"Vorrichtung zum Vernebeln oder Versprayen von Flüssigkeit in einen Betriebsraum"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vernebeln oder Versprayen oder Einspritzen von Flüssigkeit in einen
Betriebsraum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Es sind beispielsweise Einspritzvorrichtungen in
Verbrennungskraftmaschinen bereits seit langer Zeit bekannt. So wird in der Druckschrift DE 939 670 eine
Einspritzvorrichtung beschrieben, bei der in einer
Einspritzdüse zwei oder mehrere Strahlen erzeugt werden, die sich im Verbrennungsraum kreuzen bzw. zusammenprallen. Der Sinn dieser Anordnung liegt darin, dass die mit hoher
Geschwindigkeit austretenden Brennstoffstrahlen im
Verbrennungsraum aufeinanderprallen, wodurch eine besonders innige Zerstäubung des Brennstoffs und somit vergleichsweise kleine Brennstofftröpfchen realisiert werden.
Aus der DE 10 146 642 AI ist ein Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum bekannt, wobei mit zwei oder mehreren Flüssigkeitsstrahlen ein rotierender Nebel erzeugt wird. Rotierende Nebel sind jedoch nicht kontrollierbar und
breiten sich großvolumig im Brennraum aus, so dass sich
Brennstoff an den Wänden niederschlägt. Ein derartiger
Niederschlag, der aufgrund der unkontrollierten Verwirbelung nicht zu verhindern ist, führt jedoch zu einer nachteiligen bzw. ungenügenden Verbrennung. Aufgrund zunehmender
gesetzlicher Vorschriften bezüglich der Abgasqualität ist ein rotierender, nicht kontrollierbarer Flüssigkeitsnebel
zwischenzeitlich bei Verbrennungsmotoren in der Praxis nicht mehr akzeptabel.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zum Vernebeln oder Versprayen oder Einspritzen von Flüssigkeit in einen Betriebsraum, insbesondere zum Einspritzen von
Kraftstoff in einen Brennraum, vorzuschlagen, womit die
Verteilung der Flüssigkeit in einem Betriebsraum verbessert wird und insbesondere höhere Anforderungen an die
Abgasqualität bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem Brennraum erfüllt werden können.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den ünteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der
Erfindung möglich.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße
Vorrichtung dadurch aus, dass wenigstens eine Nahfeld-Düse zur Erzeugung eines Nahfeld-Flüssigkeitssprays und dass wenigstens eine Weitstrahl-Düse zur Erzeugung eines Weitstrahl- Flüssigkeitssprays vorgesehen sind, wobei eine Länge des
Nahfeld-Flüssigkeitssprays kleiner als eine Länge des
Weitstrahl-Flüssigkeitssprays ist .
Mit Hilfe dieser Maßnahme wird erreicht, dass die vernebelte bzw. verdüste Flüssigkeit, insb. der Brenn-/Kraftstoff, in
ihrer Gesamtheit in vorteilhafter Weise an unterschiedliche Betriebsräume bzw. an den Brennraum anpassbar ist. Hiermit kann eine Optimierung der Flüssigkeitsyerteilung und/oder der Verbrennung realisiert werden.
Einerseits kann eine vorteilhafte Anpassung der räumlichen Ausdehnung bzw. der Länge des/der Flüssigkeitssprays in Bezug zum Abstand von der/den Düse/Düsen und/oder des/der
Strahlkanäle und/oder der Austrittsöffnung/Austrittsöffnungen bis zu einer Wand/Oberfläche oder zumindest einem Abschnitt einer Wand/Oberfläche des Betriebsraumes/Brennraumes
vorgesehen werden. Hiermit kann erreicht werden, dass auch bei verschieden Abständen mittels wenigstens einer Weitstrahl-Düse und wenigstens einer Nahfeld-Düse kein Niederschlag der
Flüssigkeit bzw. keine Flüssigkeitströpfchen an der Wand sich niederschlagen können. Hiermit wird gerade bei
Verbrennungsmotoren oder dergleichen gewährleistet, dass keine nachteilige Vernebelung bzw. Verbrennung und somit
unerwünschte Abgase entstehen.
