EP2943678B1 - Device for spraying liquid into a combustion chamber - Google Patents

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EP2943678B1
EP2943678B1 EP14700214.1A EP14700214A EP2943678B1 EP 2943678 B1 EP2943678 B1 EP 2943678B1 EP 14700214 A EP14700214 A EP 14700214A EP 2943678 B1 EP2943678 B1 EP 2943678B1
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EP
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jet
channels
liquid
diameter
jet channels
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EP2943678A1 (en
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Arthur Handtmann
Stefan Schneider
Sebastian Franz
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KW Technologie GmbH and Co KG
Original Assignee
KW Technologie GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/04—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape in flat form, e.g. fan-like, sheet-like
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    • F02M61/1846—Dimensional characteristics of discharge orifices

Definitions

  • the invention relates to a device for atomizing or spraying or injecting liquid into an operating room according to the preamble of claim 1.
  • injectors in internal combustion engines have been known for a long time. So be in the pamphlets DE 10 2006 000 407 A1 or DE 939 670 Injectors are described in which two or more jets are generated in an injection nozzle, which intersect or collide in the combustion chamber. The purpose of these arrangements is that the high velocity fuel jet collide in the combustion chamber, thereby realizing extremely intense atomization of the fuel and thus comparatively small fuel droplets.
  • the Applicant already known an injector with a plurality of multi-jet nozzles, wherein between the jet channels or liquid jets an offset is provided, by means of which the orientation of the fan level is adjusted. This can be done, inter alia, a spatial adaptation to somewhat more complex combustion chambers with bulges or recesses.
  • the DE 103 15 967 A1 discloses a single jet nozzle, wherein by means of a conical configuration of the single beam channel, a sputtering is realized, not the stability of the beam, but rather the directional stability of the beam is to be realized by means of two, different conical sections of the single beam channel.
  • the object of the invention is in contrast to propose a device for atomizing or spraying or injecting liquid into an operating room, in particular for injecting fuel into a combustion chamber, whereby a fan beam which is as stable or controlled as possible is generated.
  • the outlet cross-section is advantageously a (light) portion / part of an (outer) envelope surface or lateral surface of the nozzle body.
  • a jet channel is dimensioned in an advantageous manner such that it tapers in the direction of flow or is conically convergent.
  • advantageous liquid jets are generated which remain largely stable after / from the exit of the nozzle body up to the impact zone or a collision point of the jets, i. esp. without breaking up or without isolated / partial individual droplets or the like separating / detaching.
  • the conicity factor is substantially between 1.0 and 3.0.
  • the substantially stable liquid jets generated with the aforementioned measures advantageously collide with defined collision conditions in the impact zone or at the collision point, so that a defined and very stable fan beam is generated.
  • the ratios of length to the diameter of the jet channel from particular importance for the stability of the fan beam formed or at the meeting of the liquid jets.
  • channel diameters substantially between about 80 and 250 microns, preferably about 120 microns, advantage, especially for motorcycles, cars, trucks or the like.
  • channel diameter of up to about 2 millimeters are conceivable.
  • a distance (A) of the nozzle body in particular an exit of the liquid jet or one end of the jet channel, from the impact zone and / or from a collision point of the at least partially colliding liquid jets substantially between 0 mm and 15 times a diameter ( D) of the / the jet channels, wherein the nozzle body of the multi-jet nozzle comprises at least the two beam channels. That means esp. 0 ⁇ A ⁇ 15xD.
  • the distance (A) is preferably about between 0 and 0.9 millimeters. This advantageous distance additionally improves the fan beam stability.
  • the distance is substantially between 3 times and 7 times the diameter (D) of the jet channels.
  • the distance (A) is advantageously between 0.5 and 0.7 mm.
  • a particularly advantageous collision of the liquid jets is generated, wherein the liquid jets are substantially still formed as a uniform beam and not as in the prior art partially individual more or less large droplets have detached from them. Accordingly controlled the collision of the two liquid jets takes place, so that a high stability of the generated fan beam is realized.
  • an angle between the two liquid jets is substantially between 20 ° and 80 °.
  • the orientation of the fan level can be adjusted or turned as planned by displacing the center axes of the liquid jets.
  • an advantageous adaptation of the spray generated to the operating room or its formation can be realized.
  • a recess in the area of intake and / or exhaust valves or the like can be realized.
  • machining can be provided by drilling.
  • a cylindrical shape of the jet channel is realized by means of the chip removing drilling method, but also a conical embodiment of the jet channel is possible.
  • a drill erosion process in particular a so-called spark erosion drilling, can be provided.
  • all electrically conductive materials can be processed regardless of their hardness and strength in an advantageous manner.
  • conical beam channels can be realized, in particular with undercuts, that is to say in particular also beam channels produced from the outside, which taper outwardly (conically).
  • an electron beam drilling in particular for a frontal drilling, or a water jet drilling and ion beam drilling may optionally be provided with a coating accordingly.
  • a laser drilling method is provided.
  • energy is advantageously introduced locally into the workpiece, so that the material is removed, in particular ionized and vaporized.
  • Laser drilling enables a high degree of automation and particularly exact machining dimensions as well as more complex geometries. So conical holes, undercuts or even very complex cross-sectional shapes and / or longitudinal cuts can be realized.
  • a device according to the invention can be produced by means of a microlaser sintering process.
  • the workpiece shapes are generated by means of sintering, wherein the corresponding channels / holes are generated or omitted during the manufacture of the workpiece.
  • Corresponding complex geometries, undercuts or the like are in this case possible in any way.
  • Starting materials are usually very fine-grained or powdery materials which are advantageously connected or sintered to one another by means of laser beams.
  • the nozzle body is produced in layers, wherein the holes or recesses or the like remain free or without material application.
  • a so-called hydroerosive machining or a hydroerosive grinding can be used as an ablative production method.
  • very small abrasive particles are introduced into a liquid and pumped through the workpiece or the nozzle body at a high pressure of up to 120 bar.
  • the holes / jet channels can be adjusted in an advantageous manner to the intended cross-section or diameter.
  • the jet channels are rounded in particular in the region of the inlet, so that during operation an advantageous flow of the liquid to / through the jet channel is generated. For example, a rounding of 3% to 15% based on the maximum flow through the jet channel is provided in the production of the nozzle body.
  • the jet channels or the liquid jets have central axes or central longitudinal axes which, for example, represent the central axis of symmetry in the case of an embodiment of cylindrical jet channels.
  • the central axis or central longitudinal axis is also the central axis of symmetry.
  • the center axis is in the sense of the invention or the central axis substantially the connection of the centroids of individual, parallel cross-sections, in particular between the entry surface and the exit surface and their centroids.
  • These cross sections are preferably formed parallel to the envelope surface or lateral surface of the nozzle body interrupted by the jet channel (s) or in each case a (light) partial surface of the inner or outer envelope surface or lateral surface interrupted by the jet channel (s).
  • the inner and the outer lateral surface / envelope surface of the nozzle body comprise the respective clear cross section of the jet channel at the inlet or at the outlet of the liquid.
  • the clear or free cross-sectional area of the jet channel at the inlet of the liquid into the nozzle body forms, in the sense of the invention, the inlet cross-section or advantageously comprises the so-called inlet inner diameter.
  • the clear or free cross-sectional area of the nozzle body at the outlet that is at the location of the nozzle body at which the liquid leaves the nozzle body, in the sense of the present invention, the outlet cross-sectional area or advantageously comprises the outlet Outside diameter of the jet channel.
  • the clear outlet cross-sectional area or the outlet external diameter is smaller than the clear inlet cross-sectional area or the inlet internal diameter of the respective jet channel.
  • the length L of the jet channel is defined such that the two clear cross-sectional areas or the enveloping surfaces / lateral surfaces of the nozzle body respectively form the beginning and the end of the length of the jet channel.
  • the clear surface area of the nozzle body or the corresponding respective center of area of the inlet and outlet cross-sections define the length in the sense of the invention.
  • the respective diameter D of the jet channel is defined in the sense of the invention as the diameter of the clear cross-sectional area at the inlet or at the outlet of the liquid into / out of the nozzle body / jet channel.
  • the diameter D in the sense of the invention is the smallest diameter of the jet channel. This means that this is preferably the outer diameter or the exit diameter of the jet channel.
  • This outer diameter or outlet diameter lies in the clear cross-sectional area of the nozzle body and / or in the sense of the invention is usually a part / section of the outer envelope surface or lateral surface of the nozzle body.
  • the distance A is limited on the one hand by the end of the length L of the jet channel.
  • the distance A is limited by the interrupted by the beam channels envelope surface or lateral surface of the nozzle body, in particular the centroid of the clear cross-section of the jet channel at the outlet of the liquid from the nozzle body.
  • the distance A is defined / limited by the impact zone and in this case preferably exactly by the crossing / collision point of the beams or the longitudinal causes of the beam channels.
  • the "second end" of the distance A from the nozzle body is formed by the so-called "minimal transverse" or the so-called “common solder” in the sense of the invention.
  • the center of the master solder or the minimum transverse preferably defines the geometric end point of the distance A in the sense of the invention.
  • the common lot or the minimal transversal is the uniquely determinable distance of smallest length, which connects two skewed straight lines or the longitudinal axes of the beam channels or the liquid jets.
  • the common solder or the minimum transverse is also perpendicular to both straight lines / longitudinal axes.
  • the length of the distance A is on the one hand by the end of the length L of the jet channels and on the other hand by the crossing / intersection of the corresponding straight lines or longitudinal axes of the liquid jets and / or the jet channels or in non-crossing, ie skewed straight / L josasachsen by the Common lot or its center exactly defined in the sense of the invention.
  • a single point of collision can be generated.
  • two or even more collision points are present in the impact zone.
  • the distance A should then advantageously be defined / limited by the end point of the length L of the beam channel and by the geometric center between corresponding collision points or between corresponding common solders or their respective center, which in this case at the same time is defined as the middle of the baffle zone.
  • the respective distance A in the sense of the invention extends along the central axis or the central longitudinal axis of the respective beam channels. In the case of different angularly formed and / or different lengths, extending along the longitudinal axis of the respective beam channel distances or distances between nozzle body / outlet and impact zone / crossing point / common solder is the respective longest distance, the distance A in the context of the invention.
  • FIG. 1 a nozzle body 1 is shown schematically in cross section, wherein two jet channels 2 and 3 are provided.
  • a cavity 4 or an inner space 4 of the nozzle body 3 is filled with a liquid during operation, wherein the liquid is subjected to a pressure p during operation or for spraying the liquid.
  • the pressure p is less than 500 bar.
  • FIG. 1 The not closer in FIG. 1 shown liquid flows from the interior 4 through the jet channels 2, 3, respectively at an inlet 5 and exits the jet channel 2, 3 at an outlet 6 from the nozzle body 1 to the outside.
  • the jet channels 2, 3 each generate a liquid jet, which are aligned at an angle ⁇ to each other.
  • the two liquid jets meet at a collision point 7 and generate a fan beam in the sense of the invention.
  • a respective conically shaped jet channel 2, 3 is assumed according to the exemplary embodiment.
  • the two beam channels 2, 3 each have a longitudinal / central axis 8 which, according to the embodiment variant, are designed centrally here as the symmetry axis 8 of the respective beam channel 2, 3.
  • the two central axes 8 hit each other at the collision point 7 at an angle ⁇ .
  • the respective inlet 5 comprises a clear cross-section or a clear cross-sectional area, which is defined as part of a (curved) inner envelope surface or lateral surface of the nozzle body 1 in the sense of the invention.
  • an outlet 6 is designed as a clear cross section or clear cross-sectional area of a (curved) outer circumferential surface of the nozzle body 1 or the shell of the nozzle body 1.
  • the inlet 5 and the outlet 6 each comprise a diameter D of the jet channel 2, 3 in the sense of the invention.
  • the diameter D may on the one hand an inner diameter D inside , which is present at the inlet 5 of the jet channel 2, 3, and / or on the other hand, an outer diameter D outside , which is present at the outlet 6 of the jet channel 2, 3.
  • the diameter D may be formed with respect to the respective clear cross-sectional area in the sense of the invention as a smallest diameter D of the respective clear cross-sectional areas or as a (geometric) mean diameter D of the clear cross-sectional area.
  • a frusto-conical jet channel 2, 3 is due to the aligned with respect to the nozzle body 1 and its inner and / or outer lateral surface / shell, oblique or angular orientation of the two beam channels 2, 5, an elliptical inlet 5 and an elliptical exit 6 available.
  • the advantageous diameter D or D inside or D outside is in the sense of the invention, the respective smaller diameter D of the jet channel 2, 3rd D. h. in the direction of flow of the liquid (from inside to outside) is tapered / shrinking beam channel 2.3, this is according to FIG. 1 the outside diameter D outside .
  • L is the length L of Beam channel 2, 3 between the inlet 5 and the outlet 6, ie in particular its centroids or between the centers of the inner diameter D inside and the outer diameter D outside the respective beam channel 2, 3rd
  • the distance A between collision point 7 and nozzle body 1 is presently the distance or length along the (dash-dotted lines) bisector of the two central axes 8 of the beam channels 2, 3.
  • the angle ⁇ between 20 ° and 80 °, so that the bisector corresponding to the 10th ° to 40 ° or ⁇ / 2 to the present symmetrically arranged beam channels 2, 3 and the center axes 8 is aligned.
  • an embodiment can be realized, wherein the two beam channels 2, 3 are arranged transversely or perpendicular to the figure / sheet plane offset from one another, so that the two longitudinal / central axes 8 of the two beam channels 2, 3 do not meet / cross at one point or . collide with each other. However, the liquid jets collide.
  • perpendicular to the plane of the page or plane of the figure there is a spacing of the longitudinal axes, which is referred to mathematically as so-called “common solder” or as "minimal transverse" of the corresponding "skewed straight line" 8.
  • the distance A would then be the distance from the center of the common solder between the two central axes 8 to the nozzle body 1 and the end of the illustrated length L of the beam channel 2, 3.
  • FIG. 2 a further variant of the invention is shown, wherein the longitudinal / central axes 8 of the beam channels 2, 3 meet or intersect approximately on the lateral surface or shell of the nozzle body 1. Consequently, here the distance A is equal to zero.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vernebeln oder Versprayen oder Einspritzen von Flüssigkeit in einen Betriebsraum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for atomizing or spraying or injecting liquid into an operating room according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Es sind beispielsweise Einspritzvorrichtungen in Verbrennungskraftmaschinen bereits seit langer Zeit bekannt. So werden in den Druckschriften DE 10 2006 000 407 A1 oder DE 939 670 Einspritzvorrichtungen beschrieben, bei denen in einer Einspritzdüse zwei oder mehrere Strahlen erzeugt werden, die sich im Verbrennungsraum kreuzen bzw. zusammenprallen. Der Sinn dieser Anordnungen liegt darin, dass die mit hoher Geschwindigkeit austretenden Brennstoffstrahl im Verbrennungsraum aufeinanderprallen, wodurch eine äußerst innige Zerstäubung des Brennstoffs und somit vergleichsweise kleine Brennstofftröpfchen realisiert werden.For example, injectors in internal combustion engines have been known for a long time. So be in the pamphlets DE 10 2006 000 407 A1 or DE 939 670 Injectors are described in which two or more jets are generated in an injection nozzle, which intersect or collide in the combustion chamber. The purpose of these arrangements is that the high velocity fuel jet collide in the combustion chamber, thereby realizing extremely intense atomization of the fuel and thus comparatively small fuel droplets.

