WO2019030049A1 - Injector for gaseous fuels - Google Patents

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WO2019030049A1
WO2019030049A1 PCT/EP2018/070710 EP2018070710W WO2019030049A1 WO 2019030049 A1 WO2019030049 A1 WO 2019030049A1 EP 2018070710 W EP2018070710 W EP 2018070710W WO 2019030049 A1 WO2019030049 A1 WO 2019030049A1
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WO
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gas jet
gaseous fuel
injector
injection
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PCT/EP2018/070710
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Inventor
Jochen Wessner
Martin Katz
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0257—Details of the valve closing elements, e.g. valve seats, stems or arrangement of flow passages
    • F02M21/026—Lift valves, i.e. stem operated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0281—Adapters, sockets or the like to mount injection valves onto engines; Fuel guiding passages between injectors and the air intake system or the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K47/00—Means in valves for absorbing fluid energy
    • F16K47/08—Means in valves for absorbing fluid energy for decreasing pressure or noise level and having a throttling member separate from the closure member, e.g. screens, slots, labyrinths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to an injector for gaseous fuels, as it is preferably used to inject gaseous fuels into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • injectors for gaseous fuels have long been known from the prior art.
  • DE 10 2015 219 380 A1 shows an injector for gaseous fuels, wherein this injector can additionally introduce liquid fuels into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the injection of the gaseous fuel takes place via one or more injection openings, which are opened and closed by a movable valve element.
  • the gaseous fuel emerging from the injection openings is distributed in the combustion chamber of the internal combustion engine and is there brought to the ignition, either by a
  • Spark ignition for example by means of a spark plug, or by the introduction of a liquid fuel, such as diesel fuel, since the diesel fuel is more ignitable than the gaseous fuel.
  • the gaseous fuel As evenly distributed in the combustion chamber of the internal combustion engine, so that in each area of the combustion chamber an optimal mixture of gaseous fuel and the intake air, because only with the right ratio of fuel and oxygen is optimal Combustion.
  • the injection valves will have more injection openings, which aim in different solid angles of the combustion chamber, so that the gaseous fuel is largely uniformly distributed.
  • the gaseous fuel forms club-shaped gas jets, which mix with the air therein and with the oxygen only after a certain time and supported by the swirl flow within the combustion chamber.
  • the injector according to the invention for injecting gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine has the advantage that the exiting gas jets are strongly swirled directly at the exit from the injector and thereby mix easily and quickly with the air in the combustion chamber and an optimal fuel-air -Memisch form, regardless of other devices in the combustion chamber and its geometry.
  • the injector has a nozzle body, in which a pressure chamber is formed, which can be filled with gaseous fuel under a Eindüstik. From the pressure chamber emanates an injection opening through which the gaseous fuel can escape.
  • the deflection body comprises an annular body, on which an edge is formed, which is flowed around by the exiting gas jet.
  • the gas jet preferably strikes the edge with its center, so that there is a strong turbulence of the gas jet at the edge and thus the desired fanning out.
  • the ring body is advantageously secured by webs on the nozzle body, so that it forms a structural unit with the nozzle body, which is mounted together with the injector.
  • the ring body is viewed in cross-section trapezoidal.
  • the edge is formed in a simple manner, at which the gas jet is broken, and the ring body can be made in a simple manner as a rotating part.
  • the deflecting body comprises a rod-shaped element.
  • the rod-shaped element in this case has on its side facing the injection opening in an advantageous manner on a deflection edge, which is hit by the gas jet.
  • the rod-shaped element may be secured by webs on the nozzle body.
  • the rod-shaped element is advantageously triangular or rhombus-shaped when viewed in cross-section, the rombus-shaped embodiment also having the advantage that the gas jet is also guided on the side facing away from the injection openings through the rhombic shape, which reduces the energy lost at the deflection body keeps low.
  • Other shapes, such as a semicircle, are possible as a cross section of the rod-shaped element.
  • the deflecting body comprises two cylinder rods, which are arranged parallel and at a distance from each other.
  • the gas jet is aligned so that it - preferably with its central axis - aims between the two cylinder rods.
  • the distance between the cylinder rods to each other is at least approximately advantageously equal to the diameter of the injection opening, which optimizes the turbulence of the gaseous fuel without too much kinetic energy of the gas jet is lost by the deflection. It can advantageously be provided that a plurality of injection openings are formed in the nozzle body, wherein a deflecting body is arranged in front of each injection opening.
  • This arrangement can be realized with any of the deflecting bodies described above, wherein the deflecting body in the form of an annular body is preferably formed so that the gas jets of all injection openings meet the same edge on the annular body and thus be swirled at this point.
  • FIG. 1a shows a longitudinal section through a schematically illustrated, inventive injector, wherein only the essential components are shown,
  • FIG. 1b shows the same injector as FIG. 1a in cross section
  • FIG. 2a is a longitudinal sectional view of a further exemplary embodiment of an injector according to the invention, wherein parts of the nozzle body have been omitted here for the sake of clarity,
  • FIG. 2b shows a cross section of the injector according to FIG. 2a
  • FIG. 3a shows another example of an injector according to the invention in the same representation as Figure 2a and
  • FIG. 3b again shows a cross section through an injector according to FIG. 3a. Description of the embodiments
  • the injector 1 comprises a nozzle body 2, in which a pressure chamber 4 is formed.