Alternativ oder in Kombination hierzu kann anderseits eine vorteilhafte Anpassung der räumlichen Ausdehnung/Verteilung einer Dichte und/oder einer Zusammensetzung und/oder eines Sprayparameters des/der Flüssigkeitssprays vorgesehen werden. Beispielsweise kann im Vergleich zum Nahfeld-Flüssigkeitsspray beim Weitstrahl-Flüssigkeitsspray die Tröpfchengröße,
Tröpfchendichte, Form der Sprayquerschnittsfläche oder
dergleichen unterschiedlich ausgebildet werden. So kann in vorteilhafter Weise u.a. in einem Brennraum eines
Verbrennungsmotors das Kraft- bzw. Brennstoff-Luftgemisch für unterschiedliche Orte im Brennraum variiert bzw. eingestellt werden, z.B. homogene Verteilung, fettes und/oder mageres Gemisch zentrumsnah, mager-fett-mager Abstufung in radialer und/oder axialer Richtung des Betriebsraumes/Brennraumes und/oder Zylinders.
Vorzugsweise ist die Länge des Nahfeld-Flüssigkeitssprays im Wesentlichen zwischen 10 bis 90%, insbesondere zwischen 30 bis 70%, der Länge des Weitstrahl-Flüssigkeitssprays. Es hat sich gezeigt, dass derartige Lähgenunterschiede eine signifikante Veränderung bzw. Anpassbarkeit und somit Optimierung der
Verteilung bzw. Vernebelung der Flüssigkeit im Betriebsraum ermöglichen. Dies kann zu messbaren Verbesserungen, die außerhalb der üblichen Betriebsschwankungen liegen, bei der Verbrennung von Kraft-/Brennstoff in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors führen, insb. bei Fahrzeuganwendungen.
Vorteilhafterweise umfasst die Weitstrahl-Düse einen einzigen Strahlkanal. Es hat sich gezeigt, dass ein relativ weiter bzw. langer Düsenstrahl mit einem einzigen Stahlkanal in
vorteilhafter Weise realisiert werden kann. So wird mit einem einzigen Strahlkanal, durch den die Flüssigkeit bzw. der
Kraft-/Brennstoff strömt und in den Betriebsraum bzw. Hubraum hineinströmt und verdüst wird, bei gegebenen/vergleichbaren Druckbedingungen und gegebenen/vergleichbaren Kanal-/
Bohrlochdimensionen ein weiterer/längerer Strahl erzeugt als z.B. mit einer entsprechenden/vergleichbar dimensionierten Doppelstrahl-/Mehrfachstrahldüse oder dergleichen.
So wird vor allem mittels einer Weitstrahl-Düse mit einem einzigen Stahlkanal ein vergleichsweise großer
fluiddynamischer Impuls bzw. relativ große
Strömungsgeschwindigkeit/-unterschiede im Betriebsraum
realisiert und/oder eine besonders vorteilhafte Interaktion von z.B. Spray, Kolben bzw. Betriebsraum, Luft- und
Ladungsbewegungen generiert. Hiermit können bei
Verbrennungsmotoranwendungen in vorteilhafter Weise mindestens zwei unterschiedliche Kraftstoffbereiche realisiert werden, wie z.B. mager/fett, homogen/inhomogen, etc..
Bevorzugt ist die Nahfeld-Düse als Mehrfachstrahldüse mit wenigstens zwei, insbesondere spitzwinklig zueinander
ausgerichteten Strahlkanälen zur Erzeugung wenigstens zweier, in einer Prallzone wenigstens teilweise aufeinander prallender Flüssigkeitsstrahlen ausgebildet. Mittels einer
Mehrfachstrahldüse mit zwei oder mehreren Strahlkanälen, die derart ausgerichtet sind, dass die austretenden
Flüssigkeitsstrahlen sich in einer Prallzone treffen, können besonders vorteilhafte Sprays bzw. Flüssigkeitsnebel generiert werden, insb. mit sehr kleinen Tröpfchen bzw. vorteilhafter Tröpfchengrößenverteilung und/oder Tröpfchenausbreitung im Betriebsraum.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die
Mehrfachstrahldüse zur Erzeugung eines Fächerstrahls
ausgebildet, dessen Ausdehnung in einer Fächerebene deutlich größer oder wenigstens doppelt so groß ist als in Querrichtung zu dieser Fächerebene. Das heißt, dass ein sehr flacher, jedoch breit streuender Fächerstrahl erzeugt wird. Durch die flache Fächerstrahlerzeugung kann eine räumliche Anpassung an den Betriebsraum bzw. Brennraum erfolgen. Hiermit kann u.a. eine vorteilhaft definierte und kontrollierte Verteilung und/oder Verbrennung im Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, was für die
Verbrennung und somit für die Abgaszusammensetzung von
wesentlicher Bedeutung ist.
