DE102017005162A1

DE102017005162A1 - Injektor zum Einbringen von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017005162A1
Application number: DE102017005162.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dreher
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2018-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (10) zum Einbringen von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem von dem Kraftstoff durchströmbaren Gehäuse (12), mit einer Injektorspitze (16), welche wenigstens eine über das Gehäuse (12) mit dem Kraftstoff versorgbare und zum Einbringen des Kraftstoffes in die Verbrennungskraftmaschine von dem Kraftstoff durchströmbare Austrittsöffnung (18) aufweist, und mit einer Düsennadel (20), welche zwischen wenigstens einer die Austrittsöffnung (18) versperrenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung (18) freigebenden Offenstellung relativ zu dem Gehäuse (12) translatorisch bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einbringen von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Injektor zum Einbringen von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits aus der DE 44 45 980 A1 bekannt. Der Injektor weist ein von dem Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine durchströmbares Gehäuse auf. Außerdem weist der Injektor, welcher auch als Einspritzdüse bezeichnet wird, eine Injektorspitze auf, welche wenigstens eine über das Gehäuse mit dem Kraftstoff versorgbare und zum Einbringen des Kraftstoffes in die Verbrennungskraftmaschine von dem Kraftstoff durchströmbare Austrittsöffnung aufweist. Üblicherweise sind mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen. Mittels des Injektors kann der Kraftstoff insbesondere direkt in die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, eingespritzt werden. Ferner ist es denkbar, eine Saugrohreinspritzung mittels des Injektors durchzuführen.
Der Injektor umfasst ferner eine Düsennadel, welche zwischen wenigstens einer die Austrittsöffnung versperrenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung relativ zu dem Gehäuse translatorisch bewegbar ist. Somit unterbleibt in der Schließstellung der Düsennadel ein mittels des Injektors bewirktes Einbringen beziehungsweise Einspritzen des Kraftstoffes, da die Düsennadel die Austrittsöffnung versperrt. Gibt die Düsennadel jedoch die Austrittsöffnung frei, so kann der Kraftstoff die Austrittsöffnung durchströmen, wodurch mittels des Injektors der Kraftstoff in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird.
Des Weiteren offenbart die DE 20 2016 100 734 U1 eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Injektor der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders emissionsarmer Betrieb realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird durch einen Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Injektor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders emissionsarmer Betrieb realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse eine auch als Wasserkammer bezeichnete Kammer aufweist, in welche Wasser einleitbar ist. Hierzu weist beispielsweise der Injektor, insbesondere das Gehäuse, wenigstens einen Wasseranschluss auf, welcher von dem genannten Wasser durchströmbar ist, sodass über den Wasseranschluss das genannte Wasser in die Wasserkammer eingeleitet werden kann. Insbesondere ist der Wasseranschluss ein erster Anschluss. Der Injektor, insbesondere das Gehäuse, weist beispielsweise einen zweiten Anschluss in Form eines Kraftstoffanschlusses auf, über welchen der Injektor, insbesondere das Gehäuse, mit dem beispielsweise als Benzin oder Dieselkraftstoff ausgebildeten Kraftstoff versorgt werden kann. Bei dem Kraftstoff handelt es sich vorzugsweise um einen flüssigen Kraftstoff, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in ihrem befeuerten Betrieb, betreibbar ist.
Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Düsennadel zumindest in einem Teilbereich beziehungsweise Längenbereich hohl ausgebildet ist. Außerdem weist die Düsennadel in dem Teilbereich wenigstens eine Einströmöffnung auf, welche in der Schließstellung durch das Gehäuse verschlossen und dadurch fluidisch versperrt ist. In der Offenstellung jedoch ist die Einströmöffnung freigegeben, sodass in der Offenstellung der hohle Teilbereich über die freigegebene Einströmöffnung fluidisch mit der Wasserkammer verbunden ist. Dadurch kann beispielsweise in der Offenstellung das der Kammer zugeführte und somit in der Kammer zumindest vorübergehend aufgenommene Wasser die Einströmöffnung durchströmen und über die Einströmöffnung in den hohlen Teilbereich einströmen.
