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EP4455470A1 - Kraftstoffinjektor einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffinjektor einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
EP4455470A1
EP4455470A1 EP24160139.2A EP24160139A EP4455470A1 EP 4455470 A1 EP4455470 A1 EP 4455470A1 EP 24160139 A EP24160139 A EP 24160139A EP 4455470 A1 EP4455470 A1 EP 4455470A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
needle
channels
chamber
fuel injector
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.)
Pending
Application number
EP24160139.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Björn Dirumdam
Thomas Klaua
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.)
MAN Energy Solutions SE
Original Assignee
MAN Energy Solutions SE
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 MAN Energy Solutions SE filed Critical MAN Energy Solutions SE
Publication of EP4455470A1 publication Critical patent/EP4455470A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
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    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
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    • F02D19/0644—Controlling 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 pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine.
  • the present invention relates in particular to the field of so-called large engines or large internal combustion engines, the cylinders of which have piston diameters of at least 140 mm, in particular of at least 175 mm.
  • large internal combustion engines are, for example, ship engines.
  • Dual-fuel internal combustion engines are already known as marine engines. Dual-fuel internal combustion engines known from practice can be operated in a first operating mode in which they burn a first fuel, in particular a first liquid, relatively ignitable fuel, and in a second operating mode in which they burn a second fuel, in particular a gaseous fuel or a second liquid, relatively unignitable fuel.
  • the first liquid, relatively flammable fuel that is burned in the first operating mode can be, for example, diesel fuel.
  • the second liquid, relatively unflammable fuel that is burned in the second operating mode can be, for example, methanol, ethanol or ammonia.
  • methanol, ethanol or ammonia which is relatively unflammable in itself, can be ignited by the first liquid fuel used in the first operating mode, namely the diesel fuel, which is relatively flammable.
  • the present invention is based on the object of creating a novel fuel injector of an internal combustion engine and an internal combustion engine with such a fuel injector.
  • the fuel injector has a base body, a first nozzle needle movably guided in a first needle guide and a second nozzle needle movably guided in a second needle guide.
  • the fuel injector further comprises a first needle fuel chamber for a first liquid fuel, which cooperates with the first nozzle needle and can be coupled to the combustion chamber of the cylinder via first channels, wherein the first channels are connected to the first needle fuel chamber via first internal openings.
  • the fuel injector further comprises a second needle fuel chamber for a second liquid fuel which cooperates with the second nozzle needle and which can be coupled to the combustion chamber of the cylinder via second channels, wherein the second channels are connected to the second needle fuel chamber via second internal openings.
  • the first inner openings are arranged on a first circular contour and the second inner openings are arranged on a second circular contour extending concentrically around the first circular contour.
  • the fuel injector according to the invention is a multiple needle injector with at least two nozzle needles, each nozzle needle being guided in a respective needle guide and interacting with a respective needle fuel chamber.
  • Each needle fuel chamber is connected to the combustion chamber of the cylinder via channels.
  • the fuels can be introduced into the combustion chamber via the channels in a particularly advantageous manner, particularly when the liquid fuels are introduced at least partially at the same time. This then allows a particularly advantageous ignition of the relatively unignitable liquid fuel via the other, relatively ignitable liquid fuel.
  • the fuels can be distributed evenly and homogeneously in the combustion chamber, which can ensure a uniform mixture spread when several liquid fuels are introduced.
  • a ratio between the diameter of the first circular contour and the diameter of the second circular contour is between 0.1 and 0.5, in particular between 0.2 and 0.3. This is particularly preferred in order to ensure a uniform mixture spread of a mixture of several liquid fuels introduced into the combustion chamber, in particular when the liquid fuels are introduced into the combustion chamber at least partially at the same time.
  • longitudinal center axes of the first channels run parallel to the longitudinal center axes of the second channels.
  • longitudinal center axes of the first channels and the longitudinal center axes of the second channels diverge or converge in the direction of flow thereof.
  • the orientation of the longitudinal center axes of the first channels and second channels can be selected depending on which liquid fuels are to be introduced into the combustion chamber of a cylinder using the fuel injector according to the invention.
  • the second needle fuel chamber is arranged at least in sections concentrically around the first needle fuel chamber. This is particularly preferred for supplying the second openings with fuel, starting from the second needle fuel chamber.
