[go: up one dir, main page]

DE102006011721A1 - Injector for controlled injection of a gaseous fuel stream into a predetermined combustion zone and associated method for controlled injection - Google Patents

Injector for controlled injection of a gaseous fuel stream into a predetermined combustion zone and associated method for controlled injection Download PDF

Info

Publication number
DE102006011721A1
DE102006011721A1 DE102006011721A DE102006011721A DE102006011721A1 DE 102006011721 A1 DE102006011721 A1 DE 102006011721A1 DE 102006011721 A DE102006011721 A DE 102006011721A DE 102006011721 A DE102006011721 A DE 102006011721A DE 102006011721 A1 DE102006011721 A1 DE 102006011721A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
injector
nozzle
gaseous fuel
section
channel
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102006011721A
Other languages
German (de)
Inventor
Andre Dr. Kaufmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens Corp
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 Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DE102006011721A priority Critical patent/DE102006011721A1/en
Priority to PCT/EP2007/051881 priority patent/WO2007104644A1/en
Publication of DE102006011721A1 publication Critical patent/DE102006011721A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248Injectors
    • F02M21/0257Details of the valve closing elements, e.g. valve seats, stems or arrangement of flow passages
    • F02M21/026Lift valves, i.e. stem operated valves
    • F02M21/0269Outwardly opening valves, e.g. poppet valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248Injectors
    • F02M21/0257Details of the valve closing elements, e.g. valve seats, stems or arrangement of flow passages
    • F02M21/026Lift valves, i.e. stem operated valves
    • F02M21/0263Inwardly opening single or multi nozzle valves, e.g. needle valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/024Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/026Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/027Determining the fuel pressure, temperature or volume flow, the fuel tank fill level or a valve position
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0209Hydrocarbon fuels, e.g. methane or acetylene
    • F02M21/0212Hydrocarbon fuels, e.g. methane or acetylene comprising at least 3 C-Atoms, e.g. liquefied petroleum gas [LPG], propane or butane
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Entlang dem austrittsseitigen Endabschnitt des Düsenkanals (NC1) eines Injektors (IN1) für gasförmige Kraftstoffe (GA) ist vom dortigen Außenwandkonturabschnitt der axial beweglichen Injektornadel (NE1) des Injektors (IN1) und vom dortigen Innenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses (CAS1) eine Austrittsdüse (LN1) für den gasförmigen Kraftstoffstrom (GA) gebildet, die einen konvergierenden Einströmkanalabschnitt (CV1) und einen sich daran stromabwärts anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitt (DV1) aufweist.Along the exit-side end portion of the nozzle channel (NC1) of an injector (IN1) for gaseous fuels (GA) is from the outer wall contour section the axially movable injector needle (NE1) of the injector (IN1) and from the inner wall contour section of the injector housing (CAS1) an outlet nozzle (LN1) for the gaseous Fuel flow (GA) formed, which has a converging inflow passage section (CV1) and a subsequent downstream, divergent outflow channel section (DV1).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Bei Kraftstoffverbrennungsmotoren, die nach dem Ottomotorprinzip arbeiten, können flüssige oder gasförmige Kraftstoffe verbrannt werden. Flüssige Kraftstoffe wurden früher in einem Vergaser verflüchtigt und werden heute meist in den Kanal eines Saugrohres vor dem Einlass- bzw. Einspritzventil des jeweiligen Zylinders des Kraftstoffverbrennungsmotors eingespritzt. Diese Kraftstoffeinspritzung in den Saugrohrkanal wird als sogenannte Kanaleinspritzung bezeichnet. Eine Alternative zur Kanaleinspritzung ist die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum des jeweiligen Zylinders. Die Direkteinspritzung erlaubt andere Brennverfahren, insbesondere die sogenannte Kraftstoffschichtung. Diese ermöglicht eine drosselfreie Laststeuerung, wodurch der Wirkungsgrad des thermischen Kraftstoff-Verbrennungsprozesses im jeweiligen Zylinder des Kraftstoffverbrennungsmotors gesteigert werden kann, da Pumpverluste wegfallen oder gemindert werden.at Fuel-burning engines operating on the gasoline engine principle, can liquid or gaseous Fuels are burned. liquid Fuels were earlier volatilized in a carburetor and are now mostly in the channel of a suction pipe before the inlet or injection valve of the respective cylinder of the internal combustion engine injected. This fuel injection into the intake manifold is referred to as so-called port injection. An alternative to the port injection is the direct injection of the fuel into the combustion chamber of the respective cylinder. The direct injection allows other combustion processes, in particular the so-called fuel stratification. This allows a throttle-free load control, reducing the efficiency of the thermal Fuel combustion process in the respective cylinder of the internal combustion engine can be increased, since pumping losses are eliminated or reduced become.

Bei der Kraftstoff-Schichtung wird ein gut brennbares Kraftstoff/Luftgemisch nur lokal in der Nähe der Zündkerze in der Brennkammer des jeweiligen Zylinders erzeugt, während in anderen Teilen des Brennraumes der Brennkammer die angesaugte Luft lediglich als Inertgas dient. Die Kraftstoffschichtung wird bei flüssigen Kraftstoffen mit Hilfe einer fein zerstäubten Gemischwolke bewirkt. Ziel ist es dabei, die Gemischwolke in einem engen Zeitfenster in der Brennkammer so zu hinterlegen, dass zum einen die Zeit von der Einspritzung bis zur Zündung zu einer Verdunstung der flüssigen Kraftstofftröpfen in der Gemischwolke ausreicht und anderseits eine globale Durchmischung der Frischluft mit dem Kraftstoff möglichst vermieden wird. Die Eindringtiefe des flüssigen Kraftstoffs in das Innere der Brennkammer hinein hängt dabei vom Impuls der eingespritzten Kraftstoff-Tröpfchen sowie von den Randbedingungen im Brennraum ab. Die dazu verwendeten Injektoren, die mit flüssigen Kraftstoffen nach dem Dieselprinzip arbeiten, haben meist die Form von Mehrlochdüsen. Da eine Selbstzündung des Kraftstoffs bei einer bestimmten, vorliegenden Temperatur in Kontakt mit Sauerstoff erfolgt, ist eine vorherige Durchmischung nicht erforderlich. Die Verbrennung ist in diesem Fall mischungskontrolliert. Bei Fremdzündung wie im Ottomotor ist eine brennbare Gemischwolke am Zündort erforderlich. Dies bedingt somit lokal eine Durchmischung von flüssigem Kraftstoff und Ladeluft.at The fuel stratification becomes a good combustible fuel / air mixture only locally nearby the spark plug generated in the combustion chamber of the respective cylinder while in other parts of the combustion chamber of the combustion chamber, the intake air only serves as an inert gas. The fuel stratification is at liquid fuels with the help of a finely atomized Mixture cloud causes. The goal is to make the mixture cloud in one narrow time window in the combustion chamber to deposit so that the the time from injection to ignition to evaporation the liquid Kraftstofftröpfen sufficient in the mixture cloud and on the other hand a global mixing the fresh air with the fuel is avoided as possible. The Penetration depth of the liquid Fuel in the interior of the combustion chamber into it from the momentum of the injected fuel droplets as well as from the boundary conditions in the combustion chamber. The used for it Injectors with liquid Fuels operating on the diesel principle usually have the form of multi-hole nozzles. Because a self-ignition of the fuel at a given, present temperature in Contact with oxygen is a prior mixing not mandatory. The combustion is in this case mixture-controlled. at spark ignition As in the gasoline engine, a combustible mixture cloud is required at the ignition point. This requires local mixing of liquid fuel and charge air.

Derartige Injektoren für flüssige Kraftstoffe sind meist so ausgelegt, dass eine sogenannte Kavitation, d.h. Gasblasenbildung, beim Einspritzen bzw. Eindüsen der flüssigen Kraftstoffteilchen in die Brennkammer weitgehend vermieden wird. Dazu ist beispielsweise beim Injektor der US 6,173,912 B1 vorgesehen, den Durchlassquerschnitt des Düsenkanals des Injektors in Richtung auf dessen Austrittsöffnung zu verringern. Bei der Injektion von gasförmigen Kraftstoffen tritt dieses Kavitationsproblem allerdings nicht auf, da kein Phasenübergang vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand wie bei injizierten flüssigen Kraftstoffteilchen stattfindet.Such injectors for liquid fuels are usually designed so that a so-called cavitation, ie gas bubble formation, is largely avoided when injecting or injecting the liquid fuel particles into the combustion chamber. This is the example of the injector US 6,173,912 B1 provided to reduce the passage cross-section of the nozzle channel of the injector in the direction of the outlet opening. In the injection of gaseous fuels, however, this cavitation problem does not occur because there is no phase transition from the liquid state to the gaseous state as with injected liquid fuel particles.

