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WO2019092008A1 - Injektor zur eindüsung von gasförmigem kraftstoff - Google Patents

Injektor zur eindüsung von gasförmigem kraftstoff Download PDF

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Publication number
WO2019092008A1
WO2019092008A1 PCT/EP2018/080458 EP2018080458W WO2019092008A1 WO 2019092008 A1 WO2019092008 A1 WO 2019092008A1 EP 2018080458 W EP2018080458 W EP 2018080458W WO 2019092008 A1 WO2019092008 A1 WO 2019092008A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sleeve
inner sleeve
recess
injector
injector according
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/080458
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Wessner
Martin Katz
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2019092008A1 publication Critical patent/WO2019092008A1/de

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F02M21/0269—Outwardly opening valves, e.g. poppet 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
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • 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 injecting gaseous fuel, as it finds particular use to introduce gaseous fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Internal combustion engines can be operated with liquid or gaseous fuel, which is ignited within a combustion chamber of the internal combustion engine and thereby moves a piston. If gaseous fuel is to be used, a corresponding injector must meter the gaseous fuel directly into the combustion chamber in accordance with the requirements of the internal combustion engine.
  • a corresponding injector is known for example from DE 10 2014 214 242 AI and includes an injector body in which a nozzle needle is arranged longitudinally displaceable. The nozzle needle has at its combustion chamber end a sealing surface which cooperates with a sealing seat of the injector body and thereby opens and closes a flow cross-section.
  • the nozzle needle moves in the direction of the combustion chamber, it lifts off from the nozzle seat and releases the flow cross-section so that gaseous fuel flows directly into the combustion chamber.
  • the ignition of the gas-air mixture is usually carried out by an external ignition source, such as a spark plug, in particular, it depends on the optimum for the combustion mixture ratio of gas and air.
  • the known injector opens to the outside, that is, the nozzle needle moves in its opening movement in the direction of the combustion chamber and thus releases the flow cross-section.
  • the flow cross section therefore consists of a Annular gap which is formed between the injector body and the nozzle needle, so that ultimately a cone-shaped injection jet is essentially formed and the gas is introduced only in a relatively small space region of the combustion chamber.
  • the geometry of the inlet valve must be adapted as closely as possible to the needs of the combustion chamber, which means a structural adaptation for each internal combustion engine.
  • the injector for gaseous fuel according to the invention has the advantage that its outwardly opening nozzle is easily adaptable to the needs of the respective internal combustion engine.
  • the injector for injecting gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine has the advantage that its outwardly opening nozzle is easily adaptable to the needs of the respective internal combustion engine.
  • Nozzle body in which a gaseous fuel-filled pressure chamber is formed.
  • a nozzle needle is arranged longitudinally displaceable, which cooperates with a nozzle seat for opening and closing at least one flow cross-section.
  • An outer sleeve is arranged at the combustion chamber-side end of the nozzle body and moreover an inner sleeve which is concentrically fixed in the outer sleeve and which has a recess in its lateral surface which is arranged downstream of the flow cross-section, so that fuel flowing through the flow cross-section into the recess the inner sleeve flows in, wherein at least one flow channel leads from the recess to the outside of the injection valve and there a
  • the inner sleeve which also forms the combustion chamber end of the nozzle body, absorbs the amount of gas flowing through the flow cross-section in the region of the nozzle needle, and passes the gas through flow channels in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the flow channels can be adapted exactly to the needs of the internal combustion engine, so that an optimal mixing of the gaseous fuel with the air in the combustion chamber is achieved. If the injector is to be adapted for another internal combustion engine or another combustion chamber, then the inner sleeve can be adjusted in a simple manner. be replaced without the other components of the injector must be adjusted. In this way, the injector can be easily modified, thus providing a cost effective solution for a variety of engines and applications.
  • one or more flow channels in the form of bores are formed in the inner sleeve, which each form an injection opening on the end face of the inner sleeve.
  • Holes can be inexpensively introduced into a sleeve and can also have an inclination to the longitudinal axis of the sleeve in order to achieve a targeted deflection in the areas of the combustion chamber into which the gaseous fuel is to be introduced.
  • By drilling obliquely to the longitudinal axis of the inner sleeve bores and a swirl flow can be induced within the combustion chamber, which further improves the mixing with the air located there.
  • a third sleeve is arranged between the inner sleeve and the outer sleeve, which has a recess in the lateral surface, which is connected to the recess in the inner sleeve and which forms the flow channel or the flow channels.
  • the inner sleeve can be made very thin, so that sufficient space for the third sleeve is present, which dictates the direction of the gas jets by their shape.
