DE102018220385A1 - Injection valve for a water injection system of an internal combustion engine and water injection system with such an injection valve - Google Patents

Injection valve for a water injection system of an internal combustion engine and water injection system with such an injection valve Download PDF

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Michael Schaefer
Tilo Starkert
Markus Deissler
Ingmar Burak
Petr Novak
Radek Malec
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil (1) für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, umfassend eine ringförmige Magnetspule (2) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (3), der mit einem Ventilglied (4) verbunden ist, ferner umfassend einen hohlzylinderförmigen Kern (5), der zumindest abschnittsweise von der Magnetspule (2) umgeben ist und einen Einlassstutzen (6) ausbildet oder mit einem Einlassstutzen (6) verbunden ist, über den das Einspritzventil (1) mit Wasser aus einer Verteilerleitung (7) versorgbar ist. Erfindungsgemäß ist in den Einlassstutzen (6) ein Körper (8) eingesetzt, der in axialer Richtung von einem Strömungskanal (9) durchsetzt ist, der eine Einlassöffnung (10) zur Versorgung des Eispritzventils (1) mit Wasser aus der Verteilerleitung (7) definiert.Die Erfindung betrifft ferner ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Einspritzventil (1).The invention relates to an injection valve (1) for a water injection system of an internal combustion engine, comprising an annular magnet coil (2) for acting on a lifting armature (3) which is connected to a valve member (4), further comprising a hollow cylindrical core (5), which is at least partially surrounded by the magnetic coil (2) and forms an inlet connection (6) or is connected to an inlet connection (6), via which the injection valve (1) can be supplied with water from a distributor line (7). According to the invention, a body (8) is inserted into the inlet connector (6), which is penetrated in the axial direction by a flow channel (9) which defines an inlet opening (10) for supplying the ice spray valve (1) with water from the distributor line (7) The invention further relates to a water injection system for an internal combustion engine with an injection valve (1) according to the invention.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bei dem Verbrennungsmotor kann es sich insbesondere um einen Benzinmotor handeln. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Einspritzventil.The invention relates to an injection valve for a water injection system of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1. The internal combustion engine can in particular be a gasoline engine. Furthermore, the invention relates to a water injection system for an internal combustion engine with an injection valve according to the invention.
  • Stand der TechnikState of the art
  • Zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxid-Emissionen gilt es den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren zu optimieren, beispielsweise durch eine Erhöhung der Verdichtung oder durch Downsizing Konzepte in Kombination mit einer Turboaufladung. Bei hoher Motorlast ist jedoch ein Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Betriebspunkt, der im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch optimal wäre, in der Regel nicht möglich, da dem Betrieb durch Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen Grenzen gesetzt werden. Maßnahmen zur Reduzierung der Klopfneigung und/oder Senkung der Abgastemperaturen sehen die Einspritzung von Wasser vor, wobei die Einspritzung direkt in einen Brennraum des Verbrennungsmotors oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erfolgen kann.To reduce carbon dioxide emissions, it is important to optimize the fuel consumption of internal combustion engines, for example by increasing compression or by downsizing concepts in combination with turbocharging. With a high engine load, however, operation of the internal combustion engine at an operating point that would be optimal with regard to fuel consumption is generally not possible, since the operation is limited by the tendency to knock and high exhaust gas temperatures. Measures to reduce the tendency to knock and / or lower the exhaust gas temperatures provide for the injection of water, the injection being able to take place directly into a combustion chamber of the internal combustion engine or into an intake tract of the internal combustion engine.
  • Bei Verbrennungsmotoren mit Wassereinspritzung besteht die Gefahr, dass wasserführende Leitungen und/oder Komponenten bei tiefen Temperaturen vereisen und durch Eisdruck Schaden nehmen. Um dies zu verhindern, werden die wasserführenden Leitungen und/oder Komponenten in der Regel bei abgestelltem Motor entleert.In internal combustion engines with water injection, there is a risk that water-carrying lines and / or components will freeze at low temperatures and be damaged by ice pressure. To prevent this, the water-carrying pipes and / or components are usually emptied when the engine is switched off.
  • Aus der DE 10 2015 208 472 A1 geht beispielhaft eine Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung hervor, die einen Wassertank zur Speicherung von Wasser, eine Pumpe zur Förderung des Wassers und ein Wassereinspritzventil zum Einspritzen von Wasser umfasst. Die Pumpe ist einlassseitig über eine erste Leitung mit dem Wassertank und auslassseitig über eine zweite Leitung mit dem Wassereinspritzventil verbunden. Zur einfachen Entleerung der Pumpe ist diese oberhalb des Wassertanks angeordnet, so dass die Entleerung schwerkraftgetrieben erfolgen kann. Alternativ oder ergänzend kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden.From the DE 10 2015 208 472 A1 is an example of an internal combustion engine with a water injection device, which comprises a water tank for storing water, a pump for conveying water and a water injection valve for injecting water. The pump is connected to the water tank on the inlet side via a first line and to the water injection valve via a second line on the outlet side. For easy emptying of the pump, it is arranged above the water tank, so that the emptying can be carried out by gravity. Alternatively or in addition, the pump can be operated in the opposite direction of delivery.
