WO2018041500A1 - Zweistoffinjektor für zwei medien - Google Patents

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WO2018041500A1
WO2018041500A1 PCT/EP2017/069280 EP2017069280W WO2018041500A1 WO 2018041500 A1 WO2018041500 A1 WO 2018041500A1 EP 2017069280 W EP2017069280 W EP 2017069280W WO 2018041500 A1 WO2018041500 A1 WO 2018041500A1
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injektornadelaustrittsöffnung
injektornadel
injector body
needle
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PCT/EP2017/069280
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Wolfgang Braun
Udo Riegler
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent

Definitions

  • Two-substance injector for two media The invention relates to a two-substance injector for two media, comprising one
  • Injector body with an outlet end portion, with a in the
  • Injektor stresses supraung a at least one injector body outlet opening for a second medium in the end region controlling outer Injektornadel is arranged longitudinally movable, and wherein in the outer Injektornadel a
  • Injektornadelaus strictlyung is arranged in the at least one
  • Injektornadelaustrittsötechnisch is longitudinally movably arranged for a first medium in the outer Injektornadel controlling inner Injektornadel.
  • Such a two-substance injector is known from DE 10 2005 037 954 AI.
  • This two-substance injector is designed for a liquid medium and a gaseous medium and has an injector body with an injector body recess in which a at least one injector body outlet opening in the
  • Injector body controlling outer Injektornadel is arranged longitudinally movable.
  • Injektornadelaus precedeung is arranged in which an inner Injektornadel is arranged longitudinally movable.
  • This inner injector needle controls a number of injector needle orifices located in the outer injector needle.
  • the invention has for its object to provide a two-fluid injector, which is improved in terms of its function over the prior art.
  • the first medium forms an ignition jet for the second medium to be subsequently introduced into the working space.
  • the injector body outlet opening is arranged coaxially with the injector needle outlet opening.
  • a jet cone angle ⁇ of the first medium which is determined by the injector needle outlet opening, is smaller than a jet angle that is determined by the injector body outlet opening.
  • Injector body outlet opening passes through it.
  • a deflection of the beam of the first medium is avoided.
  • this avoids that a deposit or scattering of the medium, which is controlled by the inner Injektornadel, on the wall of the
  • the medium controlled by the inner injector needle is a liquid medium and the medium controlled by the outer injector needle is a gaseous medium.
  • the liquid medium takes place as far as possible without influencing the region in the two-component injector in which the gaseous medium is conducted.
  • the corresponding outlet side end portion of the injector body is shut off from a filling with gaseous medium.
  • no relevant interference parameter influencing the corresponding jet is imposed on the liquid medium.
  • the jet passing through the injector needle outlet opening is formed or shaped in relation to the injector body outlet opening in such a way that it penetrates the injector needle outlet opening
  • Injector body outlet opening forming wall and on the outlet side of the Injektor restructuringaustrittsö réelle has a small distance from the wall, but without wetting it in this area.
  • the outer injector needle is rotationally fixed to the injector body. This rotational fixation is important for the inventive function of Zweistoffinjektors by thereby the coaxiality of the
  • the rotational fixation can basically be designed and arranged as desired.
  • the outer injector needle on the dome side has a rotationally locking injector needle guide surface cooperating with an injector body guide surface. This is an alternative to, for example, guiding the outer injector needle in a remote area to the dome-side end region.
  • the injector body guide surface and injector needle guide surface are three-part in one part of a
  • the thus formed Injektornadel arrangement allows the fluid exchange between the two sides of the blind hole guide and also has a hydraulic damping effect on impact of the outer Injektornadel in the end positions.
  • the Injektornadelaus Stammsö réelle is at least over an outer partial length conically widening outward.
  • the Injektornadelaus Stammsö réelle is a stepped bore, wherein the larger diameter of the stepped bore is arranged on the outside of the injector body.
  • the Injektornadelaus Stammsö réelle formed as a Laval nozzle. All embodiments ensure that the spray of the liquid medium through the
  • Embodiment of the Zweistoffinjektors with a spray hole diameter of 100 ⁇ to 160 ⁇ be selected with a conical blind hole type.
  • the spray hole length of the Injektornadelaustrittsö réelle is maximized to, for example, between 1mm and 1.3 mm.
  • Injector needle orifice (s) is minimized to, for example, between 0.60 mm and 0.9 mm.
  • each Injektornadelaus Stammsö réelle is as deep as possible in the Injektornadelsackloch, which is formed within the Injektornadelkuppe introduced.
  • the dome wall thickness in the region of the injector needle outlet opening is minimized to, for example, between 0.6 mm and 0.9 mm.