  • the pressure chamber 4 can be filled with a gaseous fuel under a certain injection pressure via a device, not shown in the drawing, wherein the injection pressure is preferably at most 500 bar (50 MPa).
  • the pressure chamber 4 merges at its combustion-chamber-side end into a blind hole 10, from which several injection openings 12 emanate, through which the gaseous fuel can flow.
  • the injection openings 12 are as in
  • nozzle body 2 Essentially radially extending bores are formed in the nozzle body 2 and have a circular shape when viewed in cross-section.
  • a piston-shaped nozzle needle 5 is arranged longitudinally displaceable, the longitudinal axis 7 coincides with the longitudinal axis of the nozzle body 2.
  • the nozzle needle 5 can be moved in its longitudinal direction by a preferably servo-hydraulic device (not shown in the drawing) or by an electromagnet acting directly on the nozzle needle 5.
  • a conical sealing surface 6 is formed on the nozzle needle 5, with which the nozzle needle 5 cooperates with a nozzle seat 8 which is also conical.
  • the nozzle needle 5 When planting the nozzle needle 5 on the nozzle seat 8, the nozzle needle 5 closes the pressure chamber 4 relative to the blind hole 10, so that in this case no gaseous fuel from the pressure chamber 4 flow into the blind hole 10 and can escape through the injection openings 12. If an injection of gaseous fuel happen, then the nozzle needle 5 is moved away in its longitudinal direction from the nozzle seat 8, so that a
  • Flow cross-section between the sealing surface 6 and the nozzle seat 8 is opened, can flow through the gaseous fuel from the pressure chamber 4 into the blind hole 10 and from there into the injection openings 12.
  • a deflecting body 15 is arranged, which is formed in this embodiment by an annular body 18.
  • the annular body 18 surrounds the combustion chamber end of the nozzle body 2 and is connected via webs 17 to the nozzle body 2, so that it forms a unit with the nozzle body 2.
  • the annular body 18 has a trapezoidal shape in cross-section through which an edge 20 at an acute angle at the inner edge the annular body 18 is formed.
  • the edge 20 is arranged so that it lies opposite the injection openings 12 and the gas jet 14 emerging from the injection openings 12 strikes the edge 12 at least with a part of its essentially club-shaped form.
  • the central axis 13 of the injection openings 12 is aligned so that it is aimed at the edge 20.
  • 1 b shows a cross section of the nozzle body or injector 1 shown in FIG. 1 a, which illustrates the arrangement of the injection openings 12, which are distributed over the circumference of the nozzle body 2.
  • the gas jet emerging from the injection opening 12 breaks at the edge 20, so that vortex formation occurs in this area.
  • the gaseous fuel is thereby strongly mixed with the charge air in the combustion chamber in order to rapidly achieve a homogeneous distribution of the gaseous fuel in the combustion chamber.
  • FIG. 2 a shows a further exemplary embodiment of the injector 1 according to the invention.
  • the nozzle body 2 is constructed in the same way as that of the embodiment of Figure la, but the deflecting body 15 is formed here as a rod-shaped element 22.
  • the rod-shaped element 22 also held by a web 17 on the nozzle body 2 and thus forms together with the nozzle body 2 a structural unit.
  • the distance b of the deflection body 15 to the outlet opening of the injection opening 12 preferably corresponds approximately to the length of the injection opening 12, as shown in Figure 2b in a cross section through the injector shown in Figure 2a.
  • FIG. 2b also shows the arrangement of the rod-shaped element 22 in cross section.
  • the cross section of the rod-shaped element 22 can be designed differently.
  • a rod-shaped element 22, 22 ', 22 " each having a different cross-section, is shown:
  • the rod-shaped element 22 shows a substantially triangular cross-section, through which a deflection edge 20 'is formed, which is arranged opposite the injection opening 12, so that the gas jet 14th with its central axis 13 on the deflecting edge 20 'meets.
  • the gas jet 14 emerging from the injection opening 12 is thus divided into two sub-beams and swirled, so that it mixes easily with the air in the combustion chamber.
  • a further rod-shaped element 22 ' is shown, which is formed rhombus-shaped in cross section.
  • the deflecting edge 20 'formed thereby also leads to the formation of two beam halves, which are separated from one another by the edge 20' and at the same time ensure the stability of the rod-shaped element 22 'since the load on the rod-shaped element 22' takes place symmetrically.
  • the rhombic shape ensures that the gas flowing into the combustion chamber mixes with the air in the slipstream of the flow body, since the flow is guided through the side of the rod-shaped element 22 'facing away from the injection opening 12.
  • FIG. 2b shows a third exemplary embodiment with a rod-shaped element 22 ", which is semicircular in cross-section, thereby also dividing the gas jet 14, which flows out of the injection opening 12, into two partial beams rod-shaped element 22 "is on the side facing away from the injection openings 12 caused a strong turbulence, which may be particularly advantageous for relatively small combustion chambers.
  • FIG. 3a shows a third exemplary embodiment of the injector according to the invention in the same illustration as FIG. 2a.
  • the deflection body 15 here comprises two cylinder rods 24, which are likewise fastened to the nozzle body 2 via a web 17.
  • the cylinder rods 24 are arranged parallel to one another and at a distance a from one another, as shown again in FIG. 3b in a cross section through the injector according to FIG. 3a.