  • Zur Vermeidung einer Vereisung der Einspritzventile eines solchen Einspritzsystem, müssen auch diese entleert werden. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 208 508 A1 ist eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die mindestens zwei Einspritzventile bzw. Wasserinjektoren umfasst, die nacheinander durch Umkehrung der Förderrichtung eines Förderaggregats entleert werden. Die Einspritzventile bzw. Wasserinjektoren müssen demzufolge nicht eisdruckfest ausgelegt werden. Dadurch, dass die Einspritzventile nacheinander entleert werden, soll vorhandenes Wasser sicher entfernt werden. Die über die geöffneten Einspritzventile angesaugte Luft beim Entleeren soll die Entleerung zusätzlich unterstützen.To avoid icing of the injection valves of such an injection system, they must also be emptied. From the published application DE 10 2015 208 508 A1 a water injection device for an internal combustion engine is known which comprises at least two injection valves or water injectors which are emptied one after the other by reversing the conveying direction of a delivery unit. The injectors or water injectors therefore do not have to be designed to be ice pressure resistant. By emptying the injectors one after the other, the existing water should be removed safely. The air sucked in via the open injection valves during emptying is intended to additionally support the emptying.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors anzugeben, das in einem Rücksaugbetrieb des Wassereinspritzsystems besonders einfach und/oder schnell zu entleeren ist, um eine Vereisung des Einspritzventils und damit Schäden an dem Einspritzventil zu verhindern.The invention has for its object to provide an injection valve for a water injection system of an internal combustion engine, which is particularly easy and / or quick to empty in a suckback operation of the water injection system to prevent icing of the injection valve and thus damage to the injection valve.
  • Zur Lösung der Aufgabe werden das Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Wassereinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve the object, the injection valve with the features of claim 1 and the water injection system with the features of claim 5 are proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the respective subclaims.
  • Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
  • Das für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors vorgeschlagene Einspritzventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der mit einem Ventilglied verbunden ist. Das Einspritzventil umfasst ferner einen hohlzylinderförmigen Kern, der zumindest abschnittweise von der Magnetspule umgeben ist und einen Einlassstutzen ausbildet oder mit einem Einlassstutzen verbunden ist, über den das Einspritzventil mit Wasser aus einer Verteilerleitung versorgbar ist. Erfindungsgemäß ist in den Einlassstutzen ein Körper eingesetzt, der in axialer Richtung von einem Strömungskanal durchsetzt ist, der eine Einlassöffnung zur Versorgung des Einspritzventils mit Wasser aus der Verteilerleitung definiert.The injection valve proposed for a water injection system of an internal combustion engine comprises an annular magnetic coil for acting on a lifting armature, which is connected to a valve member. The injection valve further comprises a hollow cylindrical core, which is at least partially surrounded by the magnetic coil and forms an inlet connection or is connected to an inlet connection, via which the injection valve can be supplied with water from a distribution line. According to the invention, a body is inserted into the inlet connector, which is penetrated in the axial direction by a flow channel which defines an inlet opening for supplying the injection valve with water from the distributor line.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Einspritzventil wird die Einlassöffnung nicht durch den Einlassstutzen, sondern durch den in den Einlassstutzen eingesetzten Körper ausgebildet. Der Körper reduziert somit den zur Wasserversorgung des Einspritzventils zur Verfügung stehenden freien Strömungsquerschnitt. Zugleich wird ein im Einlassstutzen vorhandenes Totvolumen minimiert, das zur Vermeidung einer Vereisung des Einspritzventils entleert werden muss. Das heißt, dass weniger Wasser aus dem Einspritzventil rückgesaugt werden muss. Bevorzugt ist daher der Körper in der Weise in den Einlassstutzen eingesetzt, dass zwischen dem Körper und dem Einlassstutzen kein Hohlraum verbleibt, der unmittelbar oder mittelbar mit dem im Körper ausgebildeten Strömungskanal in Fluidverbindung steht. Um dies zu gewährleisten, kann beispielsweise der Körper in den Einlassstutzen eingepresst sein.In the injection valve according to the invention, the inlet opening is not formed by the inlet connector, but by the body inserted into the inlet connector. The body thus reduces the free flow cross-section available for the water supply to the injection valve. At the same time, a dead volume present in the inlet port is minimized, which must be emptied to avoid icing of the injection valve. This means that less water has to be sucked back out of the injection valve. The body is therefore preferably inserted into the inlet connector in such a way that no cavity remains between the body and the inlet connector, which is directly or indirectly in fluid communication with the flow channel formed in the body. To ensure this, the body can, for example, be pressed into the inlet connector.
  • Die Versorgung des Einspritzventils mit Wasser erfolgt demnach ausschließlich über den im Körper ausgebildeten Strömungskanal. Dieser erstreckt sich in axialer Richtung, vorzugsweise koaxial zu einer Längsachse des Einspritzventils. The injection valve is therefore supplied with water exclusively via the flow channel formed in the body. This extends in the axial direction, preferably coaxially to a longitudinal axis of the injection valve.
  • Der reduzierte freie Strömungsquerschnitt des im Körper ausgebildeten Strömungskanals erhöht ferner die Strömungsgeschwindigkeit beim Rücksaugen von Wasser, so dass die Entleerung des Einspritzventils zugleich beschleunigt wird. Unterstützend kommt hinzu, dass der reduzierte Strömungsquerschnitt Verwirbelungen entgegenwirkt. Im Ergebnis kann somit bei gleicher Rücksaugleistung eines zum Rücksaugen eingesetzten Förderaggregats in der gleichen Zeit deutlich mehr Wasser aus dem Einspritzventil rückgesaugt werden. Das heißt, dass sich die Gefahr einer Vereisung und einer Beschädigung des Einspritzventils durch Eisdruck bei tiefen Außentemperaturen signifikant verringert.The reduced free flow cross-section of the flow channel formed in the body also increases the flow speed when water is sucked back, so that the emptying of the injection valve is accelerated at the same time. In addition, the reduced flow cross-section counteracts turbulence. As a result, significantly more water can be sucked back out of the injection valve in the same time with the same suction power of a delivery unit used for sucking back. This means that the risk of icing and damage to the injector due to ice pressure is significantly reduced at low outside temperatures.
