Title:
Spritzlochscheibe und Ventil
Kind Code:
A1


Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzlochscheibe (10) für ein Ventil (1) für ein strömendes Fluid (11) und insbesondere für ein Dosier- oder Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine, mit einem Scheibenkörper (20) und einer im Scheibenkörper (20) ausgebildeten Spritzlochanordnung (30), welche mit mindestens einem Spritzloch (31) zur Abgabe zugeführten Fluides (11) als Spray (12) und mit jeweils mindestens einem Kanal (33) zum Zuführen des Fluides (11) zum Spritzloch (31) ausgebildet ist, wobei das Spritzloch (31), der Kanal (33) und/oder der Übergang zwischen Kanal (33) und Spritzloch (31) derart zu einer Drallgeometrie der Spritzlochscheibe (10) ausgebildet sind, dass im Betrieb durch Wechselwirkung eines oder mehrerer Strahlen aus dem Spritzloch (31) austretenden Fluides (11) in Turbulenzzerstäubung ein ovales Querschnittsbild des Sprays (12) geformt wird, insbesondere nach Art eine Flachsprays.




Inventors:
Starkert, Tilo (73265, Dettingen, DE)
Thoemmes, Franz (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Jeannel, Laurent (71229, Leonberg, DE)
Application Number:
DE102015225338A
Publication Date:
07/06/2017
Filing Date:
12/15/2015
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:



Claims:
1. Spritzlochscheibe (10) für ein Ventil (1) für ein strömendes Fluid (11) und insbesondere für ein Dosier- oder Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine und/oder zur Abgasnachbehandlung,
– mit einem Scheibenkörper (20) und einer im Scheibenkörper (20) ausgebildeten Spritzlochanordnung (30), welche mit mindestens einem Spritzloch (31) zur Abgabe zugeführten Fluides (11) als Spray (12) und mit jeweils mindestens einem Kanal (33) zum Zuführen des Fluides (11) zum Spritzloch (31) ausgebildet ist,
– wobei das Spritzloch (31), der Kanal (33) und/oder der Übergang zwischen Kanal (33) und Spritzloch (31) derart zu einer Drallgeometrie der Spritzlochscheibe (10) ausgebildet sind, dass im Betrieb durch Wechselwirkung eines oder mehrerer Strahlen aus dem Spritzloch (31) austretenden Fluides (11) in Zerstäubung ein ovales Querschnittsbild des Sprays (12) geformt wird, insbesondere nach Art eine Flachsprays.

2. Spritzlochscheibe (10) nach Anspruch 2,
bei welcher die Drallgeometrie derart ausgebildet ist, dass das ovale Querschnittsbild des Sprays (12) erzeugbar ist:
(i) bei niedrigen Drücken im Bereich von etwa 3·105 Pa (3 bar) bis etwa 10·105 Pa (10 bar),
(ii) mit einer homogenen Verteilung des Fluides (11) im Spray (12) und/oder
(iii) mit einer reduzierten Tröpfchengröße des Sprays (12) mit einem SMD-Wert von weniger als 80 μm.

3. Spritzlochscheibe (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Übergang zwischen einem jeweiligen Kanal (33) und einem jeweiligen Spritzloch (31) zumindest teilweise von einer Drallkammer (32) gebildet wird.

4. Spritzlochscheibe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welcher:
– eine – insbesondere gerade – Mehrzahl von Spritzlöchern (31) mit jeweils einem Kanal (33) ausgebildet ist,
– mittels Anpassung eines Winkelabstandes (36) der Spritzlöcher (31) und/oder der Kanäle (33) zueinander, insbesondere in Bezug auf eine laterale Mitte (15) der Spritzlochscheibe (10), durch Paare von Spritzlöchern (31) im Betrieb Strahlpaare ausbildbar sind und durch Verbindung einzelner Strahlen das ovale Querschnittsbild des Sprays (12) erzeugbar ist, insbesondere im Bereich von etwa 40° bis etwas 60°.