  • the conicity of the Injektornadelaustrittsö réelle is chosen negative (for example, with an outer diameter of 50 ⁇ greater than the theoretical value of
  • the density of the gas in the blind hole of the gas path should be minimized.
  • a contributor to this is the molecular weight of the gas (at the same pressure and temperature conditions).
  • Liquid injection in the gas bag hole and possibly the immediate vicinity of the nozzle a high concentration, for example, of methane prevails.
  • this latter contribution is due to the choice of a small injection hole length (e.g.
  • Injector body exit opening arises.
  • the media is a liquid fuel and a gaseous fuel.
  • the liquid fuel is for example diesel fuel and the gaseous fuel for example methane.
  • the diesel fuel is in particular at a start of the internal combustion engine in a combustion chamber of the internal combustion engine
  • FIG. 1 shows a schematic sectional representation of a two-component injector designed according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective detailed view of an injection-side end region of a two-component injector according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a sectional view through an injection-side end region according to FIG.
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of FIG. 1
  • Figure 5 is a sectional view of a two-fluid injector in an alternative
  • FIG. 6 shows a detailed view of a two-component injector according to FIG. 5.
  • the two-component injector 1 shown in FIG. 1 is part of a
  • Zweistoff injector 1 for operating the internal combustion engine two different media, namely a first liquid fuel, preferably diesel fuel, and a second gaseous fuel, preferably fuel gas in the form of methane, alternately or additively injected into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a first liquid fuel preferably diesel fuel
  • a second gaseous fuel preferably fuel gas in the form of methane
  • the two-component injector 1 has an injector body 2 into which a
  • Injektorizationaus4-5ung 3 is inserted for an outer Injektornadel 4.
  • the outer Injektornadel 4 has an inner Injektornadelausnaturalung 5 for an inner Injektornadel 6.
  • the outer Injektornadel 4 has a
  • Injector needle seat 7, which acts in a valve seat 8 of the injector body 2.
  • An injector needle tip 9 adjoins the injector needle seat 7 at the end, into which at least one injector needle outlet opening 19 is embedded in the region in front of the injector needle seat 7.
  • To this Injektornadelaustrittsö réelle 19 is in a closed position of the outer Injektornadel 4, in which the Injektornadelsitz 7 acts in a valve seat 8, coaxially in the injector body 2 a Injector body outlet opening 10 is arranged.
  • This embodiment forms the core of the invention and will be explained in more detail below.
  • the injector body outlet opening 10 is permanently connected to a gas space 12, which is arranged between the injector needle tip 9 and the injector body 2 at the end in front of the valve seat 8.
  • Injector body outlet opening 10 is injected or injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the guided in the inner Injektornadelausnaturalung 5 inner Injektornadel 6 also has an Injektornadelspitze 15, which acts in a valve seat 16 which is incorporated in the outer Injektornadel 4.
  • Injektornadel Injektornadel
  • the at least one inserted into the outer Injektornadel 4 Injektornadeiaustrittsö réelle 19 is closed.
  • the inner Injektornadel 6 and thus the Injektornadelspitze 15 axially displaced against a needle spring 18, the at least one Injektornadeiaustrittsö réelle 19 via a fluid chamber 17 and further via the Injektornadelausnaturalung 5 with a fluid passage 20 and a fixed to the injector body 2 fluid line 21 is connected.
  • the fluid line 21 is the binary injector. 1
  • Valve elements 22a, 22b are actuated, for example, by electromagnetic, hydraulic or mechanical actuators 23a, 23b.
  • valve element 22a cooperates with a first control line 24a which receives the fluid line 21 with an injector needle spring 11
  • Injektornadelfederraum 25 and the valve element 22a connects. Is the first valve element 22a in the illustrated closed position, is a
  • Injector body 2 attached return line 26 is interrupted. As a result, a fluid pressure builds up in the injector needle spring space 25, which, together with the injector needle spring 11, holds the outer injector needle 4 in the closed position. If, however, the flow connection between the first control line 24a and the return line 26 is released by the valve element 22a, a pressure reduction takes place in the Injektornadelfederraum 25 and the outer Injektornadel 4 is axially displaced by the gas pressure applied to a arranged in the gas chamber 12 pressure shoulder, so that the at least one injector body outlet opening 10 fuel gas is blown into the combustion chamber.
  • the same operation applies mutatis mutandis to the inner Injektornadel 6, which is controlled by the valve element 22b and a second control line 24b.
  • control line throttles 26a, 26b are used, which limit the inflow of diesel fuel into the control lines 24a, 24b or prevent mutual interference of the control function by the two valve elements 22a, 22b.
  • Control is exemplary and other embodiments are possible.