  • Der im Körper ausgebildete Strömungskanal weist vorzugsweise eine Zylinderform auf. Der Durchmesser des Strömungskanals ist weiterhin vorzugsweise so klein wie möglich gewählt, um beim Rücksaugen eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen und eine nicht abreißende Wassersäule zu generieren. Zugleich ist der Durchmesser derart zu bemessen, dass weiterhin eine ausreichende Wasserversorgung des Einspritzventils sichergestellt ist. Bevorzugt ist der Durchmesser des Strömungskanals kleiner als der Durchmesser der Verteilerleitung gewählt. Der Durchmesser des Strömungskanals kann beispielsweise 2 bis 4 mm betragen. Der den Strömungskanal ausbildende Körper weist vorzugsweise eine Mindestwanddicke auf, die dem Radius des Strömungskanals entspricht oder darüber liegt.The flow channel formed in the body preferably has a cylindrical shape. The diameter of the flow channel is furthermore preferably chosen to be as small as possible in order to achieve the highest possible flow velocity when sucking back and to generate a water column that does not tear off. At the same time, the diameter must be dimensioned such that an adequate water supply to the injection valve is still ensured. The diameter of the flow channel is preferably chosen to be smaller than the diameter of the distributor line. The diameter of the flow channel can be, for example, 2 to 4 mm. The body forming the flow channel preferably has a minimum wall thickness which corresponds to or lies above the radius of the flow channel.
  • Der in den Einlassstutzen eingesetzte Körper kann insbesondere aus Gummi oder Kunststoff gefertigt sein. In diesem Fall kann der Körper ein geringfügiges radiales Übermaß gegenüber der Axialbohrung besitzen, so dass er nach dem Einsetzen unter einer radialen Vorspannung am Einlassstutzen anliegt.The body inserted into the inlet connector can be made in particular of rubber or plastic. In this case, the body can have a slight radial oversize compared to the axial bore, so that after the insertion, it rests under radial prestress on the inlet connector.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung überragt der in den Einlassstutzen eingesetzte Körper den Einlassstutzen in axialer Richtung. In diesem Fall kann der Körper zusätzlich zur Verringerung eines Totvolumens genutzt werden, das üblicherweise in einem tassenförmigen Anschlusselement der Verteilerleitung verbleibt, das dem Anschluss des Einspritzventils an die Verteilerleitung dient. Die bei einer Entleerung des Systems rückzusaugende Wassermenge kann somit weiter reduziert werden.According to a preferred embodiment of the invention, the body inserted into the inlet connector projects beyond the inlet connector in the axial direction. In this case, the body can additionally be used to reduce a dead volume, which usually remains in a cup-shaped connecting element of the distributor line, which is used to connect the injection valve to the distributor line. The amount of water to be sucked back when the system is drained can thus be further reduced.
  • Eine der Versorgung mindestens eines Einspritzventils mit Wasser dienende Verteilerleitung wird auch Rail genannt. Üblicherweise weist ein Rail mindestens ein tassenförmiges Anschlusselement für den Anschluss eines Einspritzventils auf. Dieses Anschlusselement wird auch Railtasse genannt. Die Railtasse umgreift dabei das einlassseitige Ende des Einspritzventils. Das Totvolumen der Railtasse hängt demnach von der konkreten Ausgestaltung der Railtasse sowie der Ausgestaltung des einlassseitigen Endes des Einspritzventils ab.A distribution line serving to supply at least one injection valve with water is also called a rail. A rail usually has at least one cup-shaped connecting element for connecting an injection valve. This connection element is also called a rail cup. The rail cup grips the inlet end of the injection valve. The dead volume of the rail cup therefore depends on the specific design of the rail cup and the design of the inlet-side end of the injection valve.
  • Zur Minimierung des Totvolumens der Railtasse bzw. des tassenförmigen Anschlusselements wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der in den Einlassstutzen eingesetzte Körper diesen nicht nur in axialer Richtung, sondern auch in radialer Richtung überragt. Beispielsweise kann der Körper einen Ringbund aufweisen, der den Einlassstutzen in axialer und radialer Richtung überragt. Der Ringbund kann ferner zur Abstützung des Einspritzventils an einem tassenförmigen Anschlusselement der Verteilerleitung genutzt werden. Über den Ringbund kann das Einspritzventil axial und/oder radial an dem tassenförmigen Anschlusselement abgestützt sein. Erfolgt die Abstützung umlaufend, das heißt über eine ringförmige Stirnfläche und/oder eine Außenumfangsfläche des Körpers wird zugleich eine Abdichtung des Einlassbereichs des Einspritzventils erreicht.In order to minimize the dead volume of the rail cup or the cup-shaped connecting element, it is proposed in a further development of the invention that the body inserted into the inlet connector projects beyond this not only in the axial direction but also in the radial direction. For example, the body can have an annular collar that projects beyond the inlet connector in the axial and radial directions. The ring collar can also be used to support the injection valve on a cup-shaped connecting element of the distributor line. The injection valve can be supported axially and / or radially on the cup-shaped connecting element via the annular collar. If the support is circumferential, that is to say via an annular end face and / or an outer peripheral surface of the body, the inlet region of the injection valve is sealed at the same time.
