DE102020214479A1

DE102020214479A1 - Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors sowie Wassereinspritzsystem mit einem solchen Einspritzventil

Info

Publication number: DE102020214479A1
Application number: DE102020214479.6A
Authority: DE
Inventors: Ansgar Seitz; Elmar Okrent; Frank Miller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Für ein Einspritzventil (1) für ein Wassereinspritzsystem (50) eines Verbrennungsmotors (100), 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 an einem Einlassstutzen (6) ausbildet oder mit einem Einlassstutzen (6) verbunden ist, wobei das Einspritzventil (1) über den Einlassstutzen (6) mit Wasser versorgbar ist, wobei in dem Einlassstutzen (6) ein Filterelement (40) zur Filterung des Wassers angeordnet ist, wird vorgeschlagen, dass in dem Einlassstutzen (6) ein mit dem Filterelement (40) verbundener Körper (8) angeordnet ist, wobei sich der Körper (8) in der axialen Richtung (a) in dem Einlassstutzen (6) vom Filterelement (40) weg zu einem einlassseitigen Ende (64) des Einlassstutzens (6) hin erstreckt.

Description

Stand der Technik
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.
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.
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.
Die DE 10 2015 208 472 A1 zeigt beispielhaft eine Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung, 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.
Zur Vermeidung einer Vereisung der Einspritzventile eines solchen Einspritzsystems, 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 Förderelements 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.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen. Das Einspritzventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der mit einem Ventilglied verbunden ist. Das Einspritzventil umfasst weiterhin einen hohlzylinderförmigen Kern, der zumindest abschnittsweise von der Magnetspule umgeben ist und an einem Einlassstutzen ausbildet oder mit einem Einlassstutzen verbunden ist, wobei das Einspritzventil über den Einlassstutzen mit Wasser versorgbar ist, wobei in dem Einlassstutzen ein Filterelement zur Filterung des Wassers angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist in dem Einlassstutzen ein mit dem Filterelement verbundener Körper angeordnet, wobei sich der Körper in der axialen Richtung in dem Einlassstutzen vom Filterelement weg zu einem einlassseitigen Ende des Einlassstutzens hin erstreckt.
Vorteile der Erfindung
Gegenüber dem Stand der Technik weist das Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors den Vorteil auf, dass durch den Körper in dem Einlassstutzen das Einspritzventil in einem Rücksaugbetrieb des Wassereinspritzsystems besonders einfach und schnell entleert werden kann. So kann vorteilhaft eine Vereisung des Einspritzventils und damit Schäden an dem Einspritzventil verhindert werden. Der Körper begrenzt dabei vorteilhaft das Volumen im Inneren des Einlassstutzens, so dass weniger Wasser in den Einlassstutzen fließen kann und somit auch weniger Wasser aus dem Einlassstutzen und dem Einspritzventil zurückgesaugt werden muss. Das durch den Körper reduzierte Volumen im Einlassstutzen erhöht ferner die Strömungsgeschwindigkeit beim Rücksaugen von Wasser, so dass die Entleerung des Einspritzventils zugleich beschleunigt wird. Im Ergebnis kann somit bei gleicher Rücksaugleistung eines zum Rücksaugen eingesetzten Förderelements 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. 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.