  • FIG. 2 shows a perspective detailed view of an injection-side end region of a two-substance injector 1 according to FIG. 1. Specifically shown is the injection-side end region of the injector body 2 with the recessed and over the circumference distributed injector outlet openings 10 with indicated diesel jets 27 which are injected through the injector body outlet openings 10 into the combustion chamber of the internal combustion engine. For example, seven to ten Injektor stressesaustrittsö réelleen 10 are arranged distributed on the circumference of the injector body 2 and the diesel jet 27 are with a
  • Figure 3 shows a sectional view through an injection-side end portion of the injector body 2 according to Figure 2 with a cut
  • Injector body outlet opening 10 through which a diesel steel 27 passes. Behind this, an adjoining injector body outlet opening 10 with a diesel jet 27 passing through it is shown.
  • the diesel jets 27 are formed by the Injektornadelaustrittsö réelleen 19, not shown here, and traverse the gas space 12 before entering the respective
  • Injector body exit opening 10 enter.
  • the steel cone angle .alpha. Is shaped or is so small by corresponding design of the injector needle outlet opening 19 (see FIG. 1) that deposition or scattering of the diesel liquid on the wall of the injector body outlet openings 10 is avoided.
  • the diesel jet 27 emerging from the injector body outlet openings 10 passes the injector body outlet openings 10 at the outer edge at a nearly sufficient distance from the wall.
  • Injector body outlet openings 10 are, for example, cylindrical, this being the simplest way through a corresponding hole implementable design. However, the injector body outlet openings 10 can also have a conical widening contour, at least over a partial length, in particular in the outer area. Also, the design of the injector body outlet openings 10
  • Injector body outlet openings 10 in the form of a Laval nozzle within the scope of the invention conceivable or possible.
  • FIGS. 5 and 6 show a structurally alternative embodiment to a two-component injector 1 according to FIG. 1, but with regard to the basic description of FIGS. 5 and 6
  • Injector 2 prevents.
  • the Injektor emotions enclosures character 28 and Injektornadel operationsisation 29 are formed as a tri-fold in the one part of the gas space 12 forming blind hole, the thus formed Injektornadel arrangement fluid exchange between the two sides of the blind hole guide and also a hydraulic damping effect on impact of the outer Injektornadel 4 in the end positions having.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zweistoffinjektor (1), aufweisend einen Injektorkörper (2) mit einem auslassseitigen Endbereich, mit einer in dem Injektorkörper (2) ausgebildeten Injektorkörperausnehmung (3), wobei in der Injektorkörperausnehmung (3) eine zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung (10) für ein zweites Medium in dem Endbereich steuernde äußere Injektornadel (4) längsbeweglich angeordnet ist, und wobei in der Injektornadel (4) eine Injektornadelausnehmung (5) angeordnet ist, in der zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung (19) für ein erstes Medium in der Injektornadel (4) steuernde innere Injektornadel (6) längsbeweglich angeordnet ist Erfindungsgemäß wird ein Zweistoffinjektor (1) bereitgestellt, der hinsichtlich seiner Funktion gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass die Injektorkörperaustrittsöffnung (10) in einer Schließstellung der äußeren Injektornadel (4) in Verlängerung der Injektornadelaustrittsöffnung (19) angeordnet ist.

Description

Beschreibung Titel:
Zweistoffinjektor für zwei Medien Die Erfindung betrifft einen Zweistoffinjektor für zwei Medien, aufweisend einen
Injektorkörper mit einem auslassseitigen Endbereich, mit einer in dem
Injektorkörper ausgebildeten Injektorkörperausnehmung, wobei in der
Injektorkörperausnehmung eine zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung für ein zweites Medium in dem Endbereich steuernde äußere Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist, und wobei in der äußeren Injektornadel eine
Injektornadelausnehmung angeordnet ist, in der zumindest eine
Injektornadelaustrittsöffnung für ein erstes Medium in der äußeren Injektornadel steuernde innere Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist. Stand der Technik
Eine derartiger Zweistoffinjektor ist aus der DE 10 2005 037 954 AI bekannt. Dieser Zweistoffinjektor ist für ein flüssiges Medium und ein gasförmiges Medium ausgelegt und weist einen Injektorkörper mit einer Injektorkörperausnehmung auf, in der eine zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung in dem
Injektorkörper steuernde äußere Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist. In dieser äußeren Injektornadel ist eine Injektornadelausnehmung angeordnet, in der eine innere Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist. Diese innere Injektornadel beherrscht eine Anzahl von Injektornadelaustrittsöffnungen, die in der äußeren Injektornadel angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweistoffinjektor bereitzustellen, der hinsichtlich seiner Funktion gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Injektorkörperaustrittsöffnung in einer Schließstellung der äußeren Injektornadel in Verlängerung der
Injektornadelaustrittsöffnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass das von der inneren Injektornadel gesteuerte erste Medium ohne
Umlenkung durch die zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung und weiter durch die Injektorkörperaustrittsöffnung in einen Arbeitsraum, in den der auslassseitige Endbereich des Zweistoffinjektors hineinragt, gelangt. Diese Ausgestaltung vermeidet Störungen in der Ausbreitung des ersten Mediums beziehungsweise der Einbringung des ersten Mediums in den Arbeitsraum.