  • the base body preferably has a first recess in which a first insert is arranged, the first insert providing the first needle guide for the first nozzle needle, the first needle fuel chamber and the first channels.
  • the base body preferably provides the second needle fuel chamber and the second channels.
  • the base body preferably has a second recess in which a second insert is arranged, the second insert providing the second needle guide for the second nozzle needle.
  • a monolithic design of the fuel injector is also possible, which is then manufactured in particular by 3D printing.
  • the internal combustion engine according to the invention is defined in claim 11.
  • Fig. 1 shows a schematic cross-section through a fuel injector 11 installed in the area of a cylinder 1 of an internal combustion engine, whereby liquid fuels can be introduced into a combustion chamber 2 of the cylinder 1 via the fuel injector 11.
  • the fuel injector 11 has a base body 12 and is installed via the base body 12 on a cylinder head 3 of the cylinder 1.
  • the fuel injector 11 has a first needle guide 13 with a first nozzle needle 14 movably guided in the same.
  • a first needle fuel chamber 15 cooperates with the first nozzle needle 14 and is connected to the combustion chamber 2 via first channels 17.
  • the first channels 17 open into the first needle fuel chamber 15 via first radially inner openings 16i and into the combustion chamber 2 of the cylinder 1 via first radially outer openings 16a.
  • the fuel injector 11 also has a second needle guide 18 with a second nozzle needle 19 movably guided in the same.
  • the second nozzle needle 19 interacts with a second needle fuel chamber 20, which is connected to the combustion chamber 2 via second channels 22.
  • the second channels 22 open into the second needle fuel chamber 20 via second radially inner openings 21i and into the combustion chamber 2 of the cylinder 1 via second radially outer openings 21a.
  • the first inner openings 16i are arranged on a first circular contour with a first diameter d1.
  • the second inner openings 21i are arranged on a second circular contour with a second diameter d2, wherein the second circular contour extends concentrically around the first circular contour.
  • the first outer openings 16a are arranged on a third circular contour with a third diameter.
  • the second outer openings 21a are arranged on a fourth circular contour with the fourth diameter, wherein the fourth circular contour extends concentrically around the third circular contour.
  • the third circular contour extends concentrically around the second circular contour.
  • the first liquid fuel and the second liquid fuel can be introduced into the combustion chamber 2 of the respective cylinder 1 in a particularly advantageous manner, in particular when the two liquid fuels are introduced into the combustion chamber at least partially at the same time, wherein the fuel injector 11 makes it possible to provide a uniform, homogeneous mixture between the two liquid fuels within the combustion chamber 2 of the respective cylinder 1.
  • a particularly advantageous embodiment is one in which a ratio d1/d2 between the first diameter d1 of the first circular contour, on which the first inner openings 16i are arranged, and the second diameter d2 of the second circular contour, on which the second inner openings 21i are arranged, is between 0.4 and 0.9, in particular between 0.5 and 0.8. This is particularly preferred for a uniform mixture formation of liquid fuels to be introduced into the combustion chamber 12 at least at times simultaneously.
  • the first liquid fuel which can be introduced into the combustion chamber 12 of the cylinder using the first channels 15, is in particular diesel fuel, which is relatively readily ignitable.
  • the second liquid fuel which is introduced into the combustion chamber 12 of the cylinder via the second channels 22, is a relatively unignitable fuel, in particular methanol, ethanol or ammonia. This second liquid, relatively unignitable fuel can be advantageously ignited using the first liquid fuel.
  • the second needle fuel chamber 20 is arranged at least in sections concentrically around the first needle fuel chamber 15.
  • the second needle fuel chamber 20 is in particular an annular volume which extends at a distance around the first needle fuel chamber 15.
  • the second channels 22 can be supplied with fuel in a particularly advantageous manner starting from the second needle fuel chamber 20.
  • first channels 17 are connected to the first needle fuel chamber 15 via the first inner openings 16i and the second channels 22 are connected to the second needle fuel chamber 20 via the second inner openings 21i.
  • the first and second channels 17, 22 have longitudinal center axes.
  • the longitudinal center axes of the first channels 17 and the longitudinal center axes of the second channels 22 run parallel to one another.
  • the longitudinal center axes of the first channels 17 and the longitudinal center axes of the second channels 22 diverge, or alternatively converge, when viewed in the direction of flow through them - i.e. in the direction of the combustion chamber 2 of the cylinder 1.
