ES2639849T3 - Device for fuel injection in a combustion chamber - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para inyectar combustible en una cámara de combustión, en particular para inyectar carburante en un cilindro de un motor de combustión interna, en el que está prevista una tobera de múltiples chorros (8) con al menos dos canales de chorros (6, 7) para generar al menos dos chorros de combustible que chocan al menos parcialmente uno con otro en una zona de impacto (S), en el que están previstas tres o más toberas de múltiples chorros (8) de este tipo y en el que las toberas de múltiples chorros (8) forman, a partir de al menos dos canales de chorros (6, 7) una tobera en forma de abanico para generar un chorro en forma de abanico (9), cuya extensión en un plano del abanico es mayor que en la dirección transversal a este plano del abanico, en el que los canales de chorros (6, 7) están dispuestos distribuidos sobre la superficie circunferencial de un cuerpo de tobera (4), y en el que los planos del abanico de la tobera de múltiples chorros (8) están alineados transversalmente y/o inclinados respecto al eje geométrico del cuerpo de tobera (4), caracterizado por que el guiado de los canales de chorros (6, 7, 13) es tal que éstos (6, 7, 13) forman un ángulo con respecto al eje principal (H) del dispositivo de inyección (1), de manera que la zona de pulverización generada por las toberas en forma de abanico está configurada en forma de pirámide.Device for injecting fuel into a combustion chamber, in particular for injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine, in which a multi-jet nozzle (8) with at least two jet channels (6, 7) is provided. to generate at least two jets of fuel that collide at least partially with one another in an impact zone (S), in which three or more multi-jet nozzles (8) of this type are provided and in which the nozzles of multiple jets (8) form, from at least two jet channels (6, 7) a fan-shaped nozzle to generate a fan-shaped jet (9), whose extension in a fan plane is greater than in the transverse direction to this plane of the fan, in which the jet channels (6, 7) are arranged distributed on the circumferential surface of a nozzle body (4), and in which the planes of the multi-nozzle fan jets (8) are aligned trans Versatically and / or inclined with respect to the geometric axis of the nozzle body (4), characterized in that the guiding of the jet channels (6, 7, 13) is such that they (6, 7, 13) form an angle with respect to to the main axis (H) of the injection device (1), so that the spray zone generated by the fan-shaped nozzles is shaped in the form of a pyramid.
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Dispositivo para la inyeccion de combustible en una camara de combustionDevice for fuel injection in a combustion chamber
La invencion se refiere a un dispositivo para la inyeccion de combustible en una camara de combustion, en particular para inyectar carburante en un cilindro de un motor de combustion interna segun la clausula precaracterizante de la reivindicacion 1.The invention relates to a device for injecting fuel into a combustion chamber, in particular for injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine according to the pre-characterizing clause of claim 1.
Se conocen desde hace mucho tiempo dispositivos de inyeccion en maquinas de combustion interna. Asf, en los documentos DE 369 670 o DE 10 2006 041 476 A1 estan descritos dispositivos de inyeccion, en los que en una tobera de inyeccion se generan dos o mas chorros que se cruzan en la camara de combustion. El sentido de esta disposicion es que los chorros de combustible que salen a alta velocidad chocan entre sf en la camara de combustion, con lo que se provoca una profunda pulverizacion exterior del combustible.Injection devices in internal combustion machines have been known for a long time. Thus, in DE 369 670 or DE 10 2006 041 476 A1, injection devices are described, in which two or more jets are generated in an injection nozzle that intersect in the combustion chamber. The meaning of this arrangement is that the high-speed fuel jets collide with each other in the combustion chamber, causing a deep external spraying of the fuel.
Este tipo de tobera de inyeccion, como se desprende del documento DE 44 07 360 A1, ha sido posteriormente desarrollada. En este documento se perfecciona una tobera de inyeccion correspondiente con chorro en forma de abanico, debido a que el chorro pueda ser girado en la camara de combustion, de tal manera que la cantidad de combustible inyectado pueda ser distribuida en la cantidad de aire deseada. Aunque una mejor distribucion del combustible es posible gracias a la rotacion de un chorro en forma de abanico, para ello se necesita, sin embargo, un tiempo apropiado. Sin embargo, para un optimo funcionamiento del motor es ventajosa una combustion corta y completa para utilizar el consiguiente aumento de presion lo mas eficientemente posible.This type of injection nozzle, as follows from DE 44 07 360 A1, has been subsequently developed. In this document a corresponding injection nozzle with a fan-shaped jet is perfected, because the jet can be rotated in the combustion chamber, such that the amount of fuel injected can be distributed in the desired amount of air. Although a better distribution of the fuel is possible thanks to the rotation of a jet in the form of a fan, it takes, however, an appropriate time. However, for optimal engine operation, a short and complete combustion is advantageous to use the consequent increase in pressure as efficiently as possible.
La mision de la invencion es, por lo tanto, proponer un dispositivo para la inyeccion de combustible por medio del cual sea posible una distribucion del tamano de las gotas y/o una distribucion de combustible mejorada en la camara de combustion.The mission of the invention is, therefore, to propose a device for the injection of fuel by means of which a distribution of the size of the drops and / or an improved fuel distribution in the combustion chamber is possible.
Este problema se resuelve mediante un dispositivo conforme a la clausula precaracterizante de la reivindicacion 1 por sus rasgos caracterizantes.This problem is solved by a device according to the pre-characterizing clause of claim 1 for its characterizing features.
De acuerdo con ello, un dispositivo conforme a la invencion se caracteriza por el hecho de que los canales de chorros estan dispuestos distribuidos sobre la superficie periferica de un cuerpo de tobera, y de que los planos del abanico de las toberas de multiples chorros estan orientados transversalmente y/o inclinados respecto al eje geometrico del cuerpo de la tobera, en donde la conduccion de los canales de chorros es de tal manera que estos se encuentran formando un angulo con respecto al eje principal del dispositivo de inyeccion, de modo que la zona de pulverizacion generada por las toberas en forma de abanico esta configurada con forma piramidal.Accordingly, a device according to the invention is characterized by the fact that the jet channels are arranged distributed on the peripheral surface of a nozzle body, and that the planes of the fan of the multiple jet nozzles are oriented transversely and / or inclined with respect to the geometric axis of the nozzle body, where the conduction of the jet channels is such that they are at an angle with respect to the main axis of the injection device, so that the area of spray generated by the nozzles in the form of a fan is configured with a pyramidal shape.