Gegenüber flüssigen Kraftstoffen entfällt bei gasförmigen Kraftstoffen die zeitliche Grenze der Verdunstung. Hier ist bereits die Erreichung eines gut brennbaren Luft-/Kraftstoffgemisches in der Nähe der Zündkerze in der Brennkammer des jeweiligen Zylinders ausreichend. Hierzu ist eine lokale Durchmischung der eingelassenen, angesaugten Frischluft bzw. allgemein ausgedrückt des eine exotherme Verbrennungsreaktion eingehenden Gases mit dem gasförmigen Kraftstoff im Bereich der Zündkerze gefordert. Genau dies ist allerdings in der Praxis erschwert, da die Eindringtiefe gasförmiger Kraftstoffteilchen beim Eindüsen mittels Injektor bei gleicher Austrittsgeschwindigkeit im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffteilchen geringer ist. Denn durch die geringere Dichte gasförmiger Kraftstoffteilchen im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffteilchen kann den gasförmigen Kraftstoffteilchen lediglich ein geringerer Impuls bei gleicher Austrittsgeschwindigkeit aus dem Injektor mitgegeben werden.Compared to liquid fuels deleted at gaseous Fuels the time limit of evaporation. Here is already the achievement of a good combustible air / fuel mixture near the spark plug sufficient in the combustion chamber of the respective cylinder. For this is a local mix of sunken, fresh air taken in or in general terms of an exothermic combustion reaction incoming gas with the gaseous Fuel in the area of the spark plug required. Exactly this is however in practice more difficult, since the penetration depth gaseous Fuel particles during injection by injector at the same exit velocity in comparison to liquid Fuel particle is lower. Because of the lower density gaseous Fuel particles compared to liquid fuel particles can the gaseous Fuel particles only a lesser pulse at the same Exit velocity from the injector are given.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Injektor zum kontrollierten Eindüsen gasförmiger Kraftstoffsteilchen in eine vorgegebene, lokal begrenzte Verbrennungszone in einer mit Luft oder mit einem sonstigen exotherm reagierenden Füllungsgas gefüllten Brennkammer bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit Hilfe des folgenden, erfindungsgemäßen Injektors gelöst:
Injektor zum kontrollierten Eindüsen eines gasförmigen Kraftstoffstroms in eine vorgegebene Verbrennungszone in einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine durch einen Düsenkanal zwischen seiner innen angeordneten, Axialhubbeweglich gelagerten Injektornadel und der Innenwand seines außen angeordneten Injektorgehäuses, wobei entlang dem austrittsseitigen Endabschnitt des Düsenkanals vom dortigen Außenwandkonturabschnitt der axial beweglichen Injektornadel und vom dortigen Innenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses eine Austrittsdüse für den gasförmigen Kraftstoffstrom gebildet ist, die einen konvergierenden Einströmkanalabschnitt und einen sich daran stromabwärts anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitt aufweist.
The object of the invention is to provide an injector for the controlled injection of gaseous fuel particles into a predetermined, locally limited combustion zone in a combustion chamber filled with air or with another exothermically reacting charge gas. This object is achieved with the aid of the following injector according to the invention:
Injector for the controlled injection of a gaseous fuel flow in a predetermined combustion zone in a combustion chamber of an internal combustion engine through a nozzle channel between its arranged inside, Axialhubbeweglich mounted Injektornadel and the inner wall of its outer injector housing, along the exit-side end portion of the nozzle channel from there outer wall contour portion of the axially movable Injektornadel and from the inner wall contour section of the injector housing there is formed an outlet nozzle for the gaseous fuel stream, which has a converging inflow channel section and a downstream, diverging outflow channel section.

Aufgrund dieser Geometrie lässt sich am Injektoraustritt in vorteilhafter Weise eine Überschallströmung erzeugen. Durch die Kombination aus konvergierendem Einströmkanalabschnitt und sich daran stromabwärts anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitt der Austrittsdüse des Injektors lassen sich die gasförmigen Kraftstoffteilchen somit mit einer derart hohen Geschwindigkeit in das Innere der Brennkammer eindüsen bzw. einblasen, dass der Brennstoff zügig in die Nähe der Zündkerze gelangt, ohne sich durch Diffusion mit der gesamten Ladeluft zu durchmischen. Insbesondere lässt sich mit Hilfe der Querschnittsgeometrie des konvergierenden Einströmkanalabschnitts und des sich daran stromabwärts anschließenden Ausströmkanalabschnitts der Austrittsdüse die interne Energie der gasförmigen Kraftstoffteilchen in eine Impulszunahme und damit einhergehend in eine höhere Eindringgeschwindigkeit im Überschallbereich effizient umsetzen. Dies geht in vorteilhafter Weise mit einer Temperaturabsenkung der eingedüsten gasförmigen Kraftstoffteilchen einher. Eine Absenkung der Ladelufttempertur ermöglicht vorteilhaft eine Erweiterung des Zündfensters hinsichtlich des Klopfverhaltens. Somit wird ein verbesserter Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erreicht.Due to this geometry, a supersonic flow can be advantageously achieved at the injector outlet generate power. Due to the combination of converging inflow channel section and adjoining downstream, diverging outflow channel section of the outlet nozzle of the injector, the gaseous fuel particles can thus be injected or blown into the interior of the combustion chamber at such a high speed that the fuel quickly reaches the vicinity of the spark plug, without mixing by diffusion with the entire charge air. In particular, with the aid of the cross-sectional geometry of the converging inflow passage section and the outflow passage section of the exit nozzle downstream therefrom, the internal energy of the gaseous fuel particles can be efficiently converted into an increase in impulse and concomitantly into a higher penetration speed in the supersonic range. This is advantageously accompanied by a drop in temperature of the injected gaseous fuel particles. A lowering of the charge air temperature advantageously allows an extension of the ignition window with regard to the knocking behavior. Thus, an improved efficiency of the internal combustion engine is achieved.

Da sich die Querschnittsgeometrieform der Austrittsdüse des Injektors durch einen entsprechenden Axialhub der Injektornadel flexibel einstellen lässt, lässt sich für eine Vielzahl praktischer Gegebenheiten in vorteilhafter Weise stets eine solch hohe Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite des Injektors und der Innendruckseite der Brennkammer erzeugen, dass die gasförmigen Kraftstoffteilchen einen ausreichend hohen Impuls aufweisen, um entgegen dem Fülldruck der Brennkammer bis zur gewünschten, lokalen Verbrennungszone in ausreichender Menge zu gelangen.There the cross-sectional geometry shape of the outlet nozzle of the injector set flexible by a corresponding Axialhub the Injektornadel leaves, let yourself for one Variety of practical conditions in an advantageous way always such a high pressure difference between the high pressure side of the injector and the internal pressure side of the combustion chamber generate the gaseous fuel particles have a sufficiently high pulse to counter to the filling pressure the combustion chamber to the desired, local combustion zone in sufficient quantity to arrive.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum kontrollierten Eindüsen eines gasförmigen Kraftstoffstroms in eine vorgegebene Verbrennungszone in einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine durch einen Düsenkanal zwischen einer innen angeordneten, Axialhub- beweglich gelagerten Injektornadel und der Innenwand eines außen angeordneten Injektorgehäuses eines Injektors, der insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, indem entlang dem austrittsseitigen Endabschnitt des Düsenkanals vom dortigen Außenwandkonturabschnitt der axial beweglichen Injektornadel und vom dortigen Innenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses eine Austrittsdüse geformt wird, durch deren Einströmkanalabschnitt der gasförmige Kraftstoffstrom konvergiert und durch deren stromabwärts angeordneten Ausströmkanalabschnitt der gasförmige Kraftstoffstrom divergiert und dadurch in Richtung auf die vorgegebene Verbrennungszone in der Brennkammer beschleunigt wird.The The invention also relates to a method for the controlled injection of a gaseous Fuel flow in a given combustion zone in a combustion chamber an internal combustion engine through a nozzle channel between an inside arranged, Axialhub- movably mounted Injektornadel and the Interior wall of an exterior arranged injector housing an injector, in particular according to one of the preceding claims is formed by along the exit-side end portion of the nozzle channel from there outer wall contour section the axially movable Injektornadel and from there inner wall contour section of the injector housing an outlet nozzle is formed, through the inflow channel section the gaseous Fuel flow converges and arranged downstream Ausströmkanalabschnitt the gaseous Fuel flow diverges and thereby in the direction of the given Combustion zone is accelerated in the combustion chamber.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.other Further developments of the invention are given in the dependent claims.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The Invention and its developments are described below with reference to Drawings closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 in schematischer sowie vergrößerter Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors, dessen Injektornadel eine Sperrstellung einnimmt, 1 in a schematic and enlarged view of a first embodiment of an injector according to the invention, the injector needle assumes a blocking position,

2 in schematischer sowie vergrößerter Darstellung den Injektor von 1 in einer Eindüsstellung seiner Injektornadel, um gasförmige Kraftstoffteilchen durch seine Austrittsdüse beschleunigt mit Überschall in das Innere einer Brennkammer eindüsen zu können, 2 in a schematic and enlarged view of the injector of 1 in an injection position of its injector needle, in order to be able to inject gaseous fuel particles through its outlet nozzle with supersonic acceleration into the interior of a combustion chamber,

3 in schematischer Darstellung eine beispielhafte Steuerung des Axialhubs der Injektornadel des Injektors der 1 und 2 mittels eines Motorsteuergeräts, das eine Vielzahl von Verbrennungsparametern für die in der Brennkammer ablaufende thermische Kraftstoffverbrennung erfasst und abhängig von mindestens einem Verbrennungsparameter die Geometrieform der Austrittsdüse des Injektors anpasst, und 3 a schematic representation of an exemplary control of the axial stroke of the injector needle of the injector 1 and 2 by means of an engine control unit, which detects a multiplicity of combustion parameters for the thermal fuel combustion taking place in the combustion chamber and, depending on at least one combustion parameter, adapts the geometry shape of the outlet nozzle of the injector, and

4 in schematischer sowie vergrößerter Darstellung ein zweites, abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors. 4 in schematic and enlarged view, a second, modified embodiment of an injector according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 mit 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of action are in the 1 4 each provided with the same reference numerals.

Die 1 und 2 zeigen jeweils in schematischer sowie vergrößerter Längschnittdarstellung einen ersten Injektor IN1 nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip zur Eindüsung von gasförmigen Kraftstoffteilchen GA in das Innere einer Brennkammer CC des jeweiligen Zylinders eines Kraftstoffverbrennungsmotors mit Überschall. Als gasförmige Kraftstoffe können beispielsweise Erdgas (sogenanntes CNG = „Compressed Natural Gas") oder sogenanntes LPG („Liquidfied Petroleum Gas") verwendet werden. Der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber ist in den 1 und 2 jeweils nur eine Hälfte des bezüglich seiner Zentralachse rotationssymmetrisch aufgebauten Injektors IN1 abgebildet. Die Zentralachse des Injektors IN1 ist jeweils strichpunktiert eingezeichnet und mit AX bezeichnet. Bezüglich dieser Zentralachse AX ist also der Injektor IN1 räumlich betrachtet konzentrisch aufgebaut. Er weist ein im wesentlichen zylinderförmiges Injektorgehäuse CAS1 auf, in dessen Innerem eine Injektornadel NE1 achssymmetrisch zur Zentralachse AX untergebracht und entlang dieser in axialer Richtung auf- und abwärts beweglich gelagert ist.The 1 and 2 each show in a schematic and enlarged longitudinal sectional view of a first injector IN1 according to the inventive design principle for the injection of gaseous fuel particles GA in the interior of a combustion chamber CC of the respective cylinder of a fuel internal combustion engine with supersonic. For example, natural gas (so-called CNG = compressed natural gas) or so-called LPG (liquid-filled petroleum gas) can be used as gaseous fuels. The draw for the sake of clarity, is in the 1 and 2 only one half of the rotationally symmetrical with respect to its central axis constructed injector IN1 shown. The central axis of the injector IN1 is shown in each case dash-dotted lines and designated AX. With regard to this central axis AX, the injector IN1 is thus constructed concentrically in terms of space. It has a substantially cylindrical injector housing CAS1, in the interior of which an injector needle NE1 is accommodated axially symmetrically with respect to the central axis AX and is mounted movably up and down along it in the axial direction.