Vorteilhafterweise ist ein Abstand des Düsenkörpers von der Prallzone und/oder von einem Kollisionspunkt der wenigstens teilweise aufeinander prallenden Flüssigkeitsstrahlen im
Wesentlichen zwischen 0 mm und dem 15-Fachen eines
Durchmessers des/der Strahlkanäle ist, wobei der Düsenkörper der Mehrfachstrahldüse wenigstens die beiden Strahlkanäle umfasst. Bei Verbrennungsmotoranwendungen insbesondere für Motorräder, PKW, LKW oder dergleichen ist der Abstand
vorzugsweise etwa zwischen 0 und 0,9 Millimetern.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Stabilität des Fächerstrahls nur sehr wenig, wenn überhaupt von einem Einspritzdruck und/oder einem Gegendruck im Betriebsraum bzw. der Brennkammer abhängig ist. Vielmehr hat sich gezeigt, dass der zuvor genannte Abstand für die Strahlstabilität von großem Vorteil ist.
Vorzugsweise ist der Abstand im Wesentlichen zwischen dem 3- Fachen und dem 5-Fachen des Durchmessers des/der Strahlkanäle. Bei Verbrennungsmotoranwendungen insbesondere für Motorräder, PKW, LKW oder dergleichen ist der Abstand in vorteilhafter Weise zwischen 0,5 und 0,7 mm. In diesem Bereich wird eine besonders vorteilhafte Kollision der Flüssigkeitsstrahlen generiert, wobei die Flüssigkeitsstrahlen im Wesentlichen noch als einheitlicher Strahl ausgebildet. Dementsprechend
kontrolliert findet der Zusammenprall der beiden
Flüssigkeitsstrahlen statt, sodass eine hohe Stabilität und/oder eine definierte Länge/Weite des erzeugten
Fächerstrahls realisiert wird. Entsprechend kann ein
Kontaktieren des Sprays bzw. der Tröpfchen mit der Wand des Betriebsraumes wirkungsvoll verhindert werden.
Vorteilhafterweise weist die Mehrfachstrahldüse
Austrittsöffnungen der Strahlkanäle auf, wobei zwischen den Austrittsöffnungen ein Versatz zwischen Mittelachsen der
Flüssigkeitsstrahlen in der Prallzone vorgesehen ist. Es hat. sich gezeigt, dass durch einen Versatz der Mittelachsen der Flüssigkeitsstrahlen die Orientierung der Fächerebene
eingestellt bzw. planmäßig gedreht werden kann. Hiermit kann u.a. eine räumliche Anpassung an etwas komplexer ausgebildete Brennräume mit Auswölbungen oder Aussparungen etc. vorgenommen werden. Beispielsweise können bei Verbrennungsmotoranwendungen eine Aussparung im Bereich von Ein- und/oder Auslassventilen oder dergleichen realisiert werden.
Vorteilhafterweise sind die Strahlkanäle der
Mehrfachstrahldüse in einem Winkel zueinander angeordnet und/oder ist ein Winkel zwischen den beiden Strahlkanälen bzw. Flüssigkeitsstrahlen im Wesentlichen zwischen 10° und 70°.
Innerhalb dieses Winkelbereichs hat sich gezeigt, dass zum einen eine besonders vorteilhafte Zerstäubung und
Fächerstrahlausformung durch den Zusammenprall der beiden Flüssigkeitsstrahlen generiert wird und zum anderen, dass keine nachteilige Rückstrahlung generiert wird. Eine
entsprechende Rückstrahlung der aufeinander prallenden
Flüssigkeitsstrahlen würde zu einer nachteiligen Verdampfung im Betriebsraum bzw. zu einem Kontakt der Flüssigkeit mit einer Wand des Betriebsraumes führen, d.h. in diesem Fall vor allem des Düsenkörpers. Dies wäre gerade bei
Kraftstoffanwendungen in Verbrennungsmotoren von erheblichem Nachteil .