5. Spritzlochscheibe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher eine Mehrzahl von Spritzlöchern (31) ausgebildet ist, welche insbesondere auf einer Kreislinie (38, 39) oder gruppenweise aufgeteilt auf mehreren Kreislinien (38, 39), insbesondere konzentrisch um das Zentrum (15) der Spritzlochscheibe (10) herum, angeordnet sind.

6. Spritzlochscheibe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welcher vorgesehene Kanäle (33)
– parallel zueinander ausgebildet sind und/oder dieselbe Länge aufweisen,
– direkt benachbart zueinander alternierend zwischen sich einen ersten kleineren Winkel oder einen zweiten größeren Winkel in Bezug auf das Zentrum (15) der Spritzlochscheibe (10) einschließen und/oder
– direkt benachbart zueinander alternierend eine erste geringere Länge oder eine zweite größere Längen aufweisen.

7. Spritzlochscheibe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher gegebenenfalls vorgesehene Drallkammern (32) direkt benachbarter Spritzlöcher (31) zueinander entgegengesetzte Drallrichtungen aufweisen.

8. Spritzlochscheibe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein jeweiliges Spritzloch (31) einen kreisförmigen oder einen nicht-kreisförmigen und insbesondere einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist.

9. Spritzlochscheibe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welcher durch Anpassung
(i) der Anzahl und/oder Anordnung der Spritzlöcher (31),
(ii) des Neigungswinkels und/oder der Form der Spritzlöcher (31),
(iii) der Anzahl und/oder der Anordnung der Kanäle (33),
(iv) der relativen Anordnung von Spritzlöchern (31) und/oder Kanälen (33) zueinander und/oder
(v) der Drallintensität, insbesondere auch im Zusammenhang mit vorgesehenen Drallkammern (32) und deren Anordnung, Form und Ausrichtung zu jeweiligem Kanal (33) und/oder Spritzloch (31)
im Betrieb das ovale Querschnittsbild des Sprays (12) und insbesondere der Flachspray formbar sind.

10. Ventil (1) für ein strömendes Fluid (11) und insbesondere Dosier- oder Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine und/oder zur Abgasnachbehandlung,
mit:
– einem eine Ventilkammer (3) abschließenden Ventilsitzkörper (4) mit Ventilöffnung (6) und
– einer stromabwärts zum Ventilsitzkörper (4) gelegenen Spritzlochscheibe (10),
wobei die Spritzlochscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

Description:
Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzlochscheibe und ein Ventil. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Spritzlochscheibe für ein Ventil für ein strömendes Fluid und insbesondere für ein Dosier- oder Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine und/oder zur Abgasnachbehandlung sowie ein Ventil für ein strömendes Fluid und insbesondere ein Dosier- oder ein Spritzventil für eine Brennkraftmaschine und/oder zur Abgasnachbehandlung.

Bei Ventilen für strömende Fluide und insbesondere bei Dosier- oder Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen wird bei bestimmten Ausführungsformen ein Ventilsitzkörper, welcher eine Ventilkammer abschließt, in Strömungsrichtung des Fluides eine sogenannte Spritzlochscheibe nachgeschaltet, welche mindestens ein Spritzloch aufweist, welches der Abgabe des Fluides aus der Ventilkammer in einen Abgaberaum hinein, zum Beispiel in eine Brennkammer oder dergleichen, dient.