Beispielsweise bildet das erste Medium einen Zündstrahl für das nachfolgend in den Arbeitsraum einzubringende zweite Medium.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Injektorkörperaustrittsöffnung koaxial zu der Injektornadelaustrittsöffnung angeordnet. Somit gelangt der von der inneren Injektornadel gesteuerte Strahl des ersten Mediums zuerst durch die
Injektornadelaustrittsöffnung und dann zu der koaxial angeordneten
Injektorkörperaustrittsöffnung. Dabei ist ein von der Injektornadelaustrittsöffnung festgelegter Strahlkegelwinkel α des ersten Mediums kleiner als ein Strahlwinkel, der von der Injektorkörperaustrittsöffnung bestimmt ist. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass der durch die Injektornadelaustrittsöffnung hindurch tretende Strahl des ersten Mediums ohne eine Auftreffen oder einen Kontakt mit der
Injektorkörperaustrittsöffnung durch diese hindurch tritt. Dadurch wird eine Ablenkung des Strahls des ersten Mediums vermieden. Außerdem wird dadurch vermieden, dass eine Ablagerung oder Streuung des Mediums, das von der inneren Injektornadel gesteuert wird, an der Wand der
Injektorkörperaustrittsöffnung auftritt. Eine solche Ablagerung oder Streuung könnte als Tropfen oder Ligamente auftreten. Dadurch würde die Funktion des Zweistoff injektors nachteilig beeinflusst. Beispielsweise ist das von der inneren Injektornadel gesteuerte Medium ein flüssiges Medium und das der äußeren Injektornadel gesteuerte Medium ein gasförmiges Medium. Durch die
erfindungsgemäße Ausgestaltung wird nun erreicht, dass das flüssige Medium weitestgehend ohne Beeinflussung des Bereichs in dem Zweistoffinjektor, in dem das gasförmige Medium geführt wird, erfolgt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei der Schließstellung der äußeren Injektornadel der entsprechende auslassseitige Endbereich des Injektorkörpers von einer Befüllung mit gasförmigem Medium abgesperrt ist. Dadurch wird dem flüssigen Medium kein relevanter den entsprechenden Strahl beeinflussender Störparameter aufgedrängt. Idealerweise ist der durch die Injektornadelaustrittsöffnung hindurch tretende Strahl so in Bezug zu der Injektorkörperaustrittsöffnung ausgebildet beziehungsweise geformt, dass dieser beim Eintritt in die
Injektorkörperaustrittsöffnung einen deutlichen Abstand zu der die
Injektorkörperaustrittsöffnung bildenden Wand hat und auf der Austrittsseite aus der Injektorkörperaustrittsöffnung einen geringen Abstand zu der Wand hat, ohne diese aber in diesem Bereich zu benetzen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die äußere Injektornadel drehfixiert zu dem Injektorkörper. Diese Drehfixierung ist für die erfindungsgemäße Funktion des Zweistoffinjektors wichtig, indem dadurch die die Koaxialität der
Injektorkörperaustrittsöffnung zu der Injektornadelaustrittsöffnung mit hoher Sicherheit in engen Toleranzgrenzen von beispielsweise 1° sichergestellt ist. Dabei kann die Drehfixierung grundsätzlich beliebig ausgebildet und angeordnet sein.
In Weiterbildung der Erfindung weist die äußere Injektornadel kuppenseitig eine mit einer Injektorkörperführungsfläche zusammenwirkende verdrehsichernde Injektornadelführungsfläche auf. Dies ist eine Alternative beispielsweise zu einer Führung der äußeren Injektornadel in einem entfernten Bereich zu dem kuppenseitigen Endbereich. Beispielsweise sind die Injektorkörperführungsfläche und Injektornadelführungsfläche als Dreiflach in einem einen Teil eines
Gasraums bildenden Sacklochs ausgebildet, wobei die dadurch gebildete Injektornadelführung den Fluidaustausch zwischen den beiden Seiten der Sacklochführung ermöglicht und zudem eine hydraulisch dämpfende Wirkung beim Aufprall der äußeren Injektornadel in den Endlagen aufweist.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Injektornadelaustrittsöffnung zumindest über eine äußere Teillänge konisch sich nach außen erweiternd ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Injektornadelaustrittsöffnung eine Stufenbohrung, wobei der größere Durchmesser der Stufenbohrung außen an dem Injektorkörper angeordnet ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Injektornadelaustrittsöffnung als Lavaldüse ausgebildet. Alle Ausgestaltungen stellen sicher, dass der Sprühstrahl des flüssigen Mediums so durch die
Injektornadelaustrittsöffnung hindurchgeleitet wird, dass er anschließend ungehindert durch die Injektorkörperaustrittsöffnung hindurch tritt. Es wird darauf hingewiesen, dass für die Injektorkörperaustrittsöffnung grundsätzlich die beschriebenen Ausgestaltungen sinngemäß angewendet werden können.