  • the central axis 13 of the injection opening 12 is aligned so that it passes between the cylinder rods 24.
  • the distance a between the cylinder rods 24 may be equal to each other as the diameter d of the injection opening 12, in order to achieve an optimum ratio between penetration depth and turbulence.
  • the two cylinder rods 24 lead to a strong turbulence of the gas jet 14 and thus to the desired mixing with the air in the combustion chamber.

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Abstract

The invention relates to an injector (1) for injecting gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a nozzle element (2) in which a pressure chamber (4) is formed, which can be filled with gaseous fuel at an injection pressure and which has an injection opening (12) leading out of same, through which the gaseous fuel can pass out. A deflection element (15) is arranged in front of the injection opening (12) such that at least one portion of the outgoing gas flow (14) comes into contact with the deflection element (15) and the outgoing gas flow (14) is split in this way.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Injektor für gasförmige Kraftstoffe  Injector for gaseous fuels
Die Erfindung betrifft einen Injektor für gasförmige Kraftstoffe, wie er vorzugsweise Verwendung findet, um gasförmige Kraftstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzudüsen. The invention relates to an injector for gaseous fuels, as it is preferably used to inject gaseous fuels into a combustion chamber of an internal combustion engine.
Stand der Technik State of the art
Injektoren für gasförmige Kraftstoffe sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. So zeigt die DE 10 2015 219 380 AI einen Injektor für gasförmige Kraftstoffe, wobei dieser Injektor zusätzlich auch flüssige Kraftstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einbringen kann. Die Eindüsung des gasförmigen Kraftstoffs geschieht über eine oder mehrere Eindüsöffnungen, die durch ein bewegliches Ventilelement auf- und zugesteuert werden. Der aus den Eindüsöffnungen austretende gasförmige Kraftstoff verteilt sich im Brennraum der Brennkraftmaschine und wird dort zur Zündung gebracht, entweder durch eine Injectors for gaseous fuels have long been known from the prior art. For example, DE 10 2015 219 380 A1 shows an injector for gaseous fuels, wherein this injector can additionally introduce liquid fuels into a combustion chamber of an internal combustion engine. The injection of the gaseous fuel takes place via one or more injection openings, which are opened and closed by a movable valve element. The gaseous fuel emerging from the injection openings is distributed in the combustion chamber of the internal combustion engine and is there brought to the ignition, either by a
Fremdzündung, beispielsweise mittels einer Zündkerze, oder durch das Einbringen eines flüssigen Kraftstoffs, etwa von Dieselkraftstoff, da der Dieselkraftstoff zündwilliger als der gasförmige Kraftstoff ist. Spark ignition, for example by means of a spark plug, or by the introduction of a liquid fuel, such as diesel fuel, since the diesel fuel is more ignitable than the gaseous fuel.
Für eine gute Verbrennung ist es unerlässlich, dass sich der gasförmige Kraftstoff möglichst gleichmäßig im Brennraum der Brennkraftmaschine verteilt, damit in jedem Bereich des Brennraums eine optimale Mischung aus gasförmigem Kraftstoff und der Ansaugluft besteht, denn nur beim richtigen Verhältnis aus Kraftstoff und Sauerstoff erfolgt eine optimale Verbrennung. Für eine bessere Verteilung ist es deshalb in der Regel vorgesehen, dass die Eindüsventile meh- rere Eindüsöffnungen aufweisen, die in verschiedene Raumwinkel des Brennraums zielen, so dass der gasförmige Kraftstoff weitgehend gleichmäßig verteilt wird. Beim Austritt aus den Eindüsöffnungen bildet der gasförmige Kraftstoff jedoch keulenförmige Gasstrahlen, die sich erst nach einer gewissen Zeit und unterstützt durch die Drallströmung innerhalb des Brennraums mit der darin befindlichen Luft und damit mit dem Sauerstoff vermischen. Es ist damit nicht unbedingt sichergestellt, dass die optimale Mischung bereits dann vorliegt, wenn die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum erfolgt. Damit können Bereiche vorhanden sein, in denen ein Übergewicht von Sauerstoff oder Kraftstoff vorhanden ist, was beides zu einer unvollkommenen Verbrennung führt und damit zu erhöhten Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine oder zu einer geringeren Leistung. For a good combustion, it is essential that the gaseous fuel as evenly distributed in the combustion chamber of the internal combustion engine, so that in each area of the combustion chamber an optimal mixture of gaseous fuel and the intake air, because only with the right ratio of fuel and oxygen is optimal Combustion. For better distribution, it is therefore generally envisaged that the injection valves will have more injection openings, which aim in different solid angles of the combustion chamber, so that the gaseous fuel is largely uniformly distributed. When exiting the injection ports, however, the gaseous fuel forms club-shaped gas jets, which mix with the air therein and with the oxygen only after a certain time and supported by the swirl flow within the combustion chamber. It is thus not necessarily ensured that the optimum mixture is already present when the ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber takes place. This can be areas in which a preponderance of oxygen or fuel is present, both of which leads to an imperfect combustion and thus to increased pollutant emissions of the internal combustion engine or lower power.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Der erfindungsgemäße Injektor zum Eindüsen von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die austretenden Gasstrahlen direkt beim Austritt aus dem Injektor stark verwirbelt werden und sich dadurch leicht und schnell mit der Luft im Brennraum vermischen und ein optimales Kraftstoff-Luft-Gemisch bilden, unabhängig von sonstigen Vorrichtungen im Brennraum und dessen Geometrie. Dazu weist der Injektor einen Düsenkörper auf, in dem ein Druckraum ausgebildet ist, der mit gasförmigem Kraftstoff unter einem Eindüsdruck befüllbar ist. Von dem Druckraum geht eine Eindüsöffnung aus, durch die der gasförmige Kraftstoff austreten kann. Vor der Eindüsöffnung ist ein Umlenkkörper so angeordnet, dass zumindest ein Teil des austretenden Gasstrahls auf den Umlenkkörper trifft und dadurch aufgefächert und verwirbelt wird. Durch den Umlenkkörper wird damit der Gasstrahl direkt bei seinem Austritt aus der Eindüsöffnung aufgefächert und damit die Verteilung des gasförmigen Kraftstoffs im Brennraum erleichtert, ohne dass dafür die Geometrie des Brennraums angepasst werden muss. Damit kann eine bessere und schadstoffärmere Verbrennung des gasförmigen Kraftstoffs erreicht werden. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Umlenkkörper einen Ringkörper, an dem eine Kante ausgebildet ist, die von dem austretenden Gasstrahl umströmt wird. Dabei trifft der Gasstrahl vorzugsweise mit seiner Mitte auf die Kante, so dass es zu einer starken Verwirbelung des Gasstrahls an der Kante kommt und damit zu der gewünschten Auffächerung. Dabei ist der Ringkörper in vorteilhafterweise über Stege am Düsenkörper befestigt, so dass er mit dem Düsenkörper eine Baueinheit bildet, die gemeinsam mit dem Injektor montiert wird. The injector according to the invention for injecting gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine has the advantage that the exiting gas jets are strongly swirled directly at the exit from the injector and thereby mix easily and quickly with the air in the combustion chamber and an optimal fuel-air -Memisch form, regardless of other devices in the combustion chamber and its geometry. For this purpose, the injector has a nozzle body, in which a pressure chamber is formed, which can be filled with gaseous fuel under a Eindüsdruck. From the pressure chamber emanates an injection opening through which the gaseous fuel can escape. Before the injection opening a deflecting body is arranged so that at least part of the exiting gas jet impinges on the deflecting body and is thereby fanned out and swirled. As a result of the deflecting body, the gas jet is fanned out directly at its exit from the injection opening and thus facilitates the distribution of the gaseous fuel in the combustion chamber, without the geometry of the combustion chamber having to be adapted for this purpose. Thus, a better and lower-emission combustion of the gaseous fuel can be achieved. In a first advantageous embodiment, the deflection body comprises an annular body, on which an edge is formed, which is flowed around by the exiting gas jet. In this case, the gas jet preferably strikes the edge with its center, so that there is a strong turbulence of the gas jet at the edge and thus the desired fanning out. In this case, the ring body is advantageously secured by webs on the nozzle body, so that it forms a structural unit with the nozzle body, which is mounted together with the injector.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ringkörper im Querschnitt betrachtet trapezförmig ausgebildet. Damit wird in einfacher Weise die Kante ausgebildet, an der der Gasstrahl aufgebrochen wird, und der Ringkörper kann in einfacher Weise als Drehteil gefertigt werden. In a further advantageous embodiment, the ring body is viewed in cross-section trapezoidal. Thus, the edge is formed in a simple manner, at which the gas jet is broken, and the ring body can be made in a simple manner as a rotating part.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Umlenkkörper ein stab- förmiges Element. Das stabförmige Element weist dabei auf seiner der Eindüsöffnung zugewandten Seite in vorteilhafter Weise eine Umlenkkante auf, auf die der Gasstrahl trifft. Auch das stabförmige Element kann über Stege am Düsenkörper befestigt sein. Das stabförmige Element ist dabei in vorteilhafter Weise im Querschnitt betrachtet dreieckförmig oder rombusförmig ausgebildet, wobei die rom- busförmige Ausgestaltung darüber hinaus den Vorteil hat, dass der Gasstrahl auch auf der den Eindüsöffnungen abgewandten Seite durch die rombusförmige Gestalt geführt wird, was den Energieverlust am Umlenkkörper gering hält. Auch andere Formen, wie beispielsweise ein Halbkreis, sind als Querschnitt des stab- förmigen Elements möglich. In a further advantageous embodiment, the deflecting body comprises a rod-shaped element. The rod-shaped element in this case has on its side facing the injection opening in an advantageous manner on a deflection edge, which is hit by the gas jet. Also, the rod-shaped element may be secured by webs on the nozzle body. The rod-shaped element is advantageously triangular or rhombus-shaped when viewed in cross-section, the rombus-shaped embodiment also having the advantage that the gas jet is also guided on the side facing away from the injection openings through the rhombic shape, which reduces the energy lost at the deflection body keeps low. Other shapes, such as a semicircle, are possible as a cross section of the rod-shaped element.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Umlenkkörper zwei Zylinderstäbe, die parallel und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei ist der Gasstrahl so ausgerichtet, dass er - vorzugsweise mit seiner Mittelachse - zwischen die beiden Zylinderstäbe zielt. Der Abstand der Zylinderstäbe zueinander ist dabei zumindest näherungsweise in vorteilhafter Weise gleich dem Durchmesser der Eindüsöffnung, was die Verwirbelung des gasförmigen Kraftstoffs optimiert, ohne dass zu viel kinetische Energie des Gasstrahls durch die Umlenkung verloren geht. ln vorteilhafter Weise kann es vorgesehen sein, dass mehrere Eindüsöffnungen im Düsenkörper ausgebildet sind, wobei vor jeder Eindüsöffnung ein Umlenkkörper angeordnet ist. Diese Anordnung kann mit jedem der oben geschilderten Umlenkkörper realisiert werden, wobei der Umlenkkörper in Form eines Ringkörpers vorzugsweise so ausgebildet ist, dass die Gasstrahlen sämtlicher Eindüsöffnungen dieselbe Kante am Ringkörper treffen und damit an dieser Stelle verwirbelt werden. In a further advantageous embodiment, the deflecting body comprises two cylinder rods, which are arranged parallel and at a distance from each other. In this case, the gas jet is aligned so that it - preferably with its central axis - aims between the two cylinder rods. The distance between the cylinder rods to each other is at least approximately advantageously equal to the diameter of the injection opening, which optimizes the turbulence of the gaseous fuel without too much kinetic energy of the gas jet is lost by the deflection. It can advantageously be provided that a plurality of injection openings are formed in the nozzle body, wherein a deflecting body is arranged in front of each injection opening. This arrangement can be realized with any of the deflecting bodies described above, wherein the deflecting body in the form of an annular body is preferably formed so that the gas jets of all injection openings meet the same edge on the annular body and thus be swirled at this point.
Zeichnung drawing
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Injektors dargestellt. Es zeigen: In the drawing, various embodiments of the injector according to the invention are shown. Show it:
Figur la einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten, erfindungsgemäßen Injektor, wobei nur die wesentlichen Bauteile gezeigt sind, 1a shows a longitudinal section through a schematically illustrated, inventive injector, wherein only the essential components are shown,
Figur lb den gleichen Injektor wie Figur la im Querschnitt, FIG. 1b shows the same injector as FIG. 1a in cross section,
Figur 2a ein weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors schematisch im Längsschnitt, wobei Teile des Düsenkörpers hier der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden, FIG. 2a is a longitudinal sectional view of a further exemplary embodiment of an injector according to the invention, wherein parts of the nozzle body have been omitted here for the sake of clarity,
Figur 2b einen Querschnitt des Injektors nach Figur 2a, FIG. 2b shows a cross section of the injector according to FIG. 2a,
Figur 3a ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Injektors in gleicher Darstellung wie Figur 2a und 3a shows another example of an injector according to the invention in the same representation as Figure 2a and
Figur 3b wiederum einen Querschnitt durch einen Injektor nach Figur 3a. Beschreibung der Ausführungsbeispiele FIG. 3b again shows a cross section through an injector according to FIG. 3a. Description of the embodiments
In Figur la ist ein erfindungsgemäßer Injektor im Längsschnitt schematisch dargestellt. Der Injektor 1 umfasst einen Düsenkörper 2, in dem ein Druckraum 4 ausgebildet ist. Der Druckraum 4 kann über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung mit gasförmigen Kraftstoff unter einem bestimmten Eindüsdruck befüllt werden, wobei der Eindüsdruck vorzugsweise maximal 500 bar (50 MPa) beträgt. Der Druckraum 4 geht an seinem brennraumseitigen Ende in ein Sackloch 10 über, von dem mehrere Eindüsöffnungen 12 ausgehen, über die der gasförmige Kraftstoff ausströmen kann. Die Eindüsöffnungen 12 sind als imIn Figure la, an injector according to the invention is shown schematically in longitudinal section. The injector 1 comprises a nozzle body 2, in which a pressure chamber 4 is formed. The pressure chamber 4 can be filled with a gaseous fuel under a certain injection pressure via a device, not shown in the drawing, wherein the injection pressure is preferably at most 500 bar (50 MPa). The pressure chamber 4 merges at its combustion-chamber-side end into a blind hole 10, from which several injection openings 12 emanate, through which the gaseous fuel can flow. The injection openings 12 are as in
Wesentlichen radial verlaufende Bohrungen im Düsenkörper 2 ausgebildet und weisen eine im Querschnitt betrachtet kreisrunde Form auf. Im Druckraum 4 ist eine kolbenförmige Düsennadel 5 längsverschiebbar angeordnet, deren Längsachse 7 mit der Längsachse des Düsenkörpers 2 zusammenfällt. Die Düsenna- del 5 kann durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte, vorzugsweise servo- hydraulische Vorrichtung oder durch einen direkt auf die Düsennadel 5 wirkenden Elektromagneten in ihrer Längsrichtung bewegt werden. An ihrem den Eindüsöffnungen 12 zugewandten Ende ist an der Düsennadel 5 eine konische Dichtfläche 6 ausgebildet, mit der die Düsennadel 5 mit einem ebenfalls koni- sehen Düsensitz 8 zusammenwirkt. Bei Anlage der Düsennadel 5 auf den Düsensitz 8 verschließt die Düsennadel 5 den Druckraum 4 gegenüber dem Sackloch 10, so dass in diesem Fall kein gasförmiger Kraftstoff aus dem Druckraum 4 in das Sackloch 10 strömen und weiter über die Eindüsöffnungen 12 austreten kann. Soll eine Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff geschehen, so wird die Düsennadel 5 in ihrer Längsrichtung vom Düsensitz 8 weg bewegt, so dass einEssentially radially extending bores are formed in the nozzle body 2 and have a circular shape when viewed in cross-section. In the pressure chamber 4, a piston-shaped nozzle needle 5 is arranged longitudinally displaceable, the longitudinal axis 7 coincides with the longitudinal axis of the nozzle body 2. The nozzle needle 5 can be moved in its longitudinal direction by a preferably servo-hydraulic device (not shown in the drawing) or by an electromagnet acting directly on the nozzle needle 5. At its end facing the injection openings 12, a conical sealing surface 6 is formed on the nozzle needle 5, with which the nozzle needle 5 cooperates with a nozzle seat 8 which is also conical. When planting the nozzle needle 5 on the nozzle seat 8, the nozzle needle 5 closes the pressure chamber 4 relative to the blind hole 10, so that in this case no gaseous fuel from the pressure chamber 4 flow into the blind hole 10 and can escape through the injection openings 12. If an injection of gaseous fuel happen, then the nozzle needle 5 is moved away in its longitudinal direction from the nozzle seat 8, so that a
Strömungsquerschnitt zwischen der Dichtfläche 6 und dem Düsensitz 8 aufgesteuert wird, durch den gasförmiger Kraftstoff aus dem Druckraum 4 in das Sackloch 10 und von dort in die Eindüsöffnungen 12 strömen kann. Am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 2 ist ein Umlenkkörper 15 angeordnet, der in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Ringkörper 18 gebildet wird. Der Ringkörper 18 umgibt das brennraumseitige Ende des Düsenkörpers 2 und ist über Stege 17 mit dem Düsenkörper 2 verbunden, so dass er mit dem Düsenkörper 2 eine Einheit bildet. Der Ringkörper 18 weist im Querschnitt eine Trapezform auf, durch die eine Kante 20 mit spitzem Winkel am inneren Rand des Ringkörpers 18 gebildet wird. Die Kante 20 ist dabei so angeordnet, dass sie den Eindüsöffnungen 12 gegenüber liegt und der aus den Eindüsöffnungen 12 austretende Gasstrahl 14 zumindest mit einem Teil seiner im Wesentlichen keulenförmigen Gestalt auf die Kante 12 trifft. Vorzugsweise ist dabei die Mittelachse 13 der Eindüsöffnungen 12 so ausgerichtet, dass sie auf die Kante 20 zielt. In Figur lb ist dazu ein Querschnitt des in Figur la gezeigten Düsenkörpers bzw. Injektors 1 dargestellt, der die Anordnung der Eindüsöffnungen 12 verdeutlicht, die über den Umfang des Düsenkörpers 2 verteilt angeordnet sind. Der aus der Eindüsöffnung 12 austretende Gasstrahl bricht sich an der Kante 20, so dass es zu einer Wirbelbildung in diesem Bereich kommt. Der gasförmige Kraftstoff wird dadurch stark mit der im Brennraum befindlichen Ladeluft vermischt, um rasch eine homogene Verteilung des gasförmigen Kraftstoffs im Brennraum zu erreichen. In Figur 2a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors 1 dargestellt. Der Düsenkörper 2 ist in gleicher Weise aufgebaut wie der des Ausführungsbeispiels nach Figur la, jedoch ist der Umlenkkörper 15 hier als stabförmiges Element 22 ausgebildet. Das stabförmige Element 22 auch hier durch einen Steg 17 am Düsenkörper 2 gehalten und bildet so zusammen mit dem Düsenkörper 2 eine bauliche Einheit. Der Abstand b des Umlenkkörpers 15 zur Auslassöffnung der Eindüsöffnung 12 entspricht vorzugsweise etwa der Länge der Eindüsöffnung 12, wie in Figur 2b in einem Querschnitt durch den Figur 2a gezeigten Injektor dargestellt. Es kann aber auch ein etwas höherer oder niedrigerer Abstand gewählt werden, was vom Druck des gasförmigen Kraft- Stoffs, vom Durchmesser der Eindüsöffnung 12 und von der Größe und der Form des Brennraums abhängt. Figur 2b zeigt dazu auch die Anordnung des stabför- migen Elements 22 im Querschnitt. Der Querschnitt des stabförmigen Elements 22 kann dabei verschiedenen ausgestaltet sein. Zur Illustration ist in Figur 2b vor jeder Eindüsöffnung ein stabförmiges Element 22, 22', 22" mit jeweils verschie- denem Querschnitt gezeigt: Flow cross-section between the sealing surface 6 and the nozzle seat 8 is opened, can flow through the gaseous fuel from the pressure chamber 4 into the blind hole 10 and from there into the injection openings 12. At the combustion chamber end of the nozzle body 2, a deflecting body 15 is arranged, which is formed in this embodiment by an annular body 18. The annular body 18 surrounds the combustion chamber end of the nozzle body 2 and is connected via webs 17 to the nozzle body 2, so that it forms a unit with the nozzle body 2. The annular body 18 has a trapezoidal shape in cross-section through which an edge 20 at an acute angle at the inner edge the annular body 18 is formed. The edge 20 is arranged so that it lies opposite the injection openings 12 and the gas jet 14 emerging from the injection openings 12 strikes the edge 12 at least with a part of its essentially club-shaped form. Preferably, the central axis 13 of the injection openings 12 is aligned so that it is aimed at the edge 20. 