vorraum. Durch die Ausbildung als Abspritzplatte und Anströmplatte ist die Herstellung einfach und kostengünstig. In einer alternativen Ausführungsform sind die Abspritzstruktur und die Anströmstruktur unmittelbar einstückig miteinander ausgebildet. Hierdurch kann auf besonders einfache Art und Weise ein ungewolltes Ausströmen von Fluid zwischen Abspritzstruktur und Anströmstruktur verhindert werden. Darüber hinaus ergibt sich eine besonders einfache Montage der Zerstäuberanordnung.
  • Zweckmäßigerweise ist die Abspritzöffnung eine Schlitzöffnung. Dadurch wird zum Einen die (Fächer-) Form des zerstäubten Fluidstrahls im Wesentlichen vorgegeben, und zum Anderen wird durch die schlitzförmige Abspritzöffnung eine besonders günstige Kollisionsströmung für die Zerstäubung des Fluids ermöglicht. Vorteilhafterweise verlaufen dazu die von dem Vorraum erzeugten beziehungsweise gelenkten kollidierenden Strömungspfade des Fluids senkrecht zu der Längserstreckung der Schlitzöffnung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Vorraum als rotationssymmetrischer Vorraum oder als Schlitzvorraum ausgebildet. Vorteilhafterweise weist insbesondere der rotationssymmetrische Vorraum einen ebenen oder einen - in Durchströmungsrichtung gesehen - konvexen, die Abspritzöffnung aufweisenden Grund auf. Hierdurch wird eine für die Zerstäubung günstige Kollisionsströmung auf einfache Art und Weise ermöglicht.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, bei der die Abspritzöffnung als Schlitzöffnung und der Vorraum als Schlitzvorraum ausgebildet sind, verläuft die geometrische Längserstreckung der Schlitzöffnung quer zu der geometrischen Längserstreckung des Schlitzvorraums. Die Schlitzöffnung und der Schlitzvorraum liegen somit vorteilhafterweise senkrecht oder in einem spitzen oder stumpfen Winkel übereinander, wobei ein Durchströmungsquerschnitt, durch den Überlagerungsquerschnitt von Schlitzöffnung und Schlitzvorraum gebildet wird. Der Schlitzvorraum leitet beziehungsweise kanalisiert das Fluid auf die Schlitzöffnung beziehungsweise den freiliegenden Durchströmungsquerschnitt zu. Beidseitig des Durchströmungsquerschnitts entstehen dadurch die aufeinander zulaufenden Strömungspfade, die in dem Durchströmungsquerschnitt kollidieren. Durch den direkten Durchströmungspfad, der direkt durch den Vorraum beziehungsweise Schlitzvorraum und weiter direkt durch die Abspritzöffnung beziehungsweise den Durchströmungsquerschnitt führt, kollidieren die Durchströmungspfade, wie bereits beschrieben, im Wesentlichen in der Abspritzöffnung, sodass ein besonders feiner und weit reichender Fächerstrahl erzeugt wird.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Abspritzöffnung - im Querschnitt gesehen - parallel verlaufende Öffnungswandungen und/oder sich in Spritzrichtung erweiternde Öffnungswandungen auf. Dies fördert die Ausbreitung des Fächerstrahls und die Zerstäubung des Fluids. Die Wandungen in den Abspritzöffnungen divergieren somit in Durchströmungsrichtung. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist - im Längsschnitt gesehen - die Abspritzöffnung einen - in Durchströmungsrichtung gesehen- konkav geformten Öffnungsgrund auf. Alternativ oder zusätzlich weist der Vorraum Wandungen auf, die in (direkter) Durchströmungsrichtung zueinander konvergierend verlaufen, wodurch das Fluid besonders vorteilhaft gelenkt und die kollidierenden Strömungspfade erzeugt werden. Wobei die konvergierenden Wandungen des Vorraums zweckmäßigerweise Wandungen sind, die parallel zu der Längserstreckung des als Schlitzvorraum ausgebildeten Vorraums ausgerichtet sind.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind mindestens zwei Abspritzöffnungen vorgesehen. Hierdurch werden zwei Fächerstrahlen erzeugt, und ein möglicher Volumenstrom des Fluids erhöht.