Oft wird dabei zur Aufbereitung die sogenannte Turbulenzzerstäubung des strömenden Fluides im Übergang vom Spritzloch der Spritzlochscheibe in den Abgaberaum des Fluides verwendet. Insbesondere bei vergleichsweise niedrigen Drücken kann dies zu einer inhomogenen Strahlverteilung und/oder zu vergleichsweise großen Tropfen führen, dies ist bei vielen Anwendungen nicht erwünscht oder sogar nachteilig.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Spritzlochscheibe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass bei ihrem Einsatz in einem Ventil eine vergleichsweise homogene Verteilung der Tröpfchen im Zerstäubungskegel bei einer Verringerung der Tröpfchengröße erreicht werden kann. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 dadurch erreicht, dass eine Spritzlochscheibe für ein Ventil für ein strömendes Fluid und insbesondere für ein Dosier- oder Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird mit einem Scheibenkörper und einer im Scheibenkörper ausgebildeten Spritzlochanordnung, welche mit mindestens einem Spritzloch zur Abgabe zugeführten Fluides als Spray und mit jeweils mindestens einem Kanal zum Zuführen des Fluides zum Spritzloch ausgebildet ist, wobei das Spritzloch, der Kanal und/oder der Übergang zwischen Kanal und Spritzloch derart zu einer Drallgeometrie der Spritzlochscheibe ausgebildet sind, dass im Betrieb durch Wechselwirkung eines oder mehrerer Strahlen aus dem Spritzloch austretenden Fluides in Zerstäubung ein ovales Querschnittsbild des Sprays geformt wird, insbesondere nach Art eine Flachsprays. Erfindungsgemäß wird also die Drallgeometrie der Spritzlochscheibe über eine entsprechende Anpassung der Kombination aus Spritzloch, zuführendem Kanal und/oder Übergang zwischen Kanal und Spritzloch so gewählt, dass über die intrinsische Wechselwirkung eines einzelnen Strahls oder die Wechselwirkung mehrerer Strahlen aus der Spritzlochanordnung austretenden Fluides in Zerstäubung ein ovales Querschnittsbild des Zerstäubungskegels oder Sprays geformt wird. Insbesondere kann dadurch eine flache Gestalt des Zerstäubungskegels im Sinne eines Flachsprays mit homogener Sprayverteilung erreicht werden.

Im technischen Zusammenhang der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Zerstäubungskegel, Spraykegel und Spray synonym verwendet.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe ist die Drallgeometrie derart ausgebildet, dass das ovale Querschnittsbild des Zerstäubungskegels oder Sprays (i) bei niedrigen Drücken im Bereich von etwa 3·105 Pa (3 bar) bis etwa 10·105 Pa (10 bar), (ii) mit einer homogenen Verteilung des Fluides im Spray und/oder (iii) mit einer reduzierten Tröpfchengröße des Sprays mit einem SMD-Wert von weniger als 80 μm erzeugbar ist. Auf diese Art und Weise sind auch Einsatzbereiche der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe und eines mit der Spritzlochscheibe ausgestatteten Ventiles möglich, bei welchen bisher nur vergleichsweise schlechtere Ergebnisse, zum Beispiel im Hinblick auf die Homogenität des Zerstäubungskegels und/oder die Verteilung der Tröpfchengrößen, erzielt werden konnten.

Besonders vorteilhafte Eigenschaften lassen sich im Zerstäubungskegel oder Spray erzielen, wenn im Übergang zwischen einem jeweiligen Kanal und einem jeweiligen Spritzloch eine Drallkammer ausgebildet ist oder dieser Übergang zumindest teilweise von einer Drallkammer gebildet wird.

Auch bietet die Wechselwirkung mehrerer Strahlen in Kombination miteinander Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Gesamtform des Zerstäubungskegels, seine Richtung und/oder seine Querschnittsgestalt. So ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe vorgesehen, dass eine – insbesondere gerade – Mehrzahl von Spritzlöchern mit jeweils einem Kanal ausgebildet ist.

Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn mittels Anpassung eines Winkelabstandes der Spritzlöcher und/oder der Kanäle zueinander, insbesondere in Bezug auf eine laterale Mitte der Spritzlochscheibe, durch Paare von Spritzlöchern im Betrieb Strahlpaare ausbildbar sind und durch Verbindung einzelner Strahlen das ovale Querschnittsbild des Sprays erzeugbar ist, insbesondere im Bereich von etwa 30° bis etwa 70°.

Eine symmetrische Gestalt des Zerstäubungskegels ergibt sich unter anderem dann, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe eine Mehrzahl von Spritzlöchern ausgebildet ist, welche insbesondere auf einer Kreislinie oder gruppenweise aufgeteilt auf mehreren Kreislinien, insbesondere konzentrisch um das Zentrum der Spritzlochscheibe herum, angeordnet sind.