Außerdem weist die Düsennadel wenigstens eine Ausströmöffnung auf, welche einenends an die Umgebung der Düsennadel und andernends in den hohlen Teilbereich mündet. Dadurch kann das in den hohlen Teilbereich eingeströmte Wasser die Ausströmöffnung durchströmen, sodass über die Ausströmöffnung das über die Einströmöffnung in den Teilbereich eingeströmte Wasser aus der Düsennadel ausspritzbar und dadurch in die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, einbringbar ist. Insbesondere können somit der Kraftstoff und das von dem Kraftstoff unterschiedliche Wasser mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Dadurch kann auf bauraum- und kostengünstige Weise eine Wassereinspritzung realisiert werden, sodass ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Das Kraftstoff-Luft-Gemisch ist bei beispielsweise als Dieselmotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen, die beispielsweise mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung ausgebildet sind, weniger homogen als bei sogenannten Kammer-Motoren. Je inhomogener das Kraftstoff-Luft-Gemisch ist, desto mehr Rußpartikel entstehen und desto höher sind Verbrennungstemperaturen in Teilbereichen des Brennraums. Daraus können höhere Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) resultieren.
Zur Reduzierung der Partikelemissionen werden herkömmlicherweise Rußpartikelfilter eingesetzt. Ferner ist es Ziel bei der Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, die Stickoxid- und Partikelemissionen weiter zu reduzieren. Eine Möglichkeit hierzu ist die Wassereinspritzung, mittels welcher übermäßige Verbrennungstemperaturen in dem Brennraum vermieden werden können. Dadurch können die Stickoxid-Emissionen in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
Da nun erfindungsgemäß die Wassereinspritzung über den hohlen Teilbereich der Düsennadel erfolgt, können die Teileanzahl und somit die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf des Injektors besonders gering gehalten werden. Durch die Wassereinspritzung ist beispielsweise eine zumindest nahezu zeitgleich mit der Zündung erfolgende Kühlung des auch als Verbrennungsgemisch bezeichneten Kraftstoff-LuftGemisches realisierbar, sodass die Entstehung von Stickoxiden zumindest gering gehalten werden kann. Da die Wassereinspritzung mittels des hohlen Teilbereichs und somit mittels der Düsennadel selbst realisierbar ist, kann der Bauraumbedarf des Injektors gering gehalten werden, sodass unerwünschte Beeinträchtigungen des Brennraums sowie eines beispielsweise ein Brennraumdach bildenden Zylinderkopfes vermieden werden können
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors;
2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Injektors, wobei sich dessen Düsennadel in einem Ruhezustand und somit in einer Schließstellung befindet;
3 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht des Injektors, wobei sich die Düsennadel in einer Offenstellung befindet und wobei Kraftstoff mittels des Injektors eingespritzt wird; und
4 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht des Injektors, mittels welchem Wasser eingespritzt wird.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Injektor zum Einbringen von Kraftstoff, insbesondere flüssigem Kraftstoff, in eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum auf, in welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgängen ablaufen. Im Rahmen eines solchen Verbrennungsvorgangs wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum verbrannt. Der Injektor 10 wird dabei genutzt, um den genannten Kraftstoff in den Brennraum einzubringen. Hierzu wird beispielsweise mittels des Injektors 10 eine Saugrohreinspritzung durchgeführt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass mittels des Injektors 10 eine Direkteinspritzung, das heißt eine Kraftstoff-Direkteinspritzung, durchgeführt wird, in deren Rahmen der Kraftstoff mittels des Injektors 10 direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird.
Bei dem Kraftstoff kann es sich um Benzin handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftstoff jedoch um einen Dieselkraftstoff, sodass die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet ist.
