WO2014075765A1 - Zweistoff-injektor - Google Patents

Zweistoff-injektor Download PDF

Info

Publication number
WO2014075765A1
WO2014075765A1 PCT/EP2013/003265 EP2013003265W WO2014075765A1 WO 2014075765 A1 WO2014075765 A1 WO 2014075765A1 EP 2013003265 W EP2013003265 W EP 2013003265W WO 2014075765 A1 WO2014075765 A1 WO 2014075765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
injector
nozzle
fluid
fluid path
nozzle needle
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/003265
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Kalenborn
Original Assignee
L'orange Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by L'orange Gmbh filed Critical L'orange Gmbh
Publication of WO2014075765A1 publication Critical patent/WO2014075765A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04—Injectors peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification

Definitions

  • the present invention relates to a bi-fuel injector according to the preamble of claim 1, in particular for use with a fuel injector, e.g. for motor vehicles.
  • the generic two-component injectors which are used in connection with the fuel injection, known.
  • the generic two-component injectors are usually provided to inject in addition to (diesel) fuel and water in a combustion chamber and so reduce soot and nitrogen oxide emissions.
  • the water in the fuel lowers the combustion temperature, which slows down the nitrogen oxide release reaction. Due to the improved jet treatment as a result of the suddenly evaporating water at the nozzle hole exit any efficiency disadvantages due to the lower process temperature on the one hand and the increased water vapor content in the combustion gas are compensated again, so that the diesel water injection can be consumption-neutral or even consumption-reducing.
  • the document DE 10 2009 048 223 A1 in this case shows the always immanent problem of demand-based metering of water. Thereafter, it is necessary for the optimization of the engine operation, depending on the water metering point, which metering should take place in the range of a few milliseconds, in order to be able to react adequately to fast load changes. Within these few milliseconds, therefore, a maximum fine distribution of water in the fuel must be achieved in order to achieve the desired maximum reduction of pollutant emissions.
  • the water is pressurized by means of a second high pressure pump.
  • the document DE 197 47 268 A1 also proposes to provide the injector with a jacket for an external guide for the additional liquid and additional nozzle bores for separate from the fuel dispensing the additional liquid. By separating a backflow of fuel into building sections of the additional fluid system is avoided (overflow).
  • this solution is costly due to the associated structural complexity and a mixture of water and fuel before exiting the injector is not possible, i. the emissions can not be maximally reduced due to the insufficiently close ranges of water and fuel.
  • the present invention has the object to provide a two-component injector, which overcomes the disadvantages of the prior art and can be produced with little effort.
  • a two-substance injector with a nozzle valve which is formed by means of a nozzle needle and a nozzle valve seat wherein a first high-pressure fluid path, in particular a fuel path, leads to at least one downstream nozzle opening on the injector via a flow-through cross-section of the nozzle valve which can be shut off by means of the nozzle needle is.
  • the bi-fuel injector is characterized in that the Injector is guided over the interior of the nozzle needle, the second fluid path, in particular for additional liquid, is provided, which opens into a volume at the injector downstream of the flow from the nozzle needle into which the first fluid via the shut-off flow cross section of the nozzle valve can be introduced and from which Volume which opens at least one nozzle opening.
  • the first and the second fluid path, the nozzle needle, the nozzle valve, the nozzle openings and the volume are preferably provided in an injector (in addition to other components of the injector), wherein the nozzle needle and the nozzle valve with the adjacent volume and the nozzle openings preferably in a nozzle body of the injector are received.
  • the thus formed injector advantageously allows the second fluid, in particular a supplemental fluid, e.g. Water to mix with the fuel immediately before exiting the nozzle opening.
  • the volume may preferably be a blind hole.
  • a flow-guiding element e.g. a cone or mandrel may be provided on the injector, which forms an annular volume portion in the middle of the nozzle openings.
  • the flow guide may extend between the nozzle openings toward the flow area of the nozzle valve, i. with decreasing cross-section.
  • the invention makes use in particular developments of the same advantage that - as it was found advantageous - the pressure in the volume (operating case) downstream of the flow cross-section due to the throttling effect of the same is lower than the system pressure (high pressure) upstream of the same.
  • the injector may be designed for direct needle actuation or for indirect needle actuation, i. in the latter case via at least one pilot valve for Nadelhub horrung.
  • the bi-fuel injector is preferably used in a fuel injector, e.g. of a motor vehicle, e.g. in a common rail system.
  • a fuel injection device is proposed with such a two-component injector.
  • the fuel injector may include a first high pressure fuel supply, e.g. formed with a reservoir for the first fluid (fuel (diesel, gasoline, etc.)), a pre-feed and / or a high pressure pump, a rail, e.g. also in combination with a single pressure accumulator, provide for the supply of the dual-substance injector with the first fluid (via the first fluid path).
  • the fuel injector may comprise a second supply means for supplying the dual fluid injector with second fluid, e.g. Additional fluid (via the second fluid path), which can be formed in particular by means of at least one (low-pressure) reservoir (for example with a pre-feed pump) for the second fluid.
  • second fluid e.g. Additional fluid (via the second fluid path)
  • at least one (low-pressure) reservoir for example with a pre-feed pump
  • a control device for the electrical control of the injector e.g. at least one leakage reservoir and other components, e.g. Fuel filter, pressure sensor, etc. may be provided.
  • the same can provide at least two different second fluids each as a supply or supply to the second fluid path, for example methanol as well as water.
  • FIG. 1 shows by way of example a diagram of a two-substance injector according to a possible embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows by way of example and schematically a sectional view on the injector according to a further possible embodiment of the two-substance injector
  • Figs. 3a and 3b by way of example and schematically diagrams of possible modes of operation of the injector.
  • the two-component injector 1 is intended to be used in the context of a fuel injection device (eg common rail system), and in addition to a first fluid, preferably in the form of fuel (for example diesel fuel or gasoline), a second fluid, for example in Form of additional liquid (especially water or methanol), spend or can eject (ie, alternatively or additionally), preferably in a combustion chamber of an internal combustion engine to inject.
  • a fuel injection device eg common rail system
  • a second fluid for example in Form of additional liquid (especially water or methanol)
  • eject ie, alternatively or additionally
  • the injector 1 has a first high-pressure (HP) fluid path 3, via which the first fluid, in the present case diesel fuel, from a single pressure accumulator 5, alternatively for example a rail, to at least one nozzle opening 7 of the injector 1, in the present case a plurality of nozzle openings 7
  • HP high-pressure
  • the nozzle openings 7 are formed on a nozzle tip 9 of a nozzle body 11 of the injector housing.
  • a nozzle valve 17 is further formed in the nozzle body 11, by means of which a flow-through cross-section is selectively releasable, i. depending on a stroke position of the nozzle needle.
  • the injector 1 Downstream of the nozzle valve 17 or of the flow-through cross section, in particular immediately thereafter, the injector 1 in this case has a volume 19, in particular in the form of a blind hole, from which the nozzle openings 7 open.
  • the volume 19 is provided by means of or in the nozzle tip 9.
  • the binary injector 1 is in this case designed for indirect needle actuation, i. according to the principle of the selective discharge of a control chamber for controlling the nozzle needle stroke.
  • a branch 21 from the first HD fluid path 3 via a throttle 23 is guided to the control chamber 25 on the injector 1, which control chamber 25 further defines a needle end 27 of the nozzle needle 13.
  • the control space 25 can be loaded by means of the high-pressure-loaded first fluid, i. the nozzle needle 13, supported by a nozzle spring 29, in the closing direction -A against the valve seat 15 of the nozzle valve 17 are urged.
  • the control chamber 25 can be relieved depending on the valve position of the valve 33.
  • the discharge channel 31 is guided via an outlet throttle 35 (throttle bore), the Valve 33 (first pilot valve) may be a 2/2-way valve, in particular solenoid valve. If the control chamber 25 relieved by switching the channel 31, the nozzle needle 13 can lift off from the valve seat 15, via the thus released flow-through cross-section is weaponchristbeaufschlagter fuel (first fluid) in the volume 19 via the first fluid path 3 can be introduced.
  • the nozzle needle 13 is moved back into the seat 15 back.