Aus der DE 10 146 642 A1 ist ein Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum bekannt, wobei mit zwei oder mehreren Flüssigkeitsstrahlen ein rotierender Nebel erzeugt wird. Rotierende Nebel sind jedoch nicht kontrollierbar und breiten sich großvolumig im Brennraum aus, so dass sich Brennstoff an den Wänden niederschlägt. Ein derartiger Niederschlag, der aufgrund der unkontrollierten Verwirbelung nicht zu verhindern ist, führt jedoch zu einer nachteiligen bzw. ungenügenden Verbrennung. Aufgrund zunehmender gesetzlicher Vorschriften bezüglich der Abgasqualität ist ein rotierender, nicht kontrollierbarer Flüssigkeitsnebel zwischenzeitlich bei Verbrennungsmotoren in der Praxis nicht mehr akzeptabel.From the DE 10 146 642 A1 For example, there is known a method of injecting fuel into a combustion chamber, wherein a rotating mist is generated with two or more jets of liquid. However, rotating nebulae are not controllable and spread large volumes in the combustion chamber, so that Fuel deposits on the walls. However, such a precipitate, which can not be prevented due to the uncontrolled turbulence, leads to a disadvantageous or insufficient combustion. Due to increasing legal regulations regarding the exhaust quality, a rotating, uncontrollable liquid mist is no longer acceptable in the meantime in internal combustion engines in practice.

Dagegen wird in der gattungsgemäßen Druckschrift EP 2 390 491 A1 der Anmelderin oder in der DE 4 407 360 A1 eine entsprechende Vorrichtung bzw. Einspritzdüse offenbart, wobei ein Fächerstrahl erzeugt wird, dessen Ausdehnung in einer Fächerebene deutlich größer ist als in Querrichtung zu dieser Fächerebene. Das heißt, dass ein sehr flacher, jedoch breit streuender Fächerstrahl erzeugt wird. Durch die flache Fächerstrahlerzeugung kann eine räumliche Anpassung an den Brennraum erfolgen. Hiermit soll möglichst eine definierte und kontrollierte Verbrennung im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, was für die Verbrennung und somit für die Abgaszusammensetzung von entscheidender Bedeutung ist.In contrast, in the generic document EP 2 390 491 A1 the applicant or in the DE 4 407 360 A1 discloses a corresponding device or injection nozzle, wherein a fan beam is generated, the extent of which is significantly greater in a fan plane than in the transverse direction to this fan plane. This means that a very flat, but widely scattering fan beam is generated. Due to the flat fan beam generation, a spatial adaptation to the combustion chamber can take place. This is intended to realize a defined and controlled combustion in the combustion chamber of an internal combustion engine, which is of crucial importance for the combustion and thus for the exhaust gas composition.

Darüber hinaus ist gemäß der EP 2 505 820 der Anmelderin bereits ein Injektor mit mehreren Mehrfachstrahldüsen bekannt, wobei zwischen den Strahlkanälen bzw. Flüssigkeitsstrahlen ein Versatz vorgesehen ist, mit Hilfe dessen die Orientierung der Fächerebene eingestellt wird. Hiermit kann u.a. eine räumliche Anpassung an etwas komplexer ausgebildete Brennräume mit Auswölbungen oder Aussparungen etc. vorgenommen werden.In addition, according to the EP 2 505 820 the Applicant already known an injector with a plurality of multi-jet nozzles, wherein between the jet channels or liquid jets an offset is provided, by means of which the orientation of the fan level is adjusted. This can be done, inter alia, a spatial adaptation to somewhat more complex combustion chambers with bulges or recesses.

Es hat sich bei bisherigen Mehrfachstrahldüsen jedoch gezeigt, dass diese in Betrieb aufgrund kleinster Schwankungen bzw. Toleranzen der Rahmenbedingungen Fächerstrahlen erzeugen, die nicht vollständig stabil im Raum ausgebildet werden. Dies betrifft einerseits die Orientierung der Fächerebene, d.h. die Fächer drehen sich zum Teil unkontrolliert bzw. chaotisch um ihre Mittelachse, und andererseits betrifft dies die Länge, Breite und/oder Tiefe des Fächerstrahls, d.h. die räumliche Ausdehnung variiert unkontrolliert. Hierdurch können zum Beispiel durchaus auch Flüssigkeitstropfen bzw. Fächerstrahlen (kurzzeitig) eine Wand des Brennraums berühren, was sich jedoch nachteilig für die Verbrennung auswirkt.It has been found in previous multi-jet nozzles, however, that they produce fan beams in operation due to very small fluctuations or tolerances of the framework conditions, which are not formed completely stable in space. On the one hand, this relates to the orientation of the fan plane, ie the fans rotate partly uncontrolled or chaotically about their central axis, and on the other hand this affects the length, width and / or depth of the fan beam, ie the spatial Expansion varies uncontrollably. As a result, it is also possible, for example, for liquid droplets or fan beams to (for a short time) touch a wall of the combustion chamber, which, however, has an adverse effect on the combustion.

Dagegen ist z.B. aus der DE 103 07 002 A1 eine Vorrichtung mit mehreren Einzelstrahldüsen bekannt. Jedoch hängt bei Einzelstrahldüsen eine Einspritzung im Wesentlichen vom Düsenöffnungsdruck beziehungsweise von den Druckverhältnissen ab, um ein Zerstäuben beziehungsweise Zerplatzen des aus dem Kanal ausströmenden Flüssigkeitsstrahles zu erhalten.In contrast, for example, from the DE 103 07 002 A1 a device with a plurality of single jet nozzles known. However, in the case of single-jet nozzles, an injection essentially depends on the nozzle opening pressure or on the pressure conditions in order to obtain atomization or bursting of the liquid jet flowing out of the channel.

Bei Einzelstrahldüsen erfolgt allerdings kein Zusammenprallen zweier Flüssigkeitsstrahlen wie bei den Mehrfachstrahldüsen, um eine Zerstäubung zu realisieren. Demzufolge liegt ein vollkommen unterschiedlicher, sogar gegensätzlicher Zerstäubungsmechanismus bei Einzelstrahldüsen vor.In the case of single jet nozzles, however, there is no collision of two liquid jets, as in the case of the multiple jet nozzles, in order to realize atomization. As a result, there is a completely different, even opposing, sputtering mechanism in single jet nozzles.

Die DE 103 15 967 A1 offenbart eine Einzelstrahldüse, wobei mittels einer konischen Ausbildung des Einzelstrahlkanals eine Zerstäubung realisiert wird, wobei nicht die Stabilität des Strahls, sondern vielmehr die Richtungsstabilität des Strahls mittels zwei, unterschiedlich konischen Abschnitten des Einzelstrahlkanals verwirklicht werden soll.The DE 103 15 967 A1 discloses a single jet nozzle, wherein by means of a conical configuration of the single beam channel, a sputtering is realized, not the stability of the beam, but rather the directional stability of the beam is to be realized by means of two, different conical sections of the single beam channel.

Aufgabe und Vorteile der ErfindungPurpose and advantages of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zum Vernebeln oder Versprayen oder Einspritzen von Flüssigkeit in einen Betriebsraum, insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, vorzuschlagen, womit ein möglichst stabiler bzw. kontrollierter Fächerstrahl erzeugt wird.The object of the invention is in contrast to propose a device for atomizing or spraying or injecting liquid into an operating room, in particular for injecting fuel into a combustion chamber, whereby a fan beam which is as stable or controlled as possible is generated.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.This object is achieved on the basis of a device of the aforementioned type by the features of claim 1. By the measures mentioned in the dependent claims Advantageous embodiments and developments of the invention are possible.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass wenigstens die zwei Strahlkanäle einen positiven Konizitätsfaktor (K) aufweisen, wobei der Konizitätsfaktor K = (Dinnen - Daußen) * 100/L ist, wobei in Strömungsrichtung der Flüssigkeit betrachtet Dinnen ein Eintritts- oder Innen-Durchmesser und Daußen ein Austritts- oder Außen-Durchmesser der Strahlkanäle und wobei L die Länge der Strahlkanäle ist, und dass eine Eintrittsquerschnittsfläche der Strahlkanäle größer als eine Austrittsquerschnittsfläche der Strahlkanäle ist, wobei der Eintrittsquerschnitt der Strahlkanäle in Strömungsrichtung der Flüssigkeit betrachtet vor dem Austrittsquerschnitt angeordnet ist. Der Austrittsquerschnitt ist in vorteilhafter Weise ein (lichter) Abschnitt/Teil einer (äußeren) Hüllfläche bzw. Mantelfläche des Düsenkörpers.Accordingly, a device according to the invention is characterized in that at least the two beam channels have a positive Konizitätsfaktor (K), wherein the Konizitätsfaktor K = (D inside - D outside ) * 100 / L, wherein viewed in the flow direction of the liquid D inside an inlet - or inside diameter and D outside an outlet or outer diameter of the jet channels and wherein L is the length of the jet channels, and that an inlet cross-sectional area of the jet channels is greater than an exit cross-sectional area of the jet channels, wherein the inlet cross section of the jet channels viewed in the direction of flow of the liquid is arranged in front of the outlet cross section. The outlet cross-section is advantageously a (light) portion / part of an (outer) envelope surface or lateral surface of the nozzle body.

Mit Hilfe dieser Maßnahmen wird ein Strahlkanal in vorteilhafter Weise derart dimensioniert, dass dieser sich in Strömungsrichtung verjüngt bzw. konisch konvergent ausgebildet ist. So werden gemäß der Erfindung vorteilhafte Flüssigkeitsstrahlen generiert, die nach dem/vom Austritt aus dem Düsenkörper bis zur Prallzone bzw. einem Kollisionspunkt der Strahlen weitestgehend stabil bleiben, d.h. insb. ohne aufzubrechen bzw. ohne dass vereinzelt/teilweise einzelne Tröpfchen oder dergleichen sich abtrennen/ablösen.With the aid of these measures, a jet channel is dimensioned in an advantageous manner such that it tapers in the direction of flow or is conically convergent. Thus, according to the invention, advantageous liquid jets are generated which remain largely stable after / from the exit of the nozzle body up to the impact zone or a collision point of the jets, i. esp. without breaking up or without isolated / partial individual droplets or the like separating / detaching.

Diese in Strömungsrichtung der Flüssigkeit betrachtete erfindungsgemäß Verjüngung bzw. konische Konvergenz stellt eine Abkehr des bisherigen Stands der Technik dar, bei dem in Strömungsrichtung der Flüssigkeit bzw. des Kraftstoffs nicht wie vorliegend verjüngende Strahlkanäle vorgesehen sind, sondern sich erweiternde bzw. konisch divergente Strahlkanäle verwendet wurden. Überraschenderweise konnte erst durch die Abkehr der bisherigen Strahlkanalaufweitung eine Stabilisierung und somit eine deutliche Verbesserung bezüglich der Fächerstrahlstabilität im Betrieb von vorteilhaften Mehrfachstrahldüsen erreicht werden.This tapering or conical convergence according to the invention considered in the flow direction of the liquid represents a departure from the prior art in which jet channels are not tapered in the flow direction of the liquid or fuel, but widening or conically divergent jet channels were used , Surprisingly, a stabilization and thus a clear improvement in the fan beam stability in the operation of advantageous multiple jet nozzles could be achieved only by the departure of the previous beam channel widening.

So wurden hierfür in unzähligen Versuchen mit unterschiedlichsten Versuchsbedingungen zahlreiche Parameter untersucht und verändert. Es hat sich hierbei gezeigt, dass gerade diese erfindungsgemäße bzw. sich in Strömungsrichtung verjüngende bzw. konisch konvergente Ausbildung des/der Strahlkanäle von bedeutendem Einfluss ist, um eine stabile und reproduzierbare Kollision in der Prallzone bzw. eine stabile und reproduzierbare Fächerstrahlausformung zu generieren.Numerous experiments with a variety of experimental conditions have been used to investigate and change numerous parameters. It has been shown here that it is precisely this inventive or flow-tapering or conically convergent design of the jet channel (s) that is of considerable influence in order to generate a stable and reproducible collision in the impact zone or a stable and reproducible fan beam formation.

So konnte ermittelt werden, dass beispielsweise die Temperatur des Kraftstoffs oder ein nahezu exakt eingestellter Druck der Flüssigkeit bzw. des Kraftstoffs oder der Gegendruck im Betriebsraum etc. überraschenderweise für die Stabilität und Reproduzierbarkeit des Fächerstrahls in der Praxis von untergeordneter Bedeutung sind.Thus it could be determined that, for example, the temperature of the fuel or an almost exactly adjusted pressure of the liquid or of the fuel or the backpressure in the operating room etc. are surprisingly of minor importance for the stability and reproducibility of the fan jet in practice.

Vorzugsweise ist der Konizitätsfaktor im Wesentlichen zwischen 1,0 und 3,0. Mit Hilfe einer derart vorteilhaften Ausbildung des Konizitätsfaktors konnten besonders stabile Fächerstrahlbedingungen generiert werden. Dies ist gerade bei Kraftstoffanwendungen beim Einspritzen in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors von wesentlicher Bedeutung. Hierbei konnte beispielsweise eine vergleichsweise stabile Länge, Breite sowie Tiefe des erzeugten Fächerstrahls im Betrieb generiert werden. Dementsprechend klare und vor allem reproduzierbare Verbrennungsverhältnisse können hiermit realisiert werden. Dies wirkt sich in besonderem Maß vorteilhaft auf die erreichbaren (durchschnittlichen) Abgaswerte und/oder den Kraftstoffverbrauch aus. Vorteilhafterweise ist ein Verhältnis von einer Länge (L) des/der Strahlkanäle in Bezug zu einem Kanaldurchmesser (D) des/der Strahlkanäle größer als 5 ist (V = L/D). Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch ein derartiges L/D-Verhältnis die Strahlstabilität des Fächerstrahles zusätzlich verbessert wird.Preferably, the conicity factor is substantially between 1.0 and 3.0. With the aid of such an advantageous design of the conicity factor, it was possible to generate particularly stable fan beam conditions. This is especially important in fuel applications when injected into a combustion chamber of an internal combustion engine. In this case, for example, a comparatively stable length, width and depth of the generated fan beam could be generated during operation. Accordingly, clear and above all reproducible combustion conditions can be realized hereby. This has a particularly advantageous effect on the achievable (average) exhaust gas values and / or the fuel consumption. Advantageously, a ratio of a length (L) of the jet channel (s) relative to a channel diameter (D) of the jet channel (s) is greater than 5 (V = L / D). It has surprisingly been found that the beam stability of the fan beam is additionally improved by such an L / D ratio.

Die mit vorgenannten Maßnahmen generierten, im Wesentlichen stabilen Flüssigkeitsstrahlen kollidieren in vorteilhafter Weise mit definierten Kollisionsbedingungen in der Prallzone bzw. im Kollisionspunkt, sodass ein definierter und sehr stabiler Fächerstrahl generiert wird. So hat sich mittels unzähliger Versuche herauskristallisiert, dass weder die Länge der Strahlkanäle, noch der Durchmesser der Strahlkanäle jeweils für sich alleine von besonderer Bedeutung ist, sondern vielmehr das vorteilhafte Verhältnis der Länge zum Durchmesser der Strahlkanäle.The substantially stable liquid jets generated with the aforementioned measures advantageously collide with defined collision conditions in the impact zone or at the collision point, so that a defined and very stable fan beam is generated. Thus, it has emerged by means of innumerable experiments that neither the length of the jet channels, nor the diameter of the jet channels in each case of particular importance alone, but rather the advantageous ratio of the length to the diameter of the jet channels.

Vorteilhafterweise ist das Verhältnis (V = L/D) im Wesentlichen zwischen 5 und 10, vorzugsweise im Wesentlichen 7. Gerade bei einer Verwendung der Vorrichtung für die Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors oder dergleichen sind derartige Verhältnisse von Länge zum Durchmesser des Strahlkanals von besonderer Bedeutung für die Stabilität des gebildeten Fächerstrahls bzw. beim Zusammentreffen der Flüssigkeitsstrahlen.Advantageously, the ratio (V = L / D) is substantially between 5 and 10, preferably substantially 7. Especially when using the device for the injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine or the like, such ratios of length to the diameter of the jet channel from particular importance for the stability of the fan beam formed or at the meeting of the liquid jets.

Beispielsweise sind Kanaldurchmesser im Wesentlichen zwischen ca. 80 und 250 Mikrometer, vorzugsweise ca. 120 µm, von Vorteil, insbesondere für Motorräder, PKW, LKW oder dergleichen. Darüber hinaus sind zum Beispiel bei Schiffdieselmotoren oder dergleichen Kanaldurchmesser von bis etwa 2 Millimetern denkbar.For example, channel diameters substantially between about 80 and 250 microns, preferably about 120 microns, advantage, especially for motorcycles, cars, trucks or the like. In addition, for example in marine diesel engines or the like channel diameter of up to about 2 millimeters are conceivable.

Bei Dieselmotoren wird bislang in der Praxis Dieselkraftstoff mittels einer Einzeldüse bei einem Druck von ca. 2000 bar in den Brennraum eingespritzt. Gemäß der Erfindung ist ein Druck der Flüssigkeit der Flüssigkeitsstrahlen dagegen kleiner als ca. 500 bar. Hierdurch wird im Vergleich zum zuvor genannten Stand der Technik bei Dieseleinspritzungen ein erheblich geringerer Druck benötigt. Dies wirkt sich vorteilhaft einerseits auf die konstruktive Dimensionierung der benötigten Komponenten aus, vor allem auch auf den Aufwand bzgl. Dichtungsmaßnahmen oder Dichtungselemente. Andererseits kann hierdurch eine erhebliche Energieeinsparung, nämlich durch die geringere Druckbeaufschlagung, realisiert werden.In diesel engines so far diesel fuel is injected by means of a single nozzle at a pressure of about 2000 bar in the combustion chamber in practice. By contrast, according to the invention, a pressure of the liquid jets is less than about 500 bar. As a result, a significantly lower pressure is required in diesel injections compared to the aforementioned prior art. This has an advantageous effect on the one hand on the constructive dimensioning of the required components, especially on the effort regarding sealing measures or sealing elements. On the other hand, this can be a significant energy savings, namely by the lower pressure, realized.

Vorteilhafterweise ist ein Abstand (A) des Düsenkörpers, insbesondere eines Austritts des Flüssigkeitsstrahls bzw. eines Endes des Strahlkanals, von der Prallzone und/oder von einem Kollisionspunkt der wenigstens teilweise aufeinander prallenden Flüssigkeitsstrahlen im Wesentlichen zwischen 0 mm und dem 15-Fachen eines Durchmessers (D) des/der Strahlkanäle ist, wobei der Düsenkörper der Mehrfachstrahldüse wenigstens die beiden Strahlkanäle umfasst. Das heißt insb.
0≤ A ≤ 15 x D. Bei Verbrennungsmotoranwendungen insbesondere für Motorräder, PKW, LKW oder dergleichen ist der Abstand (A) vorzugsweise etwa zwischen 0 und 0,9 Millimetern. Dieser vorteilhafte Abstand verbessert zusätzlich die Fächerstrahlstabilität.Advantageously, a distance (A) of the nozzle body, in particular an exit of the liquid jet or one end of the jet channel, from the impact zone and / or from a collision point of the at least partially colliding liquid jets substantially between 0 mm and 15 times a diameter ( D) of the / the jet channels, wherein the nozzle body of the multi-jet nozzle comprises at least the two beam channels. That means esp.
0≤A≤15xD. In internal combustion engine applications, particularly for motorcycles, cars, trucks, or the like, the distance (A) is preferably about between 0 and 0.9 millimeters. This advantageous distance additionally improves the fan beam stability.

Vorzugsweise ist der Abstand im Wesentlichen zwischen dem 3-Fachen und dem 7-Fachen des Durchmessers (D) der Strahlkanäle. Bei Verbrennungsmotoranwendungen insbesondere für Motorräder, PKW, LKW oder dergleichen ist der Abstand (A) in vorteilhafter Weise zwischen 0,5 und 0,7 mm. In diesem Bereich wird eine besonders vorteilhafte Kollision der Flüssigkeitsstrahlen generiert, wobei die Flüssigkeitsstrahlen im Wesentlichen noch als einheitlicher Strahl ausgebildet sind und nicht wie beim Stand der Technik zum Teil einzelne mehr oder weniger große Tröpfchen sich von diesen abgelöst haben. Dementsprechend kontrolliert findet der Zusammenprall der beiden Flüssigkeitsstrahlen statt, sodass eine hohe Stabilität des erzeugten Fächerstrahls realisiert wird.
Vorteilhafterweise ist ein Winkel zwischen den beiden Flüssigkeitsstrahlen im Wesentlichen zwischen 20° und 80°. Innerhalb dieses Winkelbereichs hat sich gezeigt, dass zum einen eine besonders vorteilhafte Zerstäubung und Fächerstrahlausformung durch den Zusammenprall der beiden Flüssigkeitsstrahlen generiert wird und zum anderen, dass keine nachteilige Rückstrahlung generiert wird. Eine entsprechende Rückstrahlung der aufeinander prallenden Flüssigkeitsstrahlen würde zu einer nachteiligen Verdampfung im Betriebsraum bzw. zu einem Kontakt der Flüssigkeit mit einer Wand des Betriebsraumes führen, d. h. in diesem Fall vor allem des Düsenkörpers. Dies wäre gerade bei Kraftstoffanwendungen in Verbrennungsmotoren von erheblichem Nachteil.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist ein Versatz zwischen Mittelachsen der Flüssigkeitsstrahlen in der Prallzone vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass durch einen Versatz der Mittelachsen der Flüssigkeitsstrahlen die Orientierung der Fächerebene eingestellt bzw. planmäßig gedreht werden kann. Hiermit kann eine vorteilhafte Anpassung des erzeugten Sprays an den Betriebsraum bzw. dessen Ausformung verwirklicht werden. Beispielsweise können bei Verbrennungsmotoranwendungen eine Aussparung im Bereich von Ein- und/oder Auslassventilen oder dergleichen realisiert werden.Preferably, the distance is substantially between 3 times and 7 times the diameter (D) of the jet channels. In internal combustion engine applications, in particular for motorcycles, cars, trucks or the like, the distance (A) is advantageously between 0.5 and 0.7 mm. In this area, a particularly advantageous collision of the liquid jets is generated, wherein the liquid jets are substantially still formed as a uniform beam and not as in the prior art partially individual more or less large droplets have detached from them. Accordingly controlled the collision of the two liquid jets takes place, so that a high stability of the generated fan beam is realized.
Advantageously, an angle between the two liquid jets is substantially between 20 ° and 80 °. Within this angular range, it has been shown that, on the one hand, a particularly advantageous atomization and fan-beam formation is generated by the collision of the two liquid jets and, on the other hand, that no disadvantageous reversion is generated. A corresponding reflection of the colliding liquid jets would lead to a disadvantageous evaporation in the operating room or to a contact of the liquid with a wall of the operating room, ie, in this case, especially of the nozzle body. This would be a considerable disadvantage, especially in fuel applications in internal combustion engines.
In a particular embodiment of the invention, an offset between central axes of the liquid jets is provided in the baffle zone. It has been found that the orientation of the fan level can be adjusted or turned as planned by displacing the center axes of the liquid jets. Hereby, an advantageous adaptation of the spray generated to the operating room or its formation can be realized. For example, in internal combustion engine applications, a recess in the area of intake and / or exhaust valves or the like can be realized.

Als Herstellungsverfahren für die Strahlkanäle können unterschiedlichste Bearbeitungsverfahren vorgesehen werden. Einerseits kann eine spanende Bearbeitung mittels Bohren vorgesehen werden. Beispielsweise wird mittels des spanabhebenden Bohrverfahrens eine zylindrische Form des Strahlkanals verwirklicht, aber auch eine konische Ausführungsform des Strahlkanals ist möglich.As a manufacturing method for the beam channels a variety of processing methods can be provided. On the one hand, machining can be provided by drilling. For example, a cylindrical shape of the jet channel is realized by means of the chip removing drilling method, but also a conical embodiment of the jet channel is possible.

Andererseits kann auch ein Bohrerosionsverfahren, insbesondere ein so genannten funkenerosives Bohren, vorgesehen werden. Hierbei können in vorteilhafter Weise sämtliche elektrisch leitende Werkstoffe unabhängig von ihrer Härte und Festigkeit bearbeitet werden. Auch hiermit können konisch ausgebildete Strahlkanäle realisiert werden, insbesondere mit Hinterschneidungen, das heißt insbesondere auch von außen hergestellte Strahlkanäle, die sich nach außen hin (konisch) verjüngen.On the other hand, a drill erosion process, in particular a so-called spark erosion drilling, can be provided. In this case, all electrically conductive materials can be processed regardless of their hardness and strength in an advantageous manner. Hereby, conical beam channels can be realized, in particular with undercuts, that is to say in particular also beam channels produced from the outside, which taper outwardly (conically).

Beispielsweise kann auch ein Elektronenstrahl-Bohren, insbesondere für ein stirnseitiges Bohren, oder auch ein Wasserstrahl-Bohren sowie ein Ionenstrahl-Bohren ggf. mit einem Beschichten entsprechend vorgesehen werden.For example, an electron beam drilling, in particular for a frontal drilling, or a water jet drilling and ion beam drilling may optionally be provided with a coating accordingly.

Vorzugsweise wird ein Laserbohrverfahren vorgesehen. Hier wird mit Hilfe wenigstens eines vorteilhaften Lasers lokal in vorteilhafter Weise Energie in das Werkstück eingebracht, so dass der Werkstoff entfernt wird, insb. ionisiert und verdampft. Das Laserbohren ermöglicht einen hohen Automatisierungsgrad und besonders exakte Bearbeitungsmaße sowie komplexere Geometrien. So sind auch konische Bohrungen, Hinterschneidungen oder auch sehr komplexe Querschnittsformen und/oder Längsschnitte realisierbar.Preferably, a laser drilling method is provided. Here, with the aid of at least one advantageous laser, energy is advantageously introduced locally into the workpiece, so that the material is removed, in particular ionized and vaporized. Laser drilling enables a high degree of automation and particularly exact machining dimensions as well as more complex geometries. So conical holes, undercuts or even very complex cross-sectional shapes and / or longitudinal cuts can be realized.

Weiterhin kann eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Hilfe eines Mikrolasersinter-Verfahrens hergestellt werden. Hierbei werden die Werkstückformen mittels Sinterverfahren generiert, wobei die entsprechenden Kanäle/Bohrungen beim Herstellen des Werkstücks generiert bzw. ausgelassen werden. Entsprechend komplexe Geometrien, Hinterschneidungen oder dergleichen sind hierbei in beliebiger Weise möglich. Ausgangswerkstoffe sind üblicherweise sehr feinkörnige bzw. pulverförmige Werkstoffe, die in vorteilhafter Weise mittels Laserstrahlen miteinander verbunden bzw. gesintert werden. Vorzugsweise wird der Düsenkörper schichtweise hergestellt, wobei die Bohrungen bzw. Aussparungen oder dergleichen entsprechend frei bzw. ohne Materialauftrag bleiben.Furthermore, a device according to the invention can be produced by means of a microlaser sintering process. Here, the workpiece shapes are generated by means of sintering, wherein the corresponding channels / holes are generated or omitted during the manufacture of the workpiece. Corresponding complex geometries, undercuts or the like are in this case possible in any way. Starting materials are usually very fine-grained or powdery materials which are advantageously connected or sintered to one another by means of laser beams. Preferably, the nozzle body is produced in layers, wherein the holes or recesses or the like remain free or without material application.

Darüber hinaus kann in vorteilhafter Weise zur Herstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, insbesondere zur Nachbearbeitung und/oder Kalibrierung vor allem der Strahlkanäle, eine so genannte hydroerosive Bearbeitung bzw. ein hydroerosives Schleifen als ein abtragendes Fertigungsverfahren eingesetzt werden. Hierbei werden sehr kleine Schleifpartikel in einer Flüssigkeit eingebracht und mit hohem Druck von bis zu 120 bar durch das Werkstück bzw. den Düsenkörper gepumpt. Mit diesem Verfahren können die Bohrungen/Strahlkanäle in vorteilhafter Weise auf den vorgesehenen Querschnitt bzw. Durchmesser eingestellt werden. In vorteilhafter Weise werden hierbei die Strahlkanäle vor allem im Bereich des Eintritts verrundet, sodass im Betrieb eine vorteilhafte Strömung der Flüssigkeit zum/durch den Strahlkanal generiert wird. Beispielsweise wird bei der Herstellung des Düsenkörpers eine Verrundung von 3 % bis 15 % bezogen auf den maximalen Durchfluss durch den Strahlkanal vorgesehen.In addition, in an advantageous manner for producing the device according to the invention, in particular for post-processing and / or calibration, in particular the jet channels, a so-called hydroerosive machining or a hydroerosive grinding can be used as an ablative production method. In this case, very small abrasive particles are introduced into a liquid and pumped through the workpiece or the nozzle body at a high pressure of up to 120 bar. With this method, the holes / jet channels can be adjusted in an advantageous manner to the intended cross-section or diameter. Advantageously, in this case the jet channels are rounded in particular in the region of the inlet, so that during operation an advantageous flow of the liquid to / through the jet channel is generated. For example, a rounding of 3% to 15% based on the maximum flow through the jet channel is provided in the production of the nozzle body.