  • a plurality of recesses may be formed in the lateral surface of the third sleeve, so that a good spatial distribution of the gas in the combustion chamber is made possible.
  • the third sleeve - except for the diameter - of identical construction with the inner sleeve, but is arranged with opposite orientation.
  • a further, fourth sleeve between the third sleeve and the outer sleeve is arranged, which - is identical to the third sleeve - again to the diameter -, wherein the fourth sleeve is arranged with opposite orientation relative to the third sleeve, ie opposite this is rotated by 180 ° about its transverse axis.
  • the fourth sleeve forms further flow channels, which direct the gas flow.
  • the sleeves are arranged concentrically with each other and firmly connected to each other, so that a plurality of injection openings can be formed, which distribute the gaseous fuel well within the combustion chamber.
  • the recesses in the third sleeve are preferably formed in the form of incisions, which emanate from an end face of the third sleeve and which are parallel to one another, which is simple and inexpensive to manufacture.
  • At least one of the third, fourth or fifth sleeve is formed on the end face of a molding, which deflects at least one of the gas jets emerging from the injection openings.
  • a further space region of the combustion chamber can be supplied with gaseous fuel.
  • the molding is formed in the form of a ridge extending over the circumference of the sleeve, via the shaping of which the exact direction of the gas jet or of the gas jets can be adjusted.
  • FIG. 2b detailed representations of a component of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment in a variant of the injector shown in FIG. 1,
  • Figure 4 shows another embodiment of an injector according to the invention, also shown schematically in longitudinal section, and
  • FIG. 5 shows a further detailed illustration of a component of that shown in FIG.
  • an injector according to the invention is shown schematically in longitudinal section, wherein the figure 1 represents only the combustion chamber side part of the injector.
  • the injector has a nozzle body 1, in which a pressure chamber 2 is formed, can be introduced into the gaseous fuel under the necessary injection pressure.
  • a nozzle needle 4 is arranged longitudinally displaceable, which has a shaft portion 103 and an enlarged diameter portion, which forms a guide portion 9.
  • a conical sealing surface 5 is formed, which forms a sealing edge 7 at the transition to the shaft region 103. With the sealing surface 5 and the sealing edge 7, the nozzle needle 4 cooperates with a nozzle seat 6 which is formed as a conical surface in the nozzle body 1.
  • the pressure chamber 2 is closed by the nozzle needle 4. If the nozzle needle 4 in contact with the sealing surface 6, the pressure chamber 2 is closed by the nozzle needle 4. If the nozzle needle 3 is moved in the direction of the combustion chamber in its longitudinal direction by a mechanism formed in the injector, then the sealing surface 5 lifts off from the nozzle seat 6 and releases a flow cross section between these two surfaces.
  • the nozzle body 1 forms at its combustion chamber end end a collar 13, which is reduced in diameter.
  • an inner sleeve 17 is pushed and fixed there, which projects beyond the nozzle body 1, wherein the nozzle needle 4 is guided with its guide portion 9 within the inner sleeve 17.
  • a gap 14 is inevitably formed, which is dimensioned so narrow that the gaseous fuel does not flow or only to a very limited extent through the gap 14.
  • the inner sleeve 17 is in turn surrounded by an outer sleeve 15 which is designed as a hollow cylinder and which surrounds the inner sleeve 17 closely.
  • the outer sleeve 15 is fixed in this position on the nozzle body 1, for example by means of a weld 16, which is shown in Figure 1 at the transition of the outer sleeve 15 to the nozzle body 1.
  • the inner sleeve 17 is again shown in Figure 2a as a separate component in a perspective view.
  • the inner sleeve 17 are two AusNFun- 20 formed which form two windows within the inner sleeve 17.
  • Each of the recesses 20 are provided with a plurality of flow channels 21, which are designed as bores within the inner sleeve 17 and run parallel to the longitudinal axis 11 of the nozzle body 1 or the nozzle needle 4, as can be seen in more detail in FIG. 2a, wherein the flow channels 21 contact Each of their discharge-side end in each case form an injection opening 23.
  • the window formed by the recesses 20 of the gaseous fuel flowing through the flow cross-section between the sealing surface 5 and the nozzle seat 6 flows.
  • FIG. 2b shows a view of the inner sleeve 17 from its lower side facing the combustion chamber in the installed position.
  • six flow channels 21 are present in the inner sleeve 17, wherein each three open into a recess 20.
  • the flow channels 21 do not run parallel to the longitudinal axis 11, but at an angle thereto, so that the direction of the outflowing gas flowing into the combustion chamber has a tangential component with respect to the longitudinal axis 11.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an injector according to the invention, this embodiment differing from the injector shown in FIGS. 1, 2a and 2b only in the construction of the inner sleeve 17.