Diese axiale Hubbewegung der Injektornadel IN1 wird mit Hilfe eines Aktuators bzw. Betätigungselements AC bewirkt. Die Aufwärtsbewegung ist mit einem Pfeil US, die Abwärtsbewegung mit einem Pfeil DS symbolisiert. Die Betätigung, d.h. die Aktivierung in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung, sowie der Stopp bzw. das Anhalten, der Injektornadel NE1 mit Hilfe des Aktuators AC sind in den 1, 2 jeweils durch einen Wirkpfeil WP1 angedeutet. Der Aktuator AC ist über eine Steuerleitung SL1 mit einem Motorsteuergerät ECU verbunden. Dieser übermittelt über die Steuerleitung SL1 Steuersignale oder Regelsignale SS1 zur Betätigung, d.h. Axialhubbewegung oder zum Stopp der Injektornadel NE1 des Injektors IN1.This axial lifting movement of the Injektornadel IN1 is effected by means of an actuator or actuator AC. The upward movement is symbolized by an arrow US, the downward movement by an arrow DS. The operation, ie the activation in the upward or downward direction, as well as the stop or stopping, the Injektornadel NE1 by means of the actuator AC are in the 1 . 2 each indicated by an action arrow WP1. The actuator AC is connected to an engine control unit ECU via a control line SL1. This transmits via the control line SL1 control signals or control signals SS1 for actuation, ie Axialhubbewegung or to stop the Injektornadel NE1 of the injector IN1.

Die Injektornadel NE1 ist im Injektorgehäuse CAS1 derart mit Spiel untergebracht, dass zwischen ihrer Außenwand und der Innenwand des Injektorgehäuses CAS1 entlang dessen axialen Längserstreckung ein langgestreckter Spaltfreiraum als Düsenkanal NC1 vorhanden ist. Dieser Düsenkanal NC1 weist insgesamt eine im Wesentlichen kreisringförmige bzw. torusförmige Querschnittsform in einer Blickebene des Injektors IN1 auf, die senkrecht zur Zeichenebene von 1 bzw. 2 liegt und zu der die Zentralachse AX eine Flächennormale bildet. Die Injektornadel NE1 ist im Längsschnitt betrachtet in erster Annäherung an ihrem Endabschnitt, der aus der Öffnung der Aufnahmekammer des Injektorgehäuses CAS1 hervorsteht, ankerartig ausgebildet. Die 1 zeigt dabei die Injektornadel NE1 in einer Sperrstellung, in der sie den Düsenkanal NC1 im Bereich seines austrittsseitigen Endabschnitts absperrt, d.h. der Injektor IN1 nimmt eine Schließstellung ein. Die 2 zeigt demgegenüber die Injektornadel NE1 in einer axialen Hubposition, in der der Düsenkanal NC1 ausgangsseitig maximal geöffnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass in dieser geöffneten Stellung des Injektors IN1 von 2 die Injektornadel NE1 in eine vorbestimmte Eindüs-Endstellung gebracht ist. Die Injektornadel NE1 wird durch ihren Aktuator AC zwischen ihrer Eindüs-Endstellung von 2 und ihrer Sperrstellung von 1 in axialer Richtung entsprechend dem Zyklus des thermischen Verbrennungsprozesses in der Brennkammer hin und her bewegt, um in das Innere der Brennkammer CC des jeweiligen Zylinders vorzugsweise vor und/oder bei dessen Arbeitstakt bzw. Kompressionstakt die gasförmigen Gasteilchen in passender Menge einzudüsen. Die Brennkammer CC ist in den 1 und 2 der zeichnerischen Einfachheit halber lediglich durch eine strichpunktierte Umrahmung angedeutet. Sie ist insbesondere Teil eines Zylinders eines Kraftstoffverbrennungsmotors. Hier im Ausführungsbeispiel ragt in die Brennkammer CC eine Zündkerze IP hinein. Der Nahbereich um diese Zündkerze IP herum legt eine lokale Verbrennungszone CCL fest, lediglich innerhalb der eine Gemischwolke CL zwischen den eingedüsten gasförmigen Kraftstoffteilchen und angesaugter Luft gewünscht ist.The injector needle NE1 is accommodated in the injector housing CAS1 with play such that an elongated gap as a nozzle channel NC1 is present between its outer wall and the inner wall of the injector housing CAS1 along its axial longitudinal extent. This nozzle channel NC1 has an overall substantially annular or toroidal cross-sectional shape in a viewing plane of the injector IN1, which is perpendicular to the plane of 1 respectively. 2 and to which the central axis AX forms a surface normal. The Injektornadel NE1 is viewed in longitudinal section in first approach to its end portion, which protrudes from the opening of the receiving chamber of the injector CAS1, anchor-like manner. The 1 shows the Injektornadel NE1 in a blocking position in which it shuts off the nozzle channel NC1 in the region of its outlet-side end portion, ie, the injector IN1 assumes a closed position. The 2 shows the Injektornadel NE1 in an axial stroke position in which the nozzle channel NC1 output side is maximally open. In other words, that means that in this open position of the injector IN1 of 2 the injector needle NE1 is brought into a predetermined injection end position. The injector needle NE1 is actuated by its actuator AC between its Eindüs end position of 2 and their blocking position of 1 in the axial direction according to the cycle of the thermal combustion process in the combustion chamber reciprocally moved to preferably inject into the interior of the combustion chamber CC of the respective cylinder before and / or at its power stroke or compression stroke, the gaseous gas particles in a suitable amount. The combustion chamber CC is in the 1 and 2 the drawing simplicity indicated only by a dot-dashed frame. In particular, it is part of a cylinder of a fuel-burning engine. In the exemplary embodiment, a spark plug IP projects into the combustion chamber CC. The near zone around this spark plug IP defines a local combustion zone CCL, only within which a mixture cloud CL between the injected gaseous fuel particles and aspirated air is desired.

Um zu erreichen, dass die gasförmigen Kraftstoffteilchen in das Innere der Brennkammer CC möglichst konzentriert nur in die vorgegebene Verbrennungszone bzw. Zündzone CCL eingebracht werden und dabei eine globale Durchmischung der eingeblasenen gasförmigen Kraftstoffteilchen mit der in der Brennkammer komprimierten Luft im gesamten Brennkammerraum weitgehend vermieden ist, ist für den eingangsseitig in den Düsenkanal NC1 einströmenden, gasförmigen Kraftstoffstrom GA entlang dem austrittseitigen Endabschnitt des Düsenkanals NC1 vom dortigen Außenwandkonturabschnitt der axial beweglichen Injektornadel NE1 und dem dortigen Innenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses CAS1 eine Austrittsdüse LN1 gebildet, die einen konvergierenden Einströmkanalabschnitt CV1 und einen sich daran stromabwärts anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitt DV1 aufweist. Der konvergierende Einströmkanalabschnitt CV1 weist eine sich in Strömungsrichtung kontinuierlich bzw. stetig verjüngende Querschnittsgeometrieform auf, während sich der divergierende Ausströmkanalabschnitt DV1 im Längsschnitt betrachtet in Ausströmrichtung kontinuierlich aufweitet. Die Übergangszone bzw. Sattelzone NA1 zwischen dem Ausgang des konvergierenden Einströmkanalabschnitts CV1 und dem Eingang des sich stromabwärts anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitt DV1 ist in der offenen Eindüsstellung der Injektornadel NE1 von 2 mit NA1 bezeichnet. In dieser Übergangszone weist die Austrittsdüse LN1 eine minimale Durchlassquerschnittsfläche auf. Insbesondere ist dort ihre Durchlassquerschnittsfläche im Wesentlichen konstant.In order to achieve that the gaseous fuel particles in the interior of the combustion chamber CC as concentrated as possible be introduced only in the predetermined combustion zone or ignition zone CCL and thereby a global mixing of the injected gaseous fuel particles with the compressed air in the combustion chamber is largely avoided in the entire combustion chamber space, is formed for the input side into the nozzle channel NC1, gaseous fuel flow GA along the outlet side end portion of the nozzle channel NC1 from there outer wall contour portion of the axially movable Injektornadel NE1 and the local inner wall contour portion of the Injektorgehäuses CAS1 an outlet nozzle LN1, which has a converging inflow passage CV1 and one downstream has subsequent, diverging outflow channel DV1. The converging inflow channel section CV1 has a cross-sectional geometry shape which continuously or continuously tapers in the flow direction, while the divergent outflow channel section DV1, viewed in longitudinal section, continuously widens in the outflow direction. The transition zone or saddle zone NA1 between the exit of the converging inflow passage section CV1 and the entrance of the downstream adjoining divergent outflow passage section DV1 is in the open injection position of the injector needle NE1 of FIG 2 denoted NA1. In this transitional zone, the exit nozzle LN1 has a minimum passage cross-sectional area. In particular, their passage cross-sectional area is substantially constant there.

Auf diese Weise bildet der austrittsseitige Außenwandkonturabschnitt der Injektornadel NE1 einen derartig beweglichen Innenwandkonturabschnitt für die Austrittsdüse LN1, dass deren Durchströmungsquerschnittsgeometrie über ihre Durchströmungslänge betrachtet veränderbar ist, wenn die Injektornadel NE1 von ihrer Sperrstellung in eine vorgebbare Eindüsstellung wechselt. Insbesondere lässt sich durch die axiale Hubbewegung der Injektornadel NE1 die Durchströmungsquerschnittsgeometrie der Austrittsdüse an mindestens einen vorliegenden Verbrennungsparameter flexibel anpassen, der für den thermischen Verbrennungsprozess in der Brennkammer maßgeblich ist. Dazu gehören insbesondere der Kraftstoffdruck im Düsenkanal CE1 vor dessen Austrittsdüse LN1, der Brennraumdruck in der Brennkammer CC, und/oder die jeweilig in die Verbrennungszone CCL einzudüsende Kraftstoffmenge an gasförmigen Kraftstoffteilchen GA.In this way, the outlet-side outer wall contour section of the injector needle NE1 forms such a movable inner wall contour section for the outlet nozzle LN1 that its flow cross-sectional geometry is variable over its flow length when the injector needle NE1 changes from its blocking position into a predeterminable injection position. In particular, due to the axial stroke movement of the injector needle NE1, the flow cross-sectional geometry of the outlet nozzle can be at least flexibly adapt an existing combustion parameter that is relevant to the thermal combustion process in the combustion chamber. These include, in particular, the fuel pressure in the nozzle channel CE1 before its outlet nozzle LN1, the combustion chamber pressure in the combustion chamber CC, and / or the fuel quantity of gaseous fuel particles GA to be injected into the combustion zone CCL.