  • Vorteilhafterweise sind die mindestens zwei Abspritzöffnungen zueinander divergierend ausspritzend ausgebildet. Durch zwei als Schlitzöffnungen ausgebildete Abspritzöffnungen entsteht ein weiterer Zerstäubungsvorteil, wobei das divergierende Zueinanderabspritzen gewährleistet, dass sich die Fächerstrahlen nicht aus aerodynamischen Gründen gegenseitig ansaugen, wodurch das Zerstäubungsergebnis verschlechtert werden würde. Bevorzugt werden zwei zueinander divergierend ausspritzende Abspritzöffnungen erhalten, in dem zwei Schlitzöffnungen näher an den - in Längserstreckung gesehen - Enden des Schlitzvorraums liegen als an dessen Zentrum. Somit wird aus dem Zentrum des stromaufwärtigen Schlitzvorraums ein höheres Fluidvolumen zu den Schlitzöffnungen geführt, als von dessen Enden. Als Folge entsteht bei der Kollision der jeweiligen Strömungspfade in den Schlitzöffnungen ein lmpulsungleichgewicht, das zu einem nach außen gerichteten Abkippen der Fächerstrahlebene des erzeugten Fächerstrahls führt. Alternativ oder zusätzlich dazu sind die mindestens zwei Abspritzöffnungen geneigt zueinander ausgebildet, um zueinander divergierende Fächerstrahlen zu erzeugen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung soll anhand einiger Figuren näher erläutert werden. Dazu zeigen im Folgenden
    • Figuren 1A und 1 B
    ein Ausführungsbeispiel einer Zerstäuberanordnung in unterschiedlichen Ansichten,
    Figur 2
    eine Anströmplatte in einer Draufsicht,
    Figur 3
    eine Abspritzplatte in einer Draufsicht,
    Figuren 4A und 4B
    unterschiedliche Schnittdarstellungen der Zerstäuberanordnung aus den Figuren 1A und 1B,
    Figuren 5A und 5B
    ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zerstäuberanordnung in unterschiedlichen Ansichten,
    Figur 6
    eine Anströmplatte aus Silizium in einer Draufsicht,
    Figur 7
    eine Abspritzplatte aus Silizium in einer Draufsicht,
    Figuren 8A und 8B
    unterschiedliche Schnittdarstellungen der Zerstäuberanordnung aus den Figuren 5A und 5B,
    Figuren 9A und 9B
    ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine vorteilhafte Zerstäuberanordnung mit einer Abspritzöffnung,
    Figuren 10A und 10B
    ein weiteres Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Zerstäuberanordnung mit einer Abspritzöffnung,
    Figur 11
    ein Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Zerstäuberanordnung mit zwei Abspritzöffnungen und
    Figur 12
    ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zerstäuberanordnung mit zwei Abspritzöffnungen.
    Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Die Figuren 1A und 1Bzeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Zerstäuberanordnung 1 in einer Draufsicht auf eine Anströmseite 2 (Figur 1A) und auf eine Abspritzseite 3 (Figur 1 B). Die im Wesentlichen kreisförmige Zerstäuberanordnung 1 besteht aus einer in der Figur 2 dargestellten, als Anströmplatte 4 ausgebildeten Anströmstruktur 5 und einer in der Figur 3 dargestellten, als Abspritzplatte 6 ausgebildeten Abspritzstruktur 7. Die Anströmplatte 4 weist eine schlitzförmige Öffnung 8 auf, die mittig in der Anströmplatte 4 ausgebildet ist.
  • Die in der Figur 3 dargestellte Abspritzplatte 6 weist zwei parallel zueinander angeordnete, als Schlitzöffnungen 9 und 10 ausgebildete, Abspritzöffnungen 11 und 12 auf. Natürlich könnten auch noch weitere Abspritzöffnungen vor gesehen sein.