  • the mixture formation of the liquid fuels to be introduced into the combustion chamber 12 can be influenced or adjusted.
  • Longitudinal center axes of the first channels 17 and second channels 22 that converge in the flow direction are advantageously used when the second liquid fuel that is to be ignited with the first liquid fuel has a relatively low evaporation enthalpy.
  • the distance between the relatively ignitable first liquid fuel and the relatively unignitable second liquid fuel can thus be minimized in order to increase performance and reduce emissions.
  • Longitudinal center axes of the first channels 17 and second channels 22 that diverge in the flow direction are advantageously used when the second liquid fuel that is to be ignited with the first liquid fuel has a relatively high evaporation enthalpy. Excessive cooling in the area of the first liquid fuel can thus be avoided in order to ensure reliable ignition.
  • both needle guides 13, 18 and both needle fuel chambers 15, 20 are an integral part of the base body 12.
  • the base body 12 therefore provides the two needle guides 13, 18 and the two needle fuel chambers 15, 20.
  • the fuel injector 11 is preferably manufactured by 3D printing with preferably subsequent mechanical post-processing and/or subsequent heat treatment.
  • FIG. 2 schematically shows an embodiment of a fuel injector 11, which is composed of several individual parts.
  • the base body 12 has a recess 23 in which a first insert 24 is arranged.
  • This first insert 24 provides the first needle guide 13 for the first nozzle needle 14, the first needle fuel chamber 15, the first channels 17 and the first openings 16i, 16a.
  • the base body 12 provides the second needle fuel chamber 20, the second channels 22 and second openings 21i, 21a, wherein the first insert 13 delimits or closes the second needle fuel chamber 20 radially inward.
  • the base body 12 has a second recess 25 in which a second insert 26 is arranged.
  • the second insert 26 provides the second needle guide 18 for the second nozzle needle 19.
  • the invention further relates to an internal combustion engine with cylinders 1, each cylinder 1 having a fuel injector 11 according to the invention.
  • a homogeneous or uniform mixture spread can be ensured in the combustion chamber 2 of the respective cylinder 1, particularly when a relatively unignitable fuel such as methanol, ethanol or ammonia is to be burned in the cylinder 1 of the internal combustion engine and is to be ignited with a relatively ignitable liquid fuel such as diesel fuel, which is particularly advantageous for a combustion process based on a diesel engine combustion principle.
  • the fuel injector 11 according to the invention can, however, also be used in Otto engine combustion processes.

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Abstract

Kraftstoffinjektor (11) einer Brennkraftmaschine, der dazu ausgebildet ist, einer Brennkammer (2) eines Zylinders (1) der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzuführen, mit einem Grundkörper (12), mit einer in einer ersten Nadelführung (13) bewegbar geführten ersten Düsennadel (14), mit einem mit der ersten Düsennadel (14) zusammenwirkenden ersten Nadelkraftstoffraum (15) für einen ersten flüssigen Kraftstoff, der über erste Kanäle (17) mit der Brennkammer (2) des Zylinders koppelbar ist, wobei die ersten Kanäle (17) über erste innere Öffnungen (16i) mit dem ersten Nadelkraftstoffraum (15) verbunden sind, mit einer in einer zweiten Nadelführung (18) bewegbar geführten zweiten Düsennadel (19), mit einem mit der zweiten Düsennadel (19) zusammenwirkenden zweiten Nadelkraftstoffraum (20) für einen zweiten flüssigen Kraftstoff, der über zweite Kanäle (22) mit der Brennkammer (2) des Zylinders koppelbar ist, wobei die zweiten Kanäle (22) über zweite innere Öffnungen (21i) mit dem zweiten Nadelkraftstoffraum (15) verbunden sind, wobei die ersten inneren Öffnungen (16i) auf einer ersten Kreiskontur und die die zweiten inneren Öffnungen (21i) auf einer sich konzentrisch um die ersten Kreiskontur erstreckenden zweiten Kreiskontur angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den Bereich sogenannter Großmotoren bzw. Großbrennkraftmaschinen, deren Zylinder Kolbendurchmesser von mindestens 140 mm, insbesondere von mindestens 175 mm, aufweisen. Bei solchen Großbrennkraftmaschinen handelt es sich zum Beispiel um Schiffsmotoren.