  • Die Abstützung/Abdichtung in axialer Richtung weist vorzugsweise der in den Einlassstutzen eingesetzte Körper eine ringförmige Stirnfläche auf, die an einem Absatz oder einem Boden des tassenförmigen Anschlusselements abgestützt ist. Alternativ oder ergänzend kann zur Erhöhung der Dichtwirkung ein Dichtelement, insbesondere ein Dichtring, zwischen der ringförmigen Stirnfläche des Körpers, und dem tassenförmigen Anschlusselement eingelegt sein. Die ringförmige Stirnfläche wird vorzugsweise durch einen Ringbund des Körpers ausgebildet, so dass sich die Dichtfläche bzw. die Auflagefläche für den Dichtring erhöht.The support / seal in the axial direction preferably has the body inserted into the inlet connection piece with an annular end face which is supported on a shoulder or a bottom of the cup-shaped connecting element. Alternatively or additionally, a sealing element, in particular a sealing ring, can be inserted between the annular end face of the body and the cup-shaped connecting element in order to increase the sealing effect. The annular end face is preferably formed by an annular collar of the body, so that the sealing surface or the contact surface for the sealing ring increases.
  • Zur Vereinfachung der Herstellung des in den Einlassstutzen eingesetzten Körpers wird vorgeschlagen, dass dieser mehrteilig ausgeführt ist. Ein erstes Teil kann zum Einsetzen in den Einlassstutzen eine Außenkontur, insbesondere einen Außendurchmesser, aufweisen, der an die Innenkontur bzw. den Innendurchmesser des Einlassstutzens angepasst ist. Ein weiteres Teil, das der Verringerung des Totvolumens des tassenförmigen Anschlusselements dient, kann Außenkontur, insbesondere einen Außendurchmesser, aufweisen, der an die Innenkontur bzw. den Innendurchmesser des tassenförmigen Anschlusselements angepasst ist. Sofern der Körper einen Ringbund aufweist, bildet vorzugsweise das weitere Teil den Ringbund aus.To simplify the manufacture of the body inserted into the inlet connector, it is proposed that it be made in several parts. A first part can have an outer contour, in particular an outer diameter, for insertion into the inlet nozzle, which is adapted to the inner contour or the inner diameter of the inlet nozzle. Another part that serves to reduce the dead volume of the cup-shaped connecting element can have an outer contour, in particular an outer diameter, which is adapted to the inner contour or the inner diameter of the cup-shaped connecting element. If the body has an annular collar, the further part preferably forms the annular collar.
  • Mit Hilfe des in den Einlassstutzen eingesetzten Körpers kann auch ein beliebiges Einspritzventil, beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzventil, zu einem erfindungsgemäßen Einspritzventil für die Wassereinspritzung ertüchtigt werden. With the aid of the body inserted into the inlet connector, any injection valve, for example a fuel injection valve, can also be upgraded to an injection valve according to the invention for water injection.
  • Das darüber hinaus zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor umfasst eine Verteilerleitung bzw. ein Rail sowie mindestens ein erfindungsgemäßes Einspritzventil. Aufgrund des verringerten Totvolumens im Einspritzventil und ggf. im tassenförmigen Anschlusselement kann dieses beim Rücksaugen einfacher und schneller entleert werden, so dass die Gefahr einer Vereisung und damit Beschädigung aufgrund Eisdruck deutlich abnimmt. Entsprechend steigt auch die Robustheit des Wassereinspritzsystems.The water injection system for an internal combustion engine, which is also proposed for solving the task mentioned at the outset, comprises a distributor line or a rail and at least one injection valve according to the invention. Due to the reduced dead volume in the injection valve and possibly in the cup-shaped connecting element, this can be emptied more easily and quickly when sucking back, so that the risk of icing and thus damage due to ice pressure decreases significantly. The robustness of the water injection system increases accordingly.
  • Zur weiteren Minimierung des Totvolumens kann ergänzend der Durchmesser der Verteilerleitung reduziert werden. Je geringer das Totvolumen ist, desto einfacher und schneller kann der Bereich Einspritzventil/Verteilerleitung entleert und somit vor Vereisung geschützt werden.In order to further minimize the dead volume, the diameter of the distributor line can also be reduced. The lower the dead volume, the easier and faster the area of the injection valve / distributor line can be emptied and thus protected against icing.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verteilerleitung mindestens ein tassenförmiges Anschlusselement aufweist, über welches das Einspritzventil mit der Verteilerleitung verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise eine Steck-, Press-, Klemm-, Rast- und/oder Schraubverbindung sein. Auf diese Weise kann der Anschluss des Einspritzventils an die Verteilerleitung vereinfacht werden.In a development of the invention, it is proposed that the distributor line have at least one cup-shaped connecting element, via which the injection valve is connected to the distributor line. The connection can be, for example, a plug, press, clamp, snap and / or screw connection. In this way, the connection of the injection valve to the distributor line can be simplified.
  • Bevorzugt umgreift das tassenförmige Anschlusselement den Einlassstutzen des Einspritzventils und/oder den in den Einlassstutzen eingesetzten Körper zumindest abschnittsweise. Ein zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement und dem Einlassstutzen bzw. dem Körper verbleibender Axial- und/oder Radialspalt kann dabei zur Aufnahme eines Dichtelements, insbesondere eines Dichtrings, genutzt werden, so dass der Einlassbereich des Einspritzventils nach außen abgedichtet ist.The cup-shaped connecting element preferably engages around the inlet connector of the injection valve and / or the body inserted into the inlet connector, at least in sections. An axial and / or radial gap remaining between the cup-shaped connecting element and the inlet connector or the body can be used for receiving a sealing element, in particular a sealing ring, so that the inlet region of the injection valve is sealed off from the outside.