Der Körper, durch den das Volumen für das Wasser im Inneren des Einspritzventils reduziert ist, ist dabei vorteilhaft mit dem Filterelement, das zumindest teilweise in dem Einlassstutzen angeordnet ist, verbunden. Der Körper kann dabei beispielsweise an dem Filterelement befestigt sein oder auch an dem Filterelement als ein Bestandteil des Filterelements ausgebildet sein. Das Filterelement dient somit vorteilhaft nicht nur seiner eigentlichen Funktion, dem Filtern des Wassers, sondern gelichzeitig als Träger für den Körper und somit zur Reduzierung des Volumens im Einlassstutzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Körper in axialer Richtung von einem inneren Strömungskanal durchsetzt ist, wobei der in dem Körper ausgebildete innere Strömungskanal eine Einlassöffnung zur Versorgung des Eispritzventils mit Wasser definiert. Die Versorgung des Einspritzventils mit Wasser erfolgt beispielsweise über den im Körper ausgebildeten inneren Strömungskanal. Dieser erstreckt sich in axialer Richtung, beispielsweise koaxial zu einer Längsachse des Einspritzventils. Der reduzierte freie Strömungsquerschnitt des im Körper ausgebildeten inneren Strömungskanals erhöht die Strömungsgeschwindigkeit beim Rücksaugen von Wasser, so dass die Entleerung des Einspritzventils zugleich beschleunigt wird. Unterstützend kommt hinzu, dass der reduzierte Strömungsquerschnitt Verwirbelungen vorteilhaft entgegenwirken kann, so dass eine weitere Beschleunigung des Zurücksaugens von Wasser aus dem Einspritzventil erreicht wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass an dem Einlassstutzen in einer Aufnahme des Einlassstutzens ein Innenmantel ausgebildet ist, wobei an dem Körper ein Außenmantel ausgebildet ist, wobei der Außenmantel des Körpers dem Innenmantel zugewandt ist, wobei der Innenmantel des Einlassstutzens von dem Außenmantel des Körpers beabstandet ist, so dass zwischen dem Einlassstutzen und dem Körper ein in der axialen Richtung verlaufender äußerer Strömungskanal ausgebildet ist. Der reduzierte freie Strömungsquerschnitt zwischen dem Innenmantel des Einlassstutzens und dem Außenmantel des Körpers ausgebildeten Strömungskanals erhöht ferner die Strömungsgeschwindigkeit beim Rücksaugen von Wasser, so dass die Entleerung des Einspritzventils zugleich beschleunigt wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich das Filterelement in der axialen Richtung von dem Körper bis über das einspritzseitige Ende des Einlassstutzens hinaus erstreckt. So kann das Filterelement vorteilhaft einfach und fest an dem Einspritzventil angeordnet werden. Das Filterelement kann dabei beispielsweise in dem Bereich, in dem es über das einspritzseitige Ende des Einlassstutzens hinausragt, einen in radialer Richtung nach Außen ragenden Rand aufweisen, über den es am Einlassstutzen und am Einspritzventil befestigt ist.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Filterelement ein wasserdurchlässiges Filtermaterial zum Filtern des Wassers umfasst und weiterhin einen Filterträger umfasst, an dem das Filtermaterial befestigt ist, wobei der Körper an dem Filterträger mit dem Filterelement verbunden ist. Der Filterträger dient somit nicht nur als Träger für das eigentliche Filtermaterial, sondern gleichzeitig als Träger für den Körper zur Reduzierung des Volumens im Einlassstutzen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Filterträger einstückig mit dem Körper ausgebildet ist. Der Körper ist somit vorteilhaft an dem Filterelement und über das Filterelement an dem Einspritzventil fixiert. Der Körper kann so vorteilhaft zusammen mit dem Filterelement gefertigt werden und im Einspritzventil vorteilhaft einfach als ein Bauteil verbaut werden. Weiterhin entstehen so keine unerwünschten Spalte oder Öffnungen zwischen dem Filterelement und dem Körper, durch die Wasser fließen kann.