Im Allgemeinen weisen im Sinn der Erfindung die Strahlkanäle bzw. die Flüssigkeitsstrahlen Mittelachsen bzw. zentrale Längsachsen auf, die beispielsweise bei einer Ausbildung von zylindrischen Strahlkanälen exakt die mittige Symmetrieachse darstellen. Bei entsprechend kegel- bzw. kegelstumpfförmigen Stahlkanälen ist die Mittelachse bzw. zentrale Längsachse ebenfalls die mittige Symmetrieachse.In general, in the sense of the invention, the jet channels or the liquid jets have central axes or central longitudinal axes which, for example, represent the central axis of symmetry in the case of an embodiment of cylindrical jet channels. In accordance with conical or frustoconical steel channels, the central axis or central longitudinal axis is also the central axis of symmetry.

Bei Strahlkanälen mit gegebenenfalls nicht symmetrischem Querschnitt, beispielsweise bei einem elliptischen Querschnitt oder dergleichen, ist im Sinn der Erfindung die Mittelachse bzw. die zentrale Achse im Wesentlichen die Verbindung der Flächenschwerpunkte einzelner, paralleler Querschnitte, insbesondere zwischen Eintrittsfläche sowie Austrittsfläche und deren Flächenschwerpunkte. Diese Querschnitte sind vorzugsweise parallel zur durch den/die Strahlkanäle unterbrochene Hüllfläche bzw. Mantelfläche des Düsekörpers ausgebildet oder jeweils eine (lichte) Teilfläche von der inneren oder der äußeren durch den/die Strahlkanäle unterbrochene Hüllfläche bzw. Mantelfläche. Hierbei umfassen die innere und die äußere Mantelfläche/Hüllfläche des Düsenkörpers den jeweiligen lichten Querschnitt des Strahlkanals am Eintritt bzw. am Austritt der Flüssigkeit.For beam channels with optionally non-symmetrical cross section, for example in the case of an elliptical cross section or the like, the center axis is in the sense of the invention or the central axis substantially the connection of the centroids of individual, parallel cross-sections, in particular between the entry surface and the exit surface and their centroids. These cross sections are preferably formed parallel to the envelope surface or lateral surface of the nozzle body interrupted by the jet channel (s) or in each case a (light) partial surface of the inner or outer envelope surface or lateral surface interrupted by the jet channel (s). Here, the inner and the outer lateral surface / envelope surface of the nozzle body comprise the respective clear cross section of the jet channel at the inlet or at the outlet of the liquid.

Die lichte bzw. freie Querschnittsfläche des Strahlkanals am Eintritt der Flüssigkeit in den Düsenkörper bildet im Sinn der Erfindung den Eintrittsquerschnitt aus bzw. umfasst in vorteilhafter Weise den so genannten Eintritts-Innendurchmesser. Entsprechend weist die lichte bzw. freie Querschnittsfläche des Düsenkörpers am Austritt, das heißt an der Stelle des Düsenkörpers, an der die Flüssigkeit den Düsenkörper verlässt bzw. austritt, im Sinn der vorliegenden Erfindung die Austritts-Querschnittsfläche auf bzw. umfasst in vorteilhafter Weise den Austritts-Außendurchmesser des Strahlkanals. Dementsprechend ist bei einem sich verjüngenden Stahlkanal in Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Sinn der Erfindung die lichte Austritts-Querschnittsfläche bzw. der Austritt-Außendurchmesser kleiner als die lichte EintrittsQuerschnittsfläche bzw. der Eintritts-Innendurchmesser des jeweiligen Strahlkanals.The clear or free cross-sectional area of the jet channel at the inlet of the liquid into the nozzle body forms, in the sense of the invention, the inlet cross-section or advantageously comprises the so-called inlet inner diameter. Accordingly, the clear or free cross-sectional area of the nozzle body at the outlet, that is at the location of the nozzle body at which the liquid leaves the nozzle body, in the sense of the present invention, the outlet cross-sectional area or advantageously comprises the outlet Outside diameter of the jet channel. Accordingly, in the case of a tapered steel channel in the flow direction of the liquid in the sense of the invention, the clear outlet cross-sectional area or the outlet external diameter is smaller than the clear inlet cross-sectional area or the inlet internal diameter of the respective jet channel.

Im Sinn der Erfindung ist die Länge L des Strahlkanals derart definiert, dass die beiden lichten Querschnittsflächen bzw. die Hüllflächen/Mantelflächen des Düsenkörpers jeweils den Anfang und das Ende der Länge des Strahlkanals bilden. Das bedeutet, dass die lichte Mantelfläche des Düsenkörpers bzw. der entsprechende jeweilige Flächenschwerpunkt des Eintritts- und des Austrittsquerschnitts die Länge im Sinn der Erfindung definieren.In the context of the invention, the length L of the jet channel is defined such that the two clear cross-sectional areas or the enveloping surfaces / lateral surfaces of the nozzle body respectively form the beginning and the end of the length of the jet channel. This means that the clear surface area of the nozzle body or the corresponding respective center of area of the inlet and outlet cross-sections define the length in the sense of the invention.

Entsprechend wird der jeweilige Durchmesser D des Strahlkanals im Sinn der Erfindung als Durchmesser der lichten Querschnittsfläche am Eintritt bzw. am Austritt der Flüssigkeit in/aus dem Düsenkörper/Strahlkanal definiert.
Im Fall eines sich verjüngenden Strahlkanals ist der Durchmesser D im Sinn der Erfindung der kleinste Durchmesser des Strahlkanals. Das bedeutet, dass dieser vorzugsweise der Außendurchmesser bzw. der Austrittsdurchmesser des Strahlkanals ist. Dieser Außendurchmesser bzw. Austrittsdurchmesser liegt in der lichten Querschnittsfläche des Düsenkörpers und/oder ist im Sinn der Erfindung üblicherweise ein Teil/Abschnitt der äußeren Hüllfläche bzw. Mantelfläche des Düsenkörpers.
Weiterhin ist im Sinn der Erfindung der Abstand A einerseits durch das Ende der Länge L des Strahlkanals begrenzt. Das bedeutet, dass der Abstand A begrenzt ist durch die von den Strahlkanälen unterbrochenen Hüllfläche bzw. Mantelfläche des Düsenkörpers, insbesondere des Flächenschwerpunkts des lichten Querschnitts des Strahlkanals am Austritt der Flüssigkeit aus dem Düsenköper. Andererseits ist der Abstand A durch die Prallzone und hierbei vorzugsweise exakt durch den Kreuzungs-/Kollisionspunkt der Strahlen bzw. den Längssachen der Strahlkanäle definiert/begrenzt.
Im Fall von windschiefen Mittelachsen bzw. Längsachsen zweier Strahlkanäle und/oder Flüssigkeitsstrahlen wird im Sinn der Erfindung das "zweite Ende" des Abstands A vom Düsenkörper durch die so genannte "Minimaltransversale" bzw. das so genannten "Gemeinlot" gebildet. Hierbei definiert vorzugsweise die Mitte des Gemeinlotes bzw. der Minimaltransversale den geometrischen Endpunkt des Abstands A im Sinn der Erfindung. Das Gemeinlot bzw. die Minimaltransversale ist die eindeutig bestimmbare Strecke kleinster Länge, die zwei windschiefe Geraden bzw. die Längsachsen der Strahlkanäle oder der Flüssigkeitsstrahlen verbindet. Das Gemeinlot bzw. die Minimaltransversale steht auch senkrecht auf beiden Geraden/Längsachsen.Accordingly, the respective diameter D of the jet channel is defined in the sense of the invention as the diameter of the clear cross-sectional area at the inlet or at the outlet of the liquid into / out of the nozzle body / jet channel.
In the case of a tapered jet channel, the diameter D in the sense of the invention is the smallest diameter of the jet channel. This means that this is preferably the outer diameter or the exit diameter of the jet channel. This outer diameter or outlet diameter lies in the clear cross-sectional area of the nozzle body and / or in the sense of the invention is usually a part / section of the outer envelope surface or lateral surface of the nozzle body.
Furthermore, in the context of the invention, the distance A is limited on the one hand by the end of the length L of the jet channel. This means that the distance A is limited by the interrupted by the beam channels envelope surface or lateral surface of the nozzle body, in particular the centroid of the clear cross-section of the jet channel at the outlet of the liquid from the nozzle body. On the other hand, the distance A is defined / limited by the impact zone and in this case preferably exactly by the crossing / collision point of the beams or the longitudinal causes of the beam channels.
In the case of skewed central axes or longitudinal axes of two jet channels and / or liquid jets, the "second end" of the distance A from the nozzle body is formed by the so-called "minimal transverse" or the so-called "common solder" in the sense of the invention. In this case, the center of the master solder or the minimum transverse preferably defines the geometric end point of the distance A in the sense of the invention. The common lot or the minimal transversal is the uniquely determinable distance of smallest length, which connects two skewed straight lines or the longitudinal axes of the beam channels or the liquid jets. The common solder or the minimum transverse is also perpendicular to both straight lines / longitudinal axes.