Una zona de impacto conforme a la invencion esta por tanto ya presente cuando dos o mas chorros de combustible solo se tocan o se cruzan por zonas, por lo que ya se ha provocado en parte el efecto de la invencion.An impact zone according to the invention is therefore already present when two or more jets of fuel are only touched or crossed by zones, whereby the effect of the invention has already been partly caused.
Mediante el uso de una tobera de multiples chorros se aprovecha la ventaja de una fina pulverizacion de toberas de este tipo. La pulverizacion fina provoca una vaporizacion rapida del combustible con una proporcion de mezcla de combustible-aire ampliamente homogenea. La pulverizacion fina ofrece una superficie grande del combustible lfquido, lo cual es ventajoso para dicha evaporacion. La superficie grande es incluso ventajosa en el caso de un encendido ya realizado, puesto que tambien en el caso de una eventual superficie lfquida de gotitas de combustible este todavfa presente, la combustion se desarrolla de forma considerablemente mas efectiva con una superficie grande correspondiente.By using a multi-jet nozzle, the advantage of a fine spray of nozzles of this type is used. Fine spraying causes rapid vaporization of the fuel with a widely homogeneous fuel-air mixture ratio. Fine spraying offers a large surface area of liquid fuel, which is advantageous for such evaporation. The large surface is even advantageous in the case of an already made ignition, since also in the case of an eventual liquid surface of fuel droplets is still present, combustion develops considerably more effectively with a corresponding large surface.
Mediante el uso de varias toberas de multiples chorros de este tipo, la camara de combustion puede estar espacialmente definida y pulverizar en poco tiempo, de manera que en un intervalo de tiempo correspondientemente corto se consigue una buena distribucion del aire de combustible en la camara de combustion.By using several nozzles of multiple jets of this type, the combustion chamber can be spatially defined and sprayed in a short time, so that in a correspondingly short time interval a good distribution of the fuel air in the fuel chamber is achieved. combustion.
Se ha demostrado que toberas de multiples chorros de este tipo configuran un chorro en forma de abanico que se extiende fundamentalmente bajo un angulo en el que chocan los chorros parciales. Cuando tiene lugar un choque uno con otro tiene lugar una pulverizacion fina, de manera que la direccion de propagacion de las gotitas de combustible se separan casi completamente de la tobera, lo que de nuevo es ventajoso para un proceso de combustion, ya que de este modo se evita una carga de las toberas por hollfn o partfculas similares que pueden surgir durante la combustion. Se ha demostrado, ademas, que mediante una tobera de multiples chorros se puede acentuar un chorro en forma de abanico muy plano, cuya extension, p. ej., como extension angular, en el plano del abanico definido por los dos chorros de combustible es considerablemente mayor que en la direccion transversal a este plano del abanico.It has been shown that multiple nozzles of this type form a fan-shaped jet that extends essentially under an angle at which the partial jets collide. When a collision occurs with one another, a fine spray occurs, so that the direction of propagation of the fuel droplets is almost completely separated from the nozzle, which again is advantageous for a combustion process, since from this In this way, loading of the nozzles by hollfn or similar particles that may arise during combustion is avoided. It has also been shown that a very flat fan jet can be accentuated by means of a multi-jet nozzle, the extension of which, e.g. eg, as an angular extension, in the plane of the fan defined by the two jets of fuel it is considerably larger than in the transverse direction to this plane of the fan.
Esta circunstancia puede utilizarse ventajosamente para llenar de manera preestablecida una camara de combustion plana con niebla de combustible. En el caso de una disposicion correspondiente de las toberas de multiples chorros se puede conseguir hasta cierto punto una distribucion del combustible casi en forma de disco con una pulverizacion muy fina. Esto es particularmente ventajoso en el caso de motores alternativos que presentan una camara de combustion en forma de disco de este tipo en el punto muerto superior del movimiento de la carrera.This circumstance can advantageously be used to pre-set a flat combustion chamber with fuel mist. In the case of a corresponding arrangement of the nozzles of multiple jets, a distribution of the fuel almost in the form of a disk with a very fine spraying can be achieved to a certain extent. This is particularly advantageous in the case of alternative engines that have a combustion chamber in the form of a disc of this type in the top dead center of the movement of the race.
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Sin embargo, mediante toberas de multiples chorros conformes a la invencion se puede conseguir tambien cualquier otra distribucion de combustible mediante la disposicion correspondiente de los planos del abanico. Por lo tanto, un plano del abanico puede estar orientado tambien paralelamente al eje del cilindro o a un eje central de un inyector. Tambien son posibles planos inclinados de los abanicos en disposiciones angulares oblicuas.However, by means of multi-jet nozzles according to the invention, any other fuel distribution can also be achieved by the corresponding arrangement of the fan planes. Therefore, a plane of the fan can also be oriented parallel to the axis of the cylinder or to a central axis of an injector. Also inclined planes of the fans in oblique angular arrangements are possible.
Mediante diferentes aberturas de tobera se puede influir tambien en la profundidad de penetracion del combustible en la camara de combustion. En este caso, igualmente pueden encontrar uso diferentes toberas de multiples chorros con diferentes orificios de las toberas tales como toberas de multiples chorros que presentan orificios de tobera diferentes en funcion de los chorros.The penetration depth of the fuel in the combustion chamber can also be influenced by different nozzle openings. In this case, different nozzles with multiple jets with different nozzle holes such as nozzles with multiple jets having different nozzle holes depending on the jets can also find use.
Ventajosamente, un dispositivo de inyeccion conforme a la invencion esta provisto de una camara de combustion de las toberas comun para tres o mas toberas de multiples chorros, desde las que salen los canales de los chorros de las tres o mas toberas de multiples chorros. Esto permite un diseno compacto manteniendo tres o mas toberas de multiples chorros o toberas de doble chorro, con los beneficios asociados de una distribucion en el espacio mejorada de la zona de pulverizacion.Advantageously, an injection device according to the invention is provided with a combustion chamber of the common nozzles for three or more multi-jet nozzles, from which the jet channels of the three or more multi-jet nozzles leave. This allows a compact design by maintaining three or more multi-jet nozzles or double jet nozzles, with the associated benefits of an improved space distribution in the spray zone.