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Winkel der Strahlkanäle zur Einstellung der Länge des Nahfeld- Flüssigkeitssprays vorgesehen und/oder ist ein erster Winkel der Strahlkanäle der Nahfeld-Düse größer ist als ein zweiter Winkel der Strahlkanäle der Weitstrahl-Düse. So kann
beispielsweise eine Vorrichtung oder ein Injektor realisiert werden, wobei wenigstens eine Weitstrahl-Düse und wenigstens eine Nahfeld-Düse jeweils als Doppelstrahl-/Mehrfachstrahldüse ausgebildet sind. Hierbei sind die Winkel zwischen den
jeweiligen Strahlkanälen/Flüssigkeitsstrahlen unterschiedlich groß. So wird der Fächerspray bzw. Flüssigkeitsnebel breiter und zugleich kürzer, je größer der Winkel zwischen den
jeweiligen Strahlkanälen/Flüssigkeitsstrahlen ist.
Entsprechend wird der Fächerspray bzw. Flüssigkeitsnebel schmäler und zugleich länger, je kleiner der Winkel zwischen den jeweiligen Strahlkanälen/Flüssigkeitsstrahlen ist.
Dementsprechend kann in vorteilhafter Weise der Winkel zur Einstellung der Länge des Weitstrahl- und/oder des Nahfeld-
Flüssigkeitssprays verwendet bzw. ausgebildet werden, z.B. ein Winkel von ca. 10° für einen Weitstrahl und ein Winkel von ca. 50° für einen Nahfeld-Strahl.
Vorzugsweise sind mehrere Nahfeld-Düsen und/oder mehrere
Weitstrahl-Düsen und/oder Mehrfachstrahldüsen wenigstens über eine in radialer Richtung ausgerichtete ümfangsflache eines Düsenkörpers verteilt angeordnet. Mit dieser Maßnahme kann eine rundum Abstrahlung bzw. im Wesentlichen vollumfängliche Verteilung der Flüssigkeitssprays verwirklicht werden, so dass der Betriebsraum bzw. Brennraum in vorteilhafter Weise
ausgefüllt bzw. erfasst wird.
Generell können unterschiedliche Eindringbereiche von
unterschiedlichen und/oder jeder einzelnen Düse bzw.
Flüssigkeitssprays/Fächerstrahlen vorgesehen werden. Auch kann durch Veränderung bzw. Anpassung des Druckbeaufschlagens der Flüssigkeit und/oder unterschiedliche Durchmesser des/der Strahlkanäle unterschiedliche Dimensionierungen bzw. Längen der Sprays generiert werden, sowohl bzgl. der Nahfeld-Düse, aber auch bzgl. der Weitstrahl-Düse.
Grundsätzlich kann/sollte gerade bei Anwendungen in
Verbrennungsmotoren oder dergleichen eine Anpassung der
Kolbengeometrie bzw. des Brennraums vorgesehen werden, z.B. eine Anpassung oder Ausbildung einer oder mehrerer
Kolbenmulden und/oder sog. Mehrfachmulden insb. auf jedem Eindringtiefendurchmesser. Hiermit kann eine vorteilhafte Interaktion mit den Flüssigkeitssprays bzw. Fächerstrahlen verwirklicht werden.
Vorteilhafterweise ist ein Verhältnis von einer Länge L des/der Strahlkanäle in Bezug zu einem Kanaldurchmesser D des/der Strahlkanäle größer als 5, insb. im Wesentlichen zwischen 5 und 10, vorzugsweise im Wesentlichen 7 ist
(V = L/D) . Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch ein derartiges L/D-Verhältnis eine besonders hohe
Strahlstabilität des Fächerstrahles generierbar ist. Es hat
sich gezeigt, dass gerade das L/D-Verhältnis von bedeutendem Einfluss ist, um eine stabile und reproduzierbare Kollision in der Prallzone bzw. eine stabile und reproduzierbare
Fäc.herstrahlausformung zu generieren.