Der Injektor 10 weist ein von dem Kraftstoff durchströmbares Gehäuse 12 auf. Dabei weist der Injektor 10, insbesondere das Gehäuse 12, einen auch als Zulauf bezeichneten Anschluss in Form eines Kraftstoffanschlusses 14 auf, über welchen - wie in 1 durch einen Pfeil 15 dargestellt ist - der Kraftstoff in den Injektor 10 und insbesondere das Gehäuse 12 eingeleitet werden kann. Der Injektor 10 weist eine Injektorspitze 16 auf, welche - wie dies in Zusammenschau mit 2 bis 4 erkennbar ist - wenigstens ein über das Gehäuse 12 mit dem Kraftstoff versorgbare und zum Einbringen, insbesondere Einspritzen, des Kraftstoffs in die Verbrennungskraftmaschine von dem Kraftstoff durchströmbare Austrittsöffnung 18 aufweist. Insbesondere weist die Injektorspitze 16 mehrere Austrittsöffnungen 18 auf, sodass der Kraftstoff fein vernebelt werden kann.
Der Injektor 10 umfasst ferner eine zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Gehäuse 12 aufgenommene Düsennadel 20, welche auch einfach als Nadel oder Injektornadel bezeichnet wird. Die Düsennadel 20 ist zwischen wenigstens einer in 1, 2 und 4 gezeigten, die Austrittsöffnung 18 fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer in 3 gezeigten, die Austrittsöffnung 18 freigebenden Offenstellung entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 22 veranschaulichten Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse 12 translatorisch bewegbar.
Des Weiteren weist der Injektor 10, insbesondere das Gehäuse 12, einen zweiten Anschluss in Form eines Rücklaufes 24 auf, über welchen - wie in 1 durch einen Pfeil 26 veranschaulicht ist - zumindest ein Teil des Kraftstoffes aus dem Gehäuse 12 abgeführt werden kann. Des Weiteren umfasst der Injektor 10 ein Stellglied 28, welches beispielsweise als Piezoaktor oder aber als Magnetspule ausgebildet und beispielsweise mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgbar und dadurch ansteuerbar ist. Hierzu weist der Injektor 10 einen elektrischen Anschluss 30 auf, über welchen das Stellglied 28 mit elektrischer Energie versorgt werden und dadurch angesteuert werden kann. Das Stellglied 28 ist beispielsweise Bestandteil eines Aktors 32, welcher das Stellglied 28 und einen mittels des Stellglieds 28 bewegbaren Anker 34 umfasst. Der Anker 34 ist zwischen einer in 1 gezeigten Sperrstellung und wenigstens einer Freigabestellung relativ zu dem Gehäuse 12, insbesondere translatorisch, bewegbar. Dabei weist der Anker 34 ein beispielsweise als Kugelventil ausgebildetes Ventilelement 36 auf, welches den Rücklauf 24 in der Sperrstellung verschließt und somit fluidisch versperrt und in der Offenstellung freigibt. Dabei ist beispielsweise der Zulauf über eine Drossel 38 des Injektors 10 fluidisch mit dem Rücklauf 24 verbunden beziehungsweise verbindbar.
Die Verbrennungskraftmaschine weist beispielsweise eine auch als Rail oder Common Rail bezeichnetes Kraftstoffverteilungselement auf, mittels welchem der Kraftstoff mit einem hohen Druck bereitgestellt wird. Dabei wird beispielsweise die als Steuerkolben fungierende Düsennadel 20 mit dem Kraftstoff und somit mit dessen Druck aus dem Kraftstoffverteilungselement beaufschlagt, wobei die Düsennadel 20, wenn sich das Ventilelement 36 in der Sperrstellung befindet, über die Drossel 38 in einem oberen Bereich O und in einem unteren Bereich U mit dem Kraftstoff und somit mit dessen Druck beaufschlagt wird. Der obere Bereich O befindet sich dabei an einem ersten oberen Ende der Düsennadel 20, wobei sich der untere Bereich U beispielsweise an einem unteren Ende befindet. Befindet sich der Anker 34 und somit das Ventilelement 36 in der Sperrstellung, so herrscht in dem oberen Bereich O und im unteren Bereich U der gleiche Druck des Kraftstoffes, sodass die Düsennadel 20 in ihrer Schließstellung verbleibt.