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Körper als vom Filterelement separates Bauteil ausgebildet ist und am Filterelement angeklipst ist. Der Körper ist somit vorteilhaft an dem Filterelement und über das Filterelement an dem Einspritzventil fixiert. Der Körper kann somit vorteilhaft einfach in das Filterelement eingeklipst werden und vorteilhaft einfach am Filterelement befestigt werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Körper zumindest teilweise aus einem geschlossenporigen Material ausgebildet ist. Das geschlossenporige Material kann beispielsweise ein Schaumstoff oder ein Metallschaum sein. Das geschlossenporige Material ist elastisch verformbar. Ist der Körper aus solch einem geschlossenporigen Material gebildet, so kann der Körper auch im Falle von gefrierendem Medium eine Kraft aufnehmen. So kann einer bleibenden Verformung bzw. einem negativen Einfluss auf die Funktion des Einspritzventils vorgebeugt werden. Gefriert Wasser im Einspritzventil, insbesondere im Körper, und dehnt sich dabei aus, so kann sich das geschlossenporige Material des Körpers elastisch verformen. Somit kann der elastisch verformte Körper dem Wasser den beim Gefrieren zusätzlich benötigten Platz zur Verfügung stellen. Verflüssigt sich das Wasser dann wieder, kann sich der Körper wieder ausdehnen und in seine ursprüngliche Form zurückkehren. Die geschlossenporige Einpressbuchse reduziert somit sowohl das Volumen im Einlassstutzen durch den Strömungskanal und kann gleichzeitig Querkräfte aufnehmen, welche im Falle eines Gefrierens des Mediums auftreten, ohne dass die Funktion des Einspritzventils negativ beeinflusst wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich der Körper in axialer Richtung von dem Filterelement bis zum einlassseitigen Ende des Einlassstutzens hin erstreckt. So kann der freie Strömungsquerschnitt für das Wasser im Einlassstutzen durch den Körper über die axiale Richtung vom Filterelement bis hin zu dem einlassseitigen Ende des Einlassstutzens hin reduziert sein.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Einspritzventil, wobei das Wassereinspritzsystem weiterhin einen Wassertank zum Speichern von Wasser und ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank zu dem Einspritzventil umfasst.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils,
2 eine dreidimensionale Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils aus 1,
3 einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des Einspritzventils,
4 eine dreidimensionale Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils aus 3,
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wassereinspritzsystems,
6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbrennungsmotors mit einem Einspritzventil.

Ausführungsformen der Erfindung
Der 1 ist ein Einspritzventil 1 für ein Wassereinspritzsystem 50 eines Verbrennungsmotors 100 zu entnehmen, das eine ringförmige Magnetspule 2 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.
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 nicht dargestellten Verteilerleitung, beispielsweise einem Rail, versorgbar ist. Der Einlassstutzen 6 wird dabei beispielsweise von einem tassenförmigen Anschlusselement der Verteilerleitung, einer Railtasse, umgriffen, wobei zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement und dem Einlassstutzen 6 ein Dichtring 13 angeordnet sein kann. Der Einlassbereich kann somit nach außen abgedichtet sein.
Weiterhin umfasst das Einspritzventil 1 ein Filterelement 40. Das Filterelement 40 umfasst ein Filtermaterial 42. Das Filtermaterial 42 ist wasserdurchlässig ausgebildet. Das Wasser, das über den Einlassstutzen 6 dem Einspritzventil 1 zugeführt wird, wird durch das Filtermaterial 42 gefiltert. Das Filterelement 40 umfasst weiterhin einen Filterträger 41. Der Filterträger 41 ist aus einem wasserundurchlässigen Material gefertigt. Das Filtermaterial 42 ist an dem Filterträger 41 befestigt. In dem Filterträger 41 sind beispielsweise Öffnungen ausgebildet, durch die das Wasser fließen kann. Das Filtermaterial 42 erstreckt sich über die Öffnungen im Filterträger 41. Das Filterelement 40 ist beispielsweise in dem Einlassstutzen 6 angeordnet und ragt dabei über das einspritzseitige Ende 63 des Einlassstutzens 6 hinaus. Mit dem einspritzseitigem Ende 63 wird dabei das Ende des Einlassstutzens 6 in axialer Richtung a bezeichnet, an dem das Wasser im Einspritzbetrieb des Einspritzventils 1 aus dem Einlassstutzen 6 herausfließt. Das einspritzseitige Ende 63 des Einlassstutzens 6 ist dem Ventilschließelement 29 und der Einspritzöffnung 30 des Einspritzventils 1 zugewandt.