Die Spritzlochauslegung der Injektornadelaustrittsöffnung kann bei einer
Ausführungsform des Zweistoffinjektors mit einem Spritzlochdurchmesser von 100 μιη bis 160 μιη mit einem konischen Sacklochtyp gewählt werden. Dazu wird die Spritzlochlänge der Injektornadelaustrittsöffnung auf beispielsweise zwischen 1mm und 1,3 mm maximiert. Der Lochkreisdurchmesser der (mehreren)
Injektornadelaustrittsöffnung(en) wird minimiert auf beispielsweise zwischen 0,60 mm und 0,9 mm. Dabei wird jede Injektornadelaustrittsöffnung so tief wie möglich in das Injektornadelsackloch, das innerhalb der Injektornadelkuppe gebildet ist, eingebracht. Die Kuppenwandstärke im Bereich der Injektornadelaustrittsöffnung wird auf beispielsweise zwischen 0,6 mm und 0,9 mm minimiert. Die Konizität der Injektornadelaustrittsöffnung wird negativ gewählt (beispielsweise mit einem Außendurchmesser von 50 μιη größer als der theoretische Wert des
Innendurchmessers, wobei ein zylindrischer oder leicht konischer Teil der Spritzlochkontur bis zu etwa 50 % der Spritzlochlänge wünschenswert ist). Eine fertigungstechnisch aufwändige Ausgestaltung ist die Wahl einer Stufenbohrung und eine Idealform ist die Ausbildung als Lavaldüse.
Um das Verhältnis der Dichte der Flüssigkeit zu der Dichte des Gases bei einer Einspritzung zu maximieren, sollte die Dichte des Gases im Sackloch des Gaspfades minimiert werden. Ein Beitragsleister hierzu ist die Molmasse des Gases (bei gleichen Druck- und Temperaturbedingungen). Dazu sollte eine frühe Piloteinspritzung des Gasstrahls erfolgen, so dass zum Zeitpunkt der
Flüssigkeitseinspritzung im Gassackloch und eventuell der näheren Umgebung der Düse eine hohe Konzentration beispielsweise an Methan herrscht. Dieser letztgenannte Beitrag ist aber bei Wahl einer geringen Spritzlochlänge (z.B.
zwischen 0,6 mm und 0,9 mm) und deren Durchmesser > 0,5 mm (z.B. 0,75 mm) der Injektornadelaustrittsöffnung nicht erforderlich. Auch ist es gegebenenfalls möglich, den Strahlkegelwinkel auf unter 10° zu reduzieren, falls ein Durchmesser der Injektornadelaustrittsöffnung kleiner 0,5 mm gewählt wird (und alle andere Maßnahmen nicht ausreichen). Falls trotzdem ein geringfügiger Anteil des Flüssigkeitsstrahls an der Wand der Injektorkörperaustrittsöffnung abgelagert wird, ist davon auszugehen, dass die reguläre Einblasung von gasförmigem Medium unter einem Druck von größer 300 bar Flüssigkeitstropfen von der Wand der Injektorkörperaustrittsöffnung mit sich reißt und sie in den Arbeitsraum befördert, ohne dass ein nennenswerter Schaden durch eine strömungstechnisch relevante Ablagerung an der Wand der
Injektorkörperaustrittsöffnung (Verkokung) entsteht.