  • the recess 20 of this inner sleeve is arranged so far in the direction of the combustion chamber that the guide portion 9 closes the recess 20 when the nozzle needle 4 is in contact with the nozzle seat 6. Only through the opening stroke of the nozzle needle 4, the guide section 9 shifts so far that it slides past the recess 20 and thereby opens a flow cross-section to the recess 20, so that the gaseous fuel - as already shown in Figure 1 and described - flow through the flow channels 21 can.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the injector according to the invention is shown, also in longitudinal section in the region of the combustion chamber end of the injector.
  • the structure of the nozzle body 1 and the nozzle needle 4 is identical to the embodiment shown in Figure 1.
  • a total of four sleeves are nested in one another to form the flow channels 21.
  • the outside still forms the outer sleeve 15, which is designed as a continuous cylinder and ensures the seal radially outward.
  • the leadership of the nozzle needle 4 with the guide portion 9 is formed in the inner sleeve 17 ', which is fixed for example by a welded connection or by shrinking on the collar 13 on the injector.
  • the inner sleeve 17 ' is shown enlarged again separately in FIG.
  • the inner sleeve 17 ' comprises a cylindrical portion and has a plurality of recesses 20' which are formed as incisions and emanating from the upper end face of the inner sleeve 17 'here.
  • recesses 20 'passages for the gaseous fuel are created, in which the gaseous fuel, which flows through the flow cross-section between the nozzle seat 6 and the sealing surface 5, can flow.
  • the flow channels 21 ' are not formed here in the form of bores, but are formed by a third sleeve 25, which comprises the lateral surface of the inner sleeve 17' without a gap.
  • the third sleeve 25 has a correspondingly larger diameter, but otherwise identical to the inner sleeve 17 'is formed. It is mounted in an opposite orientation, ie its cylindrical section faces away from the combustion chamber, while the recesses 20 "formed in the third sleeve 25 face the combustion chamber, and the arrangement of the inner sleeve 17 'and the third sleeve 25 results in a connection between the recesses 20 'And 20 ", so that the gaseous fuel from the nozzle seat 6 flows into the recesses 20', from there into the recesses 20" passes through these recesses 20 ", which also serve here as flow channels, enters the combustion chamber.
  • a shape of the gas jets and their flow direction are determined, for example by the recesses 20" not parallel, but obliquely to the longitudinal axis 11, similar to oblique holes, which form the flow channels 21 in the embodiment of Figure 1.
  • a fourth sleeve 27 is further provided, which adjoins the third sleeve 25 radially outward, and a fifth sleeve 29, which is arranged between the outer sleeve 15 and the fourth sleeve 27 is.
  • Both sleeves 27, 29 correspond to the construction of the inner sleeve 17 ', but are arranged with in each case opposite orientation and have a correspondingly larger diameter, so that they connect without a gap to each other.
  • a further flow channel or a plurality of flow channels is created which are parallel to the flow channels through the recess 21 "runs or runs.
  • an Anformung 30 is formed on the fourth sleeve 27, which is incident on the from the recess 20 "" exiting gas jets.
  • each adjacent sleeves are oriented opposite, ie that they are rotated by 180 ° about a transverse axis of the sleeve.
  • the sleeves 17 ', 25, 27, 29 are fixed in the embodiment of Figure 4 in the position shown, for example by shrinking on each other or by welded joints. In addition to the structure shown here, it can also be provided to arrange further sleeves radially outside, so as to provide further flow channels.
  • the shape of the molding 30 can also be varied in order to direct the gas jets into certain space regions of the combustion chamber so as to achieve an optimal mixture between the combustion chamber air and the gaseous fuel.

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Abstract

Injektor zur Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenkörper (1), in dem ein mit gasförmigem Kraftstoff befüllbarer Druckraum (2) ausgebildet ist mit einer darin längsverschiebbar angeordneten Düsennadel (4), die mit einem Düsensitz (6) zum Öffnen und Schließen wenigstens eines Strömungsquerschnitts (8) zusammenwirkt. Am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers (1) ist eine Außenhülse (15) angeordnet ist und eine Innenhülse (17), die konzentrisch in der Außenhülse (15) fixiert ist und die in ihrer Mantelfläche eine Ausnehmung (20) aufweist, die stromabwärts des Strömungsquerschnitts (8) angeordnet ist, so dass durch den Strömungsquerschnitt (8) strömender Kraftstoff in die Ausnehmung (20) der Innenhülse (17) einströmt. Von der Ausnehmung (20) geht wenigstens ein Strömungskanal (21) aus, der bis an die Außenseite des Einblasventils führt und dort eine Eindüsöffnung (23) bildet.

Description

Beschreibung
Titel
Injektor zur Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff
Die Erfindung betrifft einen Injektor zur Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff, wie er insbesondere Verwendung findet, um gasförmigen Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzubringen.
Stand der Technik
Brennkraftmaschinen können mit flüssigem oder mit gasförmigem Kraftstoff betrieben werden, der innerhalb eines Brennraums der Brennkraftmaschine gezündet wird und dadurch einen Kolben bewegt. Soll gasförmiger Kraftstoff verwendet werden, so muss ein entsprechender Injektor den gasförmigen Kraftstoff entsprechend den Erfordernissen der Brennkraftmaschine direkt in den Brennraum eindosieren. Ein solcher Injektor ist beispielsweise aus der DE 10 2014 214 242 AI bekannt und umfasst einen Injektorkörper, in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist. Die Düsennadel weist an ihrem brennraumseitigen Ende eine Dichtfläche auf, die mit einem Dichtsitz des Injektorkörpers zusammenwirkt und dadurch einen Strömungsquerschnitt öffnet und schließt. Bewegt sich die Düsennadel in Richtung des Brennraums, so hebt sie vom Düsensitz ab und gibt den Strömungsquerschnitt frei, so dass gasförmiger Kraftstoff direkt in den Brennraum einströmt. Die Zündung des Gas-Luft-Gemisches erfolgt in der Regel durch eine externe Zündquelle, beispielsweise eine Zündkerze, wobei es insbesondere auf das für die Verbrennung optimale Mischungsverhältnis von Gas und Luft ankommt.
Der bekannte Injektor öffnet nach außen, das heißt, die Düsennadel bewegt sich bei ihrer Öffnungsbewegung in Richtung des Brennraums und gibt so den Strömungsquerschnitt frei. Der Strömungsquerschnitt besteht deshalb aus einem Ringspalt, der zwischen dem Injektorkörper und der Düsennadel ausgebildet ist, so dass letztlich im Wesentlichen ein kegelförmiger Eindüsstrahl gebildet wird und das Gas nur in einen relativ kleinen Raumbereich des Brennraums eingebracht wird. Um eine homogene Durchmischung des gasförmigen Brennstoffs und der Luft zu erreichen, muss die Geometrie des Einlassventils möglichst genau an die Bedürfnisse des Brennraums angepasst werden, was eine bauliche Anpassung für jede Brennkraftmaschine bedeutet.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Injektor für gasförmigen Kraftstoff weist den Vorteil auf, dass dessen nach außen öffnende Düse einfach an die Bedürfnisse der jeweiligen Brennkraftmaschine anpassbar ist. Dazu weist der Injektor zur Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einen
Düsenkörper auf, in dem ein mit gasförmigem Kraftstoff befüllbarer Druckraum ausgebildet ist. In dem Druckraum ist eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet, die mit einem Düsensitz zum Öffnen und Schließen wenigstens eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt. Am brennraumseitigen Ende des Dü- senkörpers ist eine Außenhülse angeordnet und darüber hinaus eine Innenhülse, die konzentrisch in der Außenhülse fixiert ist und die in ihrer Mantelfläche eine Ausnehmung aufweist, die stromabwärts des Strömungsquerschnitts angeordnet ist, so dass durch den Strömungsquerschnitt strömender Kraftstoff in die Ausnehmung der Innenhülse einströmt, wobei wenigstens ein Strömungskanal von der Ausnehmung bis an die Außenseite des Einblasventils führt und dort eine
Eindüsöffnung bildet.