Um insbesondere eine ovale und in die Länge gezogene, aber ansonsten symmetrische Form zu erzielen, können die Spritzlöcher gruppenweise auf mehreren Kreislinien angeordnet sein.

Bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe bieten sich auch hinsichtlich der das strömende Fluid zuführenden Kanäle je nach Anwendung unterschiedliche Geometrien an.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe können die vorgesehenen Kanäle parallel zueinander ausgebildet sind und/oder dieselbe Länge aufweisen, direkt benachbart zueinander alternierend zwischen sich einen ersten kleineren Winkel oder einen zweiten größeren Winkel in Bezug auf das Zentrum der Spritzlochscheibe einschließen und/oder direkt benachbart zueinander alternierend eine erste geringere Länge oder eine zweite größere Längen aufweisen.

Diese Eigenschaften können ggf. miteinander kombiniert werden, um Anforderungen bei bestimmten Anwendungen gerecht werden zu können.

Auch lassen sich die Eigenschaften des Zerstäubungskegels durch die Beeinflussung des Strahldralls weiterbilden. So kann es bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe vorgesehen sein, dass Drallkammern direkt benachbarter Spritzlöcher zueinander entgegengesetzte Drallrichtungen aufweisen.

Auch die Anpassung der Form des jeweiligen Spritzloches im Querschnitt, also insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides, bietet Möglichkeiten der Beeinflussung der Gestalt des Zerstäubungskegels und seiner weiteren Eigenschaften, z.B. der Tröpfchengrößenverteilung innerhalb des Zerstäubungskegels. So kann es bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe vorgesehen sein, dass ein jeweiliges Spritzloch einen kreisförmigen oder einen nicht-kreisförmigen und insbesondere einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist.

Auch weitere geometrische und/oder konstruktive Eigenschaften der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe bieten Anpassungsmöglichkeiten, um den oder die entstehenden Zerstäubungskegel in ihren Eigenschaften der jeweiligen Anwendung zu gestalten.

So kann es gemäß verschiedenen Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe vorgesehen sein, dass im Betrieb das ovale Querschnittsbild des Zerstäubungskegels oder des Sprays und insbesondere der Flachspray oder der flach ausgebildete Zerstäubungskegel weitergebildet werden, indem durch Anpassung (i) der Anzahl und/oder Anordnung der Spritzlöcher, (ii) des Neigungswinkels und/oder der Form der Spritzlöcher, (iii) der Anzahl und/oder der Anordnung der Kanäle, (iv) der relativen Anordnung von Spritzlöchern und/oder Kanälen zueinander und/oder (v) der Drallintensität, insbesondere auch im Zusammenhang mit vorgesehenen Drallkammern und deren Anordnung, Form und Ausrichtung zu jeweiligem Kanal und/oder Spritzloch im Betrieb das ovale Querschnittsbild des Sprays und insbesondere der Flachspray formbar sind.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Ventil für ein strömendes Fluid und insbesondere ein Dosier- oder Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß ist dieses Ventil mit einem einer Ventilkammer abschließenden Ventilsitzkörper mit einer Ventilöffnung und mit einer stromabwärts zum Ventilsitzkörper gelegenen Spritzlochscheibe ausgebildet. Die Spritzlochscheibe weist die erfindungsgemäß beschriebene Gestalt auf, so dass beim Einsatz des erfindungsgemäßen Ventils ein Zerstäubungskegel oder Spray mit einer vergleichsweise homogenen Verteilung und ggf. reduzierter mittlerer Tröpfchengröße entsteht, insbesondere nach Art eines flach ausgestalteten Zerstäubungskegels oder nach Art eines Flachsprays.

Kurzbeschreibung der Figuren

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.

1 ist eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Ventils.

2, 3-1, 3-2 sind eine schematische und geschnittene Seitenansicht bzw. Draufsichten auf Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe.

4 bis 6 zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe mit 4-Loch-4-Kanal-Geometrie.