Zur Reduzierung eines Totvolumens im Einlassbereich des Einspritzventils 1 ist in den Einlassstutzen 6 des Einspritzventils 1 ein Körper 8 angeordnet. In 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils 1 mit einem Körper 8 dargestellt. Der Körper 8 ist mit dem Filterelement 40 verbunden. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Körper 8 einstückig mit dem Filterträger 41 des Filterelements 40 ausgebildet. Der Körper 8 ist somit an dem Filterträger 41 angeformt und insbesondere auch aus dem gleichen Material wie der Filterträger 41 ausgebildet. Der Körper 8 ragt dabei in der axialen Richtung a zu einem einlassseitigen Ende 64 des Einlassstutzens 6 hin von dem Filterträger 41 ab. Der Körper 8 erstreckt sich dabei vom Filterträger 41 in axialer Richtung a zum einlassseitigen Ende 64 des Einlassstutzens 6 hin. Das einlassseitige Ende 64 bezeichnet das Ende des Einlassstutzens 6 in axialer Richtung a, an dem Wasser im Einspritzbetrieb des Einspritzventils 1 in den Einlassstutzen 6 hineinfließt. Das einlassseitige Ende 64 des Einlassstutzens 6 ist dabei beispielsweise in Kontakt mit Railtassen eines Verteilerrails. Das einlassseitige Ende 64 des Einlassstutzens 6 ist vom einspritzseitigem Ende 63 des Einlassstutzens 6 abgewandt. Der Körper 8 kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein.
Der Körper 8 ist in der axialen Richtung a von einem inneren Strömungskanal 9 durchsetzt. Der innere Strömungskanal 9 definiert eine Einlassöffnung 10. Die Versorgung des Einspritzventils 1 mit Wasser aus der Verteilerleitung erfolgt demnach auch über den inneren Strömungskanal 9. Der im Körper 8 ausgebildete innere Strömungskanal 9 weist vorzugsweise eine Zylinderform auf. Der innere Durchmesser d des inneren Strömungskanals 9 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 innere Durchmesser d des inneren Strömungskanals 9 derart bemessen, dass weiterhin eine ausreichende Wasserversorgung des Einspritzventils 1 sichergestellt ist. Bevorzugt ist der innere Durchmesser d des inneren Strömungskanals 9 kleiner als der Durchmesser der Verteilerleitung, beispielsweise des Rails, gewählt. Der innere Durchmesser d des inneren Strömungskanals 9 kann beispielsweise weniger als 3,0 Millimeter, vorzugsweise weniger als 2,5 Millimeter, insbesondere vorzugsweise weniger als 2,1 Millimeter betragen. Der innere Durchmesser d des inneren Strömungskanals 9 wird dabei in einer radialen Richtung r senkrecht zur axialen Richtung a des Strömungskanals 9 gemessen. Die radiale Richtung r steht senkrecht zur axialen Richtung a. Der Körper 8, in dem der innere Strömungskanal 9 ausgebildet ist, weist beispielsweise eine Mindestwanddicke auf, die dem Radius des Strömungskanals 9 entspricht oder darüber liegt.
