EP4575217A1 - Kraftstoffinjektor einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffinjektor einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine Download PDF

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EP4575217A1
EP4575217A1 EP24211043.5A EP24211043A EP4575217A1 EP 4575217 A1 EP4575217 A1 EP 4575217A1 EP 24211043 A EP24211043 A EP 24211043A EP 4575217 A1 EP4575217 A1 EP 4575217A1
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EP
European Patent Office
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fuel
injection openings
fuel injection
contour
circular contour
Prior art date
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Pending
Application number
EP24211043.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Klaua
Christian Kunkel
Maximilian Indrich
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Everllence SE
Original Assignee
MAN Energy Solutions SE
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Filing date
Publication date
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    • F02M2200/44—Valves, e.g. injectors, with valve bodies arranged side-by-side

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with at least one fuel injector.
  • the present invention relates in particular to the field of so-called large engines or large internal combustion engines, whose cylinders have piston diameters of at least 140 mm, in particular of at least 175 mm.
  • large internal combustion engines include, for example, marine engines.
  • Dual-fuel internal combustion engines are already known as marine engines. Dual-fuel internal combustion engines known from practice can be operated in a first operating mode, in which they burn a first fuel, in particular a relatively unignitable fuel, and in a second operating mode, in which they burn a second fuel, in particular a relatively ignitable fuel.
  • the first, relatively unignitable fuel can be, for example, methanol, ethanol, or ammonia.
  • the second, relatively ignitable fuel can be, for example, diesel fuel.
  • the first, relatively unignitable fuel, in particular methanol, ethanol, or ammonia can be ignited by the second, relatively ignitable fuel, in particular diesel fuel.
  • DE 10 2013 000 048 B3 discloses a fuel injector by means of which, in the first operating mode of a dual-fuel internal combustion engine, both the first, relatively unignitable fuel and the second, relatively readily ignitable fuel can be introduced into the combustion chamber of a cylinder.
  • the fuel injector disclosed therein is designed as a so-called double-needle injector, which has two nozzle needles that are movably guided in corresponding needle guides.
  • First fuel injection openings that interact with a first nozzle needle and second fuel injection openings that interact with a second nozzle needle are each arranged along a circular contour, wherein, when the fuel injector is installed, the first fuel injection openings and the second fuel injection openings extend the same depth or distance into the combustion chamber of the cylinder.
  • the present invention is based on the object of creating a novel fuel injector for an internal combustion engine and an internal combustion engine with such a fuel injector. This object is achieved by a fuel injector according to claim 1 and an internal combustion engine according to claim 7.
  • the fuel injector has a first nozzle needle which is movably guided in a first needle guide and which interacts with first fuel injection openings in such a way that the first nozzle needle, depending on its position, either releases or blocks a fuel flow of the first, relatively unignitable fuel through the first fuel injection openings.
  • the fuel injector further comprises a second nozzle needle which is movably guided in a second needle guide and which interacts with second fuel injection openings in such a way that the second nozzle needle, depending on its position, either releases or blocks a fuel flow of a second, relatively ignitable fuel, which serves to ignite the first fuel, through the second fuel injection openings.
  • the first fuel injection openings of the fuel injector are arranged along a partial circle contour and the second fuel injection openings are arranged along a circular contour such that a distance between the center of the partial circle contour and the center of the circular contour is greater than the sum of the radius of the partial circle contour and the radius of the circular contour.
  • the second fuel injection ports extend deeper or further into the combustion chamber of the cylinder than the first fuel injection ports.
  • those fuel injection openings of the fuel injector which serve to introduce the relatively ignitable fuel into the combustion chamber of a cylinder protrude deeper or further into the combustion chamber of the cylinder when the fuel injector is installed than the first fuel injection openings which serve to introduce the relatively unignitable fuel into the combustion chamber of the cylinder.
  • both the first, relatively unignitable fuel and the second, relatively ignitable fuel can be advantageously introduced into the combustion chamber, so that a combustion chamber of the combustion chamber can be optimally utilized.
  • the ignitable fuel can be optimally introduced into the combustion chamber.
  • the partial circle contour on which the first fuel injection openings are arranged covers an angular range of 360°- ⁇ , where ⁇ is between 15° and 60°, in particular between 20° and 60°, preferably between 20° and 45°, and where the partial circle contour defined by the angle ⁇ faces the circular contour on which the second fuel injection openings are arranged.
  • the circular contour on which the second fuel injection openings are arranged covers an angular range of 360°. This allows for optimal introduction of both the first, relatively unignitable fuel and the second, relatively readily ignitable fuel into the combustion chamber of a cylinder.
  • a ratio between a height offset of the circular contour on which the second fuel injection openings are arranged and the partial circle contour on which the first fuel injection openings are arranged, and the distance between the center of the partial circle contour and the center of the circular contour is between 0.1 and 0.4, in particular between 0.15 and 0.35, preferably between 0.17 and 0.29. This is also advantageous for the optimal introduction of the first, relatively unignitable fuel and the second, relatively ignitable fuel into the combustion chamber of the cylinder.
  • the first fuel injection openings are configured to inject the first fuel into the combustion chamber in a first spray cone with a first cone angle
  • the second fuel injection openings are configured to inject the second fuel into the combustion chamber in a second spray cone with a second cone angle, wherein the first cone angle is smaller than the second cone angle.
  • the first cone angle is preferably between 66° and 88°, in particular between 68° and 86°, particularly preferably between 70° and 84°.
  • the second cone angle is preferably between 70° and 92°, in particular between 72° and 90°, particularly preferably between 74° and 88°. This makes it possible to further improve the introduction of the first, relatively unignitable fuel and the second, relatively ignitable fuel into the combustion chamber of the respective cylinder.
  • the invention relates to a fuel injector of an internal combustion engine.
  • a fuel injector is designed to supply fuel to a combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine.
  • the fuel injector according to the invention serves to supply different fuels to an internal combustion engine, in particular designed as a dual-fuel internal combustion engine.
  • a first operating mode for example, the introduction of a first, in particular relatively unignitable fuel, and a second, relatively ignitable fuel in order to ignite the first, relatively unignitable fuel via the second, relatively unignitable fuel in the first operating mode.
  • a second operating mode in which exclusively the second, relatively unignitable fuel is combusted, the fuel injector is to inject the fuel into the combustion chamber of the cylinder.
  • the first, relatively unignitable fuel can be methanol, ethanol, or ammonia.
  • the second, relatively ignitable fuel is, in particular, diesel fuel.
  • Fig. 1 to 3 show different views of a fuel injector 10 according to the invention.
  • the fuel injector 10 has a base body 11 which provides two needle guides 12, 13.
  • a first nozzle needle 14 is movably guided in a first needle guide 12, and a second nozzle needle 15 is movably guided in a second needle guide 13.
  • First fuel injection openings 16 interact with the first nozzle needle 14 such that, depending on its position in the first needle guide 12, the first nozzle needle 14 either allows or blocks a fuel flow of a first, relatively unignitable fuel through the first fuel injection openings 16.
  • Second fuel injection openings 17 interact with the second nozzle needle 15 such that, depending on its position in the second needle guide 13, the second nozzle needle 15 either allows or blocks a fuel flow of a second, relatively unignitable fuel through the second fuel injection openings 17.
  • the internal combustion engine 10 is operated in an operating mode in which the first, relatively unignitable fuel is to be combusted and ignited with the aid of the second, relatively ignitable fuel, the first, relatively unignitable fuel is introduced into the combustion chamber of the cylinder via the first fuel injection openings 16 and the second, relatively ignitable fuel via the second fuel injection openings 17. If, in a second operating mode of the internal combustion engine, only the second, relatively unignitable fuel is to be combusted, the second fuel is introduced into the combustion chamber of the cylinder via the second fuel injection openings 17; the first fuel injection openings 16 are then permanently closed by the first nozzle needle 14.
  • the first fuel injection openings 16 are arranged along a partial circle contour 18, and the second fuel injection openings 17 are arranged along a circular contour 19.
  • the partial circle contour 18 has a radius r1
  • the circular contour 19 has a radius r2.
  • a distance x between the center point 20 of the partial circle contour 18 and the center point 21 of the circular contour 19 is greater than the sum of the two radii r1 and r2.
  • the partial rice contour 18 and the circular contour 19 are therefore not arranged concentrically to each other and do not intersect.
  • the second fuel injection openings 17 are arranged deeper or further in the combustion chamber of the cylinder than the first fuel injection openings 16.
  • the height offset h visualizes the distance of the plane of the partial circle contour 18 from the plane of the circular contour 19.
  • the circular contour 19 with the second fuel injection openings 17 therefore projects, in the installed state of the fuel injector 10, deeper or further into the combustion chamber of the cylinder by the height offset h than the partial circle contour 18 with the first fuel injection openings 16.
  • the circular contour 19, on which the second fuel injection openings 17 are arranged covers an angular range of 360°.
  • the second fuel injection openings 17 are arranged at equal spacing on this circular contour 19.
  • the second, relatively ignitable fuel can therefore be injected into the combustion chamber via the second fuel injection openings 17 within an angular range of 360°.
  • the pitch circle contour 18, on which the first fuel injection openings 16 are arranged covers an angular range of 360°- ⁇ .
  • ⁇ is between 15° and 65°, in particular between 20° and 60°, particularly preferably between 20° and 45°.
  • ⁇ accordingly defines a remaining pitch circle contour on which no first fuel injection openings 16 are arranged.
  • the first fuel injection openings 16 are preferably, but not exclusively, arranged at equal spacing.
  • the remaining pitch circle contour defined by ⁇ , on which no first fuel injection openings 16 are arranged faces the circular contour 19 on which the second fuel injection openings 17 are arranged.
  • a ratio h/x between the height offset h of the circular contour 19, on which the second fuel injection openings 17 are arranged, and the partial circle contour 18, on which the first fuel injection openings 16 are arranged, and the distance x between the center point 20 of the partial circle contour 18 and the center point 21 of the circular contour 19 is between 0.1 and 0.4, in particular between 0.15 and 0.35, preferably between 0.17 and 0.29.
  • the height offset h is the distance between the plane of the circular contour 19, on which the second fuel injection openings 17 are arranged, and the plane of the partial circle contour 18, on which the first fuel injection openings 16 are arranged.
  • the distance x corresponds to the distance between the center point 20 of the partial circle contour 18 and the center point 21 of the circular contour 19.
  • the first fuel injection openings 16 are configured to inject the first, relatively unignitable fuel into the combustion chamber of the cylinder, specifically with a first spray cone characterized by the cone angle ⁇ .
  • This cone angle ⁇ corresponds to the angle between the outer surface of the spray cone and a longitudinal center axis thereof.
  • the second fuel injection openings 17 are configured to inject the second, relatively ignitable fuel into the combustion chamber in a second spray cone with a second cone angle ⁇ , wherein the second cone angle ⁇ is in turn the angle between the outer surface of the second spray cone and its longitudinal center axis.
  • the first cone angle ⁇ is smaller than the second cone angle ⁇ .
  • the first cone angle ⁇ is between 66° and 88°, in particular between 68° and 86°, particularly preferably between 70° and 84°.
  • the second cone angle ⁇ is between 70° and 92°, in particular between 72° and 90°, particularly preferably between 74° and 88°.
  • the invention allows for the optimal introduction of fuel into the combustion chamber of a cylinder in different operating modes of an internal combustion engine, preferably designed as a dual-fuel internal combustion engine.
  • a first operating mode both a first, relatively unignitable fuel and, for igniting the same, a second, relatively ignitable fuel can be optimally introduced into the combustion chamber of a cylinder and thus combusted.
  • a second operating mode the second, relatively ignitable fuel can be optimally introduced into the combustion chamber of a cylinder and thus combusted.

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Abstract

Kraftstoffinjektor (10) einer Brennkraftmaschine, der dazu ausgebildet ist, einer Brennkammer eines Zylinders der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzuführen, mit einer in einer ersten Nadelführung (12) bewegbar geführten ersten Düsennadel (14), die mit ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) derart zusammenwirkt, dass die erste Düsennadel (14) abhängig von ihrer Position entweder eine Kraftstoffströmung eines ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoffs durch die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) freigibt oder versperrt, mit einer in einer zweiten Nadelführung (13) bewegbar geführten zweiten Düsennadel (15), die mit zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) derart zusammenwirkt, dass die zweite Düsennadel (15) abhängig von ihrer Position entweder eine Kraftstoffströmung eines zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs, welcher der Zündung des ersten Kraftstoffs dient, durch die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) freigibt oder versperrt, wobei die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) entlang einer Teilkreiskontur (18) und die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) entlang einer Kreiskontur (19) derart angeordnet sind, dass ein Abstand (x) zwischen dem Mittelpunkt (20) der Teilkreiskontur (18) und dem Mittelpunkt (21) der Kreiskontur (19) größer ist als die Summe des Radius (r1) der Teilkreiskontur (18) und des Radius (r2) der Kreiskontur (19), und wobei im eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektor die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) tiefer oder weiter in eine Brennkammer des Zylinders hineinragen als die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Kraftstoffinjektor.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den Bereich sogenannter Großmotoren bzw. Großbrennkraftmaschinen, deren Zylinder Kolbendurchmesser von mindestens 140 mm, insbesondere von mindestens 175 mm, aufweisen. Bei solchen Großbrennkraftmaschinen handelt es sich zum Beispiel um Schiffsmotoren.
  • Als Schiffsmotoren sind bereits Dual-Fuel Brennkraftmaschinen bekannt. Aus der Praxis bekannte Dual-Fuel Brennkraftmaschinen können in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden, in welchem dieselben einen ersten Kraftstoff, insbesondere einen relativ zündunwilligen Kraftstoff, verbrennen, sowie in einem zweiten Betriebsmodus, in welchem dieselben einen zweiten Kraftstoff, insbesondere relativ zündwilligen Kraftstoff verbrennen.
  • Beim ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoff kann es sich zum Beispiel um Methanol, Ethanol oder Ammoniak handeln. Bei dem zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoff kann es sich zum Beispiel um einen Dieselkraftstoff handeln. Im ersten Betriebsmodus kann der erste, relativ zündunwilligen Kraftstoff, insbesondere das Methanol, Ethanol oder Ammoniak, kann über den zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoff, insbesondere den Dieselkraftstoff, gezündet werden.
  • DE 10 2013 000 048 B3 offenbart einen Kraftstoffinjektor, mithilfe dessen im ersten Betriebsmodus einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine sowohl der erste, relativ zündunwillige Kraftstoff als auch der zweite, relativ zündwillige Kraftstoff in die Brennkammer eines Zylinders eingebracht werden können. Der dort offenbarte Kraftstoffinjektor ist als sogenannter Doppelnadelinjektor ausgeführt, der über zwei Düsennadeln verfügt, die in entsprechenden Nadelführungen bewegbar geführt sind. Mit einer ersten Düsennadel zusammenwirkende erste Kraftstoffeinspritzöffnungen und mit einer zweiten Düsennadel zusammenwirkende zweite Kraftstoffeinspritzöffnungen sind jeweils entlang einer Kreiskontur angeordnet, wobei im eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektors die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen und die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen gleich tief bzw. weit in die Brennkammer des Zylinders hineinragen. Hierdurch ergeben sich deutliche Einschränkungen beim Einspritzen der Kraftstoffe in die Brennkammer eines Zylinders, sodass der Brennraum der Brennkammer nicht optimal genutzt werden kann. So kann zum Beispiel insbesondere dann, wenn in einem zweiten Betriebsmodus ausschließlich relativ zündwilliger Kraftstoff verbrannt werden soll, ein signifikanter Anteil des Brennraums der Brennkammer nicht mehr mit dem relativ zündwilligen Kraftstoff befüllt werden.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Kraftstoffinjektor zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 und eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 gelöst.
  • Der Kraftstoffinjektor weist eine in einer ersten Nadelführung bewegbar geführte erste Düsennadel auf, die mit ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen derart zusammenwirkt, dass die erste Düsennadel abhängig von ihrer Position entweder eine Kraftstoffströmung des ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoffs durch die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen freigibt oder versperrt.
  • Der Kraftstoffinjektor weist ferner eine in einer zweiten Nadelführung bewegbar geführte zweite Düsennadel auf, die mit zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen derart zusammenwirkt, dass die zweite Düsennadel abhängig von ihrer Position entweder eine Kraftstoffströmung eines zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs, welcher der Zündung des ersten Kraftstoffs dient, durch die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen freigibt oder versperrt.
  • Die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen des Kraftstoffinjektors sind entlang einer Teilkreiskontur und die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen entlang einer Kreiskontur derart angeordnet, dass ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Teilkreiskontur und dem Mittelpunkt der Kreiskontur größer ist als die Summe des Radius der Teilkreiskontur und des Radius der Kreiskontur.
  • Im eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektor ragen die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen tiefer oder weiter in der Brennkammer des Zylinders hinein als die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor ist vorgesehen, dass diejenigen Kraftstoffeinspritzöffnungen des Kraftstoffinjektors, die dem Einbringen des relativ zündwilligen Kraftstoffs in die Brennkammer eines Zylinders dienen, im eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektors tiefer oder weiter in die Brennkammer des Zylinders hineinragen als die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen, die dem Einbringen des relativ zündunwilligen Kraftstoffs in die Brennkammer des Zylinders dienen. Hierdurch können sowohl der erste, relativ zündunwillige Kraftstoff als auch der zweite, relativ zündwillige Kraftstoff vorteilhaft in die Brennkammer eingebracht werden, sodass ein Brennraum der Brennkammer optimal ausgenutzt werden kann. Insbesondere dann, wenn in einem entsprechenden Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ausschließlich relativ zündwilliger Kraftstoff verbrannt werden soll, kann der zündwillige Kraftstoff optimal in die Brennkammer eingebracht werden.
  • Vorzugsweise deckt die Teilkreiskontur, auf welcher die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen angeordnet sind, einen Winkelbereich von 360°-δ, wobei δ zwischen 15° und 60°, ins-besondere zwischen 20° und 60°, bevorzugt zwischen 20° und 45° beträgt, und wobei die durch den Winkel δ definierte Teilkreiskontur der Kreiskontur, auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen angeordnet sind, zugewandt ist. Die Kreiskontur, auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen angeordnet sind, deckt einen Winkelbereich von 360° ab. Dies erlaubt sowohl eine optimale Einbringung des ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoffs als auch des zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs in die Brennkammer eines Zylinders.
  • Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis zwischen einem Höhenversatz der Kreiskontur, auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen angeordnet sind, und der Teilkreiskontur, auf welcher die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen angeordnet sind, und dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Teilkreiskontur und dem Mittelpunkt der Kreiskontur zwischen 0,1 und 0,4, insbesondere zwischen 0,15 und 0,35, bevorzugt zwischen 0,17 und 0,29. Auch dies ist für das optimale Einbringen des ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoffs und des zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs in die Brennkammer des Zylinders von Vorteil.
  • Vorzugsweise sind die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen eingerichtet, den ersten Kraftstoff in einem ersten Sprühkegel mit einem ersten Kegelwinkel in den Brennraum einzuspritzen, wobei die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen eingerichtet sind, den zweiten Kraftstoff in einem zweiten Sprühkegel mit einem zweiten Kegelwinkel in den Brennraum einzuspritzen, wobei der erste Kegelwinkel kleiner als der zweite Kegelwinkel ist. Der erste Kegelwinkel beträgt vorzugsweise zwischen 66° und 88°, insbesondere zwischen 68° und 86°, besonders bevorzugt zwischen 70° und 84°. Der zweite Kegelwinkel beträgt vorzugsweise zwischen 70° und 92°, insbesondere zwischen 72° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 74° und 88. Hiermit kann das Einbringen des ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoffs sowie des zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs in die Brennkammer des jeweiligen Zylinders weiter verbessert werden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1:
    eine schematisierte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors;
    Fig. 2
    eine Ansicht von unten auf den erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor;
    Fig. 3
    einen schematisierten Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor der Fig. 1.
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine. Ein solcher Kraftstoffinjektor ist dazu ausgebildet, einer Brennkammer eines Zylinders der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzuführen. Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor dient dabei dazu, einer insbesondere als Dual-Fuel-Brennkraftmaschine ausgebildeten Brennkraftmaschine unterschiedliche Kraftstoffe zuzuführen, so in einem ersten Betriebsmodus dem Einbringen eines ersten, insbesondere relativ zündunwilligen Kraftstoffs, sowie eines zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs, um über den zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoff im ersten Betriebsmodus den ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoff zu zünden. Ferner soll in einem zweiten Betriebsmodus, in welchem ausschließlich der zweite, relativ zündunwillige Kraftstoff verbrannt wird, über den Kraftstoffinjektor derselbe in die Brennkammer des Zylinders eingespritzt werden. Beim ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoff kann es sich um Methanol, Ethanol oder Ammoniak handeln. Beim zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoff handelt es sich insbesondere um einen Dieselkraftstoff.
  • Fig. 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Ansichten eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10. Der Kraftstoffinjektor 10 verfügt über einen Grundkörper 11, der zwei Nadelführungen 12, 13 bereitstellt.
  • In einer ersten Nadelführung 12 ist eine erste Düsennadel 14 und in einer zweiten Nadelführung 13 eine zweite Düsennadel 15 bewegbar geführt. Mit der ersten Düsennadel 14 wirken erste Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 derart zusammen, dass die erste Düsennadel 14 abhängig von ihrer Position in der ersten Nadelführung 12 entweder eine Kraftstoffströmung eines ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoffs durch die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 freigibt oder versperrt. Mit der zweiten Düsennadel 15 wirken zweite Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 zusammen, derart, dass die zweite Düsennadel 15 abhängig von ihrer Position in der zweiten Nadelführung 13 entweder eine Kraftstoffströmung eines zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs, welcher in einem entsprechenden Betriebsmodus der Brennkraftmaschine der Zündung des ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoffs dient, durch die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 freigibt oder versperrt.
  • Wird die Brennkraftmaschine 10 demnach in einem Betriebsmodus betrieben, in welchem der erste, relativ zündunwillige Kraftstoff verbrannt und mithilfe des zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs gezündet werden soll, so wird der erste, relativ zündunwillige Kraftstoff über die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 und der zweite, relativ zündwillige Kraftstoff über die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 in die Brennkammer des Zylinders eingebracht. Soll in einem zweiten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ausschließlich der zweite, relativ zündunwillige Kraftstoff verbrannt werden, so wird derselbe über die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 in die Brennkammer des Zylinders eingebracht, die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 sind dann durch die erste Düsennadel 14 permanent verschlossen.
  • Die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 sind entlang einer Teilkreiskontur 18 und die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 entlang einer Kreiskontur 19 angeordnet. Die Teilkreiskontur 18 weist einen Radius r1 und die Kreiskontur 19 einen Radius r2 auf. Ein Abstand x zwischen dem Mittelpunkt 20 der Teilkreiskontur 18 und den Mittelpunkt 21 der Kreiskontur 19 ist dabei größer als die Summe der beiden Radien r1 und r2.
  • Die Teilreiskontur 18 und die Kreiskontur 19 sind demnach nicht konzentrisch zueinander angeordnet und schneiden sich nicht.
  • Im eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektors 10 sind die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 tiefer oder weiter in der Brennkammer des Zylinders angeordnet als die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16. In Fig. 1 visualisiert der Höhenversatz h den Abstand der Ebene der Teilkreiskontur 18 von der Ebene der Kreiskontur 19. Die Kreiskontur 19 mit den zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 ragt demnach im eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektors 10 um den Höhenversatz h tiefer oder weiter in die Brennkammer des Zylinders hinein als die Teilkreiskontur 18 mit den ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16.