Die Innenhülse, die auch das brennraumseitige Ende des Düsenkörpers bildet, nimmt die Gasmenge auf, die durch den Strömungsquerschnitt im Bereich der Düsennadel strömt, und leitet das Gas durch Strömungskanäle in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Strömungskanäle können dabei genau an die Bedürfnisse der Brennkraftmaschine angepasst werden, so dass eine optimale Durchmischung des gasförmigen Kraftstoffs mit der Luft im Brennraum erreicht wird. Soll der Injektor für eine andere Brennkraftmaschine bzw. einen anderen Brennraum angepasst werden, so kann in einfacher Art und Weise die Innenhül- se ausgetauscht werden, ohne dass die übrigen Komponenten des Injektors an- gepasst werden müssen. Auf diese Weise lässt sich der Injektor leicht modifizieren und stellt so eine kostengünstige Lösung für eine Vielzahl von Motoren und Anwendungen dar.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Innenhülse eine oder mehrere Strömungskanäle in Form von Bohrungen ausgebildet, die an der Stirnseite der Innenhülse jeweils eine Eindüsöffnung ausbilden. Bohrungen können kostengünstig in eine Hülse eingebracht werden und können dabei auch eine Neigung zur Längsachse der Hülse aufweisen, um eine zielgerichtete Auslenkung in die Bereiche des Brennraums zu erreichen, in die der gasförmige Kraftstoff eingebracht werden soll. Durch schräg zur Längsachse der Innenhülse verlaufende Bohrungen kann auch eine Drallströmung innerhalb des Brennraums induziert werden, was die Durchmischung mit der dort befindlichen Luft weiter verbessert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Innenhülse und der Außenhülse eine dritte Hülse angeordnet, die eine Ausnehmung in der Mantelfläche aufweist, die mit der Ausnehmung in der Innenhülse verbunden ist und die den Strömungskanal oder die Strömungskanäle bildet. Durch diese Anordnung kann die Innenhülse sehr dünn ausgebildet werden, so dass ausreichend Platz für die dritte Hülse vorhanden ist, die durch ihre Formgebung die Richtung der Gasstrahlen vorgibt. Dabei können insbesondere mehrere Ausnehmungen in der Mantelfläche der dritten Hülse ausgebildet sein, so dass eine gute räumliche Verteilung des Gases im Brennraum ermöglicht wird. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die dritte Hülse - bis auf den Durchmesser - baugleich mit der Innenhülse ausgebildet, wird jedoch mit entgegengesetzter Orientierung angeordnet. Durch dieses Gleichteileprinzip lassen sich die Hülsen kostengünstig herstellen und erlauben eine Anpassung allein durch deren Anordnung im Injektor.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine weitere, vierte Hülse zwischen der dritten Hülse und der Außenhülse angeordnet, die - wieder bis auf den Durchmesser - baugleich mit dritten Hülse ist, wobei die vierte Hülse mit entgegengesetzter Orientierung gegenüber der dritten Hülse angeordnet ist, also gegenüber dieser um 180° um ihre Querachse gedreht ist. Die vierte Hülse bildet weitere Strömungskanäle, die den Gasstrom lenken. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann zwischen der vierten Hülse und der Außenhülse wenigstens eine weitere Hülse angeordnet sein, die gleich wie die dritte Hülse aufgebaut ist und die mit entgegengesetzter Orientierung zur benachbarten Hülse angeordnet ist. Die Hülsen werden konzentrisch zueinander angeordnet und fest miteinander verbunden, so dass sich eine Vielzahl von Eindüsöffnungen bilden lässt, die den gasförmigen Kraftstoff gut innerhalb des Brennraums verteilen. Dabei sind die Ausnehmungen in der dritten Hülse vorzugsweise in Form von Einschnitten ausgebildet, die von einer Stirnseite der dritten Hülse ausgehen und die parallel zueinander sind, was einfach und kostengünstig zu fertigen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an der Stirnseite wenigstens einer der dritten, vierten oder fünften Hülse eine Anformung ausgebildet, die zumindest einen der aus den Eindüsöffnungen austretenden Gasstrahlen umlenkt. Dadurch kann ein weiterer Raumbereich des Brennraums mit gasförmigem Kraftstoff versorgt werden. In vorteilhafter Ausgestaltung ist dabei die Anformung in Form eines sich über den Umfang der Hülse erstreckenden Grates ausgebildet, über dessen Formgebung die genaue Richtung des Gasstrahls bzw. der Gasstrahlen eingestellt werden kann.
Zeichnungen
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Injektors dargestellt. Es zeigt
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor im Bereich der Ausdüsöffnung, wobei nur die wesentlichen Teile dargestellt sind,
Figur 2a und
Figur 2b Detaildarstellungen eines Bauteils der Figur 1,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Variante des in Figur 1 gezeigten Injektors,
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors, ebenfalls im Längsschnitt schematisch dargestellt, und
Figur 5 eine weitere Detaildarstellung eines Bauteils des in Figur 4 gezeigten
Injektors. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Injektor im Längsschnitt schematisch dargestellt, wobei die Figur 1 nur den brennraumseitigen Teil des Injektors darstellt. Der Injektor weist einen Düsenkörper 1 auf, in dem ein Druckraum 2 ausgebildet ist, in den gasförmiger Kraftstoff unter dem nötigen Eindüsdruck eingebracht werden kann. Im Druckraum 2 ist eine Düsennadel 4 längsverschiebbar angeordnet, die einen Schaftbereich 103 und einen im Durchmesser erweiterten Bereich aufweist, der einen Führungsabschnitt 9 bildet. An der Düsennadel 4 ist eine konische Dichtfläche 5 ausgebildet, die am Übergang zum Schaftbereich 103 eine Dichtkante 7 bildet. Mit der Dichtfläche 5 bzw. der Dichtkante 7 wirkt die Düsennadel 4 mit einem Düsensitz 6 zusammen, der als konische Fläche im Düsenkörper 1 ausgebildet ist. Ist die Düsennadel 4 in Anlage an der Dichtfläche 6, so wird der Druckraum 2 durch die Düsennadel 4 verschlossen. Wird die Düsennadel 3 durch einen im Injektor ausgebildeten Mechanismus in ihrer Längsrichtung in Richtung des Brennraums bewegt, so hebt die Dichtfläche 5 vom Düsensitz 6 ab und gibt einen Strömungsquerschnitt zwischen diesen beiden Flächen frei.