Dementsprechend ist die Länge des Abstands A einerseits durch das Ende der Länge L der Strahlkanäle und andererseits durch den Kreuzungs-/Schnittpunkt der entsprechenden Geraden bzw. Längsachsen der Flüssigkeitsstrahlen und/oder der Strahlkanäle oder bei sich nicht kreuzenden, d.h. windschiefen Geraden/Längasachsen durch das Gemeinlot bzw. dessen Mitte im Sinn der Erfindung exakt festgelegt.
Im Fall von drei oder mehr Strahlkanälen bzw.
Flüssigkeitsstrahlen, die in einer Prallzone zusammen prallen bzw. treffen, kann einerseits ein einziger Kollisionspunkt erzeugt werden. Andererseits ist durchaus auch denkbar, dass zwei oder sogar mehrere Kollisionspunkte in der Prallzone vorhanden sind. Im Sinn der Erfindung soll im letztgenannten Fall dann der Abstand A in vorteilhafter Weise durch den Endpunkt der Länge L des Strahlkanals und durch die geometrische Mitte zwischen entsprechenden Kollisionspunkten bzw. zwischen entsprechenden Gemeinlote oder deren jeweilige Mitte definiert/begrenzt werden, was in diesem Fall zugleich als Mitte der Prallzone definiert ist.
Generell erstreckt sich der jeweilige Abstand A im Sinn der Erfindung längs der Mittelachse bzw. der zentralen Längsachse der jeweiligen Strahlkanäle. Im Fall verschieden winklig ausgebildeter und/oder unterschiedlich langer, sich längs der Längsachse des jeweiligen Strahlkanals erstreckender Entfernungen bzw. Abstände zwischen Düsenkörper/Austritt und Prallzone/Kreuzungspunkt/Gemeinlot ist der jeweils längste Abstand der Abstand A im Sinn der Erfindung.Accordingly, the length of the distance A is on the one hand by the end of the length L of the jet channels and on the other hand by the crossing / intersection of the corresponding straight lines or longitudinal axes of the liquid jets and / or the jet channels or in non-crossing, ie skewed straight / Längasachsen by the Common lot or its center exactly defined in the sense of the invention.
In the case of three or more beam channels or
Liquid jets that collide or hit together in a baffle zone, on the one hand a single point of collision can be generated. On the other hand, it is also conceivable that two or even more collision points are present in the impact zone. In the sense of the invention, in the latter case, the distance A should then advantageously be defined / limited by the end point of the length L of the beam channel and by the geometric center between corresponding collision points or between corresponding common solders or their respective center, which in this case at the same time is defined as the middle of the baffle zone.
In general, the respective distance A in the sense of the invention extends along the central axis or the central longitudinal axis of the respective beam channels. In the case of different angularly formed and / or different lengths, extending along the longitudinal axis of the respective beam channel distances or distances between nozzle body / outlet and impact zone / crossing point / common solder is the respective longest distance, the distance A in the context of the invention.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail with reference to FIGS.

Im Einzelnen zeigt:

Figur 1
einen schematischen Querschnitt durch einen Düsenkörper mit zwei erfindungsgemäßen Strahlkanälen, wobei die Strahlen in einem Abstand A miteinander kollidieren und
Figur 2
einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Düsenkörper, wobei zwei Strahlen unmittelbar am Austritt des Düsenkörpers kollidieren.
In detail shows:
FIG. 1
a schematic cross section through a nozzle body with two beam channels according to the invention, wherein the beams collide with each other at a distance A and
FIG. 2
a schematic cross section through a nozzle body according to the invention, wherein two beams collide directly at the outlet of the nozzle body.

In Figur 1 ist ein Düsenkörper 1 schematisch im Querschnitt dargestellt, wobei zwei Strahlkanäle 2 und 3 vorgesehen sind.In FIG. 1 a nozzle body 1 is shown schematically in cross section, wherein two jet channels 2 and 3 are provided.

Ein Hohlraum 4 bzw. ein Innenraum 4 des Düsenkörpers 3 wird im Betrieb mit einer Flüssigkeit befüllt, wobei die Flüssigkeit im Betrieb bzw. zum Versprayen der Flüssigkeit mit einem Druck p beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist der Druck p kleiner als 500 bar.A cavity 4 or an inner space 4 of the nozzle body 3 is filled with a liquid during operation, wherein the liquid is subjected to a pressure p during operation or for spraying the liquid. Preferably, the pressure p is less than 500 bar.

Die nicht näher in Figur 1 dargestellte Flüssigkeit strömt vom Innenraum 4 durch die Strahlkanäle 2, 3, jeweils an einem Eintritt 5 ein und tritt aus dem Strahlkanal 2, 3 an einem Austritt 6 aus dem Düsenkörper 1 nach außen hinaus. Die Strahlkanäle 2, 3 generieren jeweils einen Flüssigkeitsstrahl, die in einem Winkel α zueinander ausgerichtet sind. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 treffen die beiden Flüssigkeitsstrahlen in einem Kollisionspunkt 7 aufeinander und generieren einen Fächerstrahl im Sinn der Erfindung.The not closer in FIG. 1 shown liquid flows from the interior 4 through the jet channels 2, 3, respectively at an inlet 5 and exits the jet channel 2, 3 at an outlet 6 from the nozzle body 1 to the outside. The jet channels 2, 3 each generate a liquid jet, which are aligned at an angle α to each other. In the embodiment according to FIG. 1 the two liquid jets meet at a collision point 7 and generate a fan beam in the sense of the invention.

Vorliegend wird gemäß dem Ausführungsbeispiel von einem jeweils konisch ausgebildeten Strahlkanal 2, 3 ausgegangen. Das bedeutet, dass die beiden Strahlkanäle 2, 3 jeweils eine Längs-/Mittelachse 8 aufweisen, die gemäß Ausführungsvariante hier zentral als Symmetrieachse 8 des jeweiligen Strahlkanals 2, 3 ausgebildet sind. Vorliegend treffen die beiden Mittelachsen 8 am Kollisionspunkt 7 unter einem Winkel α aufeinander.In the present case, a respective conically shaped jet channel 2, 3 is assumed according to the exemplary embodiment. This means that the two beam channels 2, 3 each have a longitudinal / central axis 8 which, according to the embodiment variant, are designed centrally here as the symmetry axis 8 of the respective beam channel 2, 3. In the present case, the two central axes 8 hit each other at the collision point 7 at an angle α.

Der jeweilige Eintritt 5 umfasst einen lichten Querschnitt bzw. eine lichte Querschnittsfläche, der/die als Teil einer (gebogenen) inneren Hüllfläche bzw. Mantelfläche des Düsenkörpers 1 im Sinn der Erfindung definiert ist. Entsprechend ist ein Austritt 6 als lichter Querschnitt bzw. lichte Querschnittsfläche einer (gebogenen) äußeren Mantelfläche des Düsenkörpers 1 bzw. der Hülle des Düsenkörpers 1 ausgebildet. Der Eintritt 5 bzw. der Austritt 6 umfasst jeweils einen Durchmesser D des Strahlkanals 2, 3 im Sinn der Erfindung. Der Durchmesser D kann einerseits ein Innendurchmesser Dinnen, der am Eintritt 5 des Strahlkanals 2, 3 vorhanden ist, und/oder andererseits ein Außendurchmesser Daußen sein, der am Austritt 6 des Strahlkanals 2, 3 vorhanden ist.The respective inlet 5 comprises a clear cross-section or a clear cross-sectional area, which is defined as part of a (curved) inner envelope surface or lateral surface of the nozzle body 1 in the sense of the invention. Accordingly, an outlet 6 is designed as a clear cross section or clear cross-sectional area of a (curved) outer circumferential surface of the nozzle body 1 or the shell of the nozzle body 1. The inlet 5 and the outlet 6 each comprise a diameter D of the jet channel 2, 3 in the sense of the invention. The diameter D may on the one hand an inner diameter D inside , which is present at the inlet 5 of the jet channel 2, 3, and / or on the other hand, an outer diameter D outside , which is present at the outlet 6 of the jet channel 2, 3.

Der Durchmesser D kann in Bezug auf die jeweilige lichte Querschnittsfläche im Sinn der Erfindung als ein kleinster Durchmesser D der jeweiligen lichten Querschnittsflächen oder als ein (geometrisch) mittlerer Durchmesser D der lichten Querschnittsfläche ausgebildet sein.The diameter D may be formed with respect to the respective clear cross-sectional area in the sense of the invention as a smallest diameter D of the respective clear cross-sectional areas or as a (geometric) mean diameter D of the clear cross-sectional area.