  • Die Kreiskontur 19, auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 angeordnet sind, deckt einen Winkelbereich von 360° ab. Vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, sind die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 auf dieser Kreiskontur 19 gleich beabstandet angeordnet. Über die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 kann demnach der zweite, relativ zündwillige Kraftstoff in einem Winkelbereich von 360° in die Brennkammer eingespritzt werden.
  • Die Teilkreiskontur 18, auf welcher die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 angeordnet sind, deckt einen Winkelbereich von 360°-δ ab. δ beträgt zwischen 15° und 65°, insbesondere zwischen 20° und 60°, besonders bevorzugt zwischen 20° und 45°. δ definiert demnach eine Restteilkreiskontur, auf welcher keine ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 angeordnet sind. Auf der Teilkreiskontur 18 sind die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, gleich beabstandet angeordnet. Die durch δ definierte Restteilkreiskontur, auf welcher keine ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 angeordnet sind, ist der Kreiskontur 19, auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 angeordnet sind, zugewandt.
  • Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis h/x zwischen dem Höhenversatz h der Kreiskontur 19, auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 angeordnet sind, und der Teilkreiskontur 18, auf welcher die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 angeordnet sind, und dem Abstand x zwischen dem Mittelpunkt 20 der Teilkreiskontur 18 und dem Mittelpunkt 21 der Kreiskontur 19 zwischen 0,1 und 0,4, insbesondere zwischen 0,15 und 0,35, bevorzugt zwischen 0,17 und 0,29.
  • Wie bereits ausgeführt, handelt es sich beim Höhenversatz h um den Abstand zwischen der Ebene der Kreiskontur 19, auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 angeordnet sind, und der Ebene der Teilkreiskontur 18, auf welcher die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 angeordnet sind. Der Abstand x entspricht dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt 20 der Teilkreiskontur 18 und dem Mittelpunkt 21 der Kreiskontur 19.
  • Wie bereits ausgeführt, sind die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 16 eingerichtet, den ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoff in die Brennkammer des Zylinders einzuspritzen, und zwar mit einem ersten Sprühkegel, der durch den Kegelwinkel β charakterisiert ist. Dieser Kegelwinkel β entspricht dem Winkel zwischen der Mantelfläche des Sprühkegels und einer Längsmittelachse desselben. Die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen 17 sind eingerichtet, den zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoff in einem zweiten Sprühkegel mit einem zweiten Kegelwinkel α in die Brennkammer einzuspritzen, wobei der zweite Kegelwinkel α wiederum der Winkel zwischen der Mantelfläche des zweiten Sprühkegels und der Längsmittelachse desselben beträgt.
  • Der erste Kegelwinkel β ist kleiner als der zweite Kegelwinkel α. Insbesondere beträgt der erste Kegelwinkel β zwischen 66° und 88°, insbesondere zwischen 68° und 86°, besonders bevorzugt zwischen 70° und 84°. Der zweite Kegelwinkel α beträgt zwischen 70° und 92°, insbesondere zwischen 72° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 74° und 88°.