Durch den voraus angeordneten, konvergierenden Einströmkanalabschnitt CV1 werden die gasförmigen Kraftstoffteilchen GA beschleunigt und ihre Geschwindigkeit gegenüber ihrer Geschwindigkeit vor dem Einlass in den konvergierenden Einströmkanalabschnitt erhöht. Auf Grund der Kombination dieses konvergierenden Einströmkanalabschnitts mit dem stromabwärts nachfolgenden, divergierenden Kanalausströmkanalabschnitt ist es insbesondere ermöglicht, dass der aus der Austrittsöffnung OP der Austrittsdüse LN1 ausgedüste bzw. ausgeblasene gasförmige Kraftstoffstrom JS Schall- oder gar Überschallgeschwindigkeit erreicht. Zur Erzeugung einer Überschallströmung für die gasförmigen Kraftstoffteilchen ist entlang dem austrittsseitigen Endabschnitt des Düsenkanals NC1 durch den Außenwandkonturabschnitt der axial beweglichen Injektornadel NE1 und durch den Innenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses CAS1 zweckmäßigerweise eine Lavaldüse als Austrittsdüse LN1 gebildet. Dabei ist die Querschnittsgeometrieform des konvergierenden Einströmkanalabschnitts CV1 und zugleich des divergierenden Ausströmkanalabschnitts DV1 dieser Lavaldüse durch die axiale Hubbewegung der Injektornadel NE1 und der damit einhergehenden Lageveränderung deren Außenwandkontur variabel bzw. flexibel einstellbar.By be arranged in advance, the converging inflow passage portion CV1 the gaseous Fuel particle GA accelerates and their speed against their Speed upstream of the inlet into the converging inflow passage section elevated. Due to the combination of this converging inflow passage section with the downstream subsequent, diverging Kanalausströmkanalabschnitt it is particular allows that from the outlet OP of the outlet nozzle LN1 exhausted or blown gaseous Fuel flow JS Sound or supersonic speed reached. to Generation of a supersonic flow for the gaseous fuel particles is along the exit-side end portion of the nozzle channel NC1 through the outer wall contour section the axially movable Injektornadel NE1 and through the inner wall contour portion of the injector housing CAS1 expediently a Laval nozzle as outlet nozzle LN1 formed. Here, the cross-sectional geometry shape of the convergent Einströmkanalabschnitts CV1 and at the same time the divergent outflow channel DV1 this Laval nozzle through the axial stroke of the Injektornadel NE1 and the associated change of position its outer wall contour adjustable or flexibly adjustable.

Auf diese Weise ist es ermöglicht, den gasförmigen Kraftstoffteilchen GA eine solch hohe Eindringgeschwindigkeit mit Schall, insbesondere Überschallgeschwindigkeit, beim Austritt aus der Austrittsdüse LN1 mitzugeben, dass ihre Eindringtiefe in den Raum der Brennkammer hinein ausreicht, um in ausreichender Zahl die vorgegebene lokale Verbrennungszone CCL im Inneren der Brennkammer CC zu erreichen. Dabei ist ihre Eindringgeschwindigkeit so hoch, dass ihr Impuls größerals der Gegenimpuls der angesaugten, komprimierten Luft in der Brennkammer CC ist.On this way it is possible the gaseous Fuel particles GA with such a high penetration rate Sound, in particular supersonic speed, at the exit from the outlet nozzle Indicate that LN1 their penetration into the space of the combustion chamber sufficient in sufficient number to the given local Combustion zone CCL inside the combustion chamber CC to achieve. Their penetration rate is so high that their momentum bigger than that Counterpulse of the sucked, compressed air in the combustion chamber CC is.

Bei lavaldüsenartiger Querschnittsgeometrie der Austrittsdüse LN1 ergeben sich für den gasförmigen Kraftstoffstrom GA folgende Strömungsverhältnisse hinsichtlich seines Geschwindigkeitsverlaufs sowie Druckverlaufs:

Figure 00100001
In lavaldüsenartiger cross-sectional geometry of the outlet nozzle LN1 arise for the gaseous fuel flow GA following flow conditions with regard to its velocity profile and pressure curve:
Figure 00100001

Dabei ist M die Machzahl M = c/a mit c als Gasgeschwindigkeit und mit a als Schallgeschwindigkeit am Eintritt der Lavaldüse. A ist die Durchlassfläche am jeweiligen Ort der Längserstreckung der Lavaldüse.there M is the Mach number M = c / a with c as gas velocity and with a as the speed of sound at the inlet of the Laval nozzle. A is the passage area at the respective location of the longitudinal extent the Laval nozzle.

Nimmt man A(x) als gegeben, c(x) und M(x) als unbekannt an, ermöglicht die Beziehung (1) eine qualitative Diskussion von der Strömung in der Düse. Soll eine Strömung beschleunigt werden, also dc/c > 0 gelten, so folgt aus der Formel (1):

  • 1.) für Unterschallströmung mit M < 1, dass dA/A < 0 sein muss, sich die Düse also verengen muss,
  • 2.) für Überschallströmung mit M > 1, dass dA/A > 0 sein muss, sich die Düse also erweitern muss, und
  • 3.) für Schallströmung mit M = 1, dass die Düse einen konstanten Durchlassquerschnitt aufweisen muss.
Assuming A (x) as given, c (x) and M (x) as unknown, the relation (1) allows a qualitative discussion of the flow in the nozzle. If a flow is to be accelerated, ie dc / c> 0, then it follows from the formula (1):
  • 1.) for subsonic flow with M <1, that dA / A <0 must be, so the nozzle must be narrowed,
  • 2.) for supersonic flow with M> 1, that dA / A> 0 must be, so the nozzle must expand, and
  • 3.) for sound flow with M = 1, that the nozzle must have a constant passage cross-section.

Daraus folgt die Geometrieform der Lavaldüse. In ihrem konvergierenden Einströmkanalabschnitt wird die Unterschallströmung der gasförmigen Kraftstoffteilchen beschleunigt. Am engsten Querschnitt, das heißt im Übergangsbereich NA1 zwischen dem Einströmkanalabschnitt CV1 und dem nachfolgenden divergierenden Ausströmkanalabschnitt DV1 erreichen die gasförmigen Kraftstoffteilchen GA Schallgeschwindigkeit, d.h, dort gilt ungefähr M = 1. Im divergierenden Ausströmkanalabschnitt DV1 werden die gasförmigen Kraftstoffteilchen GA schließlich weiter beschleunigt und erreichen schließlich Überschallgeschwindigkeit, d.h. dort gilt M > 1.from that follows the geometry of the Laval nozzle. In her converging Einströmkanalabschnitt becomes the subsonic flow the gaseous Fuel particles accelerated. At the narrowest cross-section, that is in the transition area NA1 between the inflow passage section Reach CV1 and the following divergent outflow channel section DV1 the gaseous Fuel particle GA speed of sound, that is, there is approximately M = 1. In the diverging outflow channel section DV1 become the gaseous ones Fuel particles GA finally accelerated further and finally reach supersonic speed, i. where M> 1.

Mit Hilfe der lavaldüsenartigen Geometrieform der Austrittdüse LN1 und einem ausreichendem Druckgefälle zwischen dem Injektorinneren und dem Brennraum kann somit am Injektoraustritt, d.h. an der Austrittsöffnung OP des Injektors IN1 eine Überschallströmung JS erzeugt werden. Durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit der gasförmigen Kraftstoffteilchen nach dem Austritt aus der Austrittsdüse LN1 gegenüber herkömmlichen Injektoren können die gasförmigen Kraftstoffteilchen die vorgegebene Verbrennungszone CCL in der Umgebung der Zündkerze IP verbessert erreichen und lediglich dort eine gut brennbare Kraftstoffluftgemischwolke CL erzeugen. Ihre Eindringtiefe ist also vergrößert gegenüber den Verhältnissen bei einer rein konvergierenden Düse. Mit Hilfe der Austrittsdüse LN1 ist es ermöglicht, eine ausreichend hohe Druckdifferenz zwischen dem Injektorinneren und dem Brennraum zum Einblasen der gasförmigen Kraftstoffteilchen zielgerichtet auf die vorgegebene Verbrennungszone CCL bereitzustellen. Eine Strömung JS mit Schallgeschwindigkeit oder Überschallgeschwindigkeit am Injektoraustritt kann sich dann einstellen, wenn das Verhältnis zwischen dem Druck im Injektor und dem Druck im Brennraum gleich bzw. größer als das kritische Druckverhältnis der Lavaldüse ist. Dabei hängt das kritische Kompressionsverhältnis der Lavaldüse von der Isotropenkonstante des verwendeten gasförmigen Kraftstoffes ab. Für eine Überschallströmung am Injektoraustritt ist insbesondere eine Querschnittsgeometrie entsprechend der Austrittsdüse LN1 der 1 und 2 zweckmäßig, bei dem sich der Durchströmquerschnitt zunächst verjüngt. Dadurch wird die Geschwindigkeit der gasförmigen Kraftstoffteilchen GA gegenüber ihrer Geschwindigkeit im vorausgehenden Düsenkanal NC1 erhöht. Durch die Querschnittsreduzierung im stromabwärts nachgeordneten, konvergierenden Einströmkanalabschnitt CV1 kommt es zu einer Geschwindigkeitssteigerung der gasförmigen Kraftstoffteilchen GA auf Überschall, da deren Massendurchsatz gleich bleiben muss. Denn was vorne in den konvergierenden Einströmkanalabschnitt CV1 einströmt, dass muss auch hinten wieder heraus kommen (Kontinuitätssatz). Da sich die Dichte des gasförmigen Kraftstoffstroms allerdings bei hohen Geschwindigkeiten im Machbereich von M = 1 erheblich ansteigt, schieben an der Engstelle NA1 verstärkt Gasteilchen nach und prägen dem vorausströmenden Gasteilchen einen umso stärkeren Impuls auf, so dass diese im divergierenden Kanalausströmabschnitt DV1 schließlich auf Überschall beschleunigt werden. Durch die Querschnittserweiterung im divergierenden Ausströmkanalabschnitt DV1 erfolgt bei überkritischen Druckverhältnissen somit eine weitere Beschleunigung vorzugsweise auf mehrfache Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der jeweiligen Geometrieführung.With the aid of the laval nozzle-like geometry of the outlet nozzle LN1 and a sufficient pressure gradient between the injector interior and the combustion chamber, a supersonic flow JS can thus be generated at the injector outlet, ie at the outlet opening OP of the injector IN1. Due to the higher flow rate of the gaseous fuel particles after exiting the outlet nozzle LN1 compared to conventional injectors, the gaseous fuel particles can reach the predetermined combustion zone CCL in the vicinity of the spark plug IP improved and only there generate a good combustible fuel-air mixture cloud CL. Their penetration depth is thus increased in relation to the conditions in a purely convergent nozzle. With the aid of the outlet nozzle LN1, it is possible to achieve a sufficiently high pressure difference between the injector interior and the combustion chamber for blowing in the gaseous fuel particles directed to provide the predetermined combustion zone CCL. A flow JS at the speed of sound or supersonic velocity at the injector outlet can then occur when the ratio between the pressure in the injector and the pressure in the combustion chamber is equal to or greater than the critical pressure ratio of the Laval nozzle. The critical compression ratio of the Laval nozzle depends on the isotropic constant of the gaseous fuel used. For a supersonic flow at the injector outlet in particular a cross-sectional geometry corresponding to the outlet nozzle LN1 of 1 and 2 expedient, in which the flow cross-section initially tapers. This increases the velocity of the gaseous fuel particles GA with respect to their velocity in the preceding nozzle channel NC1. Due to the cross-sectional reduction in the downstream downstream, converging inflow passage section CV1, there is an increase in the speed of the gaseous fuel particles GA to supersonic because their mass flow rate must remain the same. For what flows into the converging inflow channel section CV1 at the front must also come out at the back (continuity theorem). However, since the density of the gaseous fuel stream increases considerably at high speeds in the Mach range of M = 1, gas particles increasingly move closer to the throat NA1 and impart an even stronger impulse to the upstream gas particles so that they finally accelerate to supersonic in the diverging channel outflow section DV1 become. As a result of the cross-sectional widening in the diverging outflow channel section DV1, at supercritical pressure conditions, a further acceleration is thus preferably carried out to a multiple speed of sound as a function of the respective geometry guide.