Neben dem inneren Strömungskanal 9 ist in dem in den 1 und 2 dargestellten Einspritzventil 1 ein äußerer Strömungskanal 11, in dem das Wasser in axialer Richtung a in dem Einlassstutzen 6 fließen kann, ausgebildet. Der äußere Strömungskanal 11 verläuft an einem Außenmantel 81 des Körpers 8 entlang. Der Außenmantel 81 des Körpers 8 ist dabei durch einen Spalt von einem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 beabstandet. Der Außenmantel 81 des Körpers 8 ist in radialer Richtung r von dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 beabstandet. Der Spalt zwischen dem Innenmantel 61 und dem Außenmantel 81 ist beispielsweise zumindest teilweise zylinderförmig ausgebildet. Der Spalt bildet einen äußeren Strömungskanal 11, in dem das Wasser in axialer Richtung a in dem Einlassstutzen 6, am Körper 8 vorbei, fließen kann. Der Innenmantel 61 ist dabei dem Außenmantel 81 zugewandt. Der Außenmantel 81 des Körpers 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet. Der Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel abschnittsweise zylinderförmig ausgebildet. Somit ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Außenmantel 81 und dem Innenmantel 61 ein zumindest abschnittsweise zylinderförmiger äußerer Strömungskanal 11 ausgebildet, der den Körper 8, die axiale Richtung a umlaufend, umgibt. Der Außenmantel 81 des Körpers 8 kann aber beispielsweise auch andere, von der Zylinderform abweichend Formen aufweisen, sodass der zwischen dem Körper 8 und dem Einlassstutzen 6 ausbildende äußere Strömungskanal 11 in mehrere äußere Strömungskanäle 11 unterteilt sein kann oder auch andere Formen aufweisen kann.
Wie in den Figuren dargestellt, weist der Körper 8 in dem ersten Ausführungsbeispiel Verbindungsöffnungen 83 auf. Die Verbindungsöffnungen 83 sind beispielsweise als Ausnehmungen in Seitenwänden des Körpers 8 ausgebildet. Die Verbindungsöffnungen 83 verbinden den inneren Strömungskanal 9 mit dem äußeren Strömungskanal 11. Somit kann Wasser aus dem inneren Strömungskanal 9 durch die Verbindungsöffnungen 83 in dem Körper 8 in den äußeren Strömungskanal 11 fließen und dann beispielsweise durch den äußeren Strömungskanal 11 dem Filtermaterial 42 zugeleitet werden, wo das Wasser dann gefiltert wird.
In den 3 und 4 sind zwei Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils 1 dargestellt. In dem Einlassstutzen 6 ist ein Körper 8 angeordnet. Der Körper 8 ist mit dem Filterelement 40 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel des Einspritzventils 1 ist der Körper 8 nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Filterträger 41 des Filterelements 40 ausgebildet, sondern ist ein separates Bauteil, dass mit dem Filterträger 41 des Filterelements 40 verbunden ist. Der Körper 8 kann dazu beispielsweise an das Filterelement 40, insbesondere an den Filterträger 41 des Filterelements 40, angeklipst sein. Dazu können an dem Körper 8 beispielsweise Rastnasen vorgesehen sein, die in Vertiefungen in dem Filterträger 41 des Filterelements 40 einrasten können. Der Körper 8 kann aber auch auf andere Arten an dem Filterträger 41 des Filterelements 40 befestigt sein.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel ein innerer Strömungskanal 9 ausgebildet. Der Körper 8 ist in der axialen Richtung a von einem inneren Strömungskanal 9 durchsetzt. Der innere Strömungskanal 9 definiert eine Einlassöffnung 10. Wasser kann somit durch den inneren Strömungskanal 9 in das Einspritzventil 1 fließen. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Außenmantel 81 des Körpers 8 an den Innenmantel 61 der Aufnahme 60 des Einlassstutzens 6 angepasst. Somit ist zwischen dem Außenmantel 81 des Körpers 8 und dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 kein äußerer Strömungskanal 11 ausgebildet. So ist an dem Körper 8 ein zumindest abschnittsweise zylinderförmig ausgebildeter Außenmantel 81 ausgebildet, der an einem zumindest abschnittweise zylinderförmig ausgebildeten Innenmantel 61 der Aufnahme 60 des Einlassstutzens 6 flächig, den Körper 8 umlaufend, anliegt. Somit ist der Körper 8 in dem zweiten Ausführungsbeispiel derart an die Ausnahme 60 des Einlassstutzens 6 angepasst, dass zwischen dem Außenmantel 81 des Körpers 8 und dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 kein äußerer Strömungskanal 11 ausgebildet ist. Die Versorