DE102015113482A1

DE102015113482A1 - Kraftstoffinjektor mit elektrisch beheizbarer Ventilnadel

Info

Publication number: DE102015113482A1
Application number: DE102015113482.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Klingebiel; Vera Baeskow; Holger Stahl
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-15
Also published as: DE102015113482B4

Abstract

Beschrieben wird ein Kraftstoffinjektor mit einem Düsenkörper (1) und einer Ventilnadel (2), die in dem Düsenkörper (1) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung beweglich ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ventilnadel (2) als ein Glühstift ausgebildet ist, der einen elektrischen Heizwiderstand (2a) enthält.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor. Ein Kraftstoffinjektor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus der DE 10 2005 044 676 A1 bekannt.
Durch das Vorheizen von Kraftstoff lassen sich Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren reduzieren und die Gemischaufbereitung verbessern. Der aus der DE 10 2005 044 676 A1 bekannte Kraftstoffinjektor enthält deshalb eine Glühkerze, die von einer hohlen Ventilnadel umgeben ist. Im Betrieb strömt Kraftstoff durch die Ventilnadel in einem Ringspalt um die Glühkerze herum und wird so erwärmt. Der beheizbare Kraftstoffinjektor benötigt aber einen wesentlich größeren Einbauraum als herkömmliche Kraftstoffinjektoren, die kein Vorheizen von Kraftstoff ermöglichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie ein kompakter Kraftstoffinjektor geschaffen werden kann, der ein Vorheizen von Kraftstoff ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor ist die Ventilnadel als ein Glühstift ausgebildet, der einen elektrischen Heizwiderstand enthält. Auf diese Weise lässt sich ein wesentlicher kompakterer Kraftstoffinjektor realisieren als mit dem aus der DE 10 2005 044 676 A1 bekannten Konzept einer hohlen Ventilnadel, die einen Glühstift umgibt. Der relativ zu dem Düsenkörper bewegliche Glühstift ermöglicht dabei ein effizientes Aufheizen von Kraftstoff, der durch einen den Glühstift umgebenden Ringspalt zu einer Austrittsöffnung strömt, die manchmal auch als Düsenöffnung bezeichnet wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ventilnadel von einem Kontaktring umgeben ist, relativ zu dem sie in axialer Richtung beweglich ist. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine zuverlässige elektrische Kontaktierung des Glühstifts erreicht werden. Der Hub der Ventilnadel eines Kraftstoffinjektors beträgt typischerweise nur einige 10 µm. Kontakte an der Außenseite des Glühstifts können deshalb problemlos sowohl in der Offenstellung als auch in der Schließstellung der Ventilnadel einen die Ventilnadel umgebenden Kontaktring kontaktieren. Bevorzugt ist die Ventilnadel relativ zu dem Kontaktring drehbar. Auf diese Weise kann die Reibung zwischen Ventilnadel und Kontaktring minimiert werden.
Bevorzugt grenzt der Kontaktring axial an beiden Seiten jeweils an einen Isolierring an. Auf diese Weise kann der Kontaktring fixiert und elektrisch isoliert werden. Der Isolierring kann beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik sein.
Besonders vorteilhaft ist es, zwei Kontaktringe vorzusehen, die in einem axialen Abstand voneinander den Glühstift umgeben. Auf diese Weise können beide elektrische Anschlüsse für den Heizwiderstand der Ventilnadel günstig realisiert werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffinjektors in einer teilweise geschnittenen Ansicht;
2 die Ventilnadel des gezeigten Kraftstoffinjektors mit elektrischen Anschlüssen;
3 eine Detailansicht zu 2; und
4 eine Schnittansicht des Glühstifts.