Wenn auch der Gegenstand des erfindungsgemäßen Zweistoffinjektors bei einer beliebigen Anwendung umgesetzt werden kann, ist eine bevorzugte Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine gegeben, wobei die Medien ein flüssiger Kraftstoff und ein gasförmiger Kraftstoff sind. Der flüssige Kraftstoff ist beispielsweise Dieselkraftstoff und der gasförmige Kraftstoff beispielsweise Methan. Der Dieselkraftstoff wird insbesondere bei einem Start der Brennkraftmaschine in einen Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt, wobei während dieser Einspritzung kein Methan eingespritzt wird. Erst wenn die Brennkraftmaschine in Betrieb gesetzt worden ist, wird Methan in den Brennraum eingespritzt und gleichzeitig die Einspritzung von Dieselkraftstoff beendet. Eine solche gesteuerte Einspritzung ist mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Injektor umsetzbar, wobei durch den so ausgebildeten Injektor der Betrieb der entsprechenden Brennkraftmaschine verbessert wird. Dies äußert sich durch eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs bei einer gleichzeitigen Reduzierung der (schädlichen) Abgasemissionen. Dabei ist der erfindungsgemäß ausgestaltete Zweistoffinjektor kostenneutral oder sogar günstiger als ein herkömmlich ausgebildeter Zweistoffinjektor herstellbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben sind.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zweistoffinjektors,
Figur 2 eine perspektivische Detailansicht eines spritzseitigen Endbereichs eines Zweistoffinjektors gemäß Figur 1,
Figur 3 eine Schnittdarstellung durch einen spritzseitigen Endbereich gemäß
Figur 2,
Figur 4 eine Schnittdarstellung durch eine Injektornadelaustrittsöffnung,
Figur 5 eine Schnittdarstellung eines Zweistoffinjektors in einer alternativen
Ausgestaltung und
Figur 6 eine Detailansicht eines Zweistoffinjektors gemäß Figur 5.
Der in Figur 1 dargestellte Zweistoffinjektor 1 ist Teil eines
Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei mit dem
Zweistoff injektor 1 zum Betrieb der Brennkraftmaschine zwei unterschiedliche Medien, nämlich ein erster flüssiger Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, und ein zweiter gasförmiger Kraftstoff, vorzugsweise Brenngas in Form von Methan, wechselweise oder additiv in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Der Zweistoffinjektor 1 weist einen Injektorkörper 2 auf, in den eine
Injektorkörperausnehmung 3 für eine äußere Injektornadel 4 eingelassen ist. Die äußere Injektornadel 4 weist eine innere Injektornadelausnehmung 5 für eine innere Injektornadel 6 auf. Die äußere Injektornadel 4 weist einen
Injektornadelsitz 7 auf, der in einem Ventilsitz 8 des Injektorkörpers 2 einwirkt. An den Injektornadelsitz 7 schließt endseitig eine Injektornadelkuppe 9 an, in die im Bereich vor dem Injektornadelsitz 7 zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung 19 eingelassen ist. Zu dieser Injektornadelaustrittsöffnung 19 ist in einer Schließstellung der äußeren Injektornadel 4, in der der Injektornadelsitz 7 in einem Ventilsitz 8 einwirkt, koaxial in dem Injektorkörper 2 eine Injektorkörperaustrittsöffnung 10 angeordnet. Diese Ausgestaltung bildet den Kern der Erfindung und wird nachfolgend noch detailliert erläutert.
Die Injektorkörperaustrittsöffnung 10 ist dauernd mit einem Gasraum 12 verbunden, der zwischen der Injektornadelkuppe 9 und dem Injektorkörper 2 endseitig vor dem Ventilsitz 8 angeordnet ist.
Beim von einer gegenüberliegend zu der Injektornadelkuppe 9 angeordneten Injektornadelfeder 11 eingestellten beziehungsweise bewirkten Aufsitzen des Injektornadelsitzes 7 in den Ventilsitz 8 ist eine Verbindung des Gasraums 12 mit einem in dem Injektorkörper 2 eingelassenen Gaskanal 13 unterbunden. Der Gaskanal 13 ist mit einer an dem Injektorkörper 2 befestigten Gasleitung 14 verbunden, über die in den Gaskanal 13 Brenngas eingeführt wird, das bei geöffneter äußerer Injektornadel 4, wenn also der Injektornadelsitz 7 von dem Ventilsitz 8 abgehoben ist, in den Gasraum 12 gelangt und durch die
Injektorkörperaustrittsöffnung 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt beziehungsweise eingeblasen wird.