Bei dem nach außen öffnenden Injektor IN1 der 1 und 2 wird ein Teil der lavalförmigen Austrittsdüse LN1 durch das Injektorgehäuse CAS1 und der andere Teil durch die Injektornadel NE1 geformt. Um bei kleinsten Kraftstoffgasmengen auch noch eine ausreichende Eindringtiefe zu erhalten, ist es zweckmäßig, dass bereits beim kleinsten möglichen Öffnungsnadelhub schon eine günstige Austrittsdüsengeometrie entsteht. Dies lässt sich beim nach außen öffnenden Injektor IN1 dadurch erreichen, dass die Dichtfläche SR1 zwischen dem Injektorgehäuse CAS1 und der Injektornadel NE1 in das Injektorinnere hinein zurückgezogen liegt und nicht an der Außenfläche des Injektorgehäuses vorgesehen ist. Es bildet sich in diesem Fall somit in der Sperrstellung der Injektornadel NE1 stromabwärts betrachtet ein Spalt GA zwischen der Dichtfläche SR1 (siehe 1) und der Injektoraustrittsöffnung OP aus. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass in der Sperrstellung der Injektornadel NE1 die ringförmige Dichtfläche SR1 im Bereich der Sattelzone der Lavaldüse gegenüber deren stirnseitigen Austrittöffnung OP stromaufwärts im Düsenkanal NC1 zurückversetzt liegt.In the outward opening injector IN1 the 1 and 2 a part of the laval-shaped discharge nozzle LN1 is formed through the injector housing CAS1 and the other part through the injector needle NE1. In order to obtain a sufficient penetration depth even with the smallest amounts of fuel gas, it is expedient that already at the smallest possible opening needle stroke already creates a favorable outlet nozzle geometry. This can be achieved in the outwardly opening injector IN1 in that the sealing surface SR1 is retracted between the injector housing CAS1 and the injector needle NE1 into the injector interior and is not provided on the outer surface of the injector housing. In this case, in the case of the injector needle NE1, downstream of this, a gap GA is formed between the sealing surface SR1 (see FIG 1 ) and the injector exit opening OP. In other words, this means that in the blocking position of the injector needle NE1, the annular sealing surface SR1 in the region of the saddle zone of the Laval nozzle is set back relative to its end-side outlet opening OP upstream in the nozzle channel NC1.

Für die Praxis ist es insbesondere zweckmäßig, die Injektornadel und das Injektorgehäuse entlang einem austrittsseitigen Endabschnitt ihres Düsenkanals derart zu formen und zu dimensionieren, dass der Querschnitt des Ringspalts bzw. Düsenkanals zwischen der Außenwand der Injektornadel und der Innenwand des Injektorgehäuses nach außen hin derart stetig wächst, dass bei geöffneter Injektornadel der durchströmte Querschnitt an der Austrittsstelle OP größer, insbesondere zweimal größer als die durchströmte Querschnittsfläche im Bereich der Dichtfläche an der engsten Stelle bzw. Verjüngungsstelle, d.h. Sattelstelle ist. Auf dieses minimale Querschnittsverhältnis wird der axiale Nadelhub in vorteilhafter Weise eingestellt.For the practice it is particularly appropriate that Injector needle and the injector housing along an exit side End section of her nozzle channel to shape and to dimension such that the cross section of the Annular gaps or nozzle channels between the outer wall the Injektornadel and the inner wall of the injector after Outside grows so steadily that when open Injector needle the perfused cross section larger at the exit point OP, in particular twice larger than which flowed through Cross sectional area in the area of the sealing surface at the narrowest point or rejuvenation point, i.e. Saddle is. At this minimum aspect ratio is the axial needle stroke adjusted in an advantageous manner.

Im divergierenden Austrittskanalabschnitt DV1 können die gasförmigen Kraftstoffteilchen schließlich expandieren, wobei deren innere Energie in kinetische Energie umgewandelt wird.in the divergent exit channel section DV1, the gaseous fuel particles finally expand, whereby their internal energy is converted into kinetic energy.

Da sich bis zur Austrittsöffnung OP die Querschnittsfläche in dem divergierenden Ausströmkanalabschnitt DV1 vergrößert, werden die gasförmigen Kraftstoffteilchen in das Innere der Brennkammer in Richtung auf die gewünschte Verbrennungszone insbesondere mit Überschallgeschwindigkeit eingedüst.There up to the outlet OP is the cross-sectional area in the diverging outflow channel section DV1 will be enlarged the gaseous Fuel particles in the interior of the combustion chamber towards the desired Combustion zone in particular injected at supersonic velocity.

Die 3 veranschaulicht schematisch, wie das Motorsteuergerät ECU als Eingangsgrößen verschiedene Verbrennungsparameter, die für den thermischen Verbrennungsprozess in der Brennkammer maßgeblich sind, erfasst und zur Steuerung oder Regelung des axialen Hubwegs der Injektornadel des jeweiligen Injektors heranzieht. Hier im Ausführungsbeispiel von 3 erhält das Motorsteuergerät ECU als Eingangssignale beispielsweise den Kraftstoffdruck (P_Injektor) im Düsenkanal NC1 vor der endseitigen Austrittsdüse LN1. Dieses Eingangssignal ist mit PI bezeichnet. Der Brennraumdruck (P Brennraum) PC kann mittels eines Models über die isentrope Kompression, Ventilsteuerzeiten und Saugrohrdruck abgeschätzt werden. Als dritten Verbrennungsparameter ermittelt das Motorsteuergerät ECU die einzudüsende Kraftstoffmenge (Mass Fuel) GM, die für den jeweiligen Verbrennungszyklus für eine optimale Verbrennung in der Brennkammer angefordert wird. Basierend auf diesen drei Verbrennungsparametern PI, PC, GM ermittelt das Motorsteuergerät ECU ausgehend von ihrer Sperrstellung (siehe 1) dann den axialen Hubweg (Lift Needle) HU1 für die Injektornadel NE1, um die Geometrieform der Austrittsdüse LN1 passend einzustellen. Allgemein ausgedrückt wird also der axiale Hub der Injektornadel zwischen der Sperrstellung und deren Eindüs-Endstellung variabel derart eingestellt, dass die Durchströmungsquerschnittsgeometrie der Austrittsdüse entlang deren Durchströmungslänge an mindestens einen Parameter des Verbrennungsprozesses für den gasförmigen Kraftstoffstrom GA angepasst wird.The 3 schematically illustrates how the engine control unit ECU as input variables various combustion parameters that are relevant for the thermal combustion process in the combustion chamber, detected and used to control or control the axial stroke of the injector needle of the respective injector. Here in the embodiment of 3 receives the engine control unit ECU as input signals, for example, the fuel pressure (P_Injektor) in the nozzle channel NC1 in front of the end-side outlet nozzle LN1. This input signal is designated PI. The combustion chamber pressure (P combustion chamber) PC can be estimated by means of a model on the isentropic compression, valve timing and intake manifold pressure. As the third combustion parameter, the engine control unit ECU determines the quantity of fuel GM to be injected, which is requested for the combustion cycle for optimal combustion in the combustion chamber. Based on these three combustion parameters PI, PC, GM, the engine control unit ECU determines, based on its blocking position (see 1 ) then the axial stroke (lift needle) HU1 for the injector needle NE1 to adjust the geometry shape of the outlet nozzle LN1 suitable. In general terms, therefore, the axial stroke of the injector needle between the blocking position and its injection end position is variably adjusted such that the flow cross-sectional geometry of the outlet nozzle along the Durchströ mung length is adapted to at least one parameter of the combustion process for the gaseous fuel flow GA.