1 b shows a cross section of the nozzle body or injector 1 shown in FIG. 1 a, which illustrates the arrangement of the injection openings 12, which are distributed over the circumference of the nozzle body 2. The gas jet emerging from the injection opening 12 breaks at the edge 20, so that vortex formation occurs in this area. The gaseous fuel is thereby strongly mixed with the charge air in the combustion chamber in order to rapidly achieve a homogeneous distribution of the gaseous fuel in the combustion chamber. FIG. 2 a shows a further exemplary embodiment of the injector 1 according to the invention. The nozzle body 2 is constructed in the same way as that of the embodiment of Figure la, but the deflecting body 15 is formed here as a rod-shaped element 22. The rod-shaped element 22 also held by a web 17 on the nozzle body 2 and thus forms together with the nozzle body 2 a structural unit. The distance b of the deflection body 15 to the outlet opening of the injection opening 12 preferably corresponds approximately to the length of the injection opening 12, as shown in Figure 2b in a cross section through the injector shown in Figure 2a. However, it is also possible to choose a slightly higher or lower distance, which depends on the pressure of the gaseous fuel, on the diameter of the injection opening 12 and on the size and shape of the combustion chamber. FIG. 2b also shows the arrangement of the rod-shaped element 22 in cross section. The cross section of the rod-shaped element 22 can be designed differently. By way of illustration, in FIG. 2b, before each injection opening, a rod-shaped element 22, 22 ', 22 ", each having a different cross-section, is shown:
Das in der Zeichnung rechte stabförmige Element 22 zeigt einen im Wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt, durch den eine Umlenkkante 20' gebildet wird, die gegenüber der Eindüsöffnung 12 angeordnet ist, so dass der Gasstrahl 14 mit seiner Mittelachse 13 auf die Umlenkkante 20' trifft. Der aus der Eindüsöffnung 12 austretende Gasstrahl 14 wird somit in zwei Teilstrahlen aufgeteilt und verwirbelt, so dass er sich leicht mit der Luft im Brennraum vermischt. The right in the drawing, the rod-shaped element 22 shows a substantially triangular cross-section, through which a deflection edge 20 'is formed, which is arranged opposite the injection opening 12, so that the gas jet 14th with its central axis 13 on the deflecting edge 20 'meets. The gas jet 14 emerging from the injection opening 12 is thus divided into two sub-beams and swirled, so that it mixes easily with the air in the combustion chamber.
Im linken unteren Bereich der Figur 2b ist ein weiteres stabförmiges Element 22' gezeigt, das im Querschnitt rhombusförmig ausgebildet ist. Die dadurch gebildete Umlenkkante 20' führt auch hier zur Bildung von zwei Strahlhälften, die durch die Kante 20' voneinander getrennt werden und dadurch gleichzeitig die Stabilität des stabförmigen Elements 22' gewährleisten, da die Belastung am stabförmigen Element 22' symmetrisch erfolgt. Durch die Rhombusform ist sichergestellt, dass sich das in den Brennraum einströmende Gas mit der Luft im Windschatten des Strömungskörpers mischt, da die Strömung durch die der Eindüsöffnung 12 abgewandte Seite des stabförmige Elements 22' geführt wird. In the lower left portion of Figure 2b, a further rod-shaped element 22 'is shown, which is formed rhombus-shaped in cross section. The deflecting edge 20 'formed thereby also leads to the formation of two beam halves, which are separated from one another by the edge 20' and at the same time ensure the stability of the rod-shaped element 22 'since the load on the rod-shaped element 22' takes place symmetrically. The rhombic shape ensures that the gas flowing into the combustion chamber mixes with the air in the slipstream of the flow body, since the flow is guided through the side of the rod-shaped element 22 'facing away from the injection opening 12.
Im linken oberen Bereich der Figur 2b ist ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem stabförmigen Element 22" gezeigt, das im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist. Auch dadurch wird der Gasstrahl 14, der aus der Eindüsöffnung 12 ausströmt, in zwei Teilstrahlen aufgeteilt. Durch die abgeflachte Seite des stabförmigen Elements 22" wird an der den Eindüsöffnungen 12 abgewandten Seite eine starke Verwirbelung hervorgerufen, was insbesondere bei relativ kleinen Brennräumen vorteilhaft sein kann. 2b shows a third exemplary embodiment with a rod-shaped element 22 ", which is semicircular in cross-section, thereby also dividing the gas jet 14, which flows out of the injection opening 12, into two partial beams rod-shaped element 22 "is on the side facing away from the injection openings 12 caused a strong turbulence, which may be particularly advantageous for relatively small combustion chambers.