7 und 8 zeigen in schematischer und geschnittener Draufsicht Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe mit 2-Loch-2-Kanal-Geometrie und Kombination mit zwei kollidierenden Strahlen.

9 und 10 zeigen in schematischer und geschnittener Draufsicht Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe mit 1-Loch-2-Kanal-Geometrie.

11 bis 20 zeigen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe mit 4-Loch-4-Kanal-Geometrie und entsprechende Ausgestaltungen der Spritzlöcher, der Zerstäubungskegel und deren Querschnitte.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 20 Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.

Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form von einander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.

1 zeigt in schematischer und geschnittener Seitenansicht einen Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventiles 1 unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe 10.

Das Ventil 1 umfasst einen Ventilsitzträger 2, in dessen unteren Bereich der Ventilsitz 7 ausgebildet und über erste Befestigungsmittel 9-1 am Ventilsitzträger 2 befestigt ist. Ein Ventilglied 8 weist an seinem unteren Ende einen, hier kugelförmig ausgebildeten, Schließkopf 5 auf, welcher gesteuert auf dem Ventilsitz 7 aufsitzen kann, um eine Ventilöffnung 6 gesteuert zu verschließen oder freizugeben. Der Ventilsitz 7 wird von einer konischen Fläche eines Ventilsitzkörpers 4 gebildet und weist an seinem unteren Ende die Ventilöffnung 6 auf. An der Stirnseite des Ventilsitzkörpers 4 und abgewandt von der Ventilöffnung 6 ist an der Außenseite des Ventilsitzkörpers 4 über zweite Befestigungsmittel 9-2 eine erfindungsgemäße Spritzlochscheibe 10 angebracht, welche einen Scheibenkörper 20 und eine Spritzlochanordnung 30 aufweist.

Die Spritzlochscheibe 10 weist verschiedene Ausnehmungen auf, über welche einerseits ein oder mehrere Spritzlöcher 31 der Spritzlochanordnung ausgebildet sind. Andererseits wird das strömende Fluid 11 von der Ventilkammer 3 über die Ventilöffnung 6 mittels zum Spritzloch 31 führender Kanäle 33 und ggf. über im Übergang zwischen den Kanälen 33 und den jeweiligen Spritzlöchern 31 ausgebildete Drallkammern 32 das strömende Fluid 11 zu den Spritzlöchern 31 geleitet.

Das strömende Fluid 11 verlässt das Ventil 1 über ein jeweiliges Spritzloch 31 in Form eines oder mehrerer Zerstäubungskegel 12, die synonym auch als Spray oder Spraykegel bezeichnet werden.

Die 2 und 3-1 zeigen in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht bzw. in einer schematischen und geschnittenen Draufsicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe 10 mit zwei Spritzlöchern 31. Die Spritzlöcher 31 sind im Scheibenkörper 20 als senkrechte Spritzlöcher 31 ausgebildet. In der Anwendung stehen sie über einen jeweiligen Kanal 33 und im Übergang zwischen dem Kanal 33 und dem Spritzloch 31 mit einer Drallkammer 32 mit der vom Spritzloch 31 abgewandten Seite der Spritzlochscheibe 10 und dort mit der entsprechenden Ventilöffnung 6 gemäß 1 fluidmechanisch in Kontakt.

Bei der Ausführungsform der 3-1 sind zwei Spritzlöcher 31 ausgebildet. Die Anzahl und die Geometrie der Spritzlöcher 31 kann variiert werden, um die erfindungsgemäß hervorgerufenen Vorteile hinsichtlich der Geometrie des Spraykegels 12, seiner Homogenität sowie der Tröpfchengrößenverteilung anzupassen.

Bei der Ausführungsform der 3-1 sind die Kanäle 33, die das strömende Fluid 11 zuführen, linear und in Bezug auf die Spritzlochgeometrie exzentrisch angebracht. Die Form der Kanäle 33 und der Grad der Exzentrizität können ebenfalls variiert werden.

Dasselbe gilt für die Drallkammern 32 und deren Größe, Orientierung und Form.

In den 2 und 3-1 besitzt die Spritzlochscheibe im Wesentlichen die Form einer Kreisscheibe mit der lateralen Mitte 15 und der der Mittenachse 16.

3-2 zeigt eine zur Ansicht der 3-1 vergleichbare schematische und teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe 10, jedoch mit 4-Loch-4-Kanal-Konfiguration. Diese Spritzlochscheibe 10 ist also (i) mit einer Spritzlochanordnung 30 mit vier Spritzlöchern 31, die auf einer Kreislinie 38 konzentrisch um die laterale Mitte 15 der Spritzlochscheibe 10 liegen, (ii) vier zuführenden Kanälen 33, die paarweise eine Winkel 36 um die laterale Mitte 15 einschließen, und (iii) mit jeweils einer Drallkammer 32 zwischen Kanal 33 und Spritzloch 31 ausgebildet. Im Betrieb wird über die Ausgestaltung, Geometrie und relative Anordnung der Kanäle 33, der Drallkammern 32 und der Spritzlöcher 31 für das strömende Fluid 11 und den am Austritt der Spritzlöcher entstehenden Zerstäubungskegeln 12 ein entsprechender Impuls 40 generiert.

Die 4 bis 6 zeigen in analoger Form zu 3-2 andere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe 10 mit 4-Loch-4-Kanal-Konfiguration in schematischer und teilweise geschnittener Draufsicht.

Bei der Ausführungsform der 4 liegt eine 4-Loch-4-Kanal-Geometrie mit vier zueinander parallelen Kanälen 33 von gleicher Länge vor, über welche das strömende Fluid 11 vier Spritzlöchern 31 mit deren Drallkammern 32 dazwischen zugeführt wird. Die Kanalabstände 34 und die Kanallängen 35 können zur Ausgestaltung des Zerstäubungskegels 12 oder der Zerstäubungskegel 12 variiert werden, in analoger Weise wie die Geometrien und Anordnungen der Kanäle 33, der Drallkammern 32 und der Spritzlöcher 31 selbst auch.

5 zeigt ebenfalls eine 4-Loch-4-Kanal-Geometrie, bei welcher die vier Kanäle 33 paarweise einen bestimmten ersten Kanalwinkel 36 einschließen. Dieser kann ebenso wie der zentrale Abstand 37 von der lateralen Mitte 35 der Spritzlochscheibe 10 variiert werden, um die Eigenschaften des Zerstäubungskegels 12 oder der Zerstäubungskegel 12 anzupassen.

Bei der Ausführungsform gemäß 6 ist eine 4-Loch-4-Kanal-Geometrie ausgebildet, bei welcher erste Spritzlöcher 31 von Spritzlochpaaren auf einem ersten Kreis 38 mit größerem Kreisdurchmesser und die zweiten Spritzlöcher 31 der Spritzlochpaare auf einem zweiten Kreis 39 geringeren Durchmessers angeordnet sind. Die Paare der Spritzlöcher 31 und ihre Kanäle 33 bilden wieder zwischen sich einen Winkel 36. Die Anordnungskreise 38 und 39 liegen konzentrisch zur lateralen Mitte 15 der Spritzlochscheibe 10.

Neben dem Winkel 36 können hier die Durchmesser der Kreise 38 und 39 entsprechend angepasst werden, um bestimmte Eigenschaften des Zerstäubungskegels 12 oder der Zerstäubungskegel 12 zu erzielen.

Die 7 und 8 zeigen zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe 10 mit 2-Loch-2-Kanal-Konfiguartion oder -Geometrie.

Die 9 und 10 zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzlochscheibe 10 mit 1-Loch-2-Kanal-Geometrie mit ovalem Spritzloch 31.

Bei der Ausführungsform der 10 ist zusätzlich eine Drallkammer 32 im Übergang zwischen dem Kanal 33 und dem eigentlichen Spritzloch 31 ausgebildet.

