Dispositivo para la nebulización o la pulverización de líquidos en una cámara de combustión.

Dispositivo para la nebulización o la pulverización o la inyección de líquido en un espacio de funcionamiento,

en el que está prevista al menos una tobera de múltiples chorros (1) con al menos dos canales de chorro (2, 3) para la generación de al menos dos chorros de líquido que chocan al menos parcialmente entre sí en una zona de impacto (12), de modo que puede generarse esencialmente un chorro en abanico (7), cuya extensión en un plano en abanico (P) es claramente mayor o al menos el doble de grande que en la dirección transversal con respecto a este plano en abanico (P), caracterizado por que en la zona de impacto (12) está previsto un desplazamiento (13) entre ejes centrales (9, 10) de los chorros de líquido y por que está ajustado un ángulo (A) de la orientación del plano en abanico (P) en comparación con una orientación del plano en abanico (P) en un corte (11) de los ejes centrales (9, 10) de los chorros de líquido mediante un dimensionamiento del desplazamiento (13), de tal manera que esencialmente A ≥ X/D * 90°, siendo X el desplazamiento (13) de los ejes centrales (9, 10) y D un diámetro de canal, o como alternativa de tal manera que esencialmente A ≥ 88° * X/D - 2,35°, siendo X el desplazamiento (13) de los ejes centrales (9, 10) y D un diámetro de canal así como X mayor que cero.

Dispositivo para la nebulización o la pulverización de líquidos en una cámara de combustión

La invención se refiere a un dispositivo para la nebulización o la pulverización o la inyección de líquido en un espacio de funcionamiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

Desde hace ya mucho tiempo se conocen por ejemplo dispositivos de inyección en máquinas motrices de combustión, tal como por ejemplo en los documentos EP 1 876 332 A1, WO 2011/028283 A1, US 2006/097077 A1 o US 2003/222 159A1.

De este modo en el documento DE 939 670 se describe un dispositivo de inyección, en el que en una tobera de inyección se generan dos o varios chorros que se cruzan o chocan entre sí en la cámara de combustión. El sentido de esta disposición se basa en que los chorros de combustible que salen con alta velocidad chocan entre sí en la cámara de combustión, mediante lo cual se realizan una extraordinaria atomización interna del combustible y por lo tanto gotas de combustible comparativamente pequeñas.

Por el documento DE 10 146 642 A1 se conoce un procedimiento para la inyección de combustible en una cámara de combustión, generándose con dos o varios chorros de líquido una niebla giratoria. Las nieblas giratorias sin embargo no pueden controlarse y se propagan con un gran volumen en la cámara de combustión, de modo que se condensa combustible sobre las paredes. Una condensación de este tipo, que no puede impedirse debido a la turbulencia incontrolada, lleva sin embargo a una combustión desventajosa o insuficiente. Debido a los requisitos legales cada vez mayores con respecto a la calidad del gas de escape ya no es aceptable en la práctica una niebla de líquido giratoria, no controlable entretanto en motores de combustión interna.

Por el contrario en el documento genérico EP 2 390 491 A1 de la solicitante o en el documento DE 4 407 360 A1 se da a conocer un dispositivo correspondiente o tobera de inyección, generándose un chorro en abanico, cuya extensión en un plano en abanico es claramente mayor que en la dirección transversal con respecto a este plano en abanico. Es decir, que se genera un chorro en abanico muy plano, sin embargo de amplia dispersión, cuya extensión está definida o controlada. Mediante la generación del chorro en abanico plano puede generarse una combustión definida y controlada en la cámara de combustión de una máquina motriz de combustión, lo que es de importancia decisiva para la combustión y por lo tanto para la composición del gas de escape.

Además del documento DE 4 407 360 A1 se desprende que puede girarse un chorro en abanico plano en la cámara de combustión, de modo que la cantidad de carburante inyectada puede distribuirse en el volumen del cilindro en la cantidad de aire existente. Si bien mediante la torsión del chorro en abanico plano es posible una distribución mejorada del carburante, sin embargo en este sentido se necesita un tiempo correspondiente y también un coste de construcción comparativamente grande. Para un funcionamiento de motor óptimo o una combustión óptima es sin embargo ventajosa una combustión corta y completa para poder aprovechar de manera más eficiente posible el consiguiente aumento de presión.

Además una torsión de este tipo de la tobera de inyección es propensa a fallos, lo que reduce correspondientemente la seguridad de funcionamiento del motor.

Objetivo y ventajas de la invención

Es objetivo de la invención, frente a esto, proponer un dispositivo para la nebulización o pulverización o inyección de líquido en un espacio de funcionamiento que elimine al menos parcialmente las desventajas del estado de la técnica.

Este objetivo se consigue mediante un dispositivo del tipo mencionado al principio con las características de la reivindicación 1. Mediante las medidas mencionadas en las reivindicaciones dependientes son posibles realizaciones y perfeccionamientos ventajosos de la invención.

Por consiguiente un dispositivo de acuerdo con la invención se caracteriza por que en la zona de impacto está previsto un desplazamiento entre ejes centrales de los chorros de líquido y por que está ajustado un ángulo de la orientación del plano en abanico en comparación con una orientación en un corte de los ejes centrales de los chorros de líquido mediante un dimensionamiento del desplazamiento, de tal manera que esencialmente A = X/D * 90°, siendo X el desplazamiento de los ejes centrales y D un diámetro de canal, o como alternativa de tal manera que esencialmente A = 88° * X/D - 2,35°, siendo X el desplazamiento de los ejes centrales y D un diámetro de canal así como X mayor que cero.

En concreto, se ha mostrado sorprendentemente que mediante el desplazamiento entre los ejes centrales de los chorros de líquido en el caso de un chorro en abanico plano, puede ajustarse la orientación del plano en abanico. Es decir, que el desplazamiento entre los ejes centrales de los chorros de líquido ajusta o define una torsión del plano

en abanico. De esta manera puede prescindirse de una tobera giratoria costosa, tal como se da a conocer en el documento DE 4 07 60 1. En consecuencia, de acuerdo con la invención se mejora esencialmente tanto el gasto constructivo como también el gasto económico para la realización de una torsión definida de un chorro en abanico plano.

De este modo, de acuerdo con la invención puede ajustarse y predeterminarse exactamente la alineación o la orientación del plano en abanico en función del caso de aplicación.

En unos primeros ensayos costosos se ha mostrado que la relación entre el ángulo A, es decir, de una torsión del chorro en abanico con respecto a un chorro en abanico con ejes centrales que se cortan de los chorros de líquido, de acuerdo con las relaciones o ecuaciones mencionadas anteriormente puede ajustarse de manera aproximadamente igual de buena.

Por consiguiente, por ejemplo, en el caso de un desplazamiento X, que corresponde al radio de un canal de chorro, en comparación con abanicos que se cortan, se realiza una torsión u orientación desplazado aproximadamente 45°. La orientación del chorro en abanico de acuerdo con la invención o torcido en el caso de un desplazamiento X entre cero y aproximadamente el diámetro de canal sigue sorprendentemente de manera casi lineal, lo que se expresa por ejemplo en las dos variantes o ecuaciones lineales mencionadas anteriormente.

En numerosos ensayos se ha mostrado que una presurización de diferente intensidad del líquido lleva, de acuerdo con la invención, sólo a variaciones comparativamente pequeñas con respecto a las relaciones expuestas anteriormente con respecto al dimensionamiento del desplazamiento y de la torsión u orientación del plano en abanico generado.

En el caso del desplazamiento de acuerdo con la invención es ventajoso que los dos chorros de líquido que chocan entre sí o, las prolongaciones de los dos canales de chorro presenten una superposición suficiente. Esto se observa mediante las relaciones mencionadas anteriormente o por que el desplazamiento corresponde como máximo a aproximadamente el diámetro de canal de uno de los canales de chorro, es decir, al doble del radio o al primer radio del primer canal de chorro más el segundo radio del segundo canal de chorro, pudiendo ser este último relevante en particular en el caso de radios de diferente tamaño. De esta manera se garantiza una superposición suficiente y por lo tanto una transmisión suficiente de la energía cinética o del impulso, para, entre otras cosas, garantizar una nebulización o pulverización ventajosas del líquido o del carburante.

En ensayos individuales se ha mostrado incluso que el desplazamiento puede estar diseñado también absolutamente algo mayor que la suma de los dos radios de los dos canales o mayor que un diámetro de canal. No obstante, se realiza aún la formación de un chorro en abanico con giro correspondiente, dado que los chorros de líquido después de la salida del canal de chorro respectivo se ensanchan algo o se extienden cónicamente, de modo que estos se cortan y chocan entre sí todavía un poco. No obstante se parte en este caso de gotas de líquido generadas, más grandes, en el chorro en abanico.

Preferentemente, una sección transversal del chorro en abanico en plano en abanico presenta esencialmente la forma de un triángulo o sección circular. El grosor o la altura del chorro en abanico en sentido transversal al plano en abanico o en sentido transversal a la superficie de la sección circular es como máximo la mitad de la anchura de la sección circular. Por ejemplo, la anchura del chorro en abanico en el plano en abanico o la anchura de la sección circular es aproximadamente 5 veces... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la nebulización o la pulverización o la inyección de líquido en un espacio de funcionamiento, en el que está prevista al menos una tobera de múltiples chorros (1) con al menos dos canales de chorro (2, 3) para la generación de al menos dos chorros de líquido que chocan al menos parcialmente entre sí en una zona de impacto (12), de modo que puede generarse esencialmente un chorro en abanico (7), cuya extensión en un plano en abanico (P) es claramente mayor o al menos el doble de grande que en la dirección transversal con respecto a este plano en abanico (P), caracterizado por que en la zona de impacto (12) está previsto un desplazamiento (13) entre ejes centrales (9, 10) de los chorros de líquido y por que está ajustado un ángulo (A) de la orientación del plano en abanico (P) en comparación con una orientación del plano en abanico (P) en un corte (11) de los ejes centrales (9, 10) de los chorros de líquido mediante un dimensionamiento del desplazamiento (13), de tal manera que esencialmente A = X/D * 90°, siendo X el desplazamiento (13) de los ejes centrales (9, 10) y D un diámetro de canal, o como alternativa de tal manera que esencialmente A = 88o* X/D - 2,35°, siendo X el desplazamiento (13) de los ejes centrales (9, 10) y D un diámetro de canal así como X mayor que cero.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la tobera de múltiples chorros (1) presenta aberturas de salida (4, 5) de los canales de chorro (2, 3), estando previsto el desplazamiento (13) entre las aberturas de salida (4, 5).

3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el desplazamiento (13) entre los ejes centrales (9, 10) de los chorros de líquido corresponde esencialmente a hasta un diámetro de canal (D) de los o de uno de los canales de chorro (2, 3) y/o esencialmente hasta la suma de un primer radio (R) de un primer canal de chorro (2, 3) más un segundo radio (R) de un segundo canal de chorro (2, 3), a través del cual / de los cuales está guiado el chorro de líquido respectivo.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un espacio libre predeterminado está rebajado a partir de la zona de pulverización de la tobera de múltiples chorros.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un cuerpo de tobera (6) comprende al menos una primera tobera de múltiples chorros (1) con el desplazamiento (13) de los ejes centrales (9, 10) de los chorros de líquido y al menos una segunda tobera de múltiples chorros (1) con un punto de corte (11) de los ejes centrales (9, 10) de los chorros de líquido.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los diámetros de canal (D) de los canales de chorro (2, 3) de la tobera de múltiples chorros (1) son esencialmente igual de grandes.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el plano en abanico (P) de la tobera de múltiples chorros (1) está orientado en sentido transversal y/o inclinado con respecto al eje geométrico (8) o en la dirección longitudinal (8) de un cuerpo de tobera (6).

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que varias toberas de múltiples chorros (1) están dispuestas distribuidas al menos a lo largo de una superficie periférica (14, 15) de un cuerpo de tobera (6) orientada en la dirección radial.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los canales de chorro (2, 3) están orientados al menos parcialmente en la dirección de un eje geométrico (8) o en la dirección longitudinal (8) de un cuerpo de tobera (6).

10. Inyector con un dispositivo para la inyección de combustible en una cámara de combustión, caracterizado por que comprende al menos un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

11. Motor de combustión interna con un dispositivo para la inyección de carburante en una cámara de combustión, caracterizado por que está previsto al menos un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.