Figur 3a zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors in derselben Darstellung wie Figur 2a. Der Umlenkkörper 15 umfasst hier zwei Zylinderstäbe 24, die ebenfalls über einen Steg 17 am Düsenkörper 2 befestigt sind. Die Zylinderstäbe 24 sind parallel zueinander und mit einem Abstand a zueinander angeordnet, wie in Figur 3b in einem Querschnitt durch den Injektor nach Figur 3a nochmals dargestellt ist. Die Mittelachse 13 der Eindüsöffnung 12 ist dabei so ausgerichtet, dass sie zwischen den Zylinderstäben 24 hindurchzielt. In vorteilhafter Weise kann dabei der Abstand a der Zylinderstäbe 24 zueinander gleich groß sein wie der Durchmesser d der Eindüsöffnung 12, um ein optimales Verhältnis zwischen Eindringtiefe und Verwirbelung zu erreichen. Die beiden Zylinderstäbe 24 führen zu einer starken Verwirbelung des Gasstrahls 14 und damit zu der gewünschten Vermischung mit der Luft im Brennraum. FIG. 3a shows a third exemplary embodiment of the injector according to the invention in the same illustration as FIG. 2a. The deflection body 15 here comprises two cylinder rods 24, which are likewise fastened to the nozzle body 2 via a web 17. The cylinder rods 24 are arranged parallel to one another and at a distance a from one another, as shown again in FIG. 3b in a cross section through the injector according to FIG. 3a. The central axis 13 of the injection opening 12 is aligned so that it passes between the cylinder rods 24. Advantageously, the distance a between the cylinder rods 24 may be equal to each other as the diameter d of the injection opening 12, in order to achieve an optimum ratio between penetration depth and turbulence. The two cylinder rods 24 lead to a strong turbulence of the gas jet 14 and thus to the desired mixing with the air in the combustion chamber.

Claims

Ansprüche claims
1. Injektor (1) zum Eindüsen von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit eine Düsenkörper (2), in dem ein Druckraum (4) ausgebildet ist, der mit gasförmigem Kraftstoff unter einem Eindüsdruck befüllbar ist und von dem eine Eindüsöffnung (12) ausgeht, durch die der gasförmige Kraftstoff austreten kann, 1. injector (1) for injecting gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, with a nozzle body (2) in which a pressure chamber (4) is formed which can be filled with gaseous fuel under a Eindüsdruck and of which a Eindüsöffnung (12 ), through which the gaseous fuel can escape,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
vor der Eindüsöffnung (12) ein Umlenkkörper (15) so angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des austretenden Gasstrahls (14) auf den Umlenkkörper (15) trifft und der austretende Gasstrahl (14) dadurch aufgefächert wird.  Before the injection opening (12) a deflecting body (15) is arranged so that at least part of the exiting gas jet (14) on the deflecting body (15) and the exiting gas jet (14) is fanned out.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkörper (15) einen Ringkörper (18) umfasst, an dem eine Kante (20) ausgebildet ist, die vom austretenden Gasstrahl (14) umströmt wird. 2. An injector according to claim 1, characterized in that the deflecting body (15) comprises an annular body (18) on which an edge (20) is formed, which is flowed around by the exiting gas jet (14).
3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (20) zumindest näherungsweise in der Mitte des Gasstrahls (14) angeordnet ist. 3. An injector according to claim 2, characterized in that the edge (20) is arranged at least approximately in the middle of the gas jet (14).
4. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (18) über Stege (17) am Düsenkörper (2) befestigt ist. 4. An injector according to claim 2, characterized in that the annular body (18) via webs (17) on the nozzle body (2) is fixed.
5. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (18) im Querschnitt betrachtet trapezförmig ausgebildet ist. 5. An injector according to claim 2, characterized in that the annular body (18) viewed in cross section is trapezoidal.
6. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkörper (15) ein stabförmiges Element (22) beinhaltet. 6. An injector according to claim 1, characterized in that the deflection body (15) includes a rod-shaped element (22).
7. Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Element (22) auf seiner der Eindüsöffnung (12) zugewandten Seite eine Umlenkkante (22') aufweist, auf die der Gasstrahl (14) beim Austritt aus der Eindüsöffnung (12) trifft. 7. An injector according to claim 6, characterized in that the rod-shaped element (22) on its the injection port (12) facing side a deflection edge (22 '), to which the gas jet (14) upon exit from the injection port (12) ,
8. Injektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Element (22) im Querschnitt betrachtet dreieckförmig, halbkreisförmig oder rombusförmig ausgebildet ist. 8. An injector according to claim 7, characterized in that the rod-shaped element (22) viewed in cross-section is triangular, semicircular or rhombus-shaped.
9. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkörper (15) zwei Zylinderstäbe (24) umfasst, die parallel und mit einem Abstand (a) zueinander angeordnet sind. 9. An injector according to claim 1, characterized in that the deflecting body (15) comprises two cylinder rods (24) which are arranged parallel to one another and at a distance (a).
10. Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Zylinderstäbe (24) zumindest näherungsweise dem Durchmesser (d) der Eindüsöffnung (12) entspricht, wobei der Gasstrahl (14) mit seiner Mittelachse (13) zwischen die beiden Zylinderstäbe (24) zielt. 10. An injector according to claim 9, characterized in that the distance between the cylinder rods (24) at least approximately corresponds to the diameter (d) of the injection opening (12), wherein the gas jet (14) with its central axis (13) between the two cylinder rods (24 ) aims.
11. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Eindüsöffnungen (12) im Düsenkörper (2) ausgebildet sind, wobei vor jeder Eindüsöffnung (12) ein Umlenkkörper (15) angeordnet ist. 11. Injector according to one of claims 1 to 10, characterized in that a plurality of injection openings (12) in the nozzle body (2) are formed, wherein before each injection opening (12) a deflecting body (15) is arranged.
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