  • Als Schiffsmotoren sind bereits Dual-Fuel Brennkraftmaschinen bekannt. Aus der Praxis bekannte Dual-Fuel Brennkraftmaschinen können in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden, in welchem dieselben einen ersten Kraftstoff, insbesondere einen ersten flüssigen, relativ zündwilligen Kraftstoff, verbrennen, sowie in einem zweiten Betriebsmodus, in welchem dieselben einen zweiten Kraftstoff, insbesondere einen gasförmigen Kraftstoff oder einen zweiten flüssigen, relativ zündunwilligen Kraftstoff verbrennen.
  • Bei dem ersten flüssigen, relativ zündwilligen Kraftstoff, der im ersten Betriebsmodus verbrannt wird, kann es sich zum Beispiel um einen Dieselkraftstoff handeln. Beim zweiten flüssigen, relativ zündunwilligen Kraftstoff, der im zweiten Betriebsmodus verbrannt wird, kann es sich zum Beispiel um Methanol, Ethanol oder Ammoniak handeln. Im zweiten Betriebsmodus kann Methanol, Ethanol oder Ammoniak, welches an sich relativ zündunwillig ist, über den im ersten Betriebsmodus genutzten ersten flüssigen Kraftstoff, nämlich den Dieselkraftstoff, der relativ zündwillig ist, gezündet werden.
  • Aus der Praxis bekannte Brennkraftmaschinen, in denen unterschiedliche flüssige Kraftstoffe verbrannt werden können, verfügen typischerweise für jeden flüssigen Kraftstoff über einen separaten Kraftstoffinjektor. Dies ist von Nachteil, da hierdurch relativ viel Bauraum benötigt wird. Es besteht Bedarf an einem Kraftstoffinjektor, der dazu geeignet ist, zwei flüssige Kraftstoffe in die Brennkammer eines Zylinders, welchem der Kraftstoffinjektor zugeordnet ist, einzubringen.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Kraftstoffinjektor zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 gelöst.
  • Der Kraftstoffinjektor weist einen Grundkörper, eine in einer ersten Nadelführung bewegbar geführte erste Düsennadel und eine in einer zweiten Nadelführung bewegbar geführte zweite Düsennadel auf.
  • Der Kraftstoffinjektor weist ferner einen mit der ersten Düsennadel zusammenwirkenden ersten Nadelkraftstoffraum für einen ersten flüssigen Kraftstoff auf, der über erste Kanäle mit der Brennkammer des Zylinders koppelbar ist, wobei die ersten Kanäle über erste innere Öffnungen mit dem ersten Nadelkraftstoffraum verbunden sind.
  • Der Kraftstoffinjektor weist ferner einen mit der zweiten Düsennadel zusammenwirkenden zweiten Nadelkraftstoffraum für einen zweiten flüssigen Kraftstoff auf, der über zweite Kanäle mit der Brennkammer des Zylinders koppelbar ist, wobei die zweiten Kanäle über zweite innere Öffnungen mit dem zweiten Nadelkraftstoffraum verbunden sind.
  • Die ersten inneren Öffnungen sind auf einer ersten Kreiskontur und die die zweiten inneren Öffnungen auf einer sich konzentrisch um die ersten Kreiskontur erstreckenden zweiten Kreiskontur angeordnet.
  • Beim erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor handelt es sich um einen Mehrnadelinjektor mit mindestens zwei Düsennadeln, wobei jede Düsennadel in einer jeweiligen Nadelführung geführt ist und mit einem jeweiligen Nadelkraftstoffraum zusammenwirkt. Jeder Nadelkraftstoffraum ist über Kanäle mit der Brennkammer des Zylinders verbunden.
  • Dadurch, dass die ersten inneren Öffnungen auf der ersten Kreiskontur und die zweiten inneren Öffnungen auf der sich konzentrisch um die erste Kreiskontur erstreckenden zweiten Kreiskontur angeordnet sind, können die Kraftstoffe über die Kanäle besonders vorteilhaft in die Brennkammer eingebracht werden, insbesondere dann, wenn das Einbringen der flüssigen Kraftstoffe zumindest teilweise zeitgleich erfolgt. Dies erlaubt dann eine besonders vorteilhafte Zündung des relativ zündunwilligen flüssigen Kraftstoffe über den anderen, relativ zündwilligen flüssigen Kraftstoff. Die Kraftstoffe können sich gleichmäßig und homogen in der Brennkammer verteilen, wodurch eine gleichmäßig Gemischausbreitung bei Einbringen von mehreren flüssigen Kraftstoffen gewährleistet werden kann.
  • Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser der ersten Kreiskontur und dem Durchmesser der zweiten Kreiskontur zwischen 0,1 und 0,5, insbesondere zwischen 0,2 und 0,3 Dies ist besonders bevorzugt, um eine gleichmäßige Gemischausbreitung eines Gemischs von mehreren in die Brennkammer eingebrachten flüssigen Kraftstoffen zu gewährleisten, insbesondere dann, wenn die flüssigen Kraftstoffe zumindest teilweise zeitgleich in die Brennkammer eingebracht werden.
  • Vorzugsweise verlaufen Längsmittelachsen der ersten Kanäle parallel zu den Längsmittelachsen der zweiten Kanäle. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Längsmittelachsen der ersten Kanäle und die Längsmittelachsen der zweiten Kanäle in Durchströmungsrichtung derselben gesehen divergieren oder konvergieren. Abhängig davon, welche flüssigen Kraftstoffe mithilfe des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in die Brennkammer eines Zylinders eingebracht werden sollen, kann die Orientierung der Längsmittelachsen der ersten Kanäle und zweiten Kanäle gewählt werden.
  • Vorzugsweise ist der zweite Nadelkraftstoffraum zumindest abschnittsweise konzentrisch um den ersten Nadelkraftstoffraum angeordnet. Dies ist zur Versorgung der zweiten Öffnungen mit Kraftstoff, ausgehend vom zweiten Nadelkraftstoffraum besonders bevorzugt.
  • Vorzugsweise weist der Grundkörper eine erste Ausnehmung auf, in der ein erster Einsatz angeordnet ist, wobei der erste Einsatz die erste Nadelführung für die erste Düsennadel, den ersten Nadelkraftstoffraum und die ersten Kanäle bereitstellt. Der Grundkörper stellt vorzugsweise den zweiten Nadelkraftstoffraum und die zweiten Kanäle bereit. Der Grundkörper weist vorzugsweise eine zweite Ausnehmung auf, in der ein zweiter Einsatz angeordnet ist, wobei der zweite Einsatz die zweite Nadelführung für die zweite Düsennadel bereitstellt. Diese Ausführung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Kraftstoffinjektor aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist.
  • Alternativ ist auch eine monolithische Bauform des Kraftstoffinjektors möglich, der dann insbesondere durch 3D-Drucken hergestellt ist.
  • Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 11 definiert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1:
    einen schematisierten Querschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor einer Dual-Fuel Brennkraftmaschine;
    Fig. 2
    einen schematisierten Querschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor einer Dual-Fuel Brennkraftmaschine.
  • Fig. 1 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch einen im Bereich eines Zylinders 1 einer Brennkraftmaschine verbauten Kraftstoffinjektor 11, wobei über den Kraftstoffinjektor 11 flüssige Kraftstoffe in eine Brennkammer 2 des Zylinders 1 eingebracht werden können. Der Kraftstoffinjektor 11 verfügt über einen Grundkörper 12 und ist über den Grundkörper 12 an einem Zylinderkopf 3 des Zylinders 1 verbaut.
  • Ferner verfügt der Kraftstoffinjektor 11 über eine erste Nadelführung 13 mit einer in derselben bewegbar geführten ersten Düsennadel 14. Mit der ersten Düsennadel 14 wirkt ein erster Nadelkraftstoffraum 15 zusammen, der über erste Kanäle 17 mit der Brennkammer 2 verbunden. Die ersten Kanäle 17 münden über erste radial innere Öffnungen 16i in den ersten Nadelkraftstoffraum 15 und über erste radial äußere Öffnungen 16a in die Brennkammer 2 des Zylinders 1.
  • Der Kraftstoffinjektor 11 verfügt ferner über eine zweite Nadelführung 18 mit einer in derselben bewegbar geführten zweiten Düsennadel 19. Die zweite Düsennadel 19 wirkt mit einem zweiten Nadelkraftstoffraum 20 zusammen, der über zweite Kanäle 22 mit der Brennkammer 2 verbunden. Die zweiten Kanäle 22 münden über zweite radial innere Öffnungen 21i in den zweiten Nadelkraftstoffraum 20 und über zweite radial äußere Öffnungen 21a in die Brennkammer 2 des Zylinders 1. Die ersten inneren Öffnungen 16i sind auf einer ersten Kreiskontur mit einem ersten Durchmesser d1 angeordnet. Die zweiten inneren Öffnungen 21i sind auf einer zweiten Kreiskontur mit einem zweiten Durchmesser d2 angeordnet, wobei sich die zweite Kreiskontur konzentrisch um die erste Kreiskontur erstreckt.
  • Die ersten äußeren Öffnungen 16a sind auf einer dritten Kreiskontur mit einem dritten Durchmesser angeordnet. Die zweiten äußeren Öffnungen 21a sind auf einer vierten Kreiskontur mit dem vierten Durchmesser angeordnet, wobei sich die vierte Kreiskontur konzentrisch um die dritte Kreiskontur erstreckt.
  • Insbesondere erstreckt sich die dritte Kreiskontur konzentrisch um die zweite Kreiskontur.
  • Über derartige Kanäle 17, 22 können der erste flüssige Kraftstoff und der zweite flüssige Kraftstoff besonders vorteilhaft in die Brennkammer 2 des jeweiligen Zylinders 1 eingebracht werden, insbesondere dann, wenn die beiden flüssigen Kraftstoffe zumindest teilweise zeitgleich in die Brennkammer eingebracht werden, wobei es der Kraftstoffinjektor 11 erlaubt, ein gleichmäßiges, homogenes Gemisch zwischen den beiden flüssigen Kraftstoffen innerhalb der Brennkammer 2 des jeweiligen Zylinders 1bereitzustellen.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher ein Verhältnis d1/d2 zwischen dem ersten Durchmesser d1 der ersten Kreiskontur, auf der die ersten inneren Öffnungen 16i angeordnet sind, und dem zweiten Durchmesser d2 der zweiten Kreiskontur, auf der die zweiten inneren Öffnungen 21i angeordnet sind, zwischen 0,4 und 0,9, insbesondere zwischen 0,5 und 0,8 beträgt. Dies ist für eine gleichmäßige Gemischausbildung von zumindest zeitweise gleichzeitig in die Brennkammer 12 einzubringenden flüssigen Kraftstoffen besonders bevorzugt.
  • Beim ersten flüssigen Kraftstoff, der mithilfe der ersten Kanäle 15 in die Brennkammer 12 des Zylinders einbringbar ist, handelt es sich insbesondere um relativ zündwilligen Dieselkraftstoff. Beim zweiten flüssigen Kraftstoff, der über die zweiten Kanäle 22 in die Brennkammer 12 des Zylinders eingebracht wird, handelt es sich um relativ zündunwilligen Kraftstoff, insbesondere um Methanol, Ethanol oder auch Ammoniak. Dieser zweite flüssige, relativ zündunwillige Kraftstoff kann mithilfe des ersten flüssigen Kraftstoffs vorteilhaft gezündet werden.
  • Der zweite Nadelkraftstoffraum 20 ist zumindest abschnittsweise konzentrisch um den ersten Nadelkraftstoffraum 15 herum angeordnet. Bei dem zweiten Nadelkraftstoffraum 20 handelt es sich insbesondere um ein ringförmiges Volumen, welches sich mit Abstand um den ersten Nadelkraftstoffraum 15 herum erstreckt. Hierdurch können die zweiten Kanäle 22 ausgehend vom zweiten Nadelkraftstoffraum 20 besonders vorteilhaft mit Kraftstoff versorgt werden.
  • Wie bereits ausgeführt, sind die ersten Kanäle 17 über die erste inneren Öffnungen 16i mit dem ersten Nadelkraftstoffraum 15 und die zweiten Kanäle 22 über die zweite inneren Öffnungen 21i mit dem zweiten Nadelkraftstoffraum 20 verbunden. Die ersten und zweiten Kanäle 17, 22 verfügen dabei über Längsmittelachsen.
  • In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sie Längsmittelachsen der ersten Kanäle 17 und die Längsmittelachsen der zweiten Kanäle 22 parallel zueinander verlaufen. Alternativ ist vorgesehen, dass die Längsmittelachsen der ersten Kanäle 17 und die Längsmittelachsen der zweiten Kanäle 22 in Durchströmungsrichtung derselben gesehen - also in Richtung auf die Brennkammer 2 des Zylinder 1 - divergieren, alternativ konvergieren.