  • Wie in den Figuren 1A und 1Bdargestellt, bilden die Abspritzplatte 6 und die Anströmplatte 4 aufeinanderliegend die Zerstäuberanordnung 1, wobei die Abspritzplatte 6 und die Anströmplatte 4 derart zueinander ausgerichtet sind, dass die geometrische Längserstreckung der Schlitzöffnungen 9 und 10 der Abspritzplatte 6 quer beziehungsweise senkrecht zur geometrischen Längserstreckung der Öffnung 8 der Anströmplatte verlaufen. Dadurch entstehen Überschneidungsbereiche der Öffnung 8 mit den Schlitzöffnungen 9 und 10, die jeweils einen Durchströmungsquerschnitt 13, 14 bilden. In der Zerstäuberanordnung 1 bildet die Öffnung 8 der Anströmplatte 4, durch das Aufliegen der Anströmplatte 4 auf der Abspritzplatte 6, einen Vorraum 15, der aufgrund der schlitzförmigen Ausbildung der Öffnung 8 ein Schlitzvorraum 16 ist.
  • Die Figur 4A zeigt eine Schnittdarstellung der Zerstäuberanordnung 1 entlang der in der Figur 1A eingezeichneten Linie A-A. Figur 4A zeigt die aufeinanderliegenden Anströmplatte 4 und Abspritzplatte 6 in einer Schnittdarstellung entlang der Längserstreckung der Öffnung 8. In dieser Darstellung ist zu erkennen, wie durch die Öffnung 8 der Anströmplatte 4 der Vorraum15 beziehungsweise Schlitzvorraum 16 gebildet wird. Da sich die Öffnung 8 mit den Schlitzöffnungen 9 und 10 überschneidet, kann der Vorraum 15 beziehungsweise Schlitzvorraum 16 von einem flüssigen Medium in Richtung der Pfeile 17 direkt, also ohne Umlenkung, durchströmt werden. Ein großer Teil eines anströmenden Fluids wird jedoch durch den Vorraum 15 auf die Abspritzöffnungen 11, 12 beziehungsweise Schlitzöffnungen 9, 10 zugeleitet beziehungsweise kanalisiert, beispielsweise in Richtung der durch Pfeile 18 angedeuteten Strömungspfade. Diese führen zu jeweils einer Kollisionsströmung im Bereich der Schlitzöffnungen 9 und 10. Als Ausweichbewegung spreizt sich das Fluid stromabwärts der Kollisionsstelle in Längsrichtung der Schlitzöffnungen 9, 10 als Fächerstrahl auf, wie in der Figur 4B dargestellt.
  • Die Figur 4B zeigt eine Schnittdarstellung der Zerstäuberanordnung 1 entlang der in der Figur 1A eingezeichneten Schnittlinie B-B, die entlang der Längserstreckung der Schlitzöffnung 10 der Abspritzplatte 6 verläuft. Die fächerartige Ausbreitung beziehungsweise Ausweitung des Strahls in Durchströmungsrichtung wird durch Pfeile 19 angedeutet. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Zerstäuberanordnung 1, wie in den Figuren 1A bis 4B dargestellt, wird ein besonders fein zerstäubtes Fluid auch bei wasserhaltigen Fluiden, wie zum Beispiel Reduktionsmittel wie Add-Blue, erzeugt. Wasser besitzt eine relativ hohe Oberflächenspannung, was einen Strahlzerfall beziehungsweise die laterale Aufweitung eines Strahls in Strömungsrichtung behindert. Gegenüber Benzin hat Wasser beispielsweise eine um den Faktor 3 höhere Oberflächenspannung. Mit anderen Worten würde eine mit Benzin vergleichbare Zerstäubungsgüte nur dann erreicht werden, wenn der Druck des (wasserhaltigen) Fluids vor der Zerstäuberanordnung 1 um den Faktor 3 höher wäre. Die Abspritzöffnungen 11, 12 beziehungsweise Schlitzöffnungen 9, 10 der Abspritzplatte 6 sind derart parallel zueinander beabstandet ausgebildet, dass die erzeugten Fächerstrahlen, wie oben bereits beschrieben, divergierend zueinander erzeugt werden. In einer hier nicht dargestellten Weiterbildung sind die Abspritzplatte 6 und die Anströmplatte 4 einstückig miteinander ausgebildet.