  • the nozzle needle 13 is guided at the nozzle-distal end 27 in a nozzle needle sleeve 37 of the injector 1, which is also provided to form the control chamber 25.
  • a second fluid path 39 is formed on the two-substance injector 1, which is guided over the interior of the nozzle needle 13, ie. at least over a portion thereof, in this case over a substantial part of the length thereof. Visible, for example, Figs. 1 and 2, the second fluid path 39 discharges into the volume 19 at the injector 1 downstream of the flow passage from the nozzle needle 13 (in the axial direction; -A), i.e., in the axial direction; directly into the volume 19, in which the first fluid via the shut-off flow area of the nozzle valve 17 can be introduced.
  • the mixture of fuel and additional liquid can advantageously be done immediately in front of the nozzle opening 7. Furthermore, this makes it possible to apply the first and the second fluid independently of one another (stratified and uncoated injection operation).
  • the possibility is advantageously opened, in particular due to the downstream of the flow cross-section reduced pressure to use the system pressure or high pressure of the first fluid both for the supply of the injector 1 with the second fluid as well as for pressurizing the same, thus in particular to prevent overflow.
  • the second fluid path 39 formed in the interior of the nozzle needle 13 via at least one hollow bore is embodied here by means of a plurality of radial bores 41 and an axial bore 43 communicating therewith. The axial bore 43 in this case opens out to or into the volume 19 (blind hole).
  • Anströmbar is in the interior of the nozzle needle 13 extending second fluid path (section) 39 via a nozzle needle 13 surrounding annular space (annular groove) 45 of the second fluid path 39, which is formed in the nozzle needle sleeve 37, generally, for example, in a ring collar 37, wherein the Annulus 45 communicates with the radial bores 41 in the nozzle needle 13, ie independent of the nozzle needle stroke.
  • a small residual gap between the nozzle needle 13 and the annular collar 37 is unproblematic with regard to leakage here.
  • the annulus 45 may be, e.g. in a ring collar 37, are flowed radially, e.g. be flowed through a bore 47, as shown in Fig. 1 is sketched.
  • provision can be made, for example, for the annular space 45 to flow upstream of the nozzle needle 13 via one or more axial bores of the second fluid path 49 in the nozzle needle sleeve 37, which in turn communicate with a second annular space 51 of the second fluid path 39.
  • the path section of the second fluid path 39 to the flow of the second annular space 51 may extend through a valve plate 53, against which the nozzle needle sleeve 27 is supported on the side of the second annular space 51, s. Fig. 2.
  • throttle bores 35 and 23 may also be provided in the relief / load branch from / to the control chamber 25 in the valve plate 53, FIG. 2.
  • the injector 1 can furthermore preferably have a reciprocating piston device 55, which serves as a metering and delivery device (metering pump) for the second fluid and for pressurizing (compressor) thereof serves, in particular as part of an injection of a second fluid.
  • a reciprocating piston device 55 can be used advantageously system horrbeaufschlagtes first fluid within the scope of the invention, so that the energy required for the operation of the injector 1 with first and / or second fluid advantageously low.
  • the reciprocating piston device 55 has a piston 57 which is guided in a cylinder (housing) 59, in particular provided by the injector housing, and can be reversed in its stroke position via a first 61 and a second 63 working space in the cylinder housing 59. Furthermore, the reciprocating piston device 55 has a pressure chamber or compressor chamber 65 in the cylinder housing 59, via which the second fluid path 39 in the injector 1 is guided upstream of the supply sleeve 37.
  • a second piston 67 connected to the piston 67 is guided (eg also in one piece), which upon displacement of the piston 57 (direction -A) while reducing the Compressor space volume in the compressor chamber 65 can pressurize recorded second fluid (pressure (translation) cylinder).
  • the second fluid path 39 is further connectable to a source 69a and 69b of second fluid, respectively, which may be provided as part of an injector. As illustrated in FIG. 1, it can be provided, in particular, between the supply of the second fluid path 39 with a first ND-acted second fluid, e.g. Water, and a second ND-pressurized second fluid, e.g. Methanol, to which a valve 71 between the compressor chamber 65 and the fluid inlet ports 69a and 69b in the second fluid path 39 is arranged, in the present example, a 3/2-way valve 71st
  • a first ND-acted second fluid e.g. Water
  • a second ND-pressurized second fluid e.g. Methanol
  • non-return valves 73 and 75 are provided in the second fluid path 39 against the intended fluid flow direction, ie between the switching valve 71 and the compressor chamber inlet 77 on the one hand and between the compressor chamber outlet 79 and the nozzle needle 13 on the other hand.
  • the injector 1 can with the Hubkolben issued 55, ie for controlling the piston position, further preferably a (switching) valve (with a suitable fluid path connection), via which a respective working space 61 and 63 either to the first high-pressure fluid path 3 or alternatively the Low pressure side ND (leakage) can be connected.
  • a first portion 83 a of a first working fluid path 83 communicates with the first working space 61 in communication, a first portion 85 a of a second working fluid path 85, in which portion 85 a a throttle 87 is provided, with the second working space 63 in communication.
  • the second section 83b of the first working fluid path 83 in which a throttle 89 is likewise provided (which may alternatively be arranged, for example, at the nozzle needle exit, FIG. 2), is in communication with the first high-pressure fluid path 3, the second section 85b of the second working fluid path 85 with the low pressure side ND.
  • the first portion 83a of the first working fluid path 83 can be selectively connected to the second portion of the first, 83b, or second, 85b, working fluid path, while at the same time the first portion 85a of the second working fluid path 85 via the valve 81 with the respective second portion of the other, ie, second, 85b, or first, 83b, working fluid path.
  • the switching valve 81 (second pilot valve) of the injector 1 is for this purpose preferably designed as a 4/2-way valve.
  • a version with two 3/2-way valves with eg a coupling (eg common piston rod) is also conceivable.
  • the compressor chamber 65 is filled with the second fluid which is under low pressure, for example generated by a prefeed pump of a fuel injection device.
  • the valve 81 When the valve 81 is switched over, the second working space 63 is pressurized via the throttle 87 (by now connecting the first section 85a of the second working fluid path 85 to the second section 83b of the first working fluid path 83).
  • the first working space 61 is unloaded throttle-free (connection first section 83a first working fluid path 83 with second section 85b second working fluid path 85), whereby the second piston 67 pressurizes the second fluid (compression). After reaching the opening pressure of the check valve 75, the second fluid via the supply collar 37 and the hollow (drilled) e nozzle needle 13, ie via the second fluid path 39, thus in the blind hole 19 promoted (injection).
  • a precise metering of the second fluid can be represented via the throttles 87 and 89 (as well as a timing of the second pilot valve 81).
  • the piston area ratio between the piston 57 to the surface of the piston 67 in the compressor or displacer 65 is preferably dimensioned taking into account the line and throttle losses to the nozzle 7 so that the injection pressure of the second fluid at the exit from the Nozzle needle 13 is at least equal to the blind hole pressure, which would prevail at a given system pressure, if only fuel with maximum needle stroke would be injected.
  • the blind hole pressure corresponds approximately to the system pressure minus the pressure loss due to seat throttling at the nozzle needle.
  • valve 71 it can be provided to fill the second fluid path, in particular when the engine is switched off, with fuel so that water can be displaced from the injector in order to avoid corrosion damage.
  • a separate or eg the valve 71 can be provided.
  • methanol can also be injected so that bivalent engine operation is possible.
  • pure diesel or methanol operation e.g. a mixed operation possible (methanol operation requires a diesel jet).
  • FIG. 3a shows the operating mode methanol injection with diesel engine combustion (ER denotes the injection rate (shown in simplified form as a rectangle)).
  • ER denotes the injection rate (shown in simplified form as a rectangle)
  • the system 2 second fluid path 39
  • the system 1 first fluid path 3
  • the methanol injection follows, and this can be shown with or without overlap with the ignition injection.
  • Fig. 3b shows a ottomotorische mode.
  • methanol is injected between bottom dead center (UT) and top ignition dead center (ZOT) during the suction, which is then ignited by the following diesel injection.
  • the dashed line shows a combination between equal-cylinder (Otto) and constant pressure combustion (diesel).
  • the injection of methanol goes beyond ignition by time, ie, the (flammable) methanol mixture present in the combustion chamber at time t1 * can ignite and is rapidly converted in a premixing operation. the subsequently injected methanol is converted into diesel engine technology (diffusion combustion).
  • Dual-fluid injector 59 cylinder (housing)
  • Nozzle opening 65 Compressor space