  • Als weiterbildende Maßnahme wird daher vorgeschlagen, dass zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement und dem in den Einlassstutzen eingesetzten Körper ein Dichtring angeordnet. Der Dichtring kann außenumfangseitig auf dem Körper angeordnet sein bzw. den Körper abschnittsweise umgeben, so dass er radial dichtet. Alternativ oder ergänzend kann der Dichtring an einer ringförmigen Stirnfläche des Körpers axial abgestützt sein, so dass er axial dichtet.As a further development measure, it is therefore proposed that a sealing ring be arranged between the cup-shaped connecting element and the body inserted into the inlet connector. The sealing ring can be arranged on the outer circumference side of the body or can surround the body in sections so that it seals radially. Alternatively or additionally, the sealing ring can be axially supported on an annular end face of the body, so that it seals axially.
  • Die Anordnung des Dichtrings in einem Axialspalt zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement und dem Körper besitzt den Vorteil, dass das Totvolumen im tassenförmigen Anschlusselement weiter verringert wird, da der Dichtring auf einem kleineren Durchmesser angeordnet ist.The arrangement of the sealing ring in an axial gap between the cup-shaped connecting element and the body has the advantage that the dead volume in the cup-shaped connecting element is further reduced, since the sealing ring is arranged on a smaller diameter.
  • Bevorzugt umfasst das vorgeschlagene Wassereinspritzsystem ferner einen Wassertank zur Bevorratung von Wasser und ein Förderaggregat zum Fördern von Wasser. Das Förderaggregat ermöglicht bevorzugt eine Umkehr der Förderrichtung, so dass das Förderaggregat auch zum Rücksaugen von Wasser aus dem Einspritzventil einsetzbar ist. Bei dem Förderaggregat kann es sich beispielsweise um eine elektromotorisch angetriebene Pumpe handeln, deren Förderrichtung umkehrbar ist, um ein Rücksaugen von Wasser in den Wassertank zu ermöglichen.The proposed water injection system preferably further comprises a water tank for storing water and a delivery unit for delivering water. The delivery unit preferably enables a reversal of the delivery direction, so that the delivery unit can also be used to suck water back out of the injection valve. The pumping unit can be, for example, an electric motor-driven pump, the direction of which can be reversed in order to enable water to be sucked back into the water tank.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
    • 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
    • 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
    • 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,
    • 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform,
    • 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems und
    • 6 eine schematische Darstellung des Einspritzventils des Wassereinspritzsystems der 5 an einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors.
    Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:
    • 1 2 shows a schematic longitudinal section through an injection valve according to the invention in accordance with a first preferred embodiment,
    • 2nd 2 shows a schematic longitudinal section through an injection valve according to the invention in accordance with a second preferred embodiment,
    • 3rd 2 shows a schematic longitudinal section through an injection valve according to the invention in accordance with a third preferred embodiment,
    • 4th 2 shows a schematic longitudinal section through an injection valve according to the invention in accordance with a fourth preferred embodiment,
    • 5 a schematic representation of a water injection system according to the invention and
    • 6 is a schematic representation of the injection valve of the water injection system 5 on an intake tract of an internal combustion engine.
  • Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
  • Der 1 ist ein Einspritzventil 1 für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors zu entnehmen, das eine ringförmige Magnetspule 1 zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker 3 umfasst, der mit einem Ventilglied 4 verbunden ist. Das Ventilglied 4 ist vorliegend als Hohlnadel ausgeführt und an seinem dem Anker 3 abgewandten Ende mit einem kugelförmigen Ventilschließelement 29 zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung 30 verbunden. Bei einer Bestromung der Magnetspule 2 bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 3 einschließlich des Ventilglieds 4 und des Ventilschließelements 29 in Richtung eines Kerns 5 bewegt, um einen zwischen dem Kern 5 und dem Anker 3 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 31 zu schließen. Das kugelförmige Ventilschließelement 29 gibt dabei die Einspritzöffnung 30 frei. Wird anschließend die Bestromung der Magnetspule 2 beendet, werden der Anker 3, das Ventilglied 4 und das Ventilschließelement 29 mittels der Federkraft einer Rückstellfeder 32 in ihre Ausgangslage zurückgestellt, so dass das Ventilschließelement 29 die Einspritzöffnung 30 wieder verschließt.The 1 is an injection valve 1 for a water injection system of an internal combustion engine, which has an annular magnet coil 1 to act on a lifting anchor 3rd comprises with a valve member 4th connected is. The valve member 4th is designed as a hollow needle and the anchor on it 3rd opposite end with a spherical valve closing element 29 for opening and closing at least one injection opening 30th connected. When the solenoid is energized 2nd a magnetic field forms, the magnetic force of which is the armature 3rd including the valve member 4th and the valve closing element 29 towards a core 5 moved to one between the core 5 and the anchor 3rd trained working air gap 31 close. The spherical valve closing element 29 gives the injection opening 30th free. Then the energization of the solenoid coil 2nd ends, the anchor 3rd , the valve member 4th and the valve closing element 29 by means of the spring force of a return spring 32 returned to their starting position so that the valve closing element 29 the injection port 30th closes again.
  • Der Kern 5 ist hohlzylinderförmig ausgeführt und über ein hohlzylinderförmiges Verbindungsteil 33 mit einem Einlassstutzen 6 verbunden, über den das Einspritzventil 1 mit Wasser aus einer Verteilerleitung 7 versorgbar ist. Der Einlassstutzen 6 wird von einem tassenförmigen Anschlusselement 12 der Verteilerleitung 7 umgriffen, wobei zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement 12 und dem Einlassstutzen 6 ein Dichtring 13 angeordnet ist. Der Einlassbereich ist somit nach außen abgedichtet.The core 5 is designed as a hollow cylinder and via a hollow cylindrical connecting part 33 with an inlet connector 6 connected via the injector 1 with water from a distribution line 7 is available. The inlet connector 6 is made of a cup-shaped connecting element 12 the distribution line 7 encompassed, between the cup-shaped connecting element 12 and the inlet port 6 a sealing ring 13 is arranged. The inlet area is thus sealed off from the outside.