Wird nun das Stellglied 28 elektrisch angesteuert, so werden mittels des Stellglieds 28 der Anker 34 und somit das Ventilelement 36 aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt. Dadurch wird der Rücklauf 24 freigegeben, sodass zumindest ein Teil des die Düsennadel 20 in dem oberen Bereich O beaufschlagenden Kraftstoffes durch den Rücklauf 24 strömen und über den Rücklauf 24 aus dem Gehäuse 12 abgeführt werden kann. Dadurch wird der in dem oberen Bereich O auf die Düsennadel 20 wirkende Druck des Kraftstoffes geringer als der im unteren Bereich U auf die Düsennadel 20 wirkende Druck des Kraftstoffes, wodurch die Düsennadel 20 mittels des Kraftstoffes beziehungsweise mittels des Drucks des Kraftstoffes aus der Schließstellung in die Offenstellung und dabei beispielsweise bezogen auf die Bildebene von 1 nach oben bewegt, insbesondere gedrückt, wird. Dadurch wird die auch als Düse bezeichnete Austrittsöffnung 18 frei, sodass der Kraftstoff aus dem Injektor 10 ausgespritzt und dabei direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Die jeweilige Austrittsöffnung wird auch als Einspritzdüse oder Düse bezeichnet und ist beispielsweise als hochpräzise Bohrung mit einem Durchmesser in einem Bereich von einschließlich 0,1 Millimeter bis einschließlich 0,2 Millimeter ausgebildet, wobei beispielsweise die Austrittsöffnung 18 in Umfangsrichtung der Injektorspitze 16 durch eine Außenwand 40 der Injektorspitze 16 begrenzt ist. Dabei weist die Austrittsöffnung 18 beispielsweise eine Ausströmrichtung auf, entlang welcher der Kraftstoff durch die Austrittsöffnung 18 strömen kann. Dabei verläuft beispielsweise die Ausströmrichtung senkrecht bezogen auf die zumindest im Wesentlichen runde Außenwand 40 der Injektorspitze 16.
Um nun beispielsweise einen besonders emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können und hierzu die Stickoxid-Emissionen in einem besonders geringen Rahmen zu halten, ist eine Wassereinspritzung vorgesehen, in deren Rahmen Wasser in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird.
Aus 1 ist erkennbar, dass der Injektor 10 beispielsweise eine sogenannte Hochdruckkammer 42 aufweist, in welcher eine Feder 44 angeordnet ist. Die Feder 44 wird dann, wenn die Düsennadel 20 aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt wird, gespannt, sodass die Feder 44 zumindest in der Offenstellung eine auf die Düsennadel 20 wirkende Federkraft bereitstellt. Die Düsennadel 20 kann dabei mittels der von der Feder 44 bereitgestellten Federkraft aus der Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt und insbesondere in der Schließstellung gehalten werden.
Um nun die Wassereinspritzung auf bauraum- und kostengünstige Weise realisieren zu können, ist alternativ oder zusätzlich zu der Hochdruckkammer 42 eine Kammer vorgesehen, welche auch als Wasserkammer 46 bezeichnet wird. Die Wasserkammer 46 ist beispielsweise entlang der Bewegungsrichtung über oder unter der Hochdruckkammer 42 angeordnet und analog zu dieser aufgebaut. In die Wasserkammer 46 ist das genannte Wasser einleitbar. Hierzu weist der Injektor 10, insbesondere das Gehäuse 12, einen weiteren Anschluss in Form eines Wasseranschlusses 48 auf, über welchen das Wasser in die Wasserkammer 46 einleitbar ist. Dabei ist beispielsweise eine in den Fig. nicht erkennbare Pumpe vorgesehen, mittels welcher das Wasser zu dem und insbesondere durch den Wasseranschluss 48 gefördert wird. Dadurch kann mittels der Pumpe das Wasser durch den Wasseranschluss 48 hindurch in die Wasserkammer 46 gefördert werden.
Die Düsennadel 20 ist darüber hinaus zumindest in einem Teilbereich 50 hohl ausgebildet. Hierzu ist beispielsweise die Düsennadel 20 ab der Wasserkammer 46 nach unten beziehungsweise in Richtung der Injektorspitze 16, hohl gebohrt. Des Weiteren weist die Düsennadel 20 in dem Teilbereich 50 eine beispielsweise als Schlitz ausgebildete Einströmöffnung 52 auf. Die Einströmöffnung 52 ist in der Schließstellung der Düsennadel 20 durch das Gehäuse 12 verschlossen und somit fluidisch versperrt, sodass in der Schließstellung kein Wasser aus der Wasserkammer 46 durch die Einströmöffnung 52 hindurch in den Teilbereich 50 strömen kann. In der Offenstellung der Düsennadel 20 jedoch ist die Einströmöffnung 52 freigegeben. Dadurch ist in der Offenstellung der Teilbereich 50 über die Einströmöffnung 52 fluidisch mit der Wasserkammer 46 verbunden, sodass in der Offenstellung das in die Wasserkammer 46 eingeleitete beziehungsweise eingeströmte Wasser die Einströmöffnung 52 durchströmen und dadurch in den Teilbereich 50 einströmen kann.
Die Düsennadel 20 weist darüber hinaus wenigstens eine einenends an die Umgebung 54 der Düsennadel 20 und andernends in den hohlen Teilbereich 50 mündende Ausströmöffnung 56 auf, welche beispielsweise als Bohrung ausgebildet ist. Über die Ausströmöffnung 56 kann das über die Einströmöffnung 52 in den hohlen Teilbereich 50 eingeströmte beziehungsweise eingeleitete Wasser aus der Düsennadel 20 ausgespritzt und dadurch in die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in den Brennraum, eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, werden. Beispielsweise strömt das Wasser aus dem Teilbereich 50 durch die Ausströmöffnung 56 und dann durch die jeweilige Austrittsöffnung 18, sodass das Wasser über den Wasseranschluss 48, die Wasserkammer 46, den hohlen Teilbereich 50, die Ausströmöffnung 56 und die Austrittsöffnung 18 in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht, insbesondere in den Brennraum direkt eingespritzt, wird.
Des Weiteren ist eine die Wasserkammer 46 zumindest teilweise begrenzende und mit der Düsennadel 20 mitbewegbare Platte 58 vorgesehen, welche auch als Abdichtplatte bezeichnet wird. Insbesondere ist die Platte 58 direkt an der Düsennadel 20 gehalten und dadurch mit der Düsennadel 20 mitbewegbar. Werden beispielsweise die Düsennadel 20 und mit dieser die Platte 58 aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt, so geht dies mit einer Volumenverkleinerung der Wasserkammer 46 einher. Dadurch wird bei der Bewegung der Düsennadel 20 aus der Offenstellung in die Schließstellung zumindest ein Teil des zunächst in der Wasserkammer 46 aufgenommenen Wassers aus der Wasserkammer 46 in den hohlen Teilbereich 50 und dabei beispielsweise durch die Ausströmöffnung 56 gepresst. Insbesondere wird mittels der Platte 58 bei der Bewegung der Düsennadel 20 aus der Offenstellung in die Schließstellung das zunächst in der Wasserkammer 46 aufgenommene Wasser über die Einströmöffnung 52 in den hohlen Teilbereich 50 gepresst beziehungsweise gedrückt.
Da die Einströmöffnung 52 in der Schließstellung fluidisch verschlossen ist, insbesondere mittels des Gehäuses 12, kann in der Schließstellung kein Wasser, insbesondere aus der Wasserkammer 46, über die Einströmöffnung 52 in den hohlen Teilbereich 50 einströmen. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in der Schließstellung kein Wasser über den Wasseranschluss 48 in die Wasserkammer 46 einströmen kann, insbesondere dadurch, dass die Einströmöffnung 52 in der Schließstellung, insbesondere durch das Gehäuse 12, fluidisch versperrt ist.
Außerdem ist in der Wasserkammer 46 eine Feder 60 vorgesehen, welche dann, wenn die Düsennadel 20 und mit dieser die Platte 58 aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt werden, gespannt wird. Dadurch stellt die Feder 60 zumindest in der Offenstellung eine Federkraft bereit, welche auf die Düsennadel 20 zumindest mittelbar wirkt. Mittels der von der Feder 60 bereitgestellten Federkraft kann die Düsennadel 20 aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt und insbesondere in der Schließstellung gehalten werden. Hierzu ist die Feder 60, insbesondere direkt, an der Platte 58 (Abdichtplatte) abgestützt, insbesondere entlang der Bewegungsrichtung der Düsennadel 20.