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Zweistoff-lnjektor (1) mit einem Düsenventil (17), welches mittels einer Düsennadel (13) und einem Düsenventilsitz (15) für dieselbe gebildet ist, wobei über einen mittels der Düsennadel (13) absperrbaren Durchströmquerschnitt des Düsenventils (17) ein erster Hochdruck-Fluidpfad (3), insbesondere Kraftstoffpfad, zu wenigstens einer stromabwärtigen Düsenöffnung (7) am Injektor (1) geführt ist, wobei am Injektor (1) ein über das Innere der Düsennadel (13) geführter, zweiter Fluidpfad (39), insbesondere für Zusatzflüssigkeit, bereitgestellt ist, welcher in ein Volumen (19) am Injektor (1) stromabwärts des Durchströmquerschnitts aus der Düsennadel (13) ausmündet, in welches auch das erste Fluid über den absperrbaren Durchströmquerschnitt des Düsenventils (17) einbringbar ist und aus welchem Volumen (19) die wenigstens eine Düsenöffnung (7) ausmündet.

Description

Zweistoff-Injektor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweistoff-Injektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , insbesondere zur Verwendung mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, z.B. für Kraftfahrzeuge.
Im Stand der Technik sind gattungsgemäße Zweistoff-Injektoren, welche im Zusammenhang mit der Kraftstoffeinspritzung Verwendung finden, bekannt. Die gattungsgemäßen Zweistoff-Injektoren werden zumeist dazu vorgesehen, neben (Diesel-)Kraftstoff auch Wasser in einen Brennraum einzuspritzen und so Ruß- und Stickoxidemissionen zu reduzieren. Durch das Wasser im Kraftstoff wird die Verbrennungstemperatur abgesenkt, wodurch die Stickoxidentste- hungsreaktion verlangsamt wird. Durch die verbesserte Strahlaufbereitung infolge des schlagartig verdampfenden Wassers am Düsenlochaustritt werden etwaige Wirkungsgradnachteile aufgrund der geringeren Prozesstemperatur einerseits und des erhöhten Wasserdampfanteils im Verbrennungsgas wieder kompensiert, so dass die Diesel-Wasser-Einspritzung verbrauchsneutral oder sogar verbrauchsreduzierend sein kann.
Die Druckschrift DE 10 2009 048 223 A1 zeigt hierbei das stets immanente Problem der bedarfsgerechten Zumessung von Wasser auf. Hiernach ist es für die Optimierung des Motorbetriebs notwendig, Wasser betriebspunktabhängig zuzudosieren, welche Zudosierung im Bereich einiger weniger Millisekunden erfolgen soll, um auch auf schnelle Lastwechsel angemessen reagieren zu können. Innerhalb dieser wenigen Millisekunden muss demnach auch eine maximale Feinverteilung des Wassers im Kraftstoff erreicht werden, um die angestrebte maximale Minderung der Schadstoffemissionen zu erzielen. Die Druckschrift schlägt hierzu vor, das Wasser im Hochdruckbereich des Einspritzsystems, wie dies z.B. auch die Druckschrift DE 10 2009 005 356 A1 zeigt, möglichst nah an der Einspritzdüse bzw. an dem Injektor, z.B. in einer eigenen Mischkammer, oder durch Einbringen in einen Kraftstoffkanal im Injektor zu realisieren. Insbesondere um ein Überströmen zu verhindern, wird das Wasser mittels einer zweiten Hochdruckpumpe druckbeaufschlagt. Die aufge- zeigten Lösungen, welche vorteilhaft neben einer geschichteten Einspritzung auch eine unabhängige Zumessung von Wasser ermöglichen, sind jedoch sämtlich aufwändig und kostenintensiv.
Aus der Druckschrift DE 197 46 491 A1 ist es weiterhin bekannt, für die Zusatzflüssigkeit (Wasser) einen eigenen Druckspeicher mit Peripheriekomponenten vorzuhalten, um eine bedarfsgerechte Zumessung zu ermöglichen. Auch diese Lösung ist teuer.
Die Druckschrift DE 197 47 268 A1 schlägt daneben vor, den Injektor mit einem Mantel für eine Außenführung für die Zusatzflüssigkeit und zusätzlichen Düsenbohrungen für das vom Kraftstoff separate Ausbringen der Zusatzflüssigkeit bereitzustellen. Durch die Separierung ist ein Rückströmen von Kraftstoff in Bautrakte insbesondere des Zusatzflüssigkeitssystems vermieden (Überströmen). Allerdings ist auch diese Lösung aufgrund des einhergehenden baulichen Aufwands kostenintensiv und eine Mischung von Wasser und Kraftstoff vor dem Austritt aus dem Injektor nicht möglich, d.h. die Emissionen können aufgrund der nicht hinreichend nahen Bereiche von Wasser und Kraftstoff nicht maximal reduziert werden.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zweistoff-Injektor bereitzustellen, welcher die Nachteile des Standes der Technik überwindet und mit geringem Aufwand herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Zweistoff-Injektor mit einem Düsenventil, welches mittels einer Düsennadel und einem Düsenventilsitz für dieselbe gebildet ist, wobei über einen mittels der Düsennadel absperrbaren Durchströmquerschnitt des Düsenventils ein erster Hochdruck-Fluidpfad, insbesondere Kraftstoffpfad, zu wenigstens einer stromabwärtigen Düsenöffnung am Injektor geführt ist. Der Zweistoff-Injektor ist dadurch gekennzeichnet, dass am Injektor ein über das Innere der Düsennadel geführter, zweiter Fluidpfad, insbesondere für Zusatzflüssigkeit, bereitgestellt ist, welcher in ein Volumen am Injektor stromabwärts des Durchströmquerschnitts aus der Düsennadel ausmündet, in welches auch das erste Fluid über den absperrbaren Durchströmquerschnitt des Düsenventils einbringbar ist und aus welchem Volumen die wenigstens eine Düsenöffnung ausmündet.
Der erste und der zweite Fluidpfad, die Düsennadel, das Düsenventil, die Düsenöffnungen und das Volumen sind bevorzugt in einem Injektorgehäuse bereitgestellt (neben z.B. weiteren Komponenten des Injektors), wobei die Düsennadel und das Düsenventil mit dem angrenzenden Volumen und den Düsenöffnungen bevorzugt in einem Düsenkörper des Injektors aufgenommen sind.
Der derart ausgebildete Injektor ermöglicht vorteilhaft, das zweite Fluid, insbesondere eine Zusatzflüssigkeit wie z.B. Wasser, unmittelbar vor dem Austritt aus der Düsenöffnung mit dem Kraftstoff mischen zu können. Das Volumen kann dabei bevorzugt ein Sackloch sein. Zur verbesserten Strömungsführung an die Düsenöffnungen kann ein Strömungsleitelement, z.B. ein Konus oder Dorn, am Injektor vorgesehen sein, welches einen ringförmigen Volumenabschnitt inmitten der Düsenöffnungen ausbildet. Das Strömungsleitelement kann sich zwischen den Düsenöffnungen hin zu dem Durchströmquerschnitt des Düsenventils erstrecken, d.h. mit abnehmendem Querschnitt.
Die Erfindung macht sich in insbesondere Weiterbildungen derselben zu Nutze, dass - wie es als vorteilhaft erkannt wurde - der Druck in dem Volumen (Betriebsfall) stromabwärts des Durchströmquerschnitts aufgrund der Drosselwirkung desselben geringer ist als der Systemdruck (Hochdruck) stromaufwärts desselben.
Durch die erfindungsgemäße Einleitung des zweiten Fluids in das Düsenvolumen stromabwärts des Durchströmquerschnitts ist es zur Verhinderung eines Rückströmens vorteilhaft nicht erforderlich, das zweite Fluid auf oder über dem Systemdruckniveau (Hochdruck) im ersten Fluidpfad halten zu müssen. Hierdurch gelingt es weiterhin vorteilhaft, den Systemdruck im Fluidsystem des ersten Fluids, zur Druckbeaufschlagung des auszubringenden zweiten Fluids nutzen zu können. Somit ist z.B. eine zweite kostspielige Hochdruckpumpe entbehrlich. Weiterbildungen der Erfindung wie insbesondere in den Unteransprüchen 5 bis 8 angegeben erstrecken sich insbesondere auf diesbezügliche Aspekte.
Der Injektor kann zur direkten Nadelbetätigung oder zur indirekten Nadelbetätigung ausgebildet sein, d.h. in letzterem Fall über wenigstens ein Pilotventil zur Nadelhubsteuerung.
Der Zweistoff-Injektor, insbesondere eine Mehrzahl derselben, wird bevorzugt in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendet, z.B. eines Kraftfahrzeugs, z.B. in einem Common-Rail-System. Insoweit wird auch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem solchen Zweistoff-Injektor vorgeschlagen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann eine erste Hochdruck-Kraftstoffversorgungseinrichtung, z.B. gebildet mit einem Vorratsbehälter für das erste Fluid (Kraftstoff (Diesel, Benzin, etc.)), einer Vorförder- und/oder einer Hochdruckpumpe, einem Rail, z.B. auch in Kombination mit einem Einzeldruckspeicher, für die Versorgung des Zweistoff-Injektors mit erstem Fluid vorsehen (über den ersten Flu- idpfad). Weiterhin kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine zweite Versorgungseinrichtung für die Versorgung des Zweistoff-Injektors mit zweitem Fluid, z.B. Zusatzflüssigkeit, vorsehen (über den zweiten Fluidpfad), welche insbesondere mittels wenigstens eines (Niederdruck-)Vorrats (z.B. mit Vorförder- pumpe) für das zweite Fluid gebildet sein kann. Daneben kann im Rahmen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ein Steuergerät zur elektrischen Ansteuerung des Injektors, z.B. wenigstens ein Leckagesammelbehälter sowie weitere Komponenten, z.B. Kraftstofffilter, Drucksensor, etc. vorgesehen sein.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann dieselbe wenigstens zwei verschiedene zweite Fluide je als Vorrat bereitzustellen bzw. an den zweiten Fluidpfad versorgen , z.B. neben Wasser auch Methanol. Hierbei kann eine Umschaltfunktionalität zur Umschaltung zwischen den Vorräten bzw. der Versorgung daraus im Rahmen der Einspritzeinrichtung implementiert sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 exemplarisch ein Schema eines Zweistoff-Injektors gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht am Injektor gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform des Zweistoff-Injektors; und
Figs. 3a und 3b exemplarisch und schematisch Diagramme möglicher Betriebsarten des Injektors.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
Der Zweistoff-Injektor 1 , s. z.B. Figs. 1 und 2, ist dazu vorgesehen, im Rahmen einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (z.B. Common-Rail-System) verwendet zu werden, und neben einem ersten Fluid, bevorzugt in Form von Kraftstoff (zum Beispiel Dieselkraftstoff oder Benzin), ein zweites Fluid, zum Beispiel in Form von Zusatzflüssigkeit (insbesondere Wasser oder Methanol), ausbringen bzw. ausdüsen zu können (d.h. alternativ oder zusätzlich), bevorzugt in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine einspritzen zu können. Durch die Einspritzung des zweiten Fluids, welche mit dem vorgeschlagenen Injektor 1 unabhängig von der Einspritzung des ersten Fluids erfolgen kann, können insbesondere Brennverlaufs-Charakteristika und somit die Emissionswerte vorteilhaft beeinflusst werden. Der Injektor 1 weist einen ersten Hochdruck (HD)-Fluidpfad 3 auf, über welchen das erste Fluid, vorliegend Dieselkraftstoff, aus einem Einzeldruckspeicher 5, alternativ zum Beispiel einem Rail, an wenigstens eine Düsenöffnung 7 des Injektors 1 , vorliegend eine Mehrzahl von Düsenöffnungen 7
(Spritzlöcher) zuführbar ist. Die Düsenöffnungen 7 sind an einer Düsenkuppe 9 eines Düsenkörpers 11 des Injektorgehäuses gebildet.
Mittels einer (axial verschieblichen; Richtung A, Fig. 1) Düsennadel 13 und einem Sitz 15 bzw. Düsenventilsitz für dieselbe ist in dem Düsenkörper 11 weiterhin ein Düsenventil 17 gebildet, mittels welchem ein durchströmbarer Querschnitt selektiv freigebbar ist, d.h. in Abhängigkeit einer Hubstellung der Düsennadel. Stromabwärts des Düsenventils 17 bzw. des durchströmbaren Querschnitts, insbesondere sich unmittelbar daran anschließend, weist der Injektor 1 hierbei ein Volumen 19 auf, insbesondere in Form eines Sacklochs, aus welchem die Düsenöffnungen 7 ausmünden. Das Volumen 19 ist mittels bzw. in der Düsenkuppe 9 bereitgestellt.
Der Zweistoff-Injektor 1 ist vorliegend zur indirekten Nadelbetätigung ausgebildet, d.h. nach dem Wirkprinzip der selektiven Entlastung eines Steuerraums zur Steuerung des Düsennadelhubs.
Zur Steuerung des Düsennadelhubs ist ein Zweig 21 aus dem ersten HD- Fluidpfad 3 über eine Drossel 23 (Drosselbohrung) an den Steuerraum 25 am Injektor 1 geführt, welchen Steuerraum 25 weiterhin ein Nadelende 27 der Düsenadel 13 definiert. Über den Zweig 21 kann der Steuerraum 25 mittels des hochdruckbeaufschlagten ersten Fluids belastet werden, d.h. die Düsennadel 13, unterstützt durch eine Düsenfeder 29, in Schließrichtung -A gegen den Ventilsitz 15 des Düsenventils 17 gedrängt werden.
Über einen Entlastungskanal 31 , welcher einenends mit dem Steuerraum 25 kommuniziert und andernends über ein Ventil 33 mit der Niederdruckseite (ND; Leckage) in Kommunikation schaltbar ist, kann der Steuerraum 25 in Abhängigkeit der Ventilstellung des Ventils 33 entlastet werden. Der Entlastungskanal 31 ist über eine Ablaufdrossel 35 geführt (Drosselbohrung), das Ventil 33 (erstes Pilotventil) kann ein 2/2-Wege-Ventil, insbesondere Magnetventil sein. Wird der Steuerraum 25 via Durchschalten des Kanals 31 entlastet, kann die Düsennadel 13 von dem Ventilsitz 15 abheben, über den somit freigegebenen durchströmbaren Querschnitt ist hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff (erstes Fluid) in das Volumen 19 über den ersten Fluidpfad 3 einbringbar.
Wird der Druck im Steuerraum 25 wieder aufgebaut, i.e. der Entlastungskanal 31 durch Umschalten des Ventils 33 gesperrt, wird die Düsennadel 13 wieder in den Sitz 15 zurück bewegt. Die Düsennadel 13 ist am düsenfernen Ende 27 in einer Düsennadelhülse 37 des Injektors 1 geführt, welche auch zur Bildung des Steuerraums 25 bereitgestellt ist.
Erfindungsgemäß ist am Zweistoff-Injektor 1 ein zweiter Fluidpfad 39 gebildet, welcher über das Innere der Düsennadel 13 geführt ist, i.e. zumindest über einen Abschnitt derselben, vorliegend über einen wesentlichen Teil der Länge derselben. Ersichtlich, zum Beispiel Figs. 1 und 2, mündet der zweite Fluidpfad 39 in das Volumen 19 am Injektor 1 stromabwärts des Durchströmquerschnitts aus der Düsennadel 13 aus (in axialer Richtung; -A), i.e. unmittelbar in das Volumen 19, in welches auch das erste Fluid über den absperrbaren Durchströmquerschnitt des Düsenventils 17 einbringbar ist.
Mit dem derart erfindungsgemäß ausgebildeten Injektor 1 kann die Mischung von Kraftstoff und Zusatzflüssigkeit vorteilhaft unmittelbar vor der Düsenöffnung 7 erfolgen. Weiterhin ist es hierdurch möglich, das erste und das zweite Fluid unabhängig voneinander auszubringen (geschichteter und ungeschichteter Einspritzbetrieb). Daneben wird vorteilhaft die Möglichkeit eröffnet, insbesondere aufgrund des stromabwärts des Durchströmquerschnitts verringerten Drucks, den Systemdruck bzw. Hochdruck des ersten Fluids sowohl für die Versorgung des Injektors 1 mit zweitem Fluid als auch zur Druckbeaufschlagung desselben zu nutzen, somit insbesondere auch ein Überströmen zu verhindern. Wie in den Figs. 1 und 2 weiter veranschaulicht ist, ist der im Inneren der Düsennadel 13 via wenigstens eine Hohlbohrung gebildete zweite Fluidpfad 39 vorliegend mittels einer Mehrzahl von Radialbohrungen 41 sowie einer damit kommunizierenden Axialbohrung 43 ausgeführt. Die Axialbohrung 43 mündet hierbei hin zu dem bzw. in das Volumen 19 (Sackloch) aus.
Anströmbar ist der sich im Inneren der Düsennadel 13 erstreckende zweite Fluidpfad(Abschnitt) 39 über einen die Düsennadel 13 umgebenden Ringraum (Ringnut) 45 des zweiten Fluidpfads 39, welcher in der Düsennadelhülse 37 gebildet ist, allgemein zum Beispiel in einer Ringmanschette 37, wobei der Ringraum 45 mit den Radialbohrungen 41 in der Düsennadel 13 kommuniziert, i.e. unabhängig von dem Düsennadelhub. Ein geringer Restspalt zwischen der Düsennadel 13 und der Ringmanschette 37 ist im Hinblick auf Leckage hierbei unproblematisch.