  • Die Erfindung erlaubt es, in unterschiedlichen Betriebsmodi einer vorzugsweise als Dual-Fuel Brennkraftmaschinenausgebildeten Brennkraftmaschine Kraftstoff optimal in die Brennkammer eines Zylinders einzubringen. So können in einem ersten Betriebsmodus sowohl ein erster, relativ zündunwilliger Kraftstoff und zur Zündung desselben ein zweiter, relativ zündwilligen Kraftstoffs als auch in einem zweiten Betriebsmodus der zweite, relativ zündwillige Kraftstoff optimal in die Brennkammer eines Zylinders eingebracht und so verbrannt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftstoffinjektor
    11
    Grundkörper
    12
    erste Nadelführung
    13
    zweite Nadelführung
    14
    erste Düsennadel
    15
    zweite Düsennadel
    16
    erste Kraftstoffeinspritzöffnung
    17
    zweite Kraftstoffeinspritzöffnung
    18
    Teilkreiskontur
    19
    Kreiskontur
    20
    Mittelpunkt
    21
    Mittelpunkt

Claims (7)

  1. Kraftstoffinjektor (10) einer Brennkraftmaschine, der dazu ausgebildet ist, einer Brennkammer eines Zylinders der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzuführen,
    mit einer in einer ersten Nadelführung (12) bewegbar geführten ersten Düsennadel (14), die mit ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) derart zusammenwirkt, dass die erste Düsennadel (14) abhängig von ihrer Position entweder eine Kraftstoffströmung eines ersten, relativ zündunwilligen Kraftstoffs durch die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) freigibt oder versperrt,
    mit einer in einer zweiten Nadelführung (13) bewegbar geführten zweiten Düsennadel (15), die mit zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) derart zusammenwirkt, dass die zweite Düsennadel (15) abhängig von ihrer Position entweder eine Kraftstoffströmung eines zweiten, relativ zündwilligen Kraftstoffs, welcher der Zündung des ersten Kraftstoffs dient, durch die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) freigibt oder versperrt,
    wobei die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) entlang einer Teilkreiskontur (18) und die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) entlang einer Kreiskontur (19) derart angeordnet sind, dass ein Abstand (x) zwischen dem Mittelpunkt (20) der Teilkreiskontur (18) und dem Mittelpunkt (21) der Kreiskontur (19) größer ist als die Summe des Radius (r1) der Teilkreiskontur (18) und des Radius (r2) der Kreiskontur (19),
    wobei im eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektor die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) tiefer oder weiter in eine Brennkammer des Zylinders hineinragen als die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16).
  2. Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 1,
    wobei die Kreiskontur (19), auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) angeordnet sind, einen Winkelbereich von 360° abdeckt.
  3. Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 1 oder 2,
    die Teilkreiskontur (18), auf welcher die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) angeordnet sind, einen Winkelbereich von 360°-δ abdeckt, wobei δ zwischen 15° und 60°, insbesondere zwischen 20° und 60°, bevorzugt zwischen 20° und 45° beträgt, wobei die durch δ definierte Restteilkreiskontur, auf welcher keine ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) angeordnet sind, der Kreiskontur (19), auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) angeordnet sind, zugewandt ist.
  4. Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    wobei ein Verhältnis zwischen einem Höhenversatz (h) der Kreiskontur (19), auf welcher die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) angeordnet sind, und der Teilkreiskontur (18), auf welcher die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) angeordnet sind, und dem Abstand (x) zwischen dem Mittelpunkt (20) der Teilkreiskontur (18) und dem Mittelpunkt (21) der Kreiskontur (19) zwischen 0,1 und 0,4, insbesondere zwischen 0,15 und 0,35, bevorzugt zwischen 0,17 und 0,29 beträgt.
  5. Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen (16) eingerichtet sind, den ersten Kraftstoff in einem ersten Sprühkegel mit einem ersten Kegelwinkel (β) in den Brennraum einzuspritzen,
    wobei die zweiten Kraftstoffeinspritzöffnungen (17) eingerichtet sind, den zweiten Kraftstoff in einem zweiten Sprühkegel mit einem zweiten Kegelwinkel (α) in den Brennraum einzuspritzen,
    wobei der erste Kegelwinkel (β) kleiner als der zweite Kegelwinkel (α) ist.
  6. Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    der erste Kegelwinkel (β) zwischen 66° und 88°, insbesondere zwischen 68° und 86°, bevorzugt zwischen 70° und 84°, beträgt.
    der zweite Kegelwinkel (α) zwischen 70° und 92°, insbesondere zwischen 72° und 90°, bevorzugt zwischen 74° und 88°, beträgt.
  7. Brennkraftmaschine,
    mit Zylindern, die eingerichtet sind, mit Hilfe eines zweiten Kraftstoffs einen ersten Kraftstoff zur Verbrennung desselben in den Zylindern zu zünden,
    wobei jeder Zylinder einen Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
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