  • Die Figuren 5A bis 8B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Zerstäuberanordnung 1, das im Wesentlichen dem in den vorgehenden Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht, sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 5A bis 8B sind die Abspritzplatte 6 und die Anströmplatte 4 von jeweils einer quadratischen Siliziumplatte 20, 21 gebildet. Hierbei werden die Öffnung 8 und die Schlitzöffnungen 9 und 10 durch Nassätzen des Siliziums beziehungsweise der Siliziumplatten 20, 21 hergestellt. Dadurch entstehen schräg verlaufenden Schlitzwandungen 22, 23 und 24 schräg entlang der Kristallebene des Siliziums. Figuren 5A und 5B zeigen dabei die Zerstäuberanordnung 1 in einer Draufsicht auf die Anströmseite 2 (Figur 5A) und auf die Abspritzseite 3 (Figur 5B).
  • Die Figur 6 zeigt die von der Siliziumplatte 20 gebildete Anströmplatte 4, und die Figur 7 die von der Siliziumplatte 21 gebildete Abspritzplatte 6 in einer Draufsicht. In der Zerstäuberanordnung 1 werden die Siliziumplatte 20 und die Siliziumplatte 21 derart aufeinander gelegt, dass die Schlitzwandungen 24 sowie 22 und 23 - im Querschnitt gesehen -, wie in der Figur 8A dargestellt, von der Aufliegeebene weg aufweitend/divergierend ausgerichtet sind. Die Figur 8B zeigt die Zerstäuberanordnung 1 der Figuren 5A in einer weiteren Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie D-D.
  • Die Siliziumplatten 20, 21weisen besonders glatte Oberflächen auf. Die nassgeätzte Öffnung 8 sowie die nassgeätzten Schlitzöffnungen 9 und 10 weisen entsprechend glatte Oberflächen auf. Aus der daraus resultierenden geringen Oberflächenhaftung wirken die Oberflächen der Abspritzplatte 6 und der Anströmplatte 4 schmutz- beziehungsweise ablagerungsabweisend. Dies hat insbesondere Vorteile bei der Verwendung der Zerstäuberanordnung 1 in einem Einspritz- oder Dosierventil, welches hoher Hitze und/oder Ruß ausgesetzt ist. Darüber hinaus hält Silizium hohen Temperaturen Stand. Weiterhin ist Silizium chemisch beständig, sodass die Zerstäuberanordnung 1 nicht von einem einzuspritzenden Fluid, wie beispielsweise Add-Blue, angegriffen wird.
  • Die Figuren 9A und 9B zeigen in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine einstückig ausgebildete Zerstäuberanordnung 25 in einer Querschnittsdarstellung (Figur 9A) und in einer Längsschnittdarstellung (Figur 9B). Die Zerstäuberanordnung 25 ist im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet und weist einen rotationssymmetrischen Vorraum 26 mit einem ebenen Grund 27 auf, der im Wesentlichen senkrecht, zu einer durch den Pfeil 28 gekennzeichneten Durchströmungsrichtung ausgebildet ist. Im Grund 27 weist die Zerstäuberanordnung 25 eine Abspritzöffnung 28 auf, die als Schlitzöffnung 29 ausgebildet, wie in der Figur 9B dargestellt. Der Vorraum 26 kann von einem Fluid in Richtung des Pfeils 30 zumindest teilweise direkt durchströmt werden. Aufgrund der rotationssymmetrischen Ausbildung und dem ebenen Grund 27 des Vorraums 26 wird eine Kollisionsströmung erzeugt, die zu einem vorteilhaften Fächerstrahl, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, führt.