Der Düsenkörper 1 bildet an seinem brennraumseitigen Ende einen Bund 13 aus, der im Durchmesser reduziert ist. Auf den Bund 13 ist eine Innenhülse 17 aufgeschoben und dort fixiert, die den Düsenkörper 1 überragt, wobei die Düsennadel 4 mit ihrem Führungsabschnitt 9 innerhalb der Innenhülse 17 geführt ist. Zwischen dem Führungsabschnitt 9 der Düsennadel 4 und der Innenhülse 17 ist unvermeidlich ein Spalt 14 ausgebildet, der jedoch so schmal bemessen ist, dass der gasförmige Kraftstoff nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß durch den Spalt 14 strömt. Die Innenhülse 17 ist ihrerseits von einer Außenhülse 15 umgeben, die als Hohlzylinder ausgeführt ist und die die Innenhülse 17 eng umgibt. Auch die Außenhülse 15 ist in dieser Lage am Düsenkörper 1 fixiert, beispielsweise mit Hilfe einer Schweißnaht 16, die in Figur 1 am Übergang der Außenhülse 15 um Düsenkörper 1 gezeigt ist.
Die Innenhülse 17 ist in Figur 2a nochmals als separates Bauteil in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. In der Innenhülse 17 sind zwei Ausnehmun- gen 20 ausgebildet, die zwei Fenster innerhalb der Innenhülse 17 bilden. Von den Ausnehmungen 20 gehen jeweils mehrere Strömungskanäle 21 aus, die als Bohrungen innerhalb der Innenhülse 17 ausgebildet sind und die parallel zur Längsachse 11 des Düsenkörpers 1 bzw. der Düsennadel 4 verlaufen, wie in Figur 2a näher zu sehen ist, wobei die Strömungskanäle 21 an ihrem abströ- mungsseitigen Ende jeweils eine Eindüsöffnung 23 bilden. In die durch die Ausnehmungen 20 gebildeten Fenster fließt der gasförmige Kraftstoff, der durch den Strömungsquerschnitt zwischen der Dichtfläche 5 und dem Düsensitz 6 hindurchströmt. Da die Außenhülse 15 die Ausnehmungen 20 nach außen abdichtet, fließt der gasförmige Kraftstoff aus den Ausnehmungen 20 weiter durch die Strömungskanäle 21. Figur 2b zeigt dazu eine Ansicht der Innenhülse 17 von ihrer unteren, in Einbaulage dem Brennraum zugewandten Seite. In diesem Ausführungsbeispiel sind sechs Strömungskanäle 21 in der Innenhülse 17 vorhanden, wobei jeweils drei in eine Ausnehmung 20 münden. Dabei kann es alternativ zu der gezeigten Darstellung auch vorgesehen sein, dass die Strömungskanäle 21 nicht parallel zur Längsachse 11 verlaufen, sondern schräg dazu, so dass die Richtung des ausströmenden Gases, das in den Brennraum einströmt, eine tangentiale Komponente bezüglich der Längsachse 11 aufweist. Insbesondere kann durch eine schräge Stellung der Strömungskanäle 21 eine Drallströmung innerhalb des Brennraums erreicht und damit eine gute Durchmischung des gasförmigen Brennstoffs mit der Luft im Brennraum befördert werden.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors, wobei sich dieses Ausführungsbeispiel von dem in den Figuren 1, 2a und 2b gezeigten Injektor nur im Aufbau der Innenhülse 17 unterscheidet. Die Ausnehmung 20 dieser Innenhülse ist insoweit in Richtung des Brennraums angeordnet, dass der Führungsabschnitt 9 die Ausnehmung 20 verschließt, wenn sich die Düsennadel 4 in Anlage am Düsensitz 6 befindet. Erst durch den Öffnungshub der Düsennadel 4 verschiebt sich der Führungsabschnitt 9 soweit, dass dieser an der Ausnehmung 20 vorbeigleitet und dadurch einen Strömungsquerschnitt zur Ausnehmung 20 öffnet, so dass der gasförmige Kraftstoff - wie schon in Figur 1 dargestellt und beschrieben - durch die Strömungskanäle 21 ausfließen kann.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors dargestellt, ebenfalls im Längsschnitt im Bereich des brennraumseitigen Endes des Injektors. Der Aufbau des Düsenkörpers 1 und der Düsennadel 4 ist identisch zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Jedoch sind anstelle der in Figur 1 bzw. Figur 2 dargestellten Innenhülse 17 insgesamt vier Hülsen ineinander geschachtelt, um die Strömungskanäle 21 zu bilden. Die Außenseite bildet nach wie vor die Außenhülse 15, die als durchgängiger Zylinder ausgebildet ist und die Abdichtung radial nach außen sicherstellt. Die Führung der Düsennadel 4 mit dem Führungsabschnitt 9 ist in der Innenhülse 17' ausgebildet, die beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder auch durch Aufschrumpfen auf dem Bund 13 am Injektor fixiert ist. Die Innenhülse 17' ist in Figur 5 nochmals vergrößert separat dargestellt.