Der Ringraum 45 kann, z.B. bei einer Ringmanschette 37, radial angeströmt werden, z.B. über eine Bohrung 47 angeströmt werden, wie dies in Fig. 1 skizziert ist. Gemäß Fig. 2 kann zum Beispiel vorgesehen sein, den Ringraum 45 stromaufwärts der Düsennadel 13 über eine oder mehrere Axialbohrungen des zweiten Fluidpfads 49 in der Düsennadelhülse 37 anzuströmen, welche wiederum mit einem zweiten Ringraum 51 des zweiten Fluidpfads 39 kommunizieren. Der Pfadabschnitt des zweiten Fluidpfads 39 zur Anströmung des zweiten Ringraums 51 kann sich durch eine Ventilplatte 53 erstrecken, gegen welche die Düsennadelhülse 27 auf Seiten des zweiten Ringraums 51 abgestützt ist, s. Fig. 2.
Mit dieser Ausgestaltung wird eine unaufwändige Führung des zweiten Fluids in die Düsennadel 3 ermöglicht. Weiterhin können Drosselbohrungen 35 bzw. 23 im Entlastungs-/Belastungszweig vom/zum Steuerraum 25 ebenfalls in der Ventilplatte 53 vorgesehen sein, Fig. 2.
Gemäß Fig. 1 kann der Injektor 1 weiterhin bevorzugt eine Hubkolbeneinrichtung 55 aufweisen, welche als Zumess- und Fördervorrichtung (Dosierpumpe) für das zweite Fluid und zur Druckbeaufschlagung (Verdichter) desselben dient, insbesondere im Rahmen einer Einspritzung eines zweiten Fluids. Als Arbeitsmedium der Hubkolbeneinrichtung 55 kann im Rahmen der Erfindung vorteilhaft systemdruckbeaufschlagtes erstes Fluid genutzt werden, so dass der Energieaufwand für den Betrieb des Injektors 1 mit erstem und/oder zweitem Fluid vorteilhaft gering ausfällt.
Die Hubkolbeneinrichtung 55 weist einen Kolben 57 auf, welcher in einem Zylinder(gehäuse) 59, insbesondere bereitgestellt durch das Injektorgehäuse, geführt ist und über einen ersten 61 und einen zweiten 63 Arbeitsraum im Zylindergehäuse 59 in seiner Hubstellung umsteuerbar ist. Weiterhin weist die Hubkolbeneinrichtung 55 einen Druckraum bzw. Verdichterraum 65 im Zylindergehäuse 59 auf, über welchen der zweite Fluidpfad 39 im Injektor 1 stromaufwärts der Zuführmanschette 37 geführt ist. In den Verdichterraum 65, welcher gegenüber den Arbeitsräumen 61 bzw. 63 eine verringerte Querschnittsfläche aufweisen kann, ist ein zweiter, mit Kolben 57 verbundener Kolben 67 geführt (z.B. auch einteilig), welcher bei Verlagerung des Kolbens 57 (Richtung -A) unter Reduzierung des Verdichterraumvolumens im Verdichterraum 65 aufgenommenes zweites Fluid druckbeaufschlagen kann (Druck- (übersetzungs)zylinder).
Stromaufwärts des Verdichterraums 65, ist der zweite Fluidpfad 39 weiterhin mit einer Quelle bzw. einem Vorrat 69a bzw. 69b zweiten Fluids verbindbar, welcher im Rahmen einer Einspritzeinrichtung bereitgestellt sein kann. Wie Fig. 1 veranschaulicht, kann insbesondere vorgesehen sein, zwischen der Versorgung des zweiten Fluidpfads 39 mit einem ersten ND-beaufschlagten zweiten Fluid, z.B. Wasser, und einem zweiten ND-beaufschlagten zweiten Fluid, z.B. Methanol, umschalten zu können, wozu ein Ventil 71 zwischen dem Verdichterraum 65 und den Fluideinlassanschlüssen 69a bzw. 69b im zweiten Fluidpfad 39 angeordnet ist, vorliegend zum Beispiel ein 3/2-Wege-Ventil 71.
Weiterhin sind im zweiten Fluidpfad 39 gegen die vorgesehene Fluidströ- mungsrichtung sperrende Rückschlagventile 73 bzw. 75 vorgesehen, i.e. zwischen dem Umschaltventil 71 und dem Verdichterraumeinlass 77 einerseits und andererseits zwischen dem Verdichterraumauslass 79 und der Düsennadel 13. Der Injektor 1 kann mit der Hubkolbeneinrichtung 55, d.h. zur Steuerung der Kolbenstellung, weiterhin bevorzugt ein (Umschalt-)Ventil (mit geeigneter Fluidpfadanbindung) aufweisen, über welches ein jeweiliger Arbeitsraum 61 bzw. 63 entweder an den ersten Hochdruck-Fluidpfad 3 oder alternativ die Niederdruckseite ND (Leckage) anschaltbar ist. Ein erster Abschnitt 83a eines ersten Arbeitsfluidpfads 83 ist mit dem ersten Arbeitsraum 61 in Kommunikation, ein erster Abschnitt 85a eines zweiten Arbeitsfluidpfads 85, in welchem Abschnitt 85a eine Drossel 87 vorgesehen ist, mit dem zweiten Arbeitsraum 63 in Kommunikation. Der zweite Abschnitt 83b des ersten Arbeitsfluidpfads 83, in welchem ebenfalls eine Drossel 89 vorgesehen ist (welche alternativ z.B. am Düsennadelaustritt angeordnet sein kann, Fig. 2), ist mit dem ersten Hoch- druckfluidpfad 3 in Kommunikation, der zweite Abschnitt 85b des zweiten Arbeitsfluidpfads 85 mit der Niederdruckseite ND. Über das Ventil 81 kann nunmehr der erste Abschnitt 83a des ersten Arbeitsfluidpfads 83 wahlweise mit dem zweiten Abschnitt des ersten, 83b, oder zweiten, 85b, Arbeitsfluidpfads verbunden werden, während gleichzeitig der erste Abschnitt 85a des zweiten Arbeitsfluidpfads 85 über das Ventil 81 mit dem jeweils zweiten Abschnitt des anderen, i.e. zweiten, 85b, oder ersten, 83b, Arbeitsfluidpfads verbunden wird. Das Umschaltventil 81 (zweites Pilotventil) des Injektors 1 ist hierzu bevorzugt als 4/2-Wegeventil ausgeführt. Eine Ausführung mit zwei 3/2-Wegeventilen mit z.B. einer Koppelung (z.B. gemeinsame Kolbenstange) ist daneben denkbar.
Der Betrieb der Hubkolbeneinrichtung 55 wird nachfolgend noch kurz skizziert.
In einem Ruhezustand befindet sich der Kolben 57 im Zylinder 59 z.B. im oberen Anschlag, d.h. der zweite Arbeitsraum 63 des Druckzylinders ist entlastet (über die Verbindung zur Niederdruckseite), der erste Arbeitsraum 61 ist (über den verbundenen ersten 83a und zweiten 83b Abschnitt des ersten Arbeitsfluidpfads 83) mit Kraftstoff unter Hochdruck (=Systemdruck) beaufschlagt. Der Verdichterraum 65 ist mit dem zweiten Fluid gefüllt, das unter Niederdruck, z.B. erzeugt von einer Vorförderpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, steht. Beim Umschalten des Ventils 81 wird der zweite Arbeitsraum 63 über die Drossel 87 druckbeaufschlagt (indem nunmehr der erste Abschnitt 85a des zweiten Arbeitsfluidpfads 85 mit dem zweiten Abschnitt 83b des ersten Arbeits- fluidpfads 83 verbunden werden). Der erste Arbeitsraum 61 wird drosselfrei entlastet (Verbindung erster Abschnitt 83a erster Arbeitsfluidpfad 83 mit zweitem Abschnitt 85b zweiter Arbeitsfluidpfad 85), wodurch der zweite Kolben 67 das zweite Fluid druckbeaufschlagt (Verdichten). Nach Erreichen des Öffnungsdrucks von Rückschlagventil 75 wird das zweite Fluid über die Zuführmanschette 37 und die hohl(gebohrt)e Düsennadel 13, i.e. über den zweiten Fluidpfad 39, somit in das Sackloch 19 gefördert (Einspritzung).
Hierbei ist über die Drosseln 87 und 89 (sowie eine Taktung des zweiten Pilotventils 81) eine genaue Dosierung des zweiten Fluids darstellbar. Nach Beendigung des Einspritzvorgangs werden die Drücke in dem ersten 61 und zweiten 63 Arbeitsraum wieder umgeschaltet, so dass sich der Kolben 57 wieder zum oberen Anschlag bewegt (mit dem mitbewegten Kolben 67) und der Verdichterraum 65 (Ansaugen) wieder mit dem zweiten Fluid gefüllt wird.
Für den Betrieb des Injektors 1 ist das Kolbenflächenverhältnis zwischen dem Kolben 57 zur Fläche des Kolbens 67 im Verdichter- bzw. Verdrängerraum 65 unter Berücksichtigung der Leitungs- und Drosselverluste bis zur Düse 7 bevorzugt so bemessen, dass der Einspritzdruck des zweiten Fluids am Austritt aus der Düsennadel 13 mindestens gleich dem Sacklochdruck ist, der bei vorgegebenen Systemdruck herrschen würde, wenn nur Kraftstoff mit maximalen Nadelhub eingespritzt würde. Der Sacklochdruck entspricht etwa dem Systemdruck minus dem Druckverlust durch die Sitzdrosselung an der Düsennadel.
Weiterhin kann vorgesehen sein, den zweiten Fluidpfad, insbesondere bei Abstellen des Motors, mit Kraftstoff zu befüllen, damit Wasser aus dem Injektor verdrängt werden kann, um Korrosionsschäden zu vermeiden/ Hierzu kann ein eigenes oder z.B. das Ventil 71 bereitgestellt sein. Im Rahmen der Erfindung können insbesondere auch folgende Vorteile erzielt werden:
- keine (anfällige) Wasser-Hochdruckpumpe erforderlich;
- keine Emulsion erforderlich;
- geringere Kavitationsgefahr, i.e. keine zusätzliche Kavitation im Düsen- nadelsitz;
- Wasserzudosierung jederzeit unabhängig von der Dieseleinspritzung;
- Möglichkeit des Freispülens des Sacklochs 19 am Einspritzende zur Vermeidung von sacklochbedingten HC-Emissionen;
- bereits während der Verdichtung (Brennraum) kann Wasser eingespritzt werden, um die Luft herunterzukühlen (z.B. auch denkbar für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung).
Anstelle des Wassers kann auch Methanol eingespritzt werden, so dass ein bivalenter Motorbetrieb möglich ist. Neben einem reinen Diesel- oder Methanolbetrieb ist z.B. ein Mischbetrieb möglich (Methanolbetrieb erfordert einen Dieselzündstrahl).
Fig. 3a zeigt die Betriebsart Methanoleinspritzung mit dieselmotorischer Verbrennung (ER bezeichnet die Einspritzrate (vereinfacht als Rechteck dargestellt)). Hier übernimmt das System 2 (zweiter Fluidpfad 39) die Hauptaufgabe, wobei das System 1 (erster Fluidpfad 3) den Dieselzündstrahl zur Verfügung stellt. Kurz nach Einspritzen der Zündmenge folgt die Methanoleinspritzung, wobei diese mit oder ohne Überschneidung mit der Zündeinspritzung dargestellt werden kann.
Fig. 3b zeigt eine ottomotorische Betriebsart. Hier wird zwischen unterem Totpunkt (UT) und oberem Zündtotpunkt (ZOT) während des Ansaugens Methanol eingespritzt, welches anschließend durch die folgende Dieseleinspritzung gezündet wird. Die gestrichelte Linie zeigt eine Kombination zwischen Gleichraum- (Otto) und Gleichdruckverbrennung (Diesel). Die Methanoleinspritzung geht zeitlich über die Zündeinspritzung hinaus, d.h. dass das zum Zeitpunkt t1* im Brennraum befindliche (zündfähige) Methanolgemisch sich entzünden kann und in einer Vormischverbennung schnell umgesetzt wird, wäh- rend das nachfolgend eingespritzte Methanol dieselmotorisch umgesetzt wird (Diffusionsverbrennung).
Bezuqszeichen
Zweistoff-Injektor 59 Zylinder(gehäuse)
Erster Fluidpfad 61 Erster Arbeitsraum
HD-Speicher 63 Zweiter Arbeitsraum
Düsenöffnung 65 Verdichterraum
Düsenkuppe 67 Zweiter Kolben
Düsenkörper 69 ND-Einlass/Anschluss
Düsennadel 71 Ventil
Düsenventilsitz 73 Rückschlagventil
Düsenventil 75 Rückschlagventil
Volumen (Sackloch) 77 Einlass 65
Zweig 3 79 Auslass 65
Zulaufdrossel 81 Ventil
Steuerraum 83 Erster Arbeitsfluidpfad
Nadelende 85 Zweiter Arbeitsfluidpfad
Düsenfeder 87 Drossel
Ablaufkanal 89 Drossel
Erstes Pilotventil A Richtung
Ablaufdrossel -A Schließrichtung
Hülse (Manschette)
Zweiter Fluidpfad
Radialbohrung 13
Axialbohrung 13
Ringraum
Bohrung 37
Axialbohrung 37
Zweiter Ringraum
Ventilplatte
Hubkolbeneinrichtung
Kolben