Ein stabiler und reproduzierbarer Fächerstrahl ist für
zahlreiche Anwendungsfälle, insbesondere beim Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors oder dergleichen, von entscheidender Bedeutung ist. So konnte ermittelt werden, dass beispielsweise die Temperatur des
Kraftstoffs oder ein nahezu exakt eingestellter Druck der Flüssigkeit bzw. des Kraftstoffs oder der Gegendruck im
Betriebsraum etc. überraschenderweise für die Stabilität und Reproduzierbarkeit des Fächerstrahls in der Praxis von
untergeordneter Bedeutung sind.
Beispielsweise sind Kanaldurchmesser im Wesentlichen zwischen ca. 80 und 250 Mikrometer, vorzugsweise ca. 120 ym, von
Vorteil, insbesondere für Motorräder, PKW, LKW oder
dergleichen. Darüber hinaus sind zum Beispiel bei
Schiffdieselmotoren oder dergleichen Kanaldurchmesser von bis etwa 2 Millimetern denkbar.
Bei Dieselmotoren wird bislang in der Praxis Dieselkraftstoff mittels einer Einzeldüse bei einem Druck von ca. 2000 bar in den Brennraum eingespritzt. Gemäß der Erfindung ist aber auch ein geringerer Druck möglich. Hierdurch wird im Vergleich zum zuvor genannten Stand der Technik bei Dieseleinspritzungen ein erheblich geringerer Druck benötigt. Dies wirkt sich
vorteilhaft einerseits auf die konstruktive Dimensionierung der benötigten Komponenten aus, vor allem auch auf den Aufwand bzgl. Dichtungsmaßnahmen oder Dichtungselemente. Andererseits kann hierdurch eine erhebliche Energieeinsparung, nämlich durch die geringere Druckbeaufschlagung, realisiert werden.
Vorteilhafterweise weist wenigstens einer der Strahlkanäle oder alle Strahlkanäle einen positiven Konizitätsfaktor K auf, wobei der Konizitätsfaktor K = (Diimen - Daußen) * 100/L und/oder im Wesentlichen zwischen 1,0 und 3,0 ist, wobei in
Strömungsrichtung der Flüssigkeit betrachtet Dinneii ein Eintritts- oder Innen-Durchmesser und DaUßen ein Austritts- oder Außen-Durchmesser des/der Strahlkanäle und wobei L die Länge des/der Strahlkanäle ist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist eine Eintrittsquerschnittsfläche des/der
Strahlkanäle größer als eine Austrittsquerschnittsfläche des/der Strahlkanäle, wobei der Eintrittsquerschnitt des/der Strahlkanäle in Strömungsrichtung der Flüssigkeit betrachtet vor dem Austrittsquerschnitt angeordnet ist. Der
Austrittsquerschnitt ist in vorteilhafter Weise ein (lichter) Abschnitt/Teil einer (äußeren) Hüllfläche bzw. Mantelfläche des Düsenkörpers.
Mit .Hilfe dieser Maßnahmen wird ein Strahlkanal in
vorteilhafter Weise derart dimensioniert, dass dieser sich in Strömungsrichtung verjüngt bzw. konisch konvergent ausgebildet ist. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass hiermit eine sehr gute Strahlstabilität erzeugt wird. So werden
Strahlen generiert, die nach dem/vom Austritt aus dem
Düsenkörper bis zur Prallzone bzw. einem Kollisionspuhkt der Strahlen weitestgehend stabil bleiben, d.h. insb. ohne
aufzubrechen bzw. ohne dass vereinzelt/teilweise einzelne Tröpfchen oder dergleichen sich abtrennen/ablösen.
Die mit vorgenannten Maßnahmen generierten, im Wesentlichen stabilen Flüssigkeitsstrahlen kollidieren in vorteilhafter Weise mit definierten Kollisionsbedingungen in der Prallzone bzw. im Kollisionspunkt, sodass ein definierter und sehr stabiler Fächerstrahl generiert wird.
Im Sinn der Erfindung ist die Länge L des Strahlkanals derart definiert, dass die beiden lichten Querschnittsflächen bzw. die Hüllflächen/Mantelflächen des Düsenkörpers jeweils den Anfang und das Ende der Länge des Strahlkanals bilden. Das bedeutet, dass die lichte Mantelfläche des Düsenkörpers bzw. der entsprechende jeweilige Flächenschwerpunkt des Eintrittsund des Austrittsquerschnitts die Länge im Sinn der Erfindung definieren. Entsprechend wird der jeweilige Durchmesser D des
Strahlkanals im Sinn der Erfindung als Durchmesser der lichten Querschnittsfläche am Eintritt bzw. am Austritt der
Flüssigkeit in/aus dem Düsenkörper/Strahlkanal definiert.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:
Figur 1 eine schematische Draufsicht von unten auf
einen Injektor mit mehreren erfindungsgemäß unterschiedlich lang ausgebildeten
Flüssigkeitssprays,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht des Injektors gemäß Figur 1 mit mehreren erfindungsgemäß unterschiedlich lang ausgebildeten
Flüssigkeitssprays und einer vergrößerten, schematischen Darstellung,
Figur 3 eine schematische Prinzip-Darstellung mit vier, jeweils erfindungsgemäß unterschiedlich lang ausgebildeten Flüssigkeitssprays und
Figur 4 schematische Ansichten von Kolben eines
Verbrennungsmotors mit verschiedenen Mulden für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
In Figur 1 ist schematisch ein Injektor 1 gemäß der Erfindung dargestellt, wobei im Betrieb vier kürzere Fächerstrahlen 7 und vier längere Strahlen 6 generierbar sind. Figur 1
veranschaulicht, dass hiermit nicht wie ggf. beim Stand der Technik eine nahezu kreisrunde Querschnittskontur erfüllt wird, sondern es besteht die Möglichkeit eine im Wesentlichen quadratische Querschnittskontur auszufüllen.
Bei den längeren Strahlen 6 handelt es sich um einen Weitstrahlspray, der mittels einer Einzelstrahldüse 11 bzw. sog. „Single Hole Düse" generiert wird. D.h. diese Düse 11 weist lediglich einen einzigen Strahlkanal auf, durch den eine Flüssigkeit bzw. ein Kraft-/Brennstoff strömt und nach dem Austritt an einer Kanalöffnung sich zu einem Spray bzw. Nebel aus zahllosen Tröpfchen wandelt bzw. „zerfällt".
Dieser Spray hat eine vergleichsweise hohe Strömungsenergie bzw. Impuls und kann gerade bei Anwendungen in einem
Verbrennungsmotor eine vorteilhafte Interaktion mit der
Verbrennungsluft im Zylinder und/oder dem beweglichen Kolben generieren.
Die kürzeren Fächerstrahlen 7 werden mittels einer
Doppelstrahldüse 10 gebildet, wobei zwei Strahlkanäle
spitzwinklig zueinander angeordnet sind, so dass die durch diese strömende Flüssigkeit bzw. der Brenn-/Kraftstoff nach dem Durchtritt durch entsprechende Kanalöffnungen in einem Abstand zur Düsenwand aufeinanderprallen und zerstäuben.
Hierdurch werden besonders kleine Tröpfchen generiert, was sich vorteilhaft z.B. auf eine Verbrennung bei Kraft-/
Brennstoffanwendungen auswirkt.
Zudem werden durch die beiden aufeinanderprallenden
Flüssigkeitsstrahlen ein Fächerstrahl 7 gebildet, der im
Allgemeinen keinen nahezu kreisrunden Querschnitt, sondern einen elliptischen Querschnitt bzw. einen Querschnitt
aufweist, der in einer Ebene breiter als in einer senkrecht hierzu angeordneten Ebene ist (vgl. insb. Figur 2).
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Variante ist lediglich ein vorteilhaftes Beispiel. So kann auch ein Injektor 1 realisiert werden, der z.B. zwei Doppelstrahldüsen 10 und sechs Einzelstrahldüsen 11 oder sechs Doppelstrahldüsen 10 und eine einzige Einzelstrahldüse 11, etc. aufweist.
Mittels eines erfindungsgemäßen Injektors 1 können somit
unterschiedliche Eindringtiefen bzw. Längen L der Sprays bzw. Flüssigkeitsstrahlen generiert werden, so dass beispielsweise im zentrumsnahen Bereich eines Betriebsraumes B bzw. einer Brennkammer das gewünschte Kraftstoff-Luft-Gemisch generiert wird, während der längere Weitstrahl 6 dafür sorgt, dass die Interaktion von Spray/Kolben/Luft- und Ladungsbewegungen im Betriebsraum in vorteilhafter Weise erfolgt. Es können mittels der Erfindung u.a. zwei unterschiedliche Kraftstoffbereiche bzw. Kraftstoff-Luft-Gemische realisiert werden.