  • Das tassenförmige Anschlusselement 12 weist einen Absatz 27 auf, so dass das tassenförmige Anschlusselement 12 über einen Abschnitt mit verringertem Innendurchmesser in die Verteilerleitung 7 übergeht. Auf diese Weise wird ein im tassenförmigen Anschlusselement 12 vorhandenes Totvolumen verringert.The cup-shaped connection element 12 has a paragraph 27th on so that the cup-shaped connector 12 over a section with a reduced inside diameter into the distribution line 7 transforms. In this way, a cup-shaped connection element 12 existing dead volume reduced.
  • Zur Reduzierung eines Totvolumens im Einlassbereich des Einspritzventils 1 ist in den Einlassstutzen 6 des Einspritzventils 1 ein Körper 8 eingesetzt, der von einem Strömungskanal 9 durchsetzt ist, der eine Einlassöffnung 10 definiert. Die Versorgung des Einspritzventils 1 mit Wasser aus der Verteilerleitung 7 erfolgt demnach ausschließlich über den Strömungskanal 9. Die Außenkontur des Körpers 8 ist zudem an die Innenkontur des Einlassstutzens 6 angepasst, so dass der Körper 8 das Totvolumen im Einlassbereich des Einspritzventils 1 reduziert.To reduce a dead volume in the inlet area of the injection valve 1 is in the inlet port 6 of the injector 1 a body 8th used by a flow channel 9 is penetrated by an inlet opening 10th Are defined. The supply of the injector 1 with water from the distribution line 7 therefore takes place exclusively via the flow channel 9 . The outer contour of the body 8th is also on the inner contour of the inlet connector 6 adjusted so that the body 8th the dead volume in the inlet area of the injection valve 1 reduced.
  • Die zur Verringerung des Totvolumens vorgeschlagenen Maßnahmen tragen dazu bei, dass das Einspritzventil 1 und das tassenförmige Anschlusselement 12 schnell durch Rücksaugen entleert werden können, so dass Schäden durch gefrierendes Wasser bei abgestelltem Verbrennungsmotor und tiefen Außentemperaturen nicht zu befürchten sind.The measures proposed to reduce the dead volume contribute to the injection valve 1 and the cup-shaped connection element 12 can be emptied quickly by sucking back so that there is no fear of damage from freezing water when the combustion engine is switched off and the outside temperature is low.
  • Weitere Maßnahmen zur Reduzierung des Totvolumens können eine Reduzierung des Durchmessers der Verteilerleitung 7 umfassen.Other measures to reduce the dead volume can be a reduction in the diameter of the distribution line 7 include.
  • Der 2 ist ein weiteres Einspritzventil 1 zu entnehmen, das sich von dem der 1 nur durch die konkrete Ausgestaltung des in den Einlassstutzen 6 eingesetzten Körpers 8 unterscheidet. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 überragt der Körper 8 den Einlassstutzen 6 in axialer Richtung und weist einen Ringbund 11 auf, der an dem Absatz 27 des tassenförmigen Anschlusselements 12 axial abgestützt ist. Der Körper 8 verringert somit zugleich das Totvolumen des tassenförmigen Anschlusselements 12. Darüber hinaus wird durch den am Absatz 27 abgestützten Körper 8 eine zusätzliche Abdichtung erreicht.The 2nd is another injector 1 to infer that from the 1 only through the specific design of the in the inlet nozzle 6 used body 8th differs. In the embodiment of the 2nd towers over the body 8th the inlet connector 6 in the axial direction and has an annular collar 11 on that at the paragraph 27th of the cup-shaped connecting element 12 is axially supported. The body 8th thus also reduces the dead volume of the cup-shaped connecting element 12 . In addition, by the paragraph 27th supported body 8th achieved an additional seal.
  • An den Ringbund 11 des Körpers 8 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ein weiterer hohlzylinderförmiger Abschnitt 28 angesetzt, der bis an die Verteilerleitung 7 geführt ist. Das Totvolumen des tassenförmigen Anschlusselements 12 wird auf diese Weise weiter minimiert.To the ring waistband 11 of the body 8th is in the embodiment of 2nd another hollow cylindrical section 28 scheduled up to the distribution line 7 is led. The dead volume of the cup-shaped connection element 12 is further minimized in this way.
  • In der 3 ist eine Abwandlung der Ausführungsform der 2 dargestellt. Denn hier ist der Körper 8 mehrteilig, und zwar zweiteilig ausgeführt. Die mehreren Teile vereinfachen die Herstellung und Montage des Körpers 8.In the 3rd is a modification of the embodiment of FIG 2nd shown. Because here is the body 8th in several parts, namely in two parts. The multiple parts simplify the manufacture and assembly of the body 8th .
  • Bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Dichtring 13 in einem Axialspalt zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement 12 und dem Ringbund 11 des Körpers 8 angeordnet und weist einen kleineren Durchmesser als jeder der Dichtringe 13 der vorhergehenden Ausführungsformen auf. Die Lage und Abmessung des Dichtrings 13 tragen im Ausführungsbeispiel der 4 ebenfalls zu einer Reduzierung des Totvolumens im tassenförmigen Anschlusselement 12 bei. Der Dichtring 13 ist vorliegend an einer Stirnfläche 14 des Köpers 8 abgestützt, die durch den Ringbund 11 ausgebildet wird. Der Körper 8 weist somit eine vergrößerte Abstützfläche für den Dichtring 13 auf.The one in the 4th The illustrated embodiment is the sealing ring 13 in an axial gap between the cup-shaped connection element 12 and the ring collar 11 of the body 8th arranged and has a smaller diameter than each of the sealing rings 13 of the previous embodiments. The position and dimensions of the sealing ring 13 wear in the embodiment of 4th also to a reduction in the dead volume in the cup-shaped connection element 12 at. The sealing ring 13 is present on an end face 14 of the body 8th supported by the collar 11 is trained. The body 8th thus has an enlarged support surface for the sealing ring 13 on.
  • Der 5 ist ein erfindungsgemäßes Wassereinspritzsystem mit mindestens einem erfindungsgemäßen Einspritzventil 1 zu entnehmen. Das dargestellte System umfasst beispielhaft vier solcher Einspritzventile 1. Die Einspritzventile 1 sind an einer Verteilerleitung 7 bzw. an ein Rail angeschlossen, das aus einem Wassertank 15 mit Wasser versorgt wird. Das Wasser wird der Verteilerleitung 7 mit Hilfe eines Förderaggregats 16 über eine Wasserleitung 17 zugeführt. Das Förderaggregat 16 ist vorliegend als außerhalb des Wassertanks 15 angeordnete, elektromotorisch antreibbare Pumpe ausgeführt. Andere Ausführungen des Förderaggregats 16 sind aber auch möglich. Insbesondere kann das Förderaggregat 16 in dem Wassertank 15 angeordnet bzw. in den Tankboden integriert sein. Das Förderaggregat 16 sollte derart ausgelegt sein, dass es eine Umkehr der Förderrichtung ermöglicht, um die eisdruckempfindlichen Leitungen und/oder Komponenten des Systems, insbesondere die Einspritzventile 1, durch Rücksaugen entleeren zu können.The 5 is a water injection system according to the invention with at least one injection valve according to the invention 1 refer to. The system shown includes four such injection valves by way of example 1 . The injectors 1 are on a distribution line 7 or connected to a rail that comes from a water tank 15 is supplied with water. The water becomes the distribution line 7 with the help of a conveyor unit 16 via a water pipe 17th fed. The conveyor unit 16 is present as outside the water tank 15 arranged, electric motor driven pump executed. Other versions of the conveyor unit 16 are also possible. In particular, the conveyor unit 16 in the water tank 15 arranged or integrated into the tank bottom. The conveyor unit 16 should be designed in such a way that it allows a reversal of the conveying direction to the ice pressure-sensitive lines and / or components of the system, in particular the injection valves 1 to be able to empty by sucking back.
  • Um nach einer Entleerung ein Rückströmen von Wasser aus dem Wassertank 15 in Richtung des Förderaggregats 16 zu verhindern, kann in der Wasserleitung 17 stromaufwärts des Förderaggregats 16 ein Absperrelement 18, insbesondere ein Absperrventil, angeordnet sein. Stromaufwärts des Absperrelements 18 ist vorliegend ein Filter 19 angeordnet, der den Eintrag schädlicher Partikel in das Förderaggregat 16 und die Einspritzventile 1 verhindern soll.To ensure that water flows back out of the water tank after emptying 15 in the direction of the conveyor unit 16 can prevent in the water pipe 17th upstream of the conveyor unit 16 a shut-off element 18th , in particular a shut-off valve, may be arranged. Upstream of the shut-off element 18th is a filter in the present case 19th arranged, the entry of harmful particles in the conveyor 16 and the injectors 1 should prevent.
  • Bei dem in der 5 dargestellten System zweigt stromabwärts des Förderaggregats 16 eine Rücklaufleitung 22 von der Wasserleitung 17 ab, die im Wassertank 15 endet. Über die Rücklaufleitung 22 kann eine überschüssige Fördermenge des Förderaggregats 16 in den Wassertank 15 rückgeführt werden, beispielsweise, um den Druck in der Verteilerleitung 7 zu regeln. Zur Druckregelung kann in der Verteilerleitung 7 oder in der Wasserleitung 17 ein Drucksensor 23 vorgesehen sein. Damit über die Rücklaufleitung 22 während des Rücksaugvorgangs kein Wasser aus dem Wassertank 15 angesaugt wird, ist in der Rücklaufleitung 22 ein Rückschlagventil 20 vorgesehen. Dem Rückschlagventil 20 ist ferner eine Drossel 21 vorgelagert, mit welcher ein Staudruck zur Realisierung der Druckregelung aufgebaut werden kann.The one in the 5 System shown branches downstream of the conveyor unit 16 a return line 22 from the water pipe 17th starting in the water tank 15 ends. Via the return line 22 can an excess flow of the conveyor 16 in the water tank 15 be returned, for example, to the pressure in the distribution line 7 to regulate. For pressure control can be in the distribution line 7 or in the water pipe 17th a pressure sensor 23 be provided. So over the return line 22 no water from the water tank during the suction process 15 is sucked in is in the return line 22 a check valve 20th intended. The check valve 20th is also a choke 21st upstream, with which a dynamic pressure can be built up to implement the pressure control.
