DE10159909A1 - Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination

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Anja Melsheimer
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Abstract

Eine Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination (1) umfaßt ein Brennstoffeinspritzventil (2) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine und eine Zündkerze (3) mit einem Kerzenstein (19), einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elektrode (21) zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs. Das Brennstoffeinspritzventil (2) umfaßt einen Aktor (4), welcher mit einer Betätigungseinrichtung (5) zusammenwirkt, welche in kraftschlüssiger Wirkverbindung mit einer Ventilnadel (6) steht, wobei die Ventilnadel (6) oder ein mit dieser verbundener Ventilschließkörper (7) mit einer Ventilsitzfläche (8) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Die Ventilnadel (6) des Brennnstoffeinspritzventils (2) und der Kerzenstein (19) der Zündkerze (3) sind biaxial versetzt in einem gemeinsamen Gehäuse (9) angeordnet.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffeinspritzventil- Zündkerze-Kombination nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Aus der EP 0 661 446 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einer integrierten Zündkerze bekannt. Das Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze dient zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs. Durch die kompakte Integration eines Brennstoffeinspritzventils mit einer Zündkerze kann Einbauraum am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingespart werden. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze weist einen Ventilkörper auf, der zusammen mit einem mittels einer Ventilnadel betätigbaren Ventilschließkörper einen Dichtsitz bildet, an welchen sich eine an einer dem Brennraum zugewandten Stirnfläche des Ventilkörpers ausmündende Abspritzöffnung anschließt. Der Ventilkörper ist durch einen keramischen Isolationskörper von einem in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine einschraubbaren Gehäusekörper hochspannungsfest isoliert. An dem Gehäusekörper befindet sich eine Masseelektrode, um ein Gegenpotential zu dem mit Hochspannung beaufschlagten Ventilkörper zu bilden. Bei Beaufschlagung des Ventilkörpers mit einer ausreichenden Hochspannung erfolgt ein Funkenüberschlag zwischen dem Ventilkörper und der mit dem Gehäusekörper verbundenen Masseelektrode.
  • Bei dem bekannten Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze ist jedoch nachteilig, daß die Position des Funkenüberschlags bezüglich des von der Abspritzöffnung abgespritzten Brennstoffstrahls nicht definiert ist, da der Funkenüberschlag an einer nahezu beliebigen Stelle im seitlichen Bereich eines Vorsprungs des Ventilkörpers erfolgen kann. Eine sichere Zündung der sogenannten Strahlwurzel des von der Abspritzöffnung abgespritzten Brennstoffstrahls ist bei dieser bekannten Bauweise nicht mit der notwendigen Sicherheit möglich. Eine sichere und zeitlich exakt definierte Entflammung des Brennstoffstrahls ist jedoch für eine Schadstoffreduzierung unbedingt erforderlich. Ferner kann an der Austrittsöffnung des Brennstoffstrahls eine stetig fortschreitende Verrußung oder Verkokung auftreten, die die abgespritzte Strahlform beeinflußt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze- Kombination mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch eine biaxiale Anordnung der Ventilnadel des Brennstoffeinspritzventils und des Kerzensteins der Zündkerze in einem gemeinsamen Gehäuse, welches in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine einsetzbar ist, eine optimale Anordnung der Bauteile relativ zueinander bei einfacher Montage und geringem Platzbedarf der Anordnung gegeben ist.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventil- Zündkerze-Kombination möglich.
  • Vorteilhafterweise ist der Kerzenstein durch eine Schraubhülse, einen Klemmring oder eine passende Form der Kunststoffummantelung des Brennstoffeinspritzventils in ihrer Aufnahmebohrung gesichert. Der Kerzenstein wird dabei in die jeweilige Halterung eingeschraubt oder eingeschoben.
  • Besonders vorteilhaft ist die Neigung der Längsachse des Kerzensteins gegenüber der Längsachse der Ventilnadel, da ein direktes Anspritzen der Zündkerze durch das Brennstoffeinspritzventil vermieden werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Funkenlage näher an die Düse herangeführt werden kann (im Vergleich zur parallelen Achsenanordnung). Damit wird ein ungedrosselter Leerlaufbetrieb möglich.
  • Weiterhin ist von Vorteil, daß die Zündkerze und die Masseelektrode der Zündkerze jeweils unabhängig vom Brennstoffeinspritzventil austauschbar sind.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil- Zündkerze-Kombination; und
  • Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Fig. 1 ist eine Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze- Kombination 1 mit einem Brennstoffeinspritzventil 2 zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine und einer Zündkerze 3 zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 2 weist dabei einen Aktor 4 auf, welcher im Ausführungsbeispiel in Form einer Magnetspule ausgebildet ist. Der Aktor 4 wirkt mit einer Betätigungsvorrichtung 5 für eine Ventilnadel 6 zusammen, wobei die Betätigungsvorrichtung im Ausführungsbeispiel als ein mit der Magnetspule 4 zusammenwirkender Magnetanker 5 ausgebildet ist. Die Ventilnadel 6 weist an ihrem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 7 auf, welcher mit einer Ventilsitzfläche 8 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Das Brennstoffeinspritzventil 2 verfügt über zumindest eine Abspritzöffnung 18, durch welche Brennstoff bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 2 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 2 kann zumindest teilweise von einer Kunststoffummantelung 17 umgeben sein, welche an einer zentralen Brennstoffzufuhr 23 angespritzt sein kann. Die Kunststoffummantelung 17 kann sich auch auf einen elektrischen Steckkontakt 24, welcher der Kontaktierung des Aktors 4 dient, erstrecken.
  • Die Zündkerze 3 ist in üblicher Weise ausgebildet und besteht aus einem Kerzenstein 19, der vorzugsweise aus einem Keramikmaterial besteht, sowie einer darin geführten ersten Elektrode 20. Die erste Elektrode 20 ist elektrisch durch ein nicht weiter dargestelltes Zündgerät kontaktierbar. Mindestens eine zweite Elektrode 21 ist an einem Gehäuse 9, welches das Brennstoffeinspritzventil 2 und die Zündkerze 3 erfindungsgemäß verbindet, ausgebildet.
  • Das Gehäuse 9 ist dabei so beschaffen, daß es ein Teilgehäuse für das Brennstoffeinspritzventil 2 bildet und eine Aufnahmebohrung 22 für den Kerzenstein 19 der Zündkerze 3 aufweist, wobei der Kerzenstein 19 der Zündkerze 3 mit dem Gehäuse 9 lösbar verbindbar ist. In dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist dabei der. Kerzenstein 19 in eine Schraubhülse 15, welche formschlüssig mit dem Gehäuse 9 verbunden ist, eingeschraubt. Die Aufnahmebohrung 22 für den Kerzenstein 19 und die Ventilnadel 6 des Brennstoffeinspritzventils 2 sind dabei biaxial angeordnet und vorzugsweise unter einem beliebigen Winkel α, welcher zwischen einer Längsachse 13 der Ventilnadel 6 des Brennstoffeinspritzventils 2 und einer Längsachse 14 des Kerzensteins 19 der Zündkerze 3 ausgebildet ist, geneigt. In das Gehäuse 9 ist vorzugsweise auch der Aktor 4 zur Betätigung der Ventilnadel 6 integriert.
  • Durch eine geeignete Wahl des Winkels α sowie der Geometrie des Dichtsitzes und der zumindest einen Abspritzöffnung 18 des Brennstoffeinspritzventils 2 bzw. des Einspritzstrahls kann eine optimale Zündung der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke bei minimaler Thermoschockbelastung der Zündkerze 3 gewährleistet werden, wodurch der Brennstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine günstig beeinflußt werden.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäß ausgestalteten Gehäuses 9 gegenüber getrennten Bauteilen liegen dabei in der einfachen Montierbarkeit in einer Ausnehmung 10 eines Zylinderkopfes 11 der Brennkraftmaschine, der Möglichkeit des separaten Austauschs des Kerzensteins 19 und der zweiten Elektrode 21 sowie in der Reduzierung des Einbauraums von Zündkerze 3 und Brennstoffeinspritzventil 2 im Zylinderkopf 11.
  • Die Vorteile gegenüber einer koaxialen Anordnung von Brennstoffeinspritzventil 2 und Zündkerze 3 liegen insbesondere in der erhöhten Haltbarkeit der Bauteile und einer Verbesserung des Kaltstartverhaltens der Brennkraftmaschine, da aufwendige Keramikummantelungen entfallen können. Dadurch werden auch die Herstellungs- und Servicekosten niedrig gehalten. Ein weiterer Funktionsvorteil ist die geringere Störauffälligkeit durch größere hydraulische Dichtheit.
  • Die Ausnehmung 10 des Zylinderkopfes 11 kann dabei in Form einer Bohrung oder eines Langloches ausgeführt sein, welches durch das entsprechend geformte Gehäuse 9 ausgefüllt wird. Die Abdichtung gegen den Brennraum erfolgt z. B. mittels einer Dichtung 12, welche zwischen dem Gehäuse 9 und einer Wandung 25 des Zylinderkopfes 11 angeordnet ist. Die Dichtung 12 kann dabei beispielsweise torusförmig oder ringförmig mit einem beliebigen Querschnitt ausgeführt sein und aus einem Teflonmaterial bestehen. Es sind auch andere Dichtungsvarianten denkbar, z. B. Unterlegscheiben.
  • Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination 1. Mit Fig. 1 übereinstimmende Bauteile sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Auf eine Beschreibung bereits in Fig. 1 beschriebener Bauteile wird verzichtet.
  • Die im ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellte lösbare Fixierung des Kerzensteins 19 in dem Gehäuse 9 mittels Einschraubens in eine mit dem Gehäuse formschlüssig verbundenen Schraubhülse 15 kann auch auf anderem Wege erfolgen. In Fig. 2 ist dabei ein Klemmring 16 dargestellt, welcher beispielsweise in die im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel erweitert ausgeführte Kunststoffummantelung 17 des Brennstoffeinspritzventils 2 integriert ist, welche sich beispielsweise über die ganze radiale Ausdehnung des Gehäuses 9 erstrecken kann. Der Klemmring 16 kann dabei auch in Verbindung mit der nicht weiter dargestellten Zündspule, welche der Kontaktierung der Zündkerze 3 dient, zur Fixierung der Zündkerze 3 in der Aufnahmebohrung 22 wirken oder aber bei einer entsprechenden Dimensionierung der Aufnahmebohrung 22 ganz entfallen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen und beliebige Neigungswinkel von Zündkerze 3 und Brennstoffeinspritzventil 2 zueinander anwendbar.

Claims (12)

1. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination (1) mit einem Brennstoffeinspritzventil (2) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine und einer Zündkerze (3) mit einem Kerzenstein (19), einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elektrode (21) zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs, wobei das Brennstoffeinspritzventil (2) einen Aktor (4) umfaßt, welcher mit einer Betätigungseinrichtung (5) zusammenwirkt, welche in kraftschlüssiger Wirkverbindung mit einer Ventilnadel (6) steht, wobei die Ventilnadel (6) oder ein mit dieser verbundener Ventilschließkörper (7) mit einer Ventilsitzfläche (8) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (6) des Brennstoffeinspritzventils (2) und der Kerzenstein (19) der Zündkerze (3) biaxial versetzt in einem gemeinsamen Gehäuse (9) angeordnet sind.
2. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) in eine Ausnehmung (10) eines Zylinderkopfes (11) der Brennkraftmaschine einbringbar ist.
3. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) mittels einer Dichtung (12) gegen den Zylinderkopf (11) der Brennkraftmaschine abgedichtet ist.
4. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Längsachse (13) der Ventilnadel (6) des Brennstoffeinspritzventils (2) gegenüber einer Längsachse (14) des Kerzensteins (19) der Zündkerze (3) unter einem Winkel (α) geneigt ist.
5. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (2) in das Gehäuse (9) integriert ist.
6. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerzenstein (19) mit dem Gehäuse (9) lösbar verbunden ist.
7. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerzenstein (19) in das Gehäuse (9) eingeschraubt ist.
8. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerzenstein (19) mittels einer Schraubhülse (15) in dem Gehäuse (9) fixiert ist.
9. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerzenstein (19) in das Gehäuse (9) eingeschoben ist.
10. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerzenstein (19) mittels eines Klemmrings (16) am Gehäuse (9) fixiert ist.
11. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (2) eine Kunststoffumspritzung (17) aufweist, in welcher der Klemmring (16) formschlüssig angeordnet ist.
12. Brennstoffeinspritzventil-Zündkerze-Kombination nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerzenstein (19) direkt in die Kunststoffumspritzung (17) eingeclipt ist.
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