Die 4 zeigt als Alternative zur nach außen öffnenden Injektornadel NE1 des Injektors IN1 der 1 und 2 einen zweiten, abgewandelten Injektor IN2, dessen Injektornadel NE2 jetzt nach Innen in das Injektorgehäuse CAS2 hinein öffnend beweglich gelagert ist. Sein Injektorgehäuse CAS2 ist zylinderförmig entsprechend dem Gehäuse CAS1 des ersten Injektors IN1 ausgebildet. Im Unterschied zu diesem laufen aber nun seine Injektorwände an seinem stirnseitigen Ende aufeinander zu und bilden dort eine Austrittsdüse NA2, die einen konvergierenden Einströmkanalabschnitt CV2 und einen sich daran stromabwärts anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitt DV2 aufweist. Der Übergangsbereich bzw. Verjüngungsbereich zwischen dem konvergierenden Einströmkanalabschnitt CV2 und dem sich stromabwärts daran anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitt DV2 ist in der 4 mit NA2 bezeichnet. Die Injektornadel NE2 ist derart im Inneren des Injektorgehäuses CAS2 beweglich gelagert, dass ihr Stirnwandkonturabschnitt und die Innenberandung des konvergierenden Einströmkanalabschnitts CV2 die Austrittsdüse LN2 bildet. Dazu kann es zweckmäßig sein, die Injektornadel an ihrer Stirnseite abzurunden. Vorzugsweise weist sie eine halbkreisförmige Außenkontur an ihrer Stirnseite auf. In der Schließstellung des Injektors IN2 kontaktiert die nach innen öffnende Injektornadel NE2 die Innenwand des Injektorgehäuses CAS2 im Bereich des konvergierenden Einströmkanalabschnitts CV2 mit einer ringförmigen Dichtfläche SR2. Diese ist in der 4 strichpunktiert angedeutet. Die ringförmige Dichtfläche SR2 ist dabei gegenüber der stirnseitigen Austrittsöffnung OP der Austrittsdüse LN2 stromaufwärts zurückversetzt. Sie liegt stromaufwärts betrachtet hinter dem Verjüngungsbereich bzw. Sattelbereich NA2 der Austrittsdüse LN2. Die axiale Hubbewegung der nach innen öffnenden Injektornadel NE2 ist in der 4 durch einen Doppelpfeil LI angedeutet. Sie wird entsprechend zum ersten Injektor IN1 ebenfalls mit Hilfe eines Aktuators durch das Motorsteuergerät ECU aktiviert bzw. deaktiviert und damit jeweils in Abhängigkeit von den Verbrennungsbedingungen des Verbrennungsprozesses in der Brennkammer in eine passende Eindüsstellung oder in eine Sperrstellung gebracht. Die zuvor zum nach außen hin öffnenden Injektor IN1 getroffenen Aussagen zur variablen Einstellung der Durchströmungsgeometrie der Austrittsdüse gelten hier also entsprechend. Insbesondere kann der Axialhub für die Injektornadel NE2 zum einwandfreien Eindüsen der gasförmigen Kraftstoffteilchen GA unter Einbezug des Innendrucks im Düsenkanal NC2 vor der Austrittsdüse, des Innendrucks in der Brennkammer, und/oder der jeweilig zuzumessenden Kraftstoffmenge berücksichtigt werden. Selbstverständlich können auch weitere Verbrennungsparameter und Umgebungsfaktoren in die passende Einstellung der Geometrieform der Austrittsdüse mit einbezogen werden, um den gasförmigen Kraftstoffteilchen eine ausreichend hohe Eindringgeschwindigkeit mit mindestens Schallgeschwindigkeit mitzugeben, so dass diese eine ausreichende Eindringtiefe erreichen und zielgerichtet in der vorgegebenen, lokalen Verbrennungszone in der Brennkammer ankommen.The 4 shows as an alternative to the outwardly opening Injektornadel NE1 of the injector IN1 the 1 and 2 a second, modified injector IN2, the injector needle NE2 is now movably mounted to the inside in the injector CAS2 opening. Its injector CAS2 is cylindrical in shape corresponding to the housing CAS1 of the first injector IN1. In contrast to this, however, now its injector walls converge towards one another at its front end, where they form an outlet nozzle NA2, which has a converging inflow channel section CV2 and a downstream, diverging outflow channel section DV2. The transition region between the converging inflow passage portion CV2 and the downstream adjoining divergent outflow passage portion DV2 is shown in FIG 4 denoted by NA2. The injector needle NE2 is movably supported in the interior of the injector housing CAS2 such that its end wall contour section and the inner boundary of the converging inflow passage section CV2 form the outlet nozzle LN2. For this purpose it may be expedient to round off the injector needle on its end face. Preferably, it has a semicircular outer contour on its front side. In the closed position of the injector IN2, the inwardly opening injector needle NE2 contacts the inner wall of the injector housing CAS2 in the region of the converging inflow passage section CV2 with an annular sealing surface SR2. This is in the 4 indicated by dash-dotted lines. The annular sealing surface SR2 is set back upstream relative to the end-side outlet opening OP of the outlet nozzle LN2. It is located upstream of the tapering area or saddle area NA2 of the outlet nozzle LN2. The axial stroke of the inwardly opening Injektoradel NE2 is in the 4 indicated by a double arrow LI. It is also activated or deactivated in accordance with the first injector IN1 by means of an actuator by the engine control unit ECU and thus in each case brought into a suitable injection position or into a blocking position as a function of the combustion conditions of the combustion process in the combustion chamber. The statements made previously on the outwardly opening injector IN1 for the variable adjustment of the flow-through geometry of the outlet nozzle therefore apply accordingly. In particular, the axial stroke for the injector needle NE2 for properly injecting the gaseous fuel particles GA taking into account the internal pressure in the nozzle channel NC2 before the discharge nozzle, the internal pressure in the combustion chamber, and / or the respective metered amount of fuel can be considered. Of course, other combustion parameters and environmental factors can also be included in the appropriate adjustment of the geometry of the outlet nozzle to give the gaseous fuel particles a sufficiently high penetration rate with at least sonic velocity, so that they reach a sufficient penetration depth and targeted in the predetermined, local combustion zone in the combustion chamber Arrive.

Zusammenfassend betrachtet wird somit bei einem nach innen öffnenden Injektor bzw. Ventil wie z.B. IN2 die Lavaldüse wie z.B. LN2 durch das Abströmgebiet hinter dem Dichtsitz der Nadel wie z.B. NE2 ausgebildet. Dabei ist es zweckmäßig, dass der durchströmte Öffnungsquerschnitt an der Nadel wie z.B. NE2 größer als der Querschnitt an der Sattelstelle wie z.B. NA2 der Lavaldüse ist. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass der Dichtsitz weit außen im Eintrittsbereich des konvergierenden Einströmkanalabschnitts CV2 liegt und schon bei geringem axialem Hub der Injektornadel ein großer Strömungsquerschnitt freigegeben wird.In summary is thus considered in an inwardly opening injector or valve such as. IN2 the Laval nozzle such as. LN2 through the outflow area behind the sealing seat of the needle, e.g. NE2 formed. It is it is appropriate that the flowed through opening cross-section at the needle, e.g. NE2 greater than the cross-section at the saddle location, e.g. NA2 is the Laval nozzle. This leaves can be achieved by the fact that the sealing seat far out in the entry area of the converging inflow passage section CV2 is already at low axial stroke of the injector needle greater Flow area is released.

Allgemein betrachtet lässt sich durch die Einstellung des axialen Nadelhubs die Eindringgeschwindigkeit der aus der Austrittsdüse ausströmenden gasförmigen Kraftstoffteilchen verbessert kontrollieren und zumindest auf Schall-, insbesondere auf Überschallgeschwindigkeit erhöhen. Bei einem nach außen öffnenden Ventil lässt sich in vorteilhafter Weise durch den Nadelhub die Einspritzmenge pro Zeit variieren.Generally considered By setting the axial Nadelhubs the penetration rate from the outlet nozzle outflowing gaseous Fuel particles improved control and at least on sonic, in particular to supersonic speed increase. With an outward-opening valve let yourself advantageously by the needle stroke, the injection amount per Time vary.

Gleichzeitig ändert sich mit dem Nadelhub in vorteilhafter Weise auch das Querschnittprofil der Austrittsdüse, so dass bei einem geringeren Nadelhub ein größeres Querschnittsverhältnis zwischen dem Injektoraustritt und Dichtsitz als bei vollem Nadelhub entsteht. Dieses größere Querschnittsverhältnis führt bei überkritischen Druckverhältnissen zu größeren Geschwindigkeiten am Injektoraustritt als bei größeren Nadelhüben. Dies lässt sich in vorteilhafter Weise zur Kontrolle der Gemischbildung verwenden. Analoges gilt für den nach innen öffnenden Injektor bezogen auf die Eingangsöffnung seines konvergierenden Einströmdüsenabschnitts.At the same time changes with the Nadelhub also advantageously the cross-sectional profile the outlet nozzle, so that with a smaller needle stroke a larger cross-sectional ratio between the Injektoraustritt and sealing seat as at full Nadelhub arises. This larger aspect ratio results in supercritical pressures to higher speeds at the injector outlet than at larger needle strokes. This let yourself to use advantageously for controlling the mixture formation. The same applies to the inward opening Injector based on the inlet opening of its converging Einströmdüsenabschnitts.

Beim erfindungsgemäßen Injektor wird eine lokale Durchmischung mit der Eindüsung der gasförmigen Kraftstoffteilchen durch hohe Geschwindigkeiten, insbesondere Überschallgeschwindigkeiten, sichergestellt. Dies erzeugt lediglich lokal hohe Turbulenzraten, aber global niedrige Turbolenzraten, so dass der Wandwärmeübertrag an die Innenwände der Brennkammer weit geringer als bei Austrittsgeschwindigkeiten lediglich mit Unterschall ausfällt. Weiterhin wird die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite auf der Brennraumseite des Injektors effizienter als bei herkömmlichen Injektoren in eine hohe Geschwindigkeit umgesetzt. Ein weiterer Vorteil ist die Umsetzung der internen Energie der eingedüsten gasförmigen Kraftstoffteilchen in Impuls und somit eine Temperaturabsenkung. Dadurch, dass die Geometrieform der Austrittsdüse des Injektors insbesondere als Lavaldüse ausgebildet ist, kann in vorteilhafter Weise eine Schall- oder bevorzugt Überschallströmung am Düsenaustritt erzeugt werden. Es wird so möglich, eine derart große Druckdifferenz zwischen dem Innendruck im Injektor und dem Innendruck in der Brennkammer zu erzeugen, dass der Impuls der kraftförmigen Kraftstoffteilchen ausreicht, um zum gewünschten lokalen Verbrennungsbereich im Inneren der Brennkammer in ausreichender Menge zu gelangen. Die Überschallströmung wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Injektor im geöffneten Zustand eine Austrittsdüse aufweist mit einem eingangsseitigen konvergierenden Einströmkanalabschnitt und einen sich daran anschließenden, stromabwärts divergierenden Austrittskanalabschnitt, dessen Austrittöffnung in den Brennraum mündet. Im geschlossenen Zustand des zum Beispiel nach außen öffnenden Injektors bildet sich dabei im Bereich der Sattelfläche bzw. Verjüngungsfläche zwischen dem konvergierenden Einströmkanalabschnitt und dem divergierenden Ausströmkanalabschnitt ein Dichtring zwischen der Außenwandfläche der Injektornadel und der Innenwandfläche des Injektorgehäuses aus, der gegenüber der stirnseitigen Austrittsöffnung der Austrittsdüse stromaufwärts zurückversetzt ist. Entsprechend bildet sich im geschlossenen Zustand des zum Beispiel nach innen öffnenden Injektors im Bereich der Stirnfläche der Injektornadel und der Innenwand des konvergierenden Einströmkanalabschnitts ein Dichtring zwischen der Außenwandfläche der Injektornadel und der Innenwandfläche des Injektorgehäuses aus, der gegenüber der stirnseitigen Austrittsöffnung der Austrittsdüse stromaufwärts zurückversetzt ist.In the injector according to the invention, a local mixing with the injection of the gaseous fuel particles by high speeds, in particular supersonic speeds, ensured. This produces only locally high turbulence rates, but globally low turbocharging rates, so that the wall heat transfer to the inner walls of the combustion chamber far less than at exit velocities fails only with subsonic. Furthermore, the pressure difference between the high-pressure side on the combustion chamber side becomes the injector more efficient than conventional injectors in a high speed. Another advantage is the implementation of the internal energy of the injected gaseous fuel particles in pulse and thus a temperature drop. The fact that the geometry shape of the outlet nozzle of the injector is designed in particular as a Laval nozzle, advantageously a sonic or preferably supersonic flow can be generated at the nozzle exit. It thus becomes possible to generate such a large pressure difference between the internal pressure in the injector and the internal pressure in the combustion chamber that the momentum of the fuel particles is sufficient to reach the desired local combustion region inside the combustion chamber in sufficient quantity. The supersonic flow is achieved in particular by the fact that the injector in the open state has an outlet nozzle with an inlet-side converging inflow channel section and an adjoining, downstream diverging outlet channel section whose outlet opening opens into the combustion chamber. In the closed state of the injector opening outward, for example, a sealing ring between the outer wall surface of the injector needle and the inner wall surface of the injector housing is formed in the region of the saddle surface or taper surface between the converging inflow channel section and the diverging outflow channel section, upstream of the front outlet opening of the outlet nozzle is set back. Accordingly, in the closed state of the injector, which opens inwardly, for example, in the area of the end face of the injector needle and the inner wall of the converging inflow passage, a sealing ring is formed between the outer wall surface of the injector needle and the inner wall surface of the injector housing, which is set back upstream of the front outlet opening of the ejection nozzle.

Claims (15)

Injektor (IN1) zum kontrollierten Eindüsen eines gasförmigen Kraftstoffstroms (GA) in eine vorgegebene Verbrennungszone (CCL) in einer Brennkammer (CC) einer Verbrennungskraftmaschine durch einen Düsenkanal (NC1) zwischen seiner innen angeordneten, Axialhub- beweglich gelagerten Injektornadel (NE1) und der Innenwand seines außen angeordneten Injektorgehäuses (CAS1), wobei entlang dem austrittsseitigen Endabschnitt des Düsenkanals (NC1) vom dortigen Außenwandkonturabschnitt der axial beweglichen Injektornadel (NE1) und vom dortigen Innenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses (CAS1) eine Austrittsdüse (LN1) für den gasförmigen Kraftstoffstrom (GA) gebildet ist, die einen konvergierenden Einströmkanalabschnitt (CV1) und einen sich daran stromabwärts anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitt (DV1) aufweist.Injector (IN1) for controlled injection of a gaseous Fuel flow (GA) into a given combustion zone (CCL) in a combustion chamber (CC) of an internal combustion engine a nozzle channel (NC1) between its inside, Axialhub- movably mounted Injector needle (NE1) and the inner wall of its outer injector housing (CAS1), wherein along the exit-side end portion of the nozzle channel (NC1) from the outer wall contour section the axially movable Injektornadel (NE1) and the local inner wall contour section of the injector housing (CAS1) an outlet nozzle (LN1) for the gaseous Fuel flow (GA) is formed, which has a converging inflow passage section (CV1) and one down the river subsequent, divergent outflow channel section (DV1). Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der austrittsseitige Außenwandkonturabschnitt der Injektornadel (NE1) einen derart beweglichen Annenwandkonturabschnitt für die Austrittsdüse (LN1) bildet, dass deren Durchströmungs- Querschnittsgeometrie über ihre Durchströmungslänge betrachtet veränderbar ist, wenn die Injektornadel (NE1) von ihrer Sperrstellung, in der sie den Durchströmungskanal der Austrittsdüse (LN1) sperrt, in eine vorgebbare Eindüsstellung wechselt, in der der Durchströmungskanal der Austrittdüse (LN1) zum Eindüsen des gasförmigen Kraftstoffstroms (GA) in die Brennkammer (CC) geöffnet ist.Injector according to claim 1, characterized in that the exit-side outer wall contour section of the Injector needle (NE1) such a movable Annenwandkontur portion for the exhaust nozzle (LN1) forms their flow cross-sectional geometry over their Viewed flow length is changeable, when the injector needle (NE1) from its blocking position, in which they the flow channel the outlet nozzle (LN1) locks, in a predefinable Eindüsstellung changes, in which the flow channel the outlet nozzle (LN1) for injecting of the gaseous Fuel flow (GA) is opened in the combustion chamber (CC). Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgeometrieform der Austrittsdüse (LN1) derart gewählt ist, dass sich für den gasförmigen Kraftstoffstrom (GA) eine Überschallströmung (JS) an der Austrittsöffnung des Düsenkanals (NC1) ausbildet.Injector according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the cross-sectional geometry shape of the outlet nozzle (LN1) chosen like that is that up for the gaseous Fuel flow (GA) a supersonic flow (JS) at the exit opening of the nozzle channel (NC1) is formed. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang dem austrittsseitigen Endabschnitt des Düsenkanals (NC1) durch den Außenwandkonturabschnitt der axial beweglichen Injektornadel (NE1) und durch den Innenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses (CAS1) eine Lavaldüse als Austrittsdüse (LN1) gebildet ist, und wobei die Querschnittsgeometrie des konvergierenden Einströmkanalabschnitts und/oder des divergierenden Ausströmkanalabschnitts (DV1) dieser Lavaldüse durch die axiale Hubbewegung der Injektornadel (NE1) und der damit einhergehenden Lageveränderung deren Außenwandkontur variabel einstellbar ist.Injector according to one of the preceding claims, characterized characterized in that along the exit-side end portion of the nozzle channel (NC1) through the outer wall contour portion the axially movable injector needle (NE1) and the inner wall contour section of the injector housing (CAS1) a Laval nozzle as outlet nozzle (LN1) is formed, and wherein the cross-sectional geometry of the convergent Einströmkanalabschnitts and / or the diverging outflow passage portion (DV1) thereof Laval by the axial lifting movement of the Injektornadel (NE1) and the so accompanying change in position its outer wall contour is variably adjustable. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sperrstellung der Injektornadel (NE1) zum Sperren des Durchströmungskanals der Austrittsdüse (LN1) zwischen dem Außenwandkonturabschnitt der Injektornadel (NE1) und dem Innenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses (CAS1) eine Dichtfläche (SR1) gebildet ist, die gegenüber der stirnseitigen Austrittsöffnung (OP) der Austrittsdüse (LN1) stromaufwärts im Düsenkanal (NC1) zurückversetzt ist.Injector according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in the blocking position of the injector needle (NE1) for blocking the flow channel the outlet nozzle (LN1) between the outer wall contour portion the injector needle (NE1) and the inner wall contour section of the injector housing (CAS1) a sealing surface (SR1) is formed opposite the frontal outlet opening (OP) of the outlet nozzle (LN1) upstream in the nozzle channel (NC1) reset is. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (AC) der Injektornadel (NE1) über mindestens eine Steuerleitung (SL1) mit einem Motorsteuergerät (ECU) verbunden ist, das ein Steuersignal (SS1) generiert und über die Steuerleitung (SL1) an den Aktuator der Injektornadel (NE1) zur kontrollierten Einstellung deren axialen Hubbewegung (DS, US) übermittelt.Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (AC) of the Injektornadel (NE1) via at least one control line (SL1) is connected to an engine control unit (ECU) which generates a control signal (SS1) and via the control line (SL1 ) to the actuator of the Injektorna del (NE1) for controlled adjustment of their axial stroke movement (DS, US) transmitted. Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Generierung des Steuersignals des Motorsteuergeräts (ECU) mindestens ein Parameter des Verbrennungsprozesses für den gasförmigen Kraftstoffstrom (GA), insbesondere der Kraftstoffdruck des Düsenkanals (NC1), der Brennraumdruck der Brennkammer (CC), und/oder die jeweilig einzudüsende Kraftstoffmenge, eingeht.Injector according to claim 6, characterized that in the generation of the control signal of the engine control unit (ECU) at least one parameter of the gaseous fuel stream combustion process (GA), in particular the fuel pressure of the nozzle channel (NC1), the combustion chamber pressure the combustion chamber (CC), and / or the respective amount of fuel to be injected, received. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadel (NE1) gegenüber dem Injektorgehäuse (CAS1) nach außen öffnend bewegbar gelagert ist.Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the injector needle (NE1) is opposite to the injector (CAS1) opening outward movable is stored. Injektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenwandkonturabschnitt der Injektornadel (NE1) entlang dem austrittsseitigen Endabschnitt des Düsenkanals (NC1) eine Längswand des konvergierenden Einströmkanalabschnitts (CV1) und zugleich des sich daran stromabwärts anschließenden, divergierenden Ausströmkanalabschnitts (DV1) der Austrittsdüse (LN1) bildet.Injector according to claim 8, characterized that the outer wall contour section the injector needle (NE1) along the exit end portion of the nozzle channel (NC1) a longitudinal wall of the converging inflow passage section (CV1) and at the same time downstream, divergent outflow channel section (DV1) of the outlet nozzle (LN1) forms. Injektor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadel (NE1) in ihrer Sperrposition die Innenwand des Injektorgehäuses (CAS1) in einem Verjüngungsbereich zwischen dem konvergierenden Einströmkanalabschnitt (CV1) und dem divergierenden Ausströmkanalabschnitt (DV1) der Austrittsdüse (LN1) mit einer ringförmigen Dichtfläche (SR1) kontaktiert, die gegenüber der stirnseitigen Austrittsöffnung der Austrittsdüse (LN1) stromaufwärts zurückversetzt ist.Injector according to one of claims 8 or 9, characterized that the Injektornadel (NE1) in its locked position, the inner wall of the injector housing (CAS1) in a rejuvenation area between the converging inflow passage section (CV1) and the divergent outflow channel section (DV1) of the outlet nozzle (LN1) with an annular sealing surface (SR1) contacted the opposite the frontal outlet opening the outlet nozzle (LN1) upstream set back is. Injektor nach einem der Ansprüche 1 mit 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadel (NE2) gegenüber dem konvergierenden, eingangsseitigen Einströmkanalabschnitt (CV2) der Austrittsdüse (LN2) nach innen öffnend bewegbar gelagert ist.Injector according to one of claims 1 to 7, characterized in that the injector needle (NE2) opposite the converging, inlet-side inflow channel section (CV2) of the outlet nozzle (LN2) opening inward is movably mounted. Injektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige Außenwandkonturabschnitt der nach innen öffenbaren Injektornadel (NE2) die Innenberandung des konvergierenden Einström-Kanalabschnitts (CV2) der Austrittsdüse (LN2) bildet.Injector according to claim 11, characterized in that the front-side outer wall contour section of the openable to the inside Injector needle (NE2) the inner boundary of the converging inflow channel section (CV2) of the outlet nozzle (LN2) forms. Injektor nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen öffnende Injektornadel (NE2) in ihrer Sperrstellung die Innenwand des Injektorgehäuses (CAS2) im Bereich des konvergierenden Einström-Kanalabschnitts (CV2) der Austrittsdüse (LN2) mit einer ringförmigen Dichtfläche (SR2) kontaktiert, die gegenüber der stirnseitigen Austrittsöffnung der Austrittsdüse (LN2) stromaufwärts zurückversetzt ist.Injector according to one of claims 11 or 12, characterized that the inwardly opening Injektornadel (NE2) in its blocking position the inner wall of the injector housing (CAS2) in the region of the converging inflow channel section (CV2) of exhaust nozzle (LN2) with an annular sealing surface (SR2) contacted the opposite the frontal outlet opening the outlet nozzle (LN2) upstream set back is. Verfahren zum kontrollierten Eindüsen eines gasförmigen Kraftstoffstroms (GA) in eine vorgegebene Verbrennungszone (CCL) in einer Brennkammer (CC) einer Verbrennungskraftmaschine durch einen Düsenkanal (NC1) zwischen einer innen angeordneten, Axialhub- beweglich gelagerten Injektornadel (NE1) und der Innenwand eines außen angeordneten Injektorgehäuses (CAS1) eines Injektors (IN1), der insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, indem entlang dem austrittsseitigen Endabschnitt des Düsenkanals (NC1) vom dortigen Außenwandkonturabschnitt der axial beweglichen Injektornadel (NE1) und vom dortigen Annenwandkonturabschnitt des Injektorgehäuses (CAS1) eine Austrittsdüse (LN1) geformt wird, durch deren Einströmkanalabschnitt (CV1) der gasförmige Kraftstoffstrom (GA) konvergiert und durch deren stromabwärts angeordneten Aunströmkanalabschnitt (DV1) der gasförmige Kraftstoffstrom (GA) divergiert und dadurch in Richtung auf die vorgegebene Verbrennungszone (CCL) in der Brennkammer (CC) beschleunigt wird.Method for the controlled injection of a gaseous Fuel flow (GA) into a given combustion zone (CCL) in a combustion chamber (CC) of an internal combustion engine a nozzle channel (NC1) between an internally arranged, Axialhub- movably mounted Injector needle (NE1) and the inner wall of an external injector housing (CAS1) an injector (IN1), in particular according to one of the preceding claims is formed by along the exit-side end portion of the nozzle channel (NC1) from the outer wall contour section the axially movable Injektornadel (NE1) and the local Annenwandkonturabschnitt of the injector housing (CAS1) an outlet nozzle (LN1) is formed, through whose inflow passage portion (CV1) of the gaseous fuel stream (GA) converges and through its downstream Aunströmkanalabschnitt (DV1) the gaseous Fuel flow (GA) diverges and thereby towards the accelerated predetermined combustion zone (CCL) in the combustion chamber (CC) becomes. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Hub der Injektornadel (NE1) zwischen deren Sperrstellung und deren Eindüs-Endstellung derart variabel eingestellt wird, dass die Durchströmungs-Querschnittsgeometrie der Austrittsdüse (LN1) entlang deren Durchströmungslänge an mindestens einen Parameter des Verbrennungsprozesses für den gasförmigen Kraftstoffstrom (GA), insbesondere an den Kraftstoffdruck des gasförmigen Kraftstoffstroms (GA), an den Brennraumdruck der Brennkammer, und/oder an die jeweilig zuzumessende Kraftstoffmenge des gasförmigen Kraftstoffstromes (GA), angepasst wird.Method according to claim 14, characterized in that that the axial stroke of the injector needle (NE1) between the blocking position and their injection end position is set so variable that the flow cross-sectional geometry the outlet nozzle (LN1) along its flow length at least a parameter of the gaseous fuel stream (GA) combustion process, in particular to the fuel pressure of the gaseous fuel stream (GA), to the combustion chamber pressure of the combustion chamber, and / or to the respective quantity of fuel to be metered in the gaseous fuel stream (GA), is adjusted.
DE102006011721A 2006-03-14 2006-03-14 Injector for controlled injection of a gaseous fuel stream into a predetermined combustion zone and associated method for controlled injection Withdrawn DE102006011721A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006011721A DE102006011721A1 (en) 2006-03-14 2006-03-14 Injector for controlled injection of a gaseous fuel stream into a predetermined combustion zone and associated method for controlled injection
PCT/EP2007/051881 WO2007104644A1 (en) 2006-03-14 2007-02-28 Injector for the controlled injection of a gaseous fuel flow into a predefined combustion zone, and associated method for controlled injection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006011721A DE102006011721A1 (en) 2006-03-14 2006-03-14 Injector for controlled injection of a gaseous fuel stream into a predetermined combustion zone and associated method for controlled injection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006011721A1 true DE102006011721A1 (en) 2007-09-20

Family

ID=38042596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006011721A Withdrawn DE102006011721A1 (en) 2006-03-14 2006-03-14 Injector for controlled injection of a gaseous fuel stream into a predetermined combustion zone and associated method for controlled injection

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006011721A1 (en)
WO (1) WO2007104644A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018210001A1 (en) 2018-06-20 2019-12-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Combustion chamber of an internal combustion engine

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014205505A1 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Orbital Australia Pty Ltd Flow control nozzle
CN112555051B (en) * 2020-12-04 2021-11-02 华中科技大学 A scramjet engine based on lightning arc discharge ignition technology
IT202200002831A1 (en) * 2022-02-16 2023-08-16 Marelli Europe Spa GASEOUS FUEL INJECTOR, ESPECIALLY HYDROGEN, FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989004920A1 (en) * 1987-11-25 1989-06-01 Gas Outboards International Pty. Ltd. Fuel injector
US6328231B1 (en) * 1998-05-27 2001-12-11 Siemens Automotive Corporation Compressed natural gas injector having improved low noise valve needle
AUPQ852300A0 (en) * 2000-06-30 2000-07-27 Orbital Engine Company (Australia) Proprietary Limited Shock wave injector nozzle
US7451942B2 (en) * 2003-10-20 2008-11-18 Digicon, Inc. Direct fuel injector assembly for a compressible natural gas engine
CA2473639C (en) * 2004-07-09 2006-11-14 Westport Research Inc. Fuel injection valve

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018210001A1 (en) 2018-06-20 2019-12-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Combustion chamber of an internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007104644A1 (en) 2007-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3120060A1 (en) FUEL INJECTION NOZZLE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
EP4295028B1 (en) Injection conduit for an injector for fuel injection
DE1576030C3 (en) Internal combustion engine with an evaporation chamber designed as a spark plug antechamber
DE202023100690U1 (en) Injection valve for gaseous fuel, in particular hydrogen, for an internal combustion engine and internal combustion engine equipped with this injector
WO2017089042A1 (en) Inlet channel device
DE102016000761A1 (en) Emulsifying system and emulsifying method
WO2007104644A1 (en) Injector for the controlled injection of a gaseous fuel flow into a predefined combustion zone, and associated method for controlled injection
WO2021094112A1 (en) Internal combustion engine having a secondary air system
DE3917943A1 (en) DIESEL ENGINE
EP1137899B1 (en) Combustion device and method for burning a fuel
EP1892472B1 (en) Combustion system particularly for a gas turbine
WO2018104107A1 (en) Mixture formation device for a gas engine and gas engine
DE2757648A1 (en) IC engine combustion chamber discoid part - forms greatest part of compression end volume, and is limited on one side by inlet valve plate
AT524226A4 (en) Internal combustion engine and method of operating an internal combustion engine
EP2696051A1 (en) Direct injection combustion engine
DE102013016503A1 (en) Method for operating reciprocating internal combustion engine for motor vehicle, involves performing insufflation within range from including four thundered twenty up to ninety degrees of crank angles, before top dead center of piston
DE942950C (en) Self-igniting, air-compressing internal combustion engine
DE102017130741A1 (en) Prechamber design for improved ignition of fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine
EP2697499A1 (en) Intake and injection device, system and internal combustion engine
DE1023927B (en) Recoil drive device with additional combustion
DE8115088U1 (en) FUEL INJECTION NOZZLE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
DE3229190A1 (en) FUEL INJECTION NOZZLE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
DE551200C (en) Air-compressing internal combustion engine with an antechamber
DE949700C (en) Backflow throttle
EP3607186B1 (en) Combustion chamber arrangement for an internal combustion engine and use of a combustion chamber in order to inject ome-type fuel

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE

8130 Withdrawal