Insbesondere wird das Wasser mittels der Pumpe während der Einspritzung des Kraftstoffes in die beispielsweise unterhalb der Hochdruckkammer 42 angeordnete Wasserkammer 46 gefördert, insbesondere gedrückt, wobei das Wasser über die Einströmöffnung 52 in den hohlen Teilbereich 50 und somit in die Düsennadel 20 selbst gelangen kann. Durch entsprechende Ausgestaltung und/oder Anordnung der Einströmöffnung 52 ist diese in der Schließstellung zwangsweise geschlossen und offen in der Offenstellung und somit während der Einspritzung des Kraftstoffes. Die Schließstellung wird auch als Ruhestellung oder Ruhezustand bezeichnet.
Im Folgenden wird ein Ablauf der Wassereinspritzung vereinfacht beschrieben, wobei die Wassereinspritzung beispielsweise ähnlich dem Prinzip von Überströmkanälen bei ZweiTakt-Motoren erfolgt.
In dem Ruhezustand beziehungsweise in der Schließstellung ist die beispielsweise als Bohrung ausgebildete Einströmöffnung 52 der Düsennadel 20 durch das Gehäuse 12 des Injektors 10 verschlossen. Die Düsennadel 20 nimmt ihre Schließstellung beispielsweise während eines zweiten Takts der beispielsweise als Vier-Takt-Motor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine ein. Dabei unterbleibt dabei beispielsweise ein Einleiten von Wasser in die Wasserkammer 46. Beispielsweise bei einem dritten Takt der Verbrennungskraftmaschine wird die Düsennadel 20 geöffnet und somit in ihre Offenstellung bewegt, sodass der insbesondere als Dieselkraftstoff ausgebildete Kraftstoff eingespritzt wird. Mit der Einspritzung des Kraftstoffes und somit während sich die Düsennadel 20 in ihrer Offenstellung befindet, wird über den Wasseranschluss 48 sowie gegebenenfalls über die Einströmöffnung 52 mittels der Pumpe Wasser in die Wasserkammer 46 unterhalb der Platte 58 gefördert, wobei das Wasser beispielsweise bereits über die Einströmöffnung 52 in den hohlen Teilbereich 50 gelangen kann.
Insbesondere wird das Wasser von dem Wasseranschluss 48 über wenigstens eine Öffnung, insbesondere über mehrere Öffnungen, in das Gehäuse 12 und dabei insbesondere in die Wasserkammer 46 eingeleitet und kann dann über die Einströmöffnung 52 in den Teilbereich 50 gelangen. Im Rahmen des dritten Takts wird beispielsweise die Düsennadel 20 wieder geschlossen, insbesondere indem der Anker 34 und somit das Ventilelement 36 in ihre Sperrstellung bewegt werden. Schließt die Düsennadel 20 bei Abschluss der Einspritzung des Kraftstoffes, wird durch die Platte 58 das zunächst in der Wasserkammer 46 aufgenommene Wasser zumindest nahezu vollständig in den hohlen Teilbereich 50 gepresst und durch die beispielsweise als zusätzliche Bohrung ausgebildete Ausströmöffnung 56, insbesondere am unteren Ende der Düsennadel 20, vorzugsweise unmittelbar nach der erfolgten Zündung im Brennraum in diesen gedrückt.
Die Zündung des Gemisches, der notwendige Verbrennungsdruck und das daraus resultierende Drehmoment sollten nicht beeinträchtigt sein, aber noch während der Zündung sollte eine Abkühlung des Brennraumes erfolgen, wodurch die Stickoxid-Emissionen besonders gering gehalten werden können. Vorzugsweise sollte die Wassereinspritzung, das heißt die Ansteuerung der Wasserpumpe, der Zeitpunkt der Wassereinspritzung, die Menge des einzuspritzenden Wassers usw. Eingangsgrößen einer Motorsteuerung sein, das heißt entsprechend bei der Applikation berücksichtigt werden. Eine zentrale Wassereinspritzung direkt über den Injektor 10 kann einen besonders wirkungsvollen Kühlungseffekt haben. Ferner kann eine übermäßige Beeinträchtigung der Geometrie des Brennraums vermieden werden, insbesondere im Vergleich zum Einsatz einer separaten Einspritzdüse zum Einspritzen von Wasser.