Die 11 bis 20 zeigen erfindungsgemäße Spritzlochscheiben 10 mit 4-Loch-4-Kanal-Geometrie und Drallkammern 32. Bei diesen Ausführungsformen sind je zwei Kanäle 33 zueinander parallel ausgerichtet. Die Drehrichtung der Drallkammern 32 sind für Paare von Spritzlöchern 31 gegenläufig, so dass dadurch nach Austritt des strömenden Fluides 11 aus dem Spritzloch 31 die Luft der Atmosphäre in die Strahlmitte gezogen wird und sich Einzelstrahlen 12-1, 12-2 zu einem gemeinsamen und ovalen Zerstäubungskegel 12 formieren. Die Impulsrichtung wurde dabei durch die Anordnung der Kanäle 33 bestimmt.

Die 12 bis 14, 17 und 20 zeigen entsprechende Ausgestaltungen der kombinierten Spraykegel 12.

Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung herkömmlicher Zerstäubungskonzepte.

Herkömmliche Aufbereitungskonzepte, z.B. mit Turbulenzzerstäubung, führen bei niedrigen Drücken von 3 bar bis 10 bar zu inhomogenen Stahlverteilungen und/oder zu relativ großen Tröpfchengrößen z.B. mit SMD-Werten von ca. 80 μm bis 150 μm.

Das erfindungsgemäße Konzept soll zu einer homogeneren Verteilung innerhalb der Spraykegel 12 und zu einer deutlichen Reduzierung der Tröpfchengrößen im Spray führen.

Der erfindungsgemäße Ansatz beruht darauf, homogene Sprayverteilungen mit kleinsten Tropfengrößen zu erreichen. Dabei ist eine Grundidee, die Drallgeometrie in der Spritzlochscheibe 10 so anzuordnen und anzupassen, dass durch die Interaktion der Strahlen nach Austritt aus dem Spritzloch 31 das Spraybild, insbesondere im Querschnitt, oval geformt wird.

Als Anwendungsgebiete eignen sich die AdBlue-Dosierung (DNOX), die Wassereinspritzung und die Benzineinspritzung, bei denen ovale Sprays 12 eine Wandbenetzung vermeiden. Dadurch sind z.B. erhöhte Umsatzraten bei motornahem Anbau in DNOX-Systemen oder eine verbesserte Dynamik bei Wasser- und Benzineinspritzung erreichbar.

Ein Ansatzpunkt besteht z.B. darin, durch eine unterschiedliche Anordnung der Kanalgeometrie – z.B. Variation mit einer Variation des von den Kanäle 33 eingeschlossenen Winkels 36 Strahlpaare zu bilden, die im gesamten Spray 12 zu im Querschnitt zu einer ovalen Form führen, insbesondere durch Verbindung einzelner Strahlen. ln Kombination mit unterschiedlichen Lochneigungswinkeln kann Impuls der Strömung des Fluides 11 genutzt werden, um den Strahl des Sprays 12 in die entsprechende Lage zu richten.

Um eine gewünschte Sprayform zu erzielen, können die Drallintensität und der Lochneigungswinkel variiert werden.

Die Lochanzahl und die Kanalanordnung kann zur Erreichung eines Flachsprays variiert werden.

Folgende Vorteile stellen sich erfindungsgemäß ein:

  • (i) homogenes und feinzerstäubtes Spray,
  • (ii) gute Zerstäubung, sogar bei niedrigen Drücken, z.B. im Vergleich zur Turbulenzzerstäubung,
  • (iii) Verwendung des Sprays 12 für Abgasrohre mit ovaler Form,
  • (iv) Verringerung der Wandbenetzung im Abgas- oder Saugrohr,
  • (v) kostengünstiges Design der Spritzlochscheibe 10, die durch Stanzen oder Laserbohren hergestellt werden kann.