  • Abhängig von der Orientierung der Längsmittelachsen der Kanäle 17, 22 kann die Gemischbildung der in die Brennkammer 12 einzubringenden flüssigen Kraftstoffe beeinflusst bzw. eingestellt werden.
  • In Durchströmungsrichtung konvergierende Längsmittelachsen der ersten Kanäle 17 und zweiten Kanäle 22 kommen vorteilhaft dann zum Einsatz, wenn der zweite flüssige Kraftstoff, der mit dem ersten flüssigen Kraftstoff gezündet werden soll, eine relativ geringe Verdampfungsenthalpie aufweist. Während der Einspritzung der flüssigen Kraftstoffe kann so der Abstand des relativ zündwilligen, ersten flüssigen Kraftstoffs zum relativ zündunwilligen, zweiten flüssigen Kraftstoff minimiert werden, um die Leistung zu erhöhen und Emissionen zu reduzieren.
  • In Durchströmungsrichtung divergierende Längsmittelachsen der ersten Kanäle 17 und zweiten Kanäle 22 kommen vorteilhaft dann zum Einsatz, wenn der zweite flüssige Kraftstoff, der mit dem ersten flüssigen Kraftstoff gezündet werden soll, eine relativ hohe Verdampfungsenthalpie aufweist. Es kann so eine übermäßige Abkühlung im Bereich des ersten flüssigen Kraftstoffs vermieden werden, um eine sichere Zündung zu gewährleisten.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind beide Nadelführungen 13, 18 sowie beide Nadelkraftstoffräume 15, 20 integraler Bestandteil des Grundkörpers 12. In diesem Fall stellt demnach der Grundkörper 12 die beiden Nadelführungen 13, 18 sowie die beiden Nadelkraftstoffräume 15, 20 bereit. In diesem Fall ist der Kraftstoffinjektor 11 vorzugsweise durch 3D-Drucken mit einer sich vorzugsweise anschließenden mechanischen Nachbearbeitung und/oder anschließenden Wärmebehandlung hergestellt.
  • Demgegenüber zeigt Fig. 2 schematisiert ein Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors 11, der aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist. In Fig. 2 weist der Grundkörper 12 eine Ausnehmung 23 auf, in der ein erster Einsatz 24 angeordnet ist. Dieser erste Einsatz 24 stellt die erste Nadelführung 13 für die erste Düsennadel 14, den ersten Nadelkraftstoffraum 15, die ersten Kanäle 17 sowie die ersten Öffnungen 16i, 16a bereit.
  • Der Grundkörper 12 stellt den zweiten Nadelkraftstoffraum 20, die zweiten Kanäle 22 sowie zweiten Öffnungen 21i, 21a bereit, wobei der erste Einsatz 13 den zweiten Nadelkraftstoffraum 20 radial innen begrenzt bzw. verschließt.
  • Vorzugsweise weist der Grundkörper 12 eine zweite Ausnehmung 25 auf, in der ein zweiter Einsatz 26 angeordnet ist. Der zweite Einsatz 26 stellt die zweite Nadelführung 18 für die zweiten Düsennadel 19 bereit.
  • Über Kraftstoffbohrungen 27, 28, die in Fig. 1 nicht gezeigt sind, kann der jeweilige Kraftstoff in Richtung auf die jeweilige Düsennadel 14, 19 geführt werden.
  • Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist insbesondere vorgesehen, die Einsätze 24, 26, welche mit den Düsennadeln 14, 19 zusammenwirken, aus einem anderen metallischen Werkstoff zu fertigen als den Grundkörper 12.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit Zylindern 1, wobei jeder Zylinder 1 einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor 11 aufweist. Wie bereits ausgeführt, kann insbesondere dann, wenn in den Zylinder 1 der Brennkraftmaschine ein relativ zündunwilliger Kraftstoff, wie zum Beispiel Methanol, Ethanol oder Ammoniak verbrannt und mit einem relativ zündwilligen flüssigen Kraftstoff, wie einem Dieselkraftstoff, gezündet werden soll, in der Brennkammer 2 des jeweiligen Zylinders 1 eine homogene bzw. gleichmäßige Gemischausbreitung gewährleistet werden, was insbesondere für ein Brennverfahren nach einem dieselmotorischen Verbrennungsprinzip von Vorteil ist. Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor 11 kann jedoch auch bei ottomotorischen Brennverfahren zum Einsatz kommen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zylinder
    2
    Brennkammer
    3
    Zylinderkopf
    11
    Kraftstoffinjektor
    12
    Grundkörper
    13
    Nadelführung
    14
    Düsennadel
    15
    Nadelkraftstoffraum
    16a
    äußere Öffnung
    16i
    innere Öffnung
    17
    Kanal
    18
    Nadelführung
    19
    Düsennadel
    20
    Nadelkraftstoffraum
    21a
    äußere Öffnung
    21i
    innere Öffnung
    22
    Kanal
    23
    Ausnehmung
    24
    Einsatz
    25
    Ausnehmung
    26
    Einsatz
    27
    Kraftstoffbohrung
    28
    Kraftstoffbohrung

Claims (11)

  1. Kraftstoffinjektor (11) einer Brennkraftmaschine, der dazu ausgebildet ist, einer Brennkammer (2) eines Zylinders (1) der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzuführen,
    mit einem Grundkörper (12),
    mit einer in einer ersten Nadelführung (13) bewegbar geführten ersten Düsennadel (14),
    mit einem mit der ersten Düsennadel (14) zusammenwirkenden ersten Nadelkraftstoffraum (15) für einen ersten flüssigen Kraftstoff, der über erste Kanäle (17) mit der Brennkammer (2) des Zylinders koppelbar ist, wobei die ersten Kanäle (17) über erste innere Öffnungen (16i) mit dem ersten Nadelkraftstoffraum (15) verbunden sind,
    mit einer in einer zweiten Nadelführung (18) bewegbar geführten zweiten Düsennadel (19),
    mit einem mit der zweiten Düsennadel (19) zusammenwirkenden zweiten Nadelkraftstoffraum (20) für einen zweiten flüssigen Kraftstoff, der über zweite Kanäle (22) mit der Brennkammer (2) des Zylinders koppelbar ist, wobei die zweiten Kanäle (22) über zweite innere Öffnungen (21i) mit dem zweiten Nadelkraftstoffraum (15) verbunden sind,
    wobei die ersten inneren Öffnungen (16i) auf einer ersten Kreiskontur und die die zweiten inneren Öffnungen (21i) auf einer sich konzentrisch um die ersten Kreiskontur erstreckenden zweiten Kreiskontur angeordnet sind.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    wobei der zweite Nadelkraftstoffraum (20) zumindest abschnittsweise konzentrisch um den ersten Nadelkraftstoffraum (15) angeordnet ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei Längsmittelachsen der ersten Kanäle (17) parallel zu den Längsmittelachsen der zweiten Kanäle (22) verlaufen.
  4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei Längsmittelachsen der ersten Kanäle (17) und Längsmittelachsen der zweiten Kanäle (22) in Durchströmungsrichtung derselben gesehen divergieren.
  5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei Längsmittelachsen der ersten Kanäle (17) und Längsmittelachsen der zweiten Kanäle (22) in Durchströmungsrichtung derselben gesehen konvergieren.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    wobei ein Verhältnis (d1/d2) zwischen dem Durchmesser (d1) der ersten Kreiskontur und dem Durchmesser (d2) der zweiten Kreiskontur zwischen 0,1 und 0,5, insbesondere zwischen 0,2 und 0,3, beträgt.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    wobei der Grundkörper (12) eine erste Ausnehmung (23) aufweist, in der ein erster Einsatz (24) angeordnet ist, wobei der erste Einsatz (24) die erste Nadelführung (13) für die erste Düsennadel (14), den ersten Nadelkraftstoffraum (15), und die ersten Kanäle (17) bereitstellt.
  8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7,
    wobei der Grundkörper (12) den zweiten Nadelkraftstoffraum (20) und die zweiten Kanäle (22) bereitstellt.
  9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7 oder 8,
    wobei der Grundkörper (12) eine zweite Ausnehmung (25) aufweist, in der ein zweiter Einsatz (24) angeordnet ist, wobei der zweite Einsatz (24) die zweite Nadelführung (18) für die zweite Düsennadel (19) bereitstellt.
  10. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    der erste Kraftstoff der Zündung des zweiten Kraftstoffs dient.
  11. Brennkraftmaschine,
    mit Zylindern (1), die eingerichtet sind, mit Hilfe eines ersten Kraftstoffs einen zweiten Kraftstoff zur Verbrennung desselben in den Zylindern (1) zu zünden,
    wobei jeder Zylinder (1) einen Kraftstoffinjektor (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
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