In 2 zeigen Pfeile 62 den Kraftstoff beziehungsweise dessen Strömung, wobei der Kraftstoff jedoch nicht ausgespritzt beziehungsweise eingespritzt wird, da die Austrittsöffnung 18 mittels der Düsennadel 20 verschlossen ist.
In 3 veranschaulichen die Pfeile 62, dass der Kraftstoff die Austrittsöffnung 18 durchströmen kann, sodass der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. In 4 veranschaulichen die Pfeile 62, dass der Kraftstoff nicht in den Brennraum eingespritzt wird, da die Austrittsöffnung 18 mittels der Düsennadel 20 versperrt ist. Ferner veranschaulicht ein Pfeil 64 die genannte Wassereinspritzung. Mit anderen Worten veranschaulicht der Pfeil 64 das Wasser, welches über die Ausströmöffnung 56 aus dem Teilbereich 50 ausströmt und dadurch in den Brennraum, insbesondere direkt, eingespritzt wird.
Bezugszeichenliste

10: Injektor
12: Gehäuse
14: Kraftstoffanschluss
15: Pfeil
16: Injektorspitze
18: Austrittsöffnung
20: Düsennadel
22: Doppelpfeil
24: Rücklauf
26: Pfeil
28: Stellglied
30: elektrischer Anschluss
32: Aktor
34: Anker
36: Ventilelement
38: Drossel
40: Außenwand
42: Hochdruckkammer
44: Feder
46: Wasserkammer
48: Wasseranschluss
50: Teilbereich
52: Einströmöffnung
54: Umgebung
56: Ausströmöffnung
58: Platte
60: Feder
62: Pfeil
64: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4445980 A1 [0002]
DE 202016100734 U1 [0004]

Claims

Injektor (10) zum Einbringen von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem von dem Kraftstoff durchströmbaren Gehäuse (12), mit einer Injektorspitze (16), welche wenigstens eine über das Gehäuse (12) mit dem Kraftstoff versorgbare und zum Einbringen des Kraftstoffes in die Verbrennungskraftmaschine von dem Kraftstoff durchströmbare Austrittsöffnung (18) aufweist, und mit einer Düsennadel (20), welche zwischen wenigstens einer die Austrittsöffnung (18) versperrenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung (18) freigebenden Offenstellung relativ zu dem Gehäuse (12) translatorisch bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass: - das Gehäuse (12) eine Kammer (46) aufweist, in welche Wasser einleitbar ist; - die Düsennadel (20) zumindest in einem Teilbereich (50) hohl ausgebildet ist; - die Düsennadel (20) in dem Teilbereich (50) wenigstens eine in der Schließstellung durch das Gehäuse (12) verschlossene und in der Offenstellung freigegebene Einströmöffnung (52) aufweist, über welche der hohle Teilbereich (50) in der Offenstellung fluidisch mit der Kammer (46) verbunden ist; und - die Düsennadel (20) wenigstens eine an die Umgebung (54) der Düsennadel (20) und in den hohlen Teilbereich (50) mündende Ausströmöffnung (56) aufweist, über welche das über die Einströmöffnung (52) in den Teilbereich (50) eingeströmte Wasser aus der Düsennadel (20) ausspritzbar und in die Verbrennungskraftmaschine einbringbar ist.
Injektor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Kammer (46) zumindest teilwiese begrenzende und mit der Düsennadel (20) mitbewegbare Platte (58) vorgesehen ist, mittels welcher bei einer Bewegung der Düsennadel (20) aus der Offenstellung in die Schließstellung das Wasser aus der Kammer (46) in den hohlen Teilbereich (50) zu pressen ist.
Injektor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (58) an der Düsennadel (20) gehalten ist.
Injektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (46) eine Feder (60) angeordnet ist, welche zumindest in der Offenstellung gespannt ist und dadurch eine Federkraft bereitstellt, mittels welcher die Düsennadel (20) aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist.
Injektor (10) nach Anspruch 4 in dessen Rückbezug auf Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (60) an der Platte (58) abgestützt ist.