Preferentemente, en un dispositivo de acuerdo con la invencion se proporciona un cierre para separar los canales de chorro del suministro de combustible. Esto permite un funcionamiento sincronizado del dispositivo de inyeccion con un diseno compacto.Preferably, in a device according to the invention a closure is provided to separate the jet channels from the fuel supply. This allows synchronized operation of the injection device with a compact design.
En un perfeccionamiento de esta forma de realizacion se proporciona un cierre comun para el suministro de combustible de tres o mas toberas de multiples chorros. Con ello, el coste constructivo se reduce y, a su vez, se consigue la posibilidad de un diseno compacto con una sincronizacion comun de las toberas de multiples chorros.In an improvement of this embodiment, a common seal is provided for the supply of three or more multi-jet nozzles. With this, the construction cost is reduced and, in turn, the possibility of a compact design with a common synchronization of the nozzles of multiple jets is achieved.
En una forma de realizacion particular de la invencion, la camara de combustion de las toberas esta formada con un elemento de cierre como un agujero ciego que se puede cerrar, en el que los canales de chorro atraviesan la pared de la camara de combustion de las toberas en el sentido de corriente detras del elemento de cierre.In a particular embodiment of the invention, the combustion chamber of the nozzles is formed with a closure element such as a blind hole that can be closed, in which the jet channels pass through the wall of the combustion chamber of the nozzles. nozzles in the direction of current behind the closure element.
Mediante este diseno es posible montar una pluralidad de canales de chorro en la pared de la camara de combustion de las toberas, con lo que el suministro de combustible puede ser sincronizado al mismo tiempo con un unico elemento de cierre.Through this design it is possible to mount a plurality of jet channels on the wall of the combustion chamber of the nozzles, whereby the fuel supply can be synchronized at the same time with a single closing element.
Conforme a la invencion, los canales de chorro se disponen distribuidos por la superficie periferica de la camara de combustion de las toberas, para conseguir una distribucion espacial correspondiente de la zona de pulverizacion del combustible.According to the invention, the jet channels are arranged distributed along the peripheral surface of the combustion chamber of the nozzles, to achieve a corresponding spatial distribution of the fuel spray zone.
Basicamente, a traves del abastecimiento de combustible desde una camara de presion de combustible comun ciertamente es concebible sin mas que los canales de chorro se encuentren realmente en la pared de la tobera, es decir, se encuentren unidos entre sf, ya que todos los canales de chorro que salen de la misma camara de combustion de las toberas son solicitados con la misma presion. Sin embargo, para una caractenstica de chorro definida es ventajosa una longitud de guiado correspondiente del lfquido en el canal de chorro. Especialmente en el caso de espesores reducidos de pared, es aconsejable, por lo tanto, configurar cada uno de los canales de chorro por separado de los demas canales de chorro. Esto tambien es ventajoso desde el punto de vista de que para la produccion de la caractenstica del chorro deseada es necesaria una alta precision y calidad en la fabricacion de los canales de chorro, que se pueden garantizar mejor en el caso de la produccion separada de cada uno de los canales de chorro, por ejemplo a traves de perforacion mecanica, pero tambien por otros procedimientos de fabricacion.Basically, through the supply of fuel from a common fuel pressure chamber, it is certainly conceivable that the jet channels are actually in the wall of the nozzle, that is, they are connected to each other, since all the channels of jet that leave the same combustion chamber of the nozzles are requested with the same pressure. However, for a defined jet characteristic, a corresponding guiding length of the liquid in the jet channel is advantageous. Especially in the case of reduced wall thicknesses, it is therefore advisable to configure each of the jet channels separately from the other jet channels. This is also advantageous from the point of view that high precision and quality in the manufacture of the jet channels are necessary for the production of the desired jet characteristics, which can be better guaranteed in the case of separate production of each one of the jet channels, for example through mechanical drilling, but also by other manufacturing processes.
Basicamente, son tambien concebibles en principio canales de chorro con forma de ranura, que producen un patron de rociado tridimensional, sin embargo para la generacion de un patron de rociado plano se aconseja la utilizacion de chorros de seccion redonda, que se han de generar por los canales de chorro que tienen una seccion transversal redonda.Basically, groove-shaped jet channels are also conceivable in principle, which produce a three-dimensional spray pattern, however, for the generation of a flat spray pattern, the use of round section jets is recommended, which must be generated by the jet channels that have a round cross section.
Preferiblemente las toberas de chorros multiples se disponen de tal manera que se distribuyen en un angulo de 360° de manera esencialmente uniforme. Con ello, por ejemplo, se puede pulverizar bien una camara de combustion cilmdrica plana.Preferably the multiple jet nozzles are arranged in such a way that they are distributed at an angle of 360 ° in an essentially uniform manner. With this, for example, a flat cylindrical combustion chamber can be sprayed well.
Como ya se ha mencionado anteriormente, se preven conforme a la invencion otras orientaciones de los planos del abanico, p. ej., para conseguir un mayor volumen de distribucion del combustible en la profundidad.As already mentioned above, other orientations of the fan planes are provided according to the invention, e.g. eg, to achieve a greater volume of fuel distribution in depth.
Al mismo tiempo, se puede prever tambien diferentes orientaciones del abanico, p. ej., combinados en sentido vertical y horizontal, instalados sobre el eje del inyector o el eje del cilindro. Pueden concebirse tambien posiciones intermedias con un plano del abanico oblicuo inclinado con respecto al eje del inyector o del cilindro.At the same time, different fan orientations can also be provided, e.g. eg, combined vertically and horizontally, installed on the injector shaft or the cylinder shaft. Intermediate positions can also be conceived with an oblique fan plane inclined with respect to the axis of the injector or the cylinder.
Preferiblemente, ademas, espacios libres predeterminados se dejan libres de la zona de pulverizacion de las toberas de multiples chorros. Esto puede ser ventajoso, por ejemplo, en la zona de valvulas de entrada o salida o bien, ademas, en la zona de una bujfa, para proteger a estos elementos contra la suciedad, especialmente frente a la coquizacion o la formacion de hollm. La entalladura de la zona de pulverizacion puede conseguirse mediante unaPreferably, in addition, predetermined clearances are left free of the spray zone of the multi-jet nozzles. This can be advantageous, for example, in the area of inlet or outlet valves or, in addition, in the area of a spark plug, to protect these elements from dirt, especially against coking or hollm formation. The notch of the spray zone can be achieved by
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disposicion espacial correspondiente de las toberas de multiples chorros. Tambien mediante diferentes angulos de los canales de chorro de una tobera de multiples chorros puede dejarse libre una zona determinada de la zona de pulverizacion.corresponding spatial arrangement of the nozzles of multiple jets. Also, through different angles of the jet channels of a multi-jet nozzle, a certain area of the spray zone can be left free.
El angulo entre los canales de flujo de una tobera de multiples chorros, que forma simultaneamente el angulo de impacto (p. ej., como angulo entre dos chorros) bajo el cual los chorros de combustible producidos chocan entre sf, se elige preferiblemente mayor que 10° o 20°. Esto ha demostrado ser ventajoso para la manifestacion de una distribucion de combustible en forma de abanico bajo las presiones que reinan en los motores de combustion interna, en particular de los motores alternativos, y la correspondiente dinamica a corto plazo del proceso de inyeccion. Un modelo de pulverizacion particularmente bueno se ha obtenido con angulos de impacto entre 30° y 50°, por ejemplo 40°. El angulo de impacto puede ajustarse a la distribucion de combustible deseada. Por ejemplo, si se desea una mayor profundidad de penetracion en la camara de combustion, entonces se pueden escoger angulos de impacto menores. Por otro lado, un angulo de impacto mayor da lugar a un chorro en forma de abanico mas ancho. A traves de la distancia de los chorros entre sf y a traves del angulo de impacto se puede establecer, ademas, la distancia de la zona de impacto, es decir, del lugar, en el que los chorros chocan entre sf, con respecto al cuerpo de la tobera.The angle between the flow channels of a multi-jet nozzle, which simultaneously forms the angle of impact (e.g., as the angle between two jets) under which the produced fuel jets collide with each other, is preferably chosen greater than 10 ° or 20 °. This has proved to be advantageous for the manifestation of a fan-shaped fuel distribution under the pressures that reign in internal combustion engines, in particular of alternative engines, and the corresponding short-term dynamics of the injection process. A particularly good spray model has been obtained with impact angles between 30 ° and 50 °, for example 40 °. The angle of impact can be adjusted to the desired fuel distribution. For example, if a greater depth of penetration into the combustion chamber is desired, then smaller impact angles can be chosen. On the other hand, a greater impact angle results in a wider fan-shaped jet. Through the distance of the jets between sf and through the angle of impact it is also possible to establish the distance of the impact zone, that is, the place where the jets collide with each other, with respect to the body of the nozzle
El dispositivo de inyeccion de acuerdo con la invencion es bien adecuado, por ejemplo, para las diferencias de presion de trabajo entre el lado de alta presion en el interior de la camara de combustion de las toberas y el lado de baja presion exterior de mas de 100 bares, preferiblemente mayor que 150 bares. Por encima de estas diferencias de presion se forma la zona de pulverizacion deseada con una dinamica y pulverizacion que son bien adecuadas para el funcionamiento en un motor de combustion interna. Para su uso en otros dispositivos de combustion, la distribucion y la finura de la pulverizacion de combustible de un dispositivo de acuerdo con la invencion pueden utilizarse tambien con diferencias de presion menores.The injection device according to the invention is well suited, for example, for working pressure differences between the high pressure side inside the combustion chamber of the nozzles and the low external pressure side of more than 100 bars, preferably greater than 150 bars. Above these pressure differences, the desired spray zone is formed with dynamics and spray that are well suited for operation in an internal combustion engine. For use in other combustion devices, the distribution and fineness of the fuel spray of a device according to the invention can also be used with minor pressure differences.
El dispositivo de inyeccion de acuerdo con la invencion se integra de una manera ventajosa en un denominado inyector, que se puede montar como una unidad constructiva en dispositivos de combustion. Dichos inyectores pueden montarse, por ejemplo, en la culata de motores alternativos. Son preferiblemente controlados electronicamente para efectuar la dosificacion de combustible en la cantidad deseada en la secuencia temporal necesaria.The injection device according to the invention is advantageously integrated into a so-called injector, which can be mounted as a constructive unit in combustion devices. Such injectors can be mounted, for example, in the cylinder head of alternative engines. They are preferably electronically controlled to effect fuel dosing in the desired amount in the necessary time sequence.
Por norma general, inyectores de este tipo estan conectados a un conducto de presion comun (common rail). En principio, sin embargo, tambien pueden estar provistos individualmente de un generador de presion correspondiente (bomba/tobera).As a general rule, injectors of this type are connected to a common pressure duct (common rail). In principle, however, they can also be provided individually with a corresponding pressure generator (pump / nozzle).
La invencion es aplicable, en principio, en una multitud de procesos de combustion. Estos pueden requerir una combustion continua o discontinua. Una combustion continua sena concebible, por ejemplo, para su uso en turbinas o quemadores de calefaccion.The invention is applicable, in principle, in a multitude of combustion processes. These may require continuous or discontinuous combustion. Continuous combustion will be conceivable, for example, for use in turbines or heating burners.
Dependiendo del caso de aplicacion y de la forma de la camara de combustion, pueden variar la disposicion y la orientacion de las toberas de multiples chorros. Asf, por ejemplo, varias toberas de multiples chorros pueden estar desplazadas con respecto a un eje geometrico del cuerpo de la tobera en sentido axial y/o pueden estar circunferencialmente distribuidas, y/o los planos del abanico de las toberas de multiples chorros pueden estar orientados transversalmente y/o paralelamente y/o inclinados respecto al eje del cuerpo de la tobera. Las planos del abanico de tres o mas toberas de multiples chorros pueden estar orientados inclinados entre sf.Depending on the case of application and the shape of the combustion chamber, the arrangement and orientation of the nozzles of multiple jets may vary. Thus, for example, several nozzles of multiple jets may be offset with respect to a geometric axis of the nozzle body axially and / or may be circumferentially distributed, and / or the fan planes of the nozzles of multiple jets may be oriented transversely and / or parallel and / or inclined with respect to the axis of the nozzle body. The planes of the fan of three or more multi-jet nozzles can be oriented inclined between them.
La invencion se utiliza preferiblemente en dispositivos de combustion sincronizada en los que se aprovecha particularmente la buena distribucion de combustible, definida espacialmente y rapidamente establecida en el caso de un alto grado de pulverizacion.The invention is preferably used in synchronized combustion devices in which the good fuel distribution, spatially defined and rapidly established in the case of a high degree of spraying, is particularly used.
Particularmente, en los motores alternativos es deseable, por norma general, una distribucion de combustible en forma de disco en la camara de combustion poco profunda en el punto muerto superior del piston alternativo. Para esta aplicacion se disponen de forma ventajosa varias toberas de multiples chorros de manera que puedan pulverizar en el estado montado de las toberas de inyeccion paralelamente al plano principal de la camara de combustion. En el caso de un montaje paralelo al piston alternativo o al eje del cilindro en el caso de un inyector de este tipo, esto significa que los canales de chorro de las toberas de multiples chorros salen transversalmente respecto al eje longitudinal del inyector. En posicion de montaje inclinada del inyector o bien de la camara de combustion de las toberas, desde la que salen los canales de chorro, los canales de chorro pueden colocarse inclinados respecto al eje del inyector o bien a la camara de presion de combustible, de manera que la caractenstica de radiacion a su vez se produce en la camara de combustion ampliamente de forma paralela al plano principal de la camara de combustion.Particularly, in alternative engines it is desirable, as a general rule, a distribution of disc-shaped fuel in the shallow combustion chamber at the upper dead center of the alternative piston. For this application, several multi-jet nozzles are advantageously arranged so that they can spray in the assembled state of the injection nozzles parallel to the main plane of the combustion chamber. In the case of an assembly parallel to the alternative piston or to the cylinder axis in the case of such an injector, this means that the jet channels of the multiple jet nozzles run transversely with respect to the longitudinal axis of the injector. In the inclined mounting position of the injector or the combustion chamber of the nozzles, from which the jet channels come out, the jet channels can be positioned inclined with respect to the axis of the injector or to the fuel pressure chamber, of so that the radiation characteristic in turn occurs in the combustion chamber broadly parallel to the main plane of the combustion chamber.
Un ejemplo de realizacion de la invencion se representa en el dibujo y se explica en detalle en lo que sigue con ayuda de las figuras.An example of embodiment of the invention is represented in the drawing and explained in detail in the following with the help of the figures.
En particular, muestranIn particular, they show
Fig. 1 una vista lateral de un dispositivo de inyeccion conforme a la invencion,Fig. 1 a side view of an injection device according to the invention,
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Fig. 2 una vista en planta de un dispositivo segun la Fig. 1,Fig. 2 a plan view of a device according to Fig. 1,
Fig. 3 una representacion en seccion tomada a lo largo de la lmea de corte III en la Fig. 2,Fig. 3 a sectional representation taken along the cutting line III in Fig. 2,
Fig. 4 una representacion detallada de la Fig. 1,Fig. 4 a detailed representation of Fig. 1,
Fig. 5 una representacion en seccion tomada a lo lardo de la lmea de corte V en la Fig. 4,Fig. 5 a sectional representation taken along the cutting line V in Fig. 4,
Fig. 6 una representacion en seccion tomada a lo largo de la lmea de corte VI en la Fig. 4,Fig. 6 a sectional representation taken along the cutting line VI in Fig. 4,
Fig. 7 una representacion en seccion de un dispositivo de inyeccion conforme a la invencion con aguja deFig. 7 a sectional representation of an injection device according to the invention with needle of
cierre,closing,
Fig. 8a y 8b representaciones comparativa con respecto a la estructura basica entre una tobera de agujero ciego y una tobera de agujero de asiento,Fig. 8a and 8b comparative representations with respect to the basic structure between a blind hole nozzle and a seat hole nozzle,
Fig. 9 una representacion esquematica del patron de pulverizacion de un dispositivo de inyeccion en unaFig. 9 a schematic representation of the spray pattern of an injection device in a
representacion en perspectiva yperspective representation and
Fig. 10 una representacion esquematica de un dispositivo de inyeccion para uso en un motor de combustionFig. 10 a schematic representation of an injection device for use in a combustion engine
interna.internal
El dispositivo de inyeccion 1 de acuerdo con la Fig. 1 comprende una cabeza de inyector 2 esencialmente con una forma cilmdrica con un cono truncado 3 respecto al estrechamiento en seccion transversal en el extremo de salida del dispositivo de inyeccion 1, en el que se conecta un cuerpo de tobera 4 con forma de cupula, en cuyo espacio interior forma una camara de combustion de las toberas. El cuerpo de tobera 4 tiene para ello una forma hueca y comprende canales de chorro que se describen con mas detalle a continuacion. El dispositivo de inyeccion 1 esta configurado de forma redonda y esta centrado con respecto a un eje principal H.The injection device 1 according to Fig. 1 comprises an injector head 2 essentially with a cylindrical shape with a truncated cone 3 with respect to the cross-sectional narrowing at the outlet end of the injection device 1, in which it is connected a nozzle body 4 with a dome shape, in whose interior space it forms a combustion chamber of the nozzles. The nozzle body 4 has a hollow shape and comprises jet channels which are described in more detail below. The injection device 1 is configured round and is centered with respect to a main axis H.
En el detalle ampliado de acuerdo con la Fig. 4 se pueden reconocer unas entalladuras 5 en forma de angulo en el cuerpo de tobera 4 en las que desembocan canales de chorro 6. Como se aprecia en la representacion en seccion de acuerdo con las Figs. 5 y 6, las entalladuras 5 en forma de angulo sirven para proporcionar una superficie dispuesta en angulo recto con respecto a la superficie de salida respectiva para la perforacion de canales de chorro 6, 7. Esto es especialmente ventajoso cuando los canales de chorro 6, 7 son perforados mecanicamente. El diametro de los orificios para los canales de chorro 6, 7 se escogen de preferencia claramente < 500 pm, por ejemplo < 150 pm, preferiblemente en el intervalo de 100 pm. Canales de chorro de este tipo ofrecen bajo las condiciones de trabajo que reinan en los motores de combustion interna una buena distribucion y pulverizacion del combustible.In the enlarged detail according to Fig. 4, angled grooves 5 can be recognized in the nozzle body 4 into which jet channels 6 flow. As can be seen in the sectional representation according to Figs. 5 and 6, the angled notches 5 serve to provide a surface arranged at right angles to the respective outlet surface for the perforation of jet channels 6, 7. This is especially advantageous when the jet channels 6, 7 are mechanically drilled. The diameter of the holes for the jet channels 6, 7 are preferably clearly chosen <500 pm, for example <150 pm, preferably in the range of 100 pm. Jet channels of this type offer a good distribution and pulverization of the fuel under internal working conditions.
Como se puede reconocer en las Figs. 5 y 6, dos canales de chorro 6, 7 estan dispuestos por pares bajo un angulo a entre sf. El vertice S de este angulo a define la zona de impacto de una tobera de multiples chorros 8 formada en cada caso por dos canales de chorro 6, 7. Mediante una ejecucion de este tipo de canales de chorro 6, 7 se obtiene en la direccion del chorro detras del vertice S o bien detras de la zona de impacto S, un chorro en forma de abanico 9, cuya geometna esta predeterminada esencialmente por la extension en lmea recta de los canales de chorro 6, 7.As can be recognized in Figs. 5 and 6, two jet channels 6, 7 are arranged in pairs under an angle to each other. The vertex S of this angle a defines the area of impact of a nozzle of multiple jets 8 formed in each case by two jet channels 6, 7. By means of an execution of this type of jet channels 6, 7 it is obtained in the direction of the jet behind the vertex S or behind the impact zone S, a fan-shaped jet 9, whose geometry is predetermined essentially by the straight line extension of the jet channels 6, 7.
En principio, en lugar de una tobera de chorro doble 8 como tobera de multiples chorros, tambien se podna utilizar una tobera con mas de dos chorros, por ejemplo una tobera de triple chorro, en la que tres o mas chorros convergen en un vertice S comun. Asf, por ejemplo, en el medio de los chorros 6, 7 podna dirigirse un tercer chorro sobre el vertice S. A traves de este tipo de toberas de multiples chorros se puede influenciar, por ejemplo, sobre la distribucion de velocidad en el chorro en forma de abanico frente a una tobera de chorro doble.In principle, instead of a double jet nozzle 8 as a multi-jet nozzle, a nozzle with more than two jets could also be used, for example a triple jet nozzle, in which three or more jets converge on an S-tip common. Thus, for example, in the middle of the jets 6, 7 a third jet could be directed on the vertex S. Through this type of multi-jet nozzles, for example, the velocity distribution in the jet can be influenced in fan shape in front of a double jet nozzle.
Las secciones transversales de los canales de chorro (6, 7) se eligen iguales en el ejemplo de realizacion representado para todas las toberas de multiples chorros 8. Sin embrago, esto tambien se puede variar. Las secciones transversales de diferentes canales de flujo 6, 7 de una tobera de multiples chorros 8 se pueden elegir igualmente diferentes a las secciones transversales de los canales de chorro 6, 7 de diferentes toberas de multiples chorros 8.The cross sections of the jet channels (6, 7) are chosen the same in the embodiment shown for all the nozzles of multiple jets 8. However, this can also be varied. The cross sections of different flow channels 6, 7 of a multi-jet nozzle 8 can also be chosen differently than the cross sections of the jet channels 6, 7 of different multi-jet nozzles 8.
Sin embargo, se ha demostrado en el ensayo, que con la utilizacion de toberas de chorro doble de acuerdo con el ejemplo de realizacion las ventajas de acuerdo con la invencion son facilmente realizables.However, it has been shown in the test, that with the use of double jet nozzles according to the embodiment example the advantages according to the invention are easily achievable.
El angulo de impacto a, que forma al mismo tiempo el angulo entre los dos chorros 6, 7 de una tobera de chorro doble y define el plano del chorro en forma de abanico 9, no debena escogerse en la medida de lo posible tan pequeno. Ensayos realizados con angulos > 10° o > 20°, preferiblemente > 30° e idealmente alrededor de los 40° han proporcionado buenos resultados.The angle of impact a, which at the same time forms the angle between the two jets 6, 7 of a double jet nozzle and defines the plane of the fan-shaped jet 9, should not be chosen as small as possible. Tests conducted at angles> 10 ° or> 20 °, preferably> 30 ° and ideally around 40 ° have provided good results.
En la Fig. 5, por ejemplo, se encuentran cuatro toberas de chorro doble 8 en un plano que corresponde al plano de corte V de acuerdo con la Fig. 4. Otras cuatro toberas de doble chorro 8 estan dispuestas en un plano, que corresponde al plano de corte VI en la Fig. 4.In Fig. 5, for example, four double jet nozzles 8 are located in a plane corresponding to the cutting plane V according to Fig. 4. Another four double jet nozzles 8 are arranged in a plane, corresponding to the cutting plane VI in Fig. 4.
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Sin embargo, basicamente los pianos del abanico de acuerdo con la invencion estan dispuestos bajo un angulo p (vease la Fig. 4) respecto al eje principal H con el dispositivo de inyeccion 1, de manera que el plano del abanico o bien el patron de pulverizacion plano, que se genera por las toberas de chorro doble 8, esta asimismo inclinado hacia el eje principal H. La configuracion geometrica exacta depende, entre otros, de la posicion de montaje de una cabeza de inyector 2 en la camara de combustion respectiva. Tambien es concebible el uso de diferentes angulos p, tal como se representa, por ejemplo, en la Fig. 8a por medio de los angulos p! y p2.However, basically the fan pianos according to the invention are arranged under an angle p (see Fig. 4) with respect to the main axis H with the injection device 1, so that the plane of the fan or the pattern of Flat spray, which is generated by the double jet nozzles 8, is also inclined towards the main axis H. The exact geometric configuration depends, among others, on the mounting position of an injector head 2 in the respective combustion chamber. It is also conceivable to use different angles p, as depicted, for example, in Fig. 8a by means of angles p! and p2.