Die in der inneren Injektornadelausnehmung 5 geführte innere Injektornadel 6 weist ebenfalls eine Injektornadelspitze 15 auf, die in einen Ventilsitz 16, der in die äußere Injektornadel 4 eingearbeitet ist, einwirkt. In der dargestellten geschlossenen Stellung der inneren Injektornadel 6 beziehungsweise deren Injektornadelspitze 15 ist die zumindest eine in die äußere Injektornadel 4 eingelassene Injektornadeiaustrittsöffnung 19 verschlossen. Ist die innere Injektornadel 6 und damit deren Injektornadelspitze 15 gegen eine Nadelfeder 18 axial nach oben verschoben, ist die zumindest eine Injektornadeiaustrittsöffnung 19 über einen Fluidraum 17 und weiter über die Injektornadelausnehmung 5 mit einem Fluidkanal 20 sowie einer an dem Injektorkörper 2 befestigten Fluidleitung 21 verbunden. Durch die Fluidleitung 21 wird dem Zweistoffinjektor 1
Dieselkraftstoff zugeleitet, der bei geöffneter innerer Injektornadel 6 durch die zumindest eine Injektornadeiaustrittsöffnung 19 durch den Fluidraum 17 hindurch und weiter durch die Injektorkörperaustrittsöffnung 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Um eine ungehinderte Einspritzung zu gewährleisten, ist die äußere Injektornadel 4 gegenüber dem Injektorkörper 2 drehfixiert, das heißt, sie kann zwar axial bewegt, nicht aber verdreht werden. Dadurch ist die dauerhafte koaxiale Anordnung der Injektorkörperaustrittsöffnung 10 zu der Injektornadelaustrittsöffnung 19 sichergestellt. Die Drehfixierung erfolgt bei der Ausgestaltung gemäß Figur 1 beispielsweise im oberen Bereich der äußeren Injektornadel 4 gegenüber dem Injektorkörper 2.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verstellung der äußeren Injektornadel 4 und der inneren Injektornadel 6 von zwei unabhängig
voneinander ansteuerbaren Ventilelementen 22a, 22b gesteuert. Die
Ventilelemente 22a, 22b werden beispielsweise von elektromagnetischen, hydraulischen oder mechanischen Betätigungsorganen 23a, 23b angesteuert.
Das Ventilelement 22a wirkt mit einer ersten Steuerleitung 24a zusammen, die die Fluidleitung 21 mit einem die Injektornadelfeder 11 aufnehmenden
Injektornadelfederraum 25 und dem Ventilelement 22a verbindet. Ist das erste Ventilelement 22a in der dargestellten geschlossenen Position, ist eine
Verbindung zwischen der ersten Steuerleitung 24a und einer ebenfalls an dem
Injektorkörper 2 befestigten Rücklaufleitung 26 unterbrochen. Dadurch baut sich in dem Injektornadelfederraum 25 ein Fluiddruck auf, der zusammen mit der Injektornadelfeder 11 die äußere Injektornadel 4 in der geschlossenen Position hält. Wird dagegen die Strömungsverbindung zwischen der ersten Steuerleitung 24a und der Rücklaufleitung 26 von dem Ventilelement 22a freigegeben, erfolgt ein Druckabbau in dem Injektornadelfederraum 25 und die äußere Injektornadel 4 wird durch den an einer in dem Gasraum 12 angeordneten Druckschulter anliegenden Gasdruck axial verschoben, so dass durch die zumindest eine Injektorkörperaustrittsöffnung 10 Brenngas in den Brennraum eingeblasen wird. Die gleiche Funktionsweise gilt sinngemäß für die innere Injektornadel 6, die von dem Ventilelement 22b und eine zweite Steuerleitung 24b angesteuert wird. In die beiden Steuerleitungen 24a, 24b sind Steuerleitungsdrosseln 26a, 26b eingesetzt, die den Zufluss von Dieselkraftstoff in die Steuerleitungen 24a, 24b begrenzen beziehungsweise eine gegenseitige Beeinflussung der Steuerfunktion durch die beiden Ventilelemente 22a, 22b verhindern. Die beschriebene
Ansteuerung ist beispielhaft und es sind auch andere Ausgestaltungen möglich.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Detailansicht eines spritzseitigen Endbereichs eines Zweistoffinjektors 1 gemäß Figur 1. Dargestellt ist konkret der spritzseitige Endbereich des Injektorkörpers 2 mit dem eingelassenen und über den Umfang verteilt angeordneten Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 mit angedeuteten Dieselstrahlen 27, die durch die Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Beispielsweise sind sieben bis zehn Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 auf dem Umfang des Injektorkörpers 2 verteilt angeordnet und die Dieselstrahlen 27 werden mit einem
Dieseleinspritzdruck von beispielsweise 300 bar bis 600 bar in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen spritzseitigen Endbereich des Injektorkörpers 2 gemäß Figur 2 mit einer geschnittenen
Injektorkörperaustrittsöffnung 10, durch die ein Dieselstahl 27 hindurch tritt. Dahinter ist eine angrenzende Injektorkörperaustrittsöffnung 10 mit einem durch diese durchtretenden Dieselstrahl 27 dargestellt. Die Dieselstrahlen 27 werden durch die hier nicht dargestellten Injektornadelaustrittsöffnungen 19 geformt und durchqueren den Gasraum 12, bevor sie in die jeweilige
Injektorkörperaustrittsöffnung 10 eintreten. Dabei ist der Stahlkegelwinkel α durch entsprechende Ausgestaltung der Injektornadelaustrittsöffnung 19 (siehe Figur 1) so geformt beziehungsweise so klein, dass eine Ablagerung oder Streuung der Dieselflüssigkeit an der Wand der Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 vermieden ist. Beispielsweise erfolgt die Auslegung der passenden
Öffnungsgeometrieparameter und der vorteilhaften Betriebsrandbedingungen für eine solche Einspritzung iterativ zwischen einer Simulation und einer
Konstruktion. Der aus den Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 austretende Dieselstrahl 27 passiert die Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 an der äußeren Kante in einem knapp ausreichenden Abstand zur Wand. Die
Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 sind beispielsweise zylindrisch ausgebildet, wobei dies die am einfachsten durch eine entsprechende Bohrung umsetzbare Ausgestaltung ist. Die Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 können aber auch zumindest über eine Teillänge insbesondere im äußeren Bereich eine konische sich ausweitende Kontur aufweisen. Auch ist die Ausgestaltung der
Injektorkörperaustrittsöffnungen 10 in Form einer Lavaldüse im Rahmen der Erfindung denkbar beziehungsweise möglich.