Bei bestimmten erfindungsgemäßen Beispielen von Spritzlochscheiben mit 4-Loch-Geometrie können je zwei der Kanäle 33 parallel zueinander angeordnet sein. Die Drehrichtung in der Drallkammern 32 kann dabei für die zwei Paare gegenläufig ausgebildet sein. Dadurch wird die Luft der Atmosphäre in die Mitte des Sprays 12 gezogen. Durch Verbinden von Einzelstrahlen entsteht ein ovales Spray 12. Die Impulsrichtung kann durch die Anordnung der Kanäle 33 bestimmt werden.

Die Form des Sprays 12 kann durch Ändern der Anordnung der Paare der Kanäle 33, durch Verändern der Drallintensität und/oder des Lochneigungswinkels beeinflusst werden.

Folgende geometrische und konstruktive Aspekte können erfindungsgemäß zu Erzielung einer flachen Gestalt des Zerstäubungskegels im Sinne eines Flachsprays mit homogener Sprayverteilung einzeln oder in beliebeiger Kombination eingesetzt werden:

  • (I) Wenn man (a) in Bezug auf die Spritzlöcher 31 den Spritzlochdurchmesser d0 und die Spritzlochfläche A0, (b) in Bezug auf die Drallkammer 32 den Drallkammerdurchmesser Ds und (c) in Bezug auf einen Kanal 33 die Kanalbreit kn, die Kanaltiefe kt, die Kanalfläche Ap sowie gemäß 16 mit dem Bezugszeichen 50 die Kanalexzentrizität kd bezeichnet, so sind für die vorliegenden Erfindung folgende Zusammenhänge und Dimensionierungen einzeln oder in beliebiger Kombination anwendbar: 1,2 ≤ Dsd0 ≤ 5,00,5 ≤ ApA0 ≤ 10,00,1 ≤ Apd0·Ds ≤ 3,00,1 ≤ ktkb ≤ 1,30 ≤ kd ≤ 0,8·d0Die Kanalexzentrizität kd – die in 16 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet ist – kann in Richtung des Pfeiles 51 positive Werte und in Richtung des Pfeiles 52 negative Werte annehmen. Positive Werte liefern eine Intensivierung des Dralles, negative Werte eine Reduzierung des Dralles des aus einem Spritzloch 31 austretenden Strahles.
  • (II) Bei den Konfigurationen gemäß den 3-2 und 5 kann der Winkel 36 im Bereich von etwa 70° bis etwas 120° liegen, um eine Drallgeometrie auszubilden, bei welcher Lochpaare entstehen, bei denen die Drallrichtung oder Drehrichtung gegenläufig ist.
  • (III) Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der 7 und 8 ist noch Folgendes zu beachten:
    Die jeweilige Position eines Spritzloches 31 kann auf unterschiedlich großen Teilkreisdurchmessern liegen. Dadurch kann in Kombination mit der Neigung des Spritzloches 31 die Form der Zerstäubungs- oder Spraykegel 12 eingestellt werden.
    Um die Homogenität zu verbessern, kann in Kombination zu der Drallaufbereitung mit Strahlkollision gearbeitet werden. Die dabei verwendeten Spritzlöcher 31 liegen auf einem Teilkreisdurchmesser gegenüber zueinander. Die Form eines Spritzloches 31 kann sowohl zylindrisch als auch konisch, d.h. in Strömungsrichtung verjüngend, sein. Die Spritzlöcher können nach Innen geneigt werden. Nach der Kollision der Primärstrahlen bricht der Zerstäubungs- oder Spraykegel 12 orthogonal zur Strahlebene auf. Die Ausformung des Zerstäubungs- oder Spraykegels 12 lässt sich mit der Neigung des Spritzloches einstellen.
  • (IV) Bei den erfindungsgemäßen Konfigurationen gemäß den 12 bis 14, 17 und 20 können die den Zerstäubungs- oder Spraykegeln 12 zu Grunde liegenden Spritzlöcher 31 und die Geometrie der Spritzlochscheibe 10 und der Spritzlochanordnung 30 so ausgebildet sein, dass die Zerstäubungs- oder Spraykegel 12 eine homogene Massenverteilung besitzen, wobei der Zerstäubungs- oder Spraykegelform flach bis oval ausgeprägt sein kann.