Generell ist von Vorteil, dass mittels der unterschiedlich langen Flüssigkeitsstrahlen 6, 7 eine Anpassung an die
räumliche, dreidimensionale Ausdehnung des Betriebsraumes B verwirklicht werden kann. Dies wird u.a. in Figur 3
schematisch veranschaulicht. Hier sind beispielhaft vier unterschiedliche Flüssigkeitsstrahlen 6, 7 sowie drei
verschiedene Radien bzw. Eindringtiefen I, II, III abgebildet. Beispielsweise ist die Eindringtiefe I für das
Brennraumzentrum bzw. den injektornahen Bereich, Eindringtiefe II für den Zwischenbereich zwischen Zentrum und Wandung und Eindringtiefe III für den Randbereich (bis kurz vor) der Wand des Betriebsraumes/Brennraumes vorgesehen.
So sind hierin schematisch zwei Fächersprays 7 sowie zwei dünnere, längere Sprays 6 aufgeführt, die jeweils
unterschiedliche Längen L aufweisen. Die Anzahl der Düsen bzw. Sprays kann hier von einer einzigen bis zu zahlreichen Düsen reichen.
Bei unterschiedlich langen und ggf. breiten Sprays 6,7 ist eine Anpassung des Kolbens von Brennkraftmaschinen von
Vorteil. So können beispielsweise wie in Figur 4 schematisch dargestellte Kolben 20 mit Mulden 21, 22 bzw. mit sog.
Mehrfachmulden vorgesehen werden. Hierbei können verschiedene, beispielhaft dargestellte Kolbengeometrien X, XI, XII
realisiert werden. Hiermit können die verschieden lang
ausgebildeten Sprays 6, 7, d.h. mit unterschiedlichen
Eindringtiefen I, II, III, in vorteilhafter Weise mit den Mulden 21, 22 interagieren .
Grundsätzlich können mit Hilfe der Erfindung zahlreiche
Vorteile erreicht werden, wie z.B.
- die Kombination unterschiedlicher Eindringtiefen I, II, III,
- das Flüssigkeits- bzw. Brennstoff-Luft-Gemisch ist für unterschiedliche Orte/Bereiche im Betriebsraum B bzw.
Brennraum einstellbar => homogen, fettes Gemisch
zentrumsnah, mageres Gemisch zentrumsnah, mager-fettmager Abstufung, etc.,
- sowohl mit unterschiedlichen Düsenarten (Einzelstrahl-/ Doppelstrahl-Düsen) aber auch mit unterschiedlich
ausgebildeten Doppelstrahldüsen ist eine Abstufung der Eindringtiefen I, II, III realisierbar, wobei z.B. die Winkel zwischen den Strahlkanälen z.B. ca. 10° = weit und ca. 50° = nah ausgebildet werden,
- es können Austrittsebenen (Höhen) in Längsrichtung des Injektors 1 und/oder Zylinders realisiert werden, z.B. 1. Ebene mit Doppelstrahldüsen und in Richtung der
Längsachse des Injektors 1 und/oder Zylinders bzw.
Kolbens 20 versetzt ist die 2. Ebene für weitere Düsen, insb. für Einzelstrahldüsen vorgesehen,
- vorteilhafte Interaktion bzw. weiteres Aufbrechen der
Strahlen 6, 7 durch Geschwindigkeitsunterschiede der verschiedenen Strahlen/Fächer untereinander wird nutzbar sowie
- Anwendung u.a. für Dieselmotoren und Benzinmotoren oder weitere Brennstoffe, insb. mit Ausrichtung von im
Wesentlichen radial und/oder axial.
Bezugszeichenliste
1 Injektor
2 Strahlkanal
3 Strahlkanal
4 Öffnung
5 Öffnung
6 Spray
7 Spray
10 Düse
11 Düse
20 Kolben
21 Mulde
22 Mulde
I Eindringtiefe
II Eindringtiefe
III Eindringtiefe
X Geometrie
XI Geometrie
XII Geometrie
B Betriebsraum L Länge
P Ebene