Die Innenhülse 17' umfasst einen zylindrischen Abschnitt und weist mehrere Ausnehmungen 20' auf, die als Einschnitte ausgebildet sind und von der hier oberen Stirnseite der Innenhülse 17' ausgehen. Durch die Ausnehmungen 20' werden Durchlässe für den gasförmigen Kraftstoff geschaffen, in die der gasförmige Kraftstoff, der durch den Strömungsquerschnitt zwischen dem Düsensitz 6 und der Dichtfläche 5 hindurchströmt, einfließen kann. Die Strömungskanäle 21' sind hier jedoch nicht in Form von Bohrungen ausgebildet, sondern werden durch eine dritte Hülse 25 gebildet, die die Mantelfläche der Innenhülse 17' spaltlos umfasst. Die dritte Hülse 25 weist dabei einen entsprechend größeren Durchmesser auf, ist ansonsten aber baugleich zur Innenhülse 17' ausgebildet. Sie ist in entgegengesetzter Orientierung montiert, d. h. ihr zylindrischer Abschnitt ist dem Brennraum abgewandt, während die in der dritten Hülse 25 ausgebildeten Ausnehmungen 20" brennraumzugewandt sind. Durch die Anordnung der Innenhülse 17' und der dritten Hülse 25 ergibt sich eine Verbindung zwischen den Ausnehmungen 20' und 20", so dass der gasförmige Kraftstoff vom Düsensitz 6 in die Ausnehmungen 20' einfließt, von dort in die Ausnehmungen 20" übergeht durch diese Ausnehmungen 20", die hier auch als Strömungskanäle dienen, in den Brennraum gelangt. Je nach Form und Anzahl der Ausnehmungen 20' bzw. 20" kann so eine Formgebung der Gasstrahlen stattfinden und auch deren Strömungsrichtung festgelegt werden, beispielsweise indem die Ausnehmungen 20" nicht parallel, sondern schräg zur Längsachse 11 verlaufen, ähnlich wie bei schräg verlaufenden Bohrungen, die bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 die Strömungskanäle 21 bilden. Um einen größeren Strömungsquerschnitt zu schaffen und das Gas besser im Brennraum zu verteilen ist weiter eine vierte Hülse 27 vorgesehen, die sich radial außerhalb an die dritte Hülse 25 anschließt, und eine fünfte Hülse 29, die zwischen der Außenhülse 15 und der vierten Hülse 27 angeordnet ist. Beide Hülsen 27, 29 entsprechen dabei dem Aufbau der Innenhülse 17', sind jedoch mit in jeweils entgegengesetzter Orientierung angeordnet und weisen einen entsprechend größeren Durchmesser auf, so dass sie spaltlos aneinander anschließen. Dadurch wird durch die Ausnehmung 20"', die in der dritten Hülse ausgebildet ist, und die Ausnehmung 20"", die in der fünften Hülse 29 ausgebildet ist, ein weiterer Strömungskanal bzw. mehrere Strömungskanäle geschaffen, die parallel zu den Strömungskanälen durch die Ausnehmung 21" verläuft bzw. verlaufen. Um einen weiteren Raumbereich des Brennraums durch die Gasstrahlen abzudecken, ist an der vierten Hülse 27 eine Anformung 30 ausgebildet, auf die die aus der Ausnehmung 20"" austretenden Gasstrahlen trifft. Durch die Anformung 30 werden diese Gasstrahlen radial nach außen umgelenkt, so dass auch der weiter außen liegende Raumbereich des Brennraums mit gasförmigem Kraftstoff versorgt wird. Bis auf die Anformung 30 entspricht der Aufbau der vierten Hülse 27 und der fünften Hülse 29 dem Aufbau der Innenhülse 17', wobei jeweils benachbarte Hülsen entgegengesetzt orientiert sind, d. h. dass sie um 180° um eine Querachse der Hülse gedreht sind.
Die Hülsen 17', 25, 27, 29 sind bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 in der gezeigten Lage fixiert, beispielsweise durch Aufschrumpfen aufeinander oder durch Schweißverbindungen. Neben dem hier gezeigten Aufbau kann es auch vorgesehen sein, weitere Hülsen radial außerhalb anzuordnen, um so weitere Strömungskanäle zu schaffen. Auch die Form der Anformung 30 kann variiert werden, um die Gasstrahlen in bestimmte Raumbereiche des Brennraums zu leiten, um so eine optimale Mischung zwischen der Brennraumluft und dem gasförmigen Kraftstoff zu erreichen.

Claims

Ansprüche
1. Injektor zur Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenkörper (1), in dem ein mit gasförmigem Kraftstoff befüllbarer Druckraum (2) ausgebildet ist, in dem eine Düsennadel (4) längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einem Düsensitz (6) zum Öffnen und Schließen wenigstens eines Strömungsquerschnitts (8) zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass
am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers (1) eine Außenhülse (15) angeordnet ist und eine Innenhülse (17), die konzentrisch in der Außenhülse (15) fixiert ist und die in ihrer Mantelfläche eine Ausnehmung (20) aufweist, die stromabwärts des Strömungsquerschnitts (8) angeordnet ist, so dass durch den Strömungsquerschnitt (8) strömender Kraftstoff in die Ausnehmung (20) der Innenhülse (17) einströmt, wobei wenigstens ein Strömungskanal (21) von der Ausnehmung (20) bis an die Außenseite des Einblasventils führt und dort eine Eindüsöffnung (23) bildet.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenhülse (17) eine oder mehrere Strömungskanäle (21) in Form von Bohrungen ausgebildet sind, die an der Stirnseite der Innenhülse (17) jeweils eine Eindüsöffnung (23) ausbilden.
3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (21) schräg zur Längsachse (11) der Innenhülse (17) verlaufen.
4. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenhülse (17) und der Außenhülse (15) eine dritte Hülse (25) angeordnet ist, die eine Ausnehmung in der Mantelfläche aufweist, die mit der Ausnehmung (20) in der Innenhülse (17) verbunden ist und die den Strömungskanal (21) bildet.
5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ausnehmungen (20) in der Mantelfläche der dritten Hülse (25) ausgebildet sind, die mit der Ausnehmung (20) in der Innenhülse (17) verbunden sind und die jeweils einen Strömungskanal (21) bilden.
6. Injektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (17) und die dritte Hülse (25) unterschiedliche Durchmesser aufweisen, ansonsten aber baugleich sind und mit entgegengesetzter Orientierung im Injektor angeordnet sind.
7. Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere, vierte Hülse (27) zwischen der dritten Hülse (25) und der Außenhülse (15) angeordnet ist, die baugleich mit der dritten Hülse (25) ist, wobei die vierte Hülse (27) mit entgegengesetzter Orientierung gegenüber der dritten Hülse (25) angeordnet ist, also gegenüber dieser um 180° um ihre Querachse gedreht ist.
8. Injektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vierten Hülse (27) und der Außenhülse (15) eine fünfte Hülse (29) angeordnet ist, die mit entgegengesetzter Orientierung zur benachbarten Hülse (27; 25; 17) angeordnet ist.
9. Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Hülse (25) mehrere Ausnehmungen (20) aufweist, die als Einschnitte (20") ausgebildet sind, die von einer Stirnseite der dritten Hülse (25) ausgehen und die parallel zueinander sind.
10. Injektor nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite wenigstens einer der dritten (25) oder vierten (27) oder einer fünften Hülse (29) eine Anformung (30) ausgebildet ist, die zumindest einen der aus einer Eindüsöffnung (23) austretenden Gasstrahlen umlenkt.
11. Injektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anformung in Form eines sich über den Umfang der Hülse (25; 27; 29) erstreckenden Grates ausgebildet ist.
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