Der in 1 dargestellte Kraftstoffinjektor weist einen Düsenkörper 1 auf, in dem eine Ventilnadel 2 zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung beweglich ist. Kraftstoff kann in den Düsenkörper 1 durch eine oder mehrere Eintrittsöffnungen 1a eintreten und durch einen die Düsennadel 2 umgebenden Ringspalt zu einer Austrittsöffnung 1b gelangen. Die Ventilnadel 2 kann von einem nicht dargestellten Aktor in Längsrichtung gegen eine Rückstellfeder 3, welche die Ventilnadel 2 umgibt, bewegt werden, um je nach Bedarf den Strömungspfad von der Eintrittsöffnung 1a zur Austrittsöffnung 1b zu versperren bzw. freizugeben.
Die Ventilnadel 2 ist ein Glühstift, der in 2 mit seiner elektrischen Kontaktierung und in 4 in einer Schnittansicht ohne seine elektrische Kontaktierung dargestellt ist. Der Glühstift 2 enthält einen Heizwiderstand 2a, beispielsweise in Form einer Heizwendel, die mit einer Regelwendel 2b in Reihe geschaltet sein kann. Für die Heizwendel wird bevorzugt eine Heizleiterlegierung mit einem weitgehend temperaturunabhängigen Widerstand verwendet, während für die Regelwendel 2b ein Material mit einem Widerstand verwendet wird, der mit zunehmender Temperatur ansteigt. Der Heizwiderstand 2a ist in einer Metallhülse 2c angeordnet, die mit elektrisch isolierendem Keramikpulver aufgefüllt sein kann. Eine Dichtung 2d verschließt die Metallhülse 2c an ihrem Ende. Ein elektrischer Anschluss des Heizwiderstandes 2a ragt aus der Metallhülse 2c heraus. Der Masseanschluss des Heizwiderstandes 2a kann über die Metallhülse 2c erfolgen. Der Aufbau der Ventilnadel 2 entspricht somit weitgehend dem Aufbau einer herkömmlichen Glühkerze, die zum Kaltstart von Dieselmotoren verwendet wird, allerdings mit dem Unterschied, dass das Gehäuse potentialfrei ist. Es sind sowohl ein Zuleiter als auch ein Masseanschluss vorgesehen.
Die Ventilnadel 2 ist elektrisch über zwei Kontaktringe 4 federnd kontaktiert. Die Kontaktringe 4 umgeben den die Ventilnadel 2 bildenden Glühstift. Einer der beiden Kontaktringe 4 kann die Metallhülse 2c umgeben, während der andere Kontaktring 4 einen aus der Metallhülse 2c herausragenden Anschluss umgibt.
Die Ventilnadel 2 ist in axialer Richtung relativ zu den Kontaktringen 4 beweglich. Zudem ist die Ventilnadel 2 relativ zu den Kontaktringen 4 drehbar. Zwischen den beiden Kontaktringen 4 kann ein Isolierring 5 angeordnet sein. Zusätzlich können, wie in 2 dargestellt, weitere Isolierringe 5 vorgesehen sein, welche die Ventilnadel 2 umgeben. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel grenzt jeder der beiden Kontaktringe 4 in axialer Richtung auf beiden Seiten an einen der Isolierringe 5 an.
Ein Abschnitt der Ventilnadel 2, der die elektrischen Anschlüsse des Heizwiderstandes trägt und von den Kontaktringen 4 umgeben ist, ragt aus dem Düsenkörper 1 heraus.
Bezugszeichenliste

1: Düsenkörper
1a: Eintrittsöffnung
1b: Austrittsöffnung
2: Ventilnadel
2a: Heizwiderstand
2b: Regelwendel
2c: Metallhülse
2d: Dichtung
3: Rückstellfeder
4: Kontaktring
5: Isolierring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005044676 A1 [0001, 0002, 0005]

Claims

Kraftstoffinjektor mit einem Düsenkörper (1) und einer Ventilnadel (2), die in dem Düsenkörper (1) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (2) als ein Glühstift ausgebildet ist, der einen elektrischen Heizwiderstand (2a) enthält.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Ventilnadel (2) aus dem Düsenkörper (1) herausragt und dieser Abschnitt elektrische Anschlüsse des Heizwiderstandes (2a) aufweist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (2) federnd kontaktiert ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (2) von einem Kontaktring (4) umgeben ist, relativ zu dem sie in axialer Richtung beweglich ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (2) relativ zu dem Kontaktring (4) drehbar ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktring (4) zwischen zwei Isolierringen (5) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (2) von zwei Kontaktringen (4) umgeben ist, die in einem Abstand von einander angeordnet sind.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (2a) eine Heizwendel ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (2a) mit einer Regelwendel (2b) in Reihe geschaltet ist.