  • Die Figuren 10A und 10B zeigen in einer Querschnittsdarstellung (Figur 10A) und in einer Längsdarstellung (Figur 10B) ein weiteres Ausführungsbeispiel einer einstückigen Zerstäuberanordnung 25, die im Wesentlichen der Zerstäuberanordnung 25 der Figuren 9A und 9B entspricht, sodass hier nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen werden soll. In Strömungsrichtung gesehen, gemäß Pfeil 30, weist der Vorraum 26 einen konvex geformten Grund 27 auf. Die Abspritzöffnung 28 ist, wie in der Figur 10B dargestellt, ebenfalls als Schlitzöffnung 29 ausgebildet, mit dem Unterschied, dass sie einen konkav gebogenen Öffnungsgrund - in Längsrichtung gesehen - und - im Querschnitt gesehen - sich in Spritzrichtung (30) erweiternde/divergierende Öffnungswandungen 32 aufweist. Die Abspritzöffnung 28 kann beispielsweise auf einfache Art und Weise mittels eines Scheibenfräsers erstellt werden. Der rotationssymmetrische Vorraum 26 mit ebenem oder konvexem Grund 27 ist einfach und kostengünstig durch eine Bohrung herstellbar.
  • Die Figur 11 zeigt eine Querschnittsdarstellung der Zerstäuberanordnung 25 der Figuren 9A und 9B mit dem Unterschied, dass zwei Abspritzöffnungen 28 beziehungsweise Schlitzöffnungen 29 vorgesehen sind, die vorteilhafterweise zueinander divergierend ausspritzend ausgebildet sind, sodass die erzeugten Fächerstrahlen sich nicht gegenseitig negativ beeinflussen, wie oben bereits beschrieben.
  • Die Figur 12 zeigt eine Querschnittsdarstellung der Zerstäuberanordnung der Figuren 10A und 10B mit dem Unterschied, dass zwei parallel zueinander ausgerichtete Abspritzöffnungen 28 beziehungsweise Schlitzöffnungen 29 vorgesehen sind, die ebenfalls vorteilhafterweise zueinander divergierend ausspritzend ausgerichtet sind.

Claims (12)

  1. Zerstäuberanordnung zur Abgabe eines fein zerstäubten Fluids, mit wenigstens einer Abspritzöffnung zur Abgabe eines Fächerstrahls des Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor der Abspritzöffnung (11, 12; 28) ein direkt durchströmbarer, eine Kollisionsströmung des Fluids bewirkender Vorraum (15; 26) ausgebildet ist.
  2. Zerstäuberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzöffnung (11, 12) an einer Abspritzstruktur (7), insbesondere Abspritzplatte (6), ausgebildet ist.
  3. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorraum (15) an einer Anströmstruktur (5), insbesondere Anströmplatte (4), ausgebildet ist.
  4. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzstruktur (7) benachbart zur Anströmstruktur (5), insbesondere aneinanderliegend benachbart oder unmittelbar einstückig miteinander ausgebildet ist.
  5. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzöffnung (11, 12; 28) eine Schlitzöffnung (9, 10; 29) ist.
  6. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorraum (15; 26) als rotationssymmetrischer Vorraum (26) oder als Schlitzvorraum (15) ausgebildet ist.
  7. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Längserstreckung der Abspritzöffnung (11, 12) quer zur geometrischen Längserstreckung des Vorraums (15) verläuft.
  8. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzplatte (6) und/oder die Anströmplatte (4) als Siliziumplatte (20, 21) ausgebildet ist.
  9. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzöffnung (11, 12; 28) - im Querschnitt gesehen - parallel verlaufende Öffnungswandungen und/oder sich in Spritzrichtung erweiternde Öffnungswandungen (22, 23, 24) aufweist.
  10. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Abspritzöffnungen (11, 12; 28) vorgesehen sind.
  11. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Abspritzöffnungen (11, 12; 28) zueinander divergierend ausspritzend ausgebildet sind.
  12. Zerstäuberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - im Längsschnitt gesehen - die Abspritzöffnung (28) einen konkav gebogenen Öffnungsgrund aufweist.
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