  • Wie der 6 zu entnehmen ist, sind die Einspritzventile 1 an einem Saugrohr 24 angeordnet, über das ein Brennraum 25 des Verbrennungsmotors mit Verbrennungsluft versorgt wird. Die Wassereinspritzung erfolgt somit außerhalb des Brennraums 25. Das Wasser wird dem Brennraum 25 zusammen mit der Verbrennungsluft zugeführt. Der Kraftstoff wird mittels eines Kraftstoffinjektors 26 direkt in den Brennraum 25 eingespritzt.Again 6 you can see the injectors 1 on a suction pipe 24th arranged over which a combustion chamber 25th of the internal combustion engine is supplied with combustion air. Water is thus injected outside the combustion chamber 25th . The water becomes the combustion chamber 25th fed together with the combustion air. The fuel is generated using a fuel injector 26 directly into the combustion chamber 25th injected.
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Claims (10)

  1. Einspritzventil (1) für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, umfassend eine ringförmige Magnetspule (2) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (3), der mit einem Ventilglied (4) verbunden ist, ferner umfassend einen hohlzylinderförmigen Kern (5), der zumindest abschnittsweise von der Magnetspule (2) umgeben ist und einen Einlassstutzen (6) ausbildet oder mit einem Einlassstutzen (6) verbunden ist, über den das Einspritzventil (1) mit Wasser aus einer Verteilerleitung (7) versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einlassstutzen (6) ein Körper (8) eingesetzt ist, der in axialer Richtung von einem Strömungskanal (9) durchsetzt ist, der eine Einlassöffnung (10) zur Versorgung des Eispritzventils (1) mit Wasser aus der Verteilerleitung (7) definiert.Injection valve (1) for a water injection system of an internal combustion engine, comprising an annular magnet coil (2) for acting on a lifting armature (3) which is connected to a valve member (4), further comprising a hollow cylindrical core (5), which at least in sections from the magnetic coil (2) is surrounded and forms an inlet socket (6) or is connected to an inlet socket (6), via which the injection valve (1) can be supplied with water from a distributor line (7), characterized in that in the inlet socket ( 6) a body (8) is inserted which is penetrated in the axial direction by a flow channel (9) which defines an inlet opening (10) for supplying the ice spray valve (1) with water from the distributor line (7).
  2. Einspritzventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Einlassstutzen (6) eingesetzte Körper (8) den Einlassstutzen (6) in axialer Richtung überragt.Injection valve (1) after Claim 1 , characterized in that the body (8) inserted into the inlet connector (6) projects beyond the inlet connector (6) in the axial direction.
  3. Einspritzventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Einlassstutzen (6) eingesetzte Körper (8) einen den Einlassstutzen (6) in axialer und radialer Richtung überragenden Ringbund (11) zur Abstützung an einem tassenförmigen Anschlusselement (12) der Verteilerleitung (7) aufweist.Injection valve (1) after Claim 1 or 2nd , characterized in that the body (8) inserted into the inlet connector (6) has an annular collar (11) projecting axially and radially beyond the inlet connector (6) for support on a cup-shaped connecting element (12) of the distributor line (7).
  4. Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Einlassstutzen (6) eingesetzte Körper (8) mehrteilig ausgeführt ist.Injection valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the body (8) inserted into the inlet connection piece (6) is designed in several parts.
  5. Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Verteilerleitung (7) und mindestens einem Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Water injection system for an internal combustion engine with a distributor line (7) and at least one injection valve (1) according to one of the preceding claims.
  6. Wassereinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerleitung (7) mindestens ein tassenförmiges Anschlusselement (12) aufweist, über welches das Einspritzventil (1) mit der Verteilerleitung (7) verbunden ist.Water injection system after Claim 5 , characterized in that the distributor line (7) has at least one cup-shaped connecting element (12), via which the injection valve (1) is connected to the distributor line (7).
  7. Wassereinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das tassenförmige Anschlusselement (12) den Einlassstutzen (6) des Einspritzventils (1) und/oder den in den Einlassstutzen (6) eingesetzten Körper (8) zumindest abschnittsweise umgreift.Water injection system after Claim 6 , characterized in that the cup-shaped connecting element (12) engages around the inlet connector (6) of the injection valve (1) and / or the body (8) inserted in the inlet connector (6) at least in sections.
  8. Wassereinspritzsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement (12) und dem in den Einlassstutzen (6) eingesetzten Körper (8) ein Dichtring (13) angeordnet ist.Water injection system after Claim 6 or 7 , characterized in that a sealing ring (13) is arranged between the cup-shaped connecting element (12) and the body (8) inserted into the inlet connector (6).
  9. Wassereinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (13) den in den Einlassstutzen (6) eingesetzten Körper (8) abschnittsweise umgibt oder an einer Stirnfläche (14) des in den Einlassstutzen (6) eingesetzten Körpers (8) axial abgestützt ist.Water injection system after Claim 8 , characterized in that the sealing ring (13) surrounds the body (8) inserted in the inlet connector (6) in sections or is axially supported on an end face (14) of the body (8) inserted in the inlet connector (6).
  10. Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wassereinspritzsystem ferner einen Wassertank (15) zur Bevorratung von Wasser und ein Förderaggregat (16) zum Fördern von Wasser umfasst, wobei vorzugsweise die Förderrichtung des Förderaggregats (16) umkehrbar ist, um ein Rücksaugen von Wasser in den Wassertank (15) zu ermöglichen.Water injection system according to one of the preceding claims, characterized in that the water injection system further comprises a water tank (15) for storing water and a conveying unit (16) for conveying water, the conveying direction of the conveying unit (16) preferably being reversible in order to suck back of water into the water tank (15).
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DE102019210142A1 (en) * 2019-07-10 2021-01-14 Robert Bosch Gmbh Injection valve for a water injection system of an internal combustion engine and water injection system with such an injection valve

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