Claims

Patentansprüche
Zweistoff-Injektor (1) mit einem Düsenventil (17), welches mittels einer Düsennadel (13) und einem Düsenventilsitz (15) für dieselbe gebildet ist, wobei über einen mittels der Düsennadel (13) absperrbaren Durchströmquerschnitt des Düsenventils (17) ein erster Hochdruck-Fluidpfad (3), insbesondere Kraftstoffpfad, zu wenigstens einer stromabwärtigen Düsenöffnung (7) am Injektor (1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Injektor (1) ein über das Innere der Düsennadel (13) geführter, zweiter Fluidpfad (39), insbesondere für Zusatzflüssigkeit, bereitgestellt ist, welcher in ein Volumen (19) am Injektor (1) stromabwärts des Durchströmquerschnitts aus der Düsennadel (13) ausmündet, in welches auch das erste Fluid über den absperrbaren Durchströmquerschnitt des Düsenventils (17) einbringbar ist und aus welchem Volumen (19) die wenigstens eine Düsenöffnung (7) ausmündet.
Zweistoff-Injektor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidpfad (39) in der Düsennadel (13) über einen Ringraum (45) um die Düsennadel (13), insbesondere gebildet in einer Ringmanschette (37), sowie wenigstens eine kommunizierende Bohrung (41) in der Düsennadel anströmbar ist.
Zweistoff-Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidpfad (39) in der Düsennadel (13) mittels wenigstens einer Radialbohrung (41) und/oder wenigstens einer Axialbohrung (43) gebildet ist.
Zweistoff-Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidpfad (39) in axialer Richtung aus der Düsennadel (13) ausmündet, insbesondere unmittelbar in das Volumen (19), und/oder das Volumen (19) ein Sackloch ist.
5. Zweistoff-Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidpfad (39) stromaufwärts der Düsennadel (13) über einen Verdichterraum (65) einer Hubkolbeneinrichtung (55) des Injektors (1), insbesondere auch über wenigstens ein Rückschlagventil (73, 75) geführt ist, wobei die Hubkolbeneinrichtung (55) zur Druckbeaufschlagung zweiten Fluids im Verdichterraum (65) weiterhin insbesondere mittels hochdruckbeaufschlagtem Fluid im ersten Fluidpfad (3) betätigbar ist.
6. Zweistoff-Injektor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbeneinrichtung (55) einen ersten (61) und einen zweiten (63) Arbeitsraum im Injektor (1) aufweist, welche je in Kommunikation mit dem ersten Hochdruck-Fluidpfad (3) schaltbar sind oder je in Kommunikation mit einer Niederdruckseite (ND).
7. Zweistoff-Injektor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (1) ein Ventil (81) aufweist, mittels welchem der erste (61) und der zweite (63) Arbeitsraum abwechselnd an den ersten Hochdruck- Fluidpfad (3) und die Niederdruckseite (ND) schaltbar sind, insbesondere ein 4/2-Wegeventil oder zwei gekoppelte 3/2-Wegeventile.
8. Zweistoff-Injektor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (1) stromaufwärts des Verdichterraums (65) einen Anschluss (69a, 69b) für eine Niederdruckquelle zweiten Fluids zur Einspeisung zweiten Fluids in den zweiten Fluidpfad (39) aufweist.
9. Zweistoff-Injektor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichterraum (65) wahlweise an eine erste oder eine zweite Quelle des zweiten Fluids schaltbar ist, insbesondere via ein 3/2-Wegeventil (71 ) des Injektors (1).
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung, gekennzeichnet durch wenigstens einen Zweistoff-Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2013/003265 2012-11-19 2013-10-30 Zweistoff-injektor WO2014075765A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012022498.2 2012-11-19
DE102012022498.2A DE102012022498A1 (de) 2012-11-19 2012-11-19 Zweistoff-Injektor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014075765A1 true WO2014075765A1 (de) 2014-05-22

Family

ID=49518913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/003265 WO2014075765A1 (de) 2012-11-19 2013-10-30 Zweistoff-injektor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012022498A1 (de)
WO (1) WO2014075765A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111502879A (zh) * 2019-01-31 2020-08-07 罗伯特·博世有限公司 双物质喷射器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013226524B4 (de) * 2013-12-18 2022-06-15 Mtu Friedrichshafen Gmbh Einspritzsystem, Brennkraftmaschine mit einem Einspritzsystem, und Verfahren zur Herstellung und Einspritzung einer Emulsion in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
DE102017123315A1 (de) * 2017-10-09 2019-04-11 Man Diesel & Turbo Se Dual-Fuel-Injektor, Dual-Fuel-Kraftstoffsystem, Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben derselben

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3536021A1 (de) * 1984-10-13 1986-04-17 Diesel Kiki Co. Ltd., Tokio/Tokyo Mehrstufiges treibstoffeinspritzsystem fuer verbrennungsmotoren
EP0392594A2 (de) * 1989-04-10 1990-10-17 EURON S.p.A. Kraftstoffeinspritzdüse
US6073862A (en) * 1998-09-16 2000-06-13 Westport Research Inc. Gaseous and liquid fuel injector

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19535703C2 (de) * 1995-09-26 1997-07-31 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennstoffeinspritzsystem
DE19746491A1 (de) * 1997-10-22 1999-04-29 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine
DE19747268A1 (de) 1997-10-25 1999-04-29 Bosch Gmbh Robert Zweistoffdüse zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit
DE19812011A1 (de) * 1998-03-19 1999-08-26 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine und Kraftstoffeinspritzsystem
DE102009005356A1 (de) 2009-01-16 2010-07-22 Voith Patent Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Dieselmotors mit einem Mischkraftstoff
DE102009048223A1 (de) 2009-10-05 2011-06-16 Fachhochschule Trier Verfahren zur In-Situ-Herstellung von Treibstoff-Wasser-Gemischen in Verbrennungsmotoren

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3536021A1 (de) * 1984-10-13 1986-04-17 Diesel Kiki Co. Ltd., Tokio/Tokyo Mehrstufiges treibstoffeinspritzsystem fuer verbrennungsmotoren
EP0392594A2 (de) * 1989-04-10 1990-10-17 EURON S.p.A. Kraftstoffeinspritzdüse
US6073862A (en) * 1998-09-16 2000-06-13 Westport Research Inc. Gaseous and liquid fuel injector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111502879A (zh) * 2019-01-31 2020-08-07 罗伯特·博世有限公司 双物质喷射器

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012022498A1 (de) 2014-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3090164A1 (de) Dual-fuel-kraftstoffinjektor
DE10358980A1 (de) Dualbetriebsart Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem einteiligen Nadelventilglied
DE10300045A1 (de) Nach innen öffnende Variodüse
DE19939422A1 (de) Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
EP3574204B1 (de) Verbrennungskraftmaschine mit kraftstoff-einspritzdüse mit zusätzlicher zuführung eines verbrennungsfördernden mediums in den brennraum
EP1584813A2 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit direkt ansteuerbaren Düsennadeln
AT501914B1 (de) Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine
WO2016078735A1 (de) Dual-fuel-kraftstoffinjektor
EP1520099A1 (de) Druckübersetzer kraftstoffinjektor mit schnellem druckabbau bei einspritzende
EP0694123A1 (de) Einspritzsystem
WO2014075765A1 (de) Zweistoff-injektor
WO2015052032A1 (de) Kolben-fluidleitung-anordnung, insbesondere steuerkolben-steuerbohrung-anordnung
DE10158028A1 (de) Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzverlaufsformung
EP1483499B1 (de) Einrichtung zur druckmodulierten formung des einspritzverlaufes
WO2006103034A1 (de) Brennstoffzuführsystem für eine brennkraftmaschine
DE102012220610B4 (de) Injektor
WO2007059543A1 (de) Einspritzsystem für eine brennkraftmaschine
DE102018200565A1 (de) Injektor zur Dosierung von gasförmigem Kraftstoff, Gaseinblassystem mit einem solchen Injektor und Verfahren zum Betreiben dieses Injektors
DE10344942B4 (de) Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
EP0610584A1 (de) Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Vor- und Hauptspritzung unterschiedlicher Kraftstoffe über ein Einnadel-Einspritzventil
DE10359169A1 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE19812011A1 (de) Verfahren zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine und Kraftstoffeinspritzsystem
DE10246595A1 (de) Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung, sowie Brennkraftmaschine
DE102014016881B4 (de) Pneumatisch-servogesteuerter Kraftstoffinjektor
DE10160490A1 (de) Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, Kraftstoffsystem sowie Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13786167

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13786167

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1