Da es sich vorliegend beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 um einen kegelstumpfförmigen Strahlkanal 2, 3 handelt, ist aufgrund der in Bezug auf den Düsenkörper 1 bzw. dessen innere und/oder äußere Mantelfläche/Hülle ausgerichteten, schrägen bzw. winkligen Orientierung der beiden Strahlkanäle 2, 5 ein elliptischer Eintritt 5 sowie ein elliptischer Austritt 6 vorhanden. Der vorteilhafte Durchmesser D bzw. Dinnen bzw. Daußen ist im Sinn der Erfindung der jeweils kleinere Durchmesser D des Strahlkanals 2, 3. D. h. beim in Strömungsrichtung der Flüssigkeit (von innen nach außen) sich verjüngenden/verkleinernden Strahlkanal 2,3 ist dies gemäß Figur 1 der Außen-Durchmesser Daußen.Since it is present in the embodiment according to FIG. 1 is a frusto-conical jet channel 2, 3, is due to the aligned with respect to the nozzle body 1 and its inner and / or outer lateral surface / shell, oblique or angular orientation of the two beam channels 2, 5, an elliptical inlet 5 and an elliptical exit 6 available. The advantageous diameter D or D inside or D outside is in the sense of the invention, the respective smaller diameter D of the jet channel 2, 3rd D. h. in the direction of flow of the liquid (from inside to outside) is tapered / shrinking beam channel 2.3, this is according to FIG. 1 the outside diameter D outside .

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 oder 2 ist demzufolge das vorteilhafte Verhältnis (V) von L zu D (V = L/D) mittels dem Außendurchmesser D = Daußen bzw. der kleinste Durchmesser des Strahlkanals 2, 3 zu bestimmen.According to the embodiment FIG. 1 or 2 Accordingly, the advantageous ratio (V) of L to D (V = L / D) by means of the outer diameter D = D outside or the smallest diameter of the beam channel 2, 3 to determine.

Wie in Figur 1 deutlich wird, ist L die Länge L des Strahlkanals 2, 3 zwischen dem Eintritt 5 und dem Austritt 6, d. h. insbesondere dessen Flächenschwerpunkte bzw. zwischen den Mittelpunkten des Innendurchmessers Dinnen und des Außendurchmessers Daußen des jeweiligen Strahlkanals 2, 3.As in FIG. 1 becomes clear, L is the length L of Beam channel 2, 3 between the inlet 5 and the outlet 6, ie in particular its centroids or between the centers of the inner diameter D inside and the outer diameter D outside the respective beam channel 2, 3rd

Der Abstand A zwischen Kollisionspunkt 7 und Düsenkörper 1 ist vorliegend die Strecke bzw. Länge längs der (strichpunktiert dargestellten) Winkelhalbierenden der beiden Mittelachsen 8 der Strahlkanäle 2, 3. Vorzugsweise ist der Winkel α zwischen 20° und 80°, sodass die Winkelhalbierende entsprechend 10° bis 40° bzw. α/2 zu den vorliegend symmetrisch angeordneten Strahlkanälen 2, 3 bzw. deren Mittelachsen 8 ausgerichtet ist.The distance A between collision point 7 and nozzle body 1 is presently the distance or length along the (dash-dotted lines) bisector of the two central axes 8 of the beam channels 2, 3. Preferably, the angle α between 20 ° and 80 °, so that the bisector corresponding to the 10th ° to 40 ° or α / 2 to the present symmetrically arranged beam channels 2, 3 and the center axes 8 is aligned.

Weiterhin ist eine Ausführungsform realisierbar, wobei die beiden Strahlkanäle 2, 3 quer bzw. senkrecht zur Figuren-/ Blattebene versetzt zueinander angeordnet sind, sodass die beiden Längs-/Mittelachsen 8 der beiden Strahlkanäle 2, 3 sich nicht in einem Punkt treffen/kreuzen bzw. miteinander kollidieren. Allerdings kollidieren die Flüssigkeitsstrahlen. So ist in diesem Fall senkrecht zur Blattebene bzw. Figurenebene ein Abstand der Längsachsen vorhanden, der mathematisch als so genanntes "Gemeinlot" bzw. als "Minimaltransversale" der entsprechenden "windschiefen Geraden" 8 bezeichnet wird. In diesem Fall wäre dann im Sinn der Erfindung der Abstand A die Entfernung von der Mitte des Gemeinlotes zwischen den beiden Mittelachsen 8 bis zum Düsenkörper 1 bzw. dem Ende der dargestellten Länge L des Strahlkanals 2, 3.Furthermore, an embodiment can be realized, wherein the two beam channels 2, 3 are arranged transversely or perpendicular to the figure / sheet plane offset from one another, so that the two longitudinal / central axes 8 of the two beam channels 2, 3 do not meet / cross at one point or . collide with each other. However, the liquid jets collide. Thus, in this case, perpendicular to the plane of the page or plane of the figure, there is a spacing of the longitudinal axes, which is referred to mathematically as so-called "common solder" or as "minimal transverse" of the corresponding "skewed straight line" 8. In this case, in the sense of the invention, the distance A would then be the distance from the center of the common solder between the two central axes 8 to the nozzle body 1 and the end of the illustrated length L of the beam channel 2, 3.

Mit einem derartigen Versatz bzw. Gemeinlot zwischen den entsprechend windschiefen Geraden 8 kann in vorteilhafter Weise die Orientierung des zu erzeugenden Fächers bzw. dessen Fächerebene eingestellt bzw. gedreht werden.With such an offset or common solder between the corresponding skewed straight lines 8, the orientation of the fan to be generated or its fan level can be adjusted or rotated in an advantageous manner.

In Figur 2 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, wobei sich die Längs-/Mittelachsen 8 der Strahlkanäle 2, 3 in etwa auf der Mantelfläche bzw. Hülle des Düsenkörpers 1 treffen bzw. kreuzen. Folglich ist hier der Abstand A gleich Null.In FIG. 2 a further variant of the invention is shown, wherein the longitudinal / central axes 8 of the beam channels 2, 3 meet or intersect approximately on the lateral surface or shell of the nozzle body 1. Consequently, here the distance A is equal to zero.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Düsenkörpernozzle body
22
Strahlkanalbeam channel
33
Strahlkanalbeam channel
44
Innenrauminner space
55
Eintrittentry
66
Austrittexit
77
Kollisionspunktcollision point
88th
Achseaxis
αα
Winkelcorner
AA
Abstanddistance
DD
Durchmesserdiameter
Dinnen D inside
Innen-DurchmesserInner Diameter
Daußen D outside
Außen-DurchmesserOuter diameter
KK
KonizitätsfaktorKonizitätsfaktor
LL
Längelength

Claims (9)

  1. A device for atomising, spraying or injecting liquid into a working area, wherein at least one multi-jet nozzle (1) with at least two jet channels (2, 3) is provided for generating at least two jets of liquid which at least partially impact against one another in an impact zone (7) so that a substantially fan-shaped jet can be generated and the extent of said fan-shaped jet, in a fan plane, is greater than or at least twice as large as in the transverse direction to this fan plane, characterised in that at least the two jet channels (2, 3) have a positive conicity factor (K), wherein the conicity factor K = (Dinner - Douter) * 100/L, wherein Dinner is an inlet or inner diameter and Douter is an outlet or outer diameter of the jet channels (2, 3) and where L is the length of the jet channels (2, 3), and that an inlet cross-sectional area of the jet channels (2, 3) is greater than an outlet cross-sectional area of the jet channels (2, 3) and wherein the inlet cross-section of the jet channels (2, 3) is arranged in the direction of flow of the liquid in front of the outlet cross-section.
  2. The device according to claim 1, characterised in that the conicity factor (K) is between 1.0 and 3.0.
  3. The device according to one of the preceding claims, characterised in that a ratio (V) of a length (L) of the jet channels (2, 3) is larger than 5 (V = L/D) with respect to a channel diameter (D) of the jet channels (2, 3).
  4. The device according to claim 3, characterised in that the ratio (V) is between 5 and 10.
  5. The device according to one of the preceding claims, characterised in that a distance (A) of the nozzle body (1) is between 0 millimetres (mm) and 15 times the diameter (D) of the jet channels (2, 3) from the impact zone (7) and/or a collision point (7) of the jets of liquid which at least partially impact against one another, wherein the nozzle body (1) of the multi-jet nozzle (1) at least comprises the two jet channels (2, 3).
  6. The device according to claim 5, characterised in that the distance (A) is between 3 times and 7 times the diameter (D) of the jet channels (2, 3).
  7. The device according to any one of the preceding claims, characterised in that a plurality of multi-jet nozzles (1) are provided.
  8. An injector with a device for injecting fuel into a combustion chamber, characterised in that it comprises at least one device according to any one of the preceding claims.
  9. An internal combustion engine with a device for injecting fuel into a combustion chamber, characterised in that at least one device is provided according to any one of the preceding claims.
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