Tal como se puede reconocer en la Fig. 4, en el ejemplo de realizacion representado toberas de chorro doble 8 estan dispuestas en dos planos V, VI diferentes desplazados en el desplazamiento o la distancia A, es decir, estan dispuestas transversalmente al plano del abanico de los chorros en abanico 9. Mediante esta disposicion se pueden colocar distribuidas por la periferia un mayor numero de toberas de chorro doble, sin que los canales de chorro 6, 7 incidan en la pared del cuerpo de la tobera 4. A pesar del pequeno desplazamiento A se genera no obstante un patron de pulverizacion sustancialmente plano por la totalidad de todas las toberas de chorro doble 8. En caso necesario, sin embargo, a traves de varios planos de este tipo y/o a traves de un desplazamiento A mayor tambien se puede generar un patron de pulverizacion mas dilatado en direccion axial, por ejemplo a modo de columna.As can be seen in Fig. 4, in the exemplary embodiment shown double jet nozzles 8 are arranged in two different planes V, VI displaced in the displacement or the distance A, that is, they are arranged transversely to the plane of the fan of the fan jets 9. By means of this arrangement, a greater number of double jet nozzles can be placed distributed on the periphery, without the jet channels 6, 7 affecting the wall of the nozzle body 4. Despite the small displacement A, however, generates a substantially flat spray pattern for all of all the double jet nozzles 8. If necessary, however, through several planes of this type and / or through a larger displacement A also it can generate a more extensive spray pattern in axial direction, for example as a column.
La Fig. 7 muestra una representacion del dispositivo 1 correspondiente a la Fig. 3, en la que adicionalmente esta prevista una aguja de inyector 10 como elemento de cierre. La aguja de inyector 10 esta asentada sobre un asiento de valvula 11, que esta colocado en la transicion del cuerpo de tobera 4 respecto al cono truncado 3. La aguja de inyector 10 sella asf el cuerpo de tobera 4 con respecto a la cabeza de inyector 2.Fig. 7 shows a representation of the device 1 corresponding to Fig. 3, in which additionally an injector needle 10 is provided as a closing element. The injector needle 10 is seated on a valve seat 11, which is placed in the transition of the nozzle body 4 with respect to the truncated cone 3. The injector needle 10 thus seals the nozzle body 4 with respect to the injector head 2.
En esta forma de realizacion se habla de una denominada tobera de agujero ciego, como se muestra en otra caractenstica en la Fig. 8a. En el caso de una tobera de agujero ciego, un agujero ciego es cerrado por un elemento de cierre 12, en el que los canales de chorro 13 permanecen abiertos frente al espacio interior 14 del cuerpo de tobera. El espacio interior 14 del cuerpo de tobera forma asf un cierto volumen muerto.In this embodiment, a so-called blind hole nozzle is discussed, as shown in another feature in Fig. 8a. In the case of a blind hole nozzle, a blind hole is closed by a closure element 12, in which the jet channels 13 remain open in front of the interior space 14 of the nozzle body. The interior space 14 of the nozzle body thus forms a certain dead volume.
Basicamente, un dispositivo de inyeccion 1 de acuerdo con la invencion se puede formar tambien como la denominada tobera de agujero de asiento tal como se representa en la Fig. 8b. En este caso, el elemento de cierre 12 cierra directamente los canales de chorro 13, que se abren correspondientemente en la zona del asiento de valvula 15.Basically, an injection device 1 according to the invention can also be formed as the so-called seat hole nozzle as depicted in Fig. 8b. In this case, the closing element 12 directly closes the jet channels 13, which open correspondingly in the area of the valve seat 15.
Se ha demostrado que se puede realizar un comportamiento de inyeccion mas uniforme en la manifestacion como tobera de agujero ciego, lo que es especialmente importante para la dosificacion de cantidades pequenas en el caso de las inyecciones anteriores y posteriores de motores de combustion interna. En el caso de una tobera de agujero de asiento en el caso de carreras mmimas se puede producir un patron de pulverizacion irregular, lo cual se ha de atribuir a tolerancias condicionadas por los procesos de fabricacion. Con una complejidad incrementada en la zona de estas tolerancias, tambien una tobera de agujero de asiento puede proporcionar tambien buenos resultados. La tobera de agujero de asiento proporciona frente a la tobera de agujero ciego la ventaja de un volumen muerto mas pequeno.It has been shown that a more uniform injection behavior can be performed in the manifestation as a blind hole nozzle, which is especially important for the dosing of small amounts in the case of the previous and subsequent injections of internal combustion engines. In the case of a seat hole nozzle in the case of minimal strokes, an irregular spray pattern can be produced, which has to be attributed to tolerances conditioned by the manufacturing processes. With an increased complexity in the area of these tolerances, a seat hole nozzle can also provide good results. The seat hole nozzle provides the advantage of a smaller dead volume in front of the blind hole nozzle.
En el caso de una tobera de agujero ciego, en el volumen muerto se puede influenciar a traves de la disposicion y forma del elemento de cierre, p. ej., de la aguja 10 del inyector. Ventajosamente, la aguja 10 del inyector esta disenada de tal manera que minimiza el volumen muerto en la zona del cuerpo de tobera en un estado cerrado.In the case of a blind hole nozzle, the dead volume can be influenced through the arrangement and shape of the closure element, e.g. eg, of injector needle 10. Advantageously, the needle 10 of the injector is designed in such a way that it minimizes the dead volume in the area of the nozzle body in a closed state.
El guiado de los canales de chorro 13 es tal que hace facil que estos se encuentran bajo un angulo frente al eje principal H. Esto tiene como consecuencia el que la zona de pulverizacion generada por las toberas de abanico no este configurada plana, sino ligeramente en forma de piramide. Esto se pretende de acuerdo con la invencion.The guidance of the jet channels 13 is such that it makes it easy for them to be under an angle in front of the main axis H. This results in the spray zone generated by the fan nozzles not being flat, but slightly pyramid shape This is intended according to the invention.
En el caso de un dispositivo de inyeccion 1 de acuerdo con la Fig. 9 con una tobera de chorro doble 8 distribuida regularmente por la periferia, resulta una distribucion regular plana de chorros en forma de abanico 9, que delimitan en cada caso zonas libres 15 estrechas, en las que se pulveriza poco o ningun combustible. Como se puede ver claramente con ayuda de la Fig. 9, la geometna del patron de pulverizacion se puede definir por la disposicion y la configuracion de la tobera de chorro doble 8. A traves de un angulo de impacto menor en una tobera de chorro doble se puede, por ejemplo, ampliar una determinada zona libre 15. Mediante la eliminacion u otro posicionamiento de una tobera de chorro doble se puede disenar tambien la zona libre 15. Por ejemplo, puede dejar libre por completo un chorro en forma de abanico 9, para dejar libre en esa posicion por ejemplo una valvula de entrada o una valvula de salida o una bujfa de la zona de pulverizacion.In the case of an injection device 1 according to Fig. 9 with a double jet nozzle 8 regularly distributed on the periphery, a regular flat distribution of fan-shaped jets 9 results, which in each case delimit free zones 15 narrow, in which little or no fuel is sprayed. As can be clearly seen with the aid of Fig. 9, the geometry of the spray pattern can be defined by the arrangement and configuration of the double jet nozzle 8. Through a smaller angle of impact on a double jet nozzle it is possible, for example, to extend a certain free zone 15. By removing or other positioning a double jet nozzle, the free zone 15 can also be designed. For example, a fan-shaped jet 9 can be completely released, to free in that position for example an inlet valve or an outlet valve or a spark plug from the spray zone.
El patron de pulverizacion representado en la Fig. 9 es particularmente adecuado para su utilizacion en un motor alternativo. Para ilustrar esto, en la Fig. 10 se representa esquematicamente un cilindro 16, asf como el correspondiente piston 17 de un motor alternativo. El piston 17 se encuentra en el punto muerto superior. La culata no esta representada para permitir la vista del cilindro 16 en seccion. La culata cerrana la camara de combustion 18 a la altura de la superficie de sellado 19, de manera que el inyector 20 penetra a traves de la culata en la camara de combustion 18. Esto corresponde a una geometna habitual en los motores alternativos, que da como resultado una camara de combustion 18 en forma de disco plano.The spray pattern shown in Fig. 9 is particularly suitable for use in an alternative engine. To illustrate this, a cylinder 16 is schematically depicted in Fig. 10, as well as the corresponding piston 17 of an alternative engine. The piston 17 is in the top dead center. The cylinder head is not represented to allow the view of the cylinder 16 in section. The cylinder head will close the combustion chamber 18 at the height of the sealing surface 19, so that the injector 20 penetrates through the cylinder head into the combustion chamber 18. This corresponds to a usual geometry in the alternative engines, which gives as a result a combustion chamber 18 in the form of a flat disk.
El patron de pulverizacion representado en la Fig. 10 corresponde al patron de pulverizacion de acuerdo con la Fig. 9 tal como, por ejemplo, se puede conseguir por un dispositivo de inyeccion de acuerdo con las Figs. 1 a 6. En laThe spray pattern depicted in Fig. 10 corresponds to the spray pattern according to Fig. 9 as, for example, can be achieved by an injection device according to Figs. 1 to 6. In the
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realizacion conforme a la Fig. 10 el inyector 20 penetra en el cilindro 16 de forma paralela y concentrica. En este caso, es ventajoso disponer las toberas de chorro doble 8 transversalmente respecto al eje principal H del inyector, tal como se muestra en la Fig. 4 con el angulo p. Si se desea, el inyector 20 se puede introducir tambien en la camara de combustion, pero inclinado hacia el eje principal del cilindro 16, siendo posible para la produccion de un patron de pulverizacion que discurre transversalmente respecto al eje principal del cilindro 16 una correspondiente inclinacion de los planos del abanico de la tobera de chorro doble 8. En este caso, tal como se muestra en la Fig. 4, el angulo p debena ser distinto del angulo recto.according to Fig. 10, the injector 20 penetrates the cylinder 16 in a parallel and concentric manner. In this case, it is advantageous to arrange the double jet nozzles 8 transversely with respect to the main axis H of the injector, as shown in Fig. 4 with the angle p. If desired, the injector 20 can also be introduced into the combustion chamber, but inclined towards the main axis of the cylinder 16, it being possible for the production of a spray pattern that runs transversely with respect to the main axis of the cylinder 16 a corresponding inclination of the planes of the fan of the double jet nozzle 8. In this case, as shown in Fig. 4, the angle p must be different from the right angle.
Como ya se ha indicado varias veces, el patron de pulverizacion se puede adaptar a la respectiva camara de combustion del dispositivo de combustion mediante una disposicion y configuracion correspondiente de las toberas de multiples chorros. Es esencial para la invencion el hecho de que con varias toberas de multiples chorros aplicadas simultaneamente, en particular toberas de doble chorro, se pueda conseguir, por una parte, una pulverizacion excelente con las gotitas mas pequenas y con una superficie grande de combustible ligada a ello, siendo al mismo tiempo posible una adaptacion excelente a la geometna de la camara de combustion y, por lo tanto, siendo posible una distribucion uniforme y rapida del combustible en la camara de combustion.As already indicated several times, the spray pattern can be adapted to the respective combustion chamber of the combustion device by means of a corresponding arrangement and configuration of the multi-jet nozzles. It is essential for the invention that with several multi-jet nozzles applied simultaneously, in particular double jet nozzles, excellent spraying with the smallest droplets and with a large fuel surface linked to this, while being an excellent adaptation to the geometry of the combustion chamber and, therefore, a uniform and rapid distribution of the fuel in the combustion chamber being possible.
Lista de sfmbolos de referenciaList of reference symbols
1 Dispositivo de inyeccion1 Injection device
2 Cabeza de inyector2 Injector head
3 Cono truncado3 Truncated Cone
4 Cuerpo de tobera4 Nozzle body
5 Entalladura5 notch
6 Canal de chorro6 Jet Channel
7 Canal de chorro7 Jet Channel
8 Tobera de chorro doble8 Double jet nozzle
9 Chorro en forma de abanico9 Fan-shaped jet
10 Aguja del inyector10 Injector needle
11 Asiento de valvula11 Valve seat
12 Elemento de cierre12 Closing element
13 Canal de chorro13 Jet Channel
14 Espacio interior14 Interior space
15 Zona libre15 Free zone
16 Cilindro16 Cylinder
17 Piston17 Piston
18 Camara de combustion18 Combustion chamber
19 Superficie de sellado19 Sealing surface
20 Inyector20 Injector
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