In der Schnittdarstellung gemäß Figur 4 durch eine Injektornadelaustrittsöffnung 19 ist diese als Stufenbohrung ausgebildet, bei der der größere Durchmesser der Stufenbohrung außen an der äußeren Injektornadel 4 angeordnet ist. Eine solche Stufenbohrung kann beispielsweise erodiert werden.
Die Schnittdarstellung und die Detailansicht gemäß den Figuren 5 und 6 zeigen eine konstruktiv alternative Ausgestaltung zu einem Zweistoffinjektor 1 gemäß Figur 1, wobei aber bezüglich der grundsätzlichen Beschreibung auf die
Figurenbeschreibung zu Figur 1 verwiesen wird. Bei dieser Ausgestaltung weist die äußere Injektornadel 4 kuppenseitig eine mit einer
Injektorkörperführungsfläche 28 zusammenwirkende Injektornadelführungsfläche 29 auf, die eine Verdrehung der äußeren Injektornadel 4 gegenüber dem
Injektorkörper 2 verhindert. Beispielsweise sind die Injektorkörperführungsfläche 28 und Injektornadelführungsfläche 29 als Dreiflach in dem einen Teil des Gasraums 12 bildenden Sackloch ausgebildet, wobei die dadurch gebildete Injektornadelführung den Fluidaustausch zwischen den beiden Seiten der Sacklochführung ermöglicht und zudem eine hydraulisch dämpfende Wirkung beim Aufprall der äußeren Injektornadel 4 in den Endlagen aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Zweistoffinjektor (1), aufweisend einen Injektorkörper (2) mit einem
auslassseitigen Endbereich, mit einer in dem Injektorkörper (2)
ausgebildeten Injektorkörperausnehmung (3), wobei in der
Injektorkörperausnehmung (3) eine zumindest eine
Injektorkörperaustrittsöffnung (10) für ein zweites Medium in dem
Endbereich steuernde äußere Injektornadel (4) längsbeweglich angeordnet ist, und wobei in der Injektornadel (4) eine Injektornadelausnehmung (5) angeordnet ist, in der zumindest eine Injektornadelaustrittsöffnung (19) für ein erstes Medium in der Injektornadel (4) steuernde innere Injektornadel (6) längsbeweglich angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorkörperaustrittsöffnung (10) in einer Schließstellung der äußeren Injektornadel (4) in Verlängerung der Injektornadelaustrittsöffnung (19) angeordnet ist.
2. Zweistoffinjektor (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorkörperaustrittsöffnung (10) koaxial zu der Injektornadelaustrittsöffnung (19) angeordnet ist.
3. Zweistoffinjektor (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Injektornadelaustrittsöffnung (19) festgelegter Strahlkegelwinkel α des ersten Mediums kleiner als ein von der Injektorkörperaustrittsöffnung (10) bestimmter Strahlkegelwinkel ist.
4. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Injektornadel (4) drehfixiert zu dem Injektorkörper (2) ist.
5. Zweistoffinjektor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Injektornadel (4) kuppenseitig eine mit einer Injektorkörperführungsfläche (28) zusammenwirkende Injektornadelführungsfläche (29) aufweist.
6. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadelaustrittsöffnung (19) zumindest über eine äußere Teillänge konisch sich nach außen erweiternd ausgebildet ist.
7. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadelaustrittsöffnung (19) eine Stufenbohrung ist, und dass der größere Durchmesser der Stufenbohrung außen an dem Injektorkörper (2) angeordnet ist.
8. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadelaustrittsöffnung (19) als Lavaldüse ausgebildet ist.
9. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadelaustrittsöffnung (19) im Bereich einer Injektornadelkuppe (9) der äußeren Injektornadel (4) angeordnet ist.
10. Zweistoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche zur
Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem an einer
Brennkraftmaschine mit Medien in Form eines ersten flüssigen Kraftstoffs und eines zweiten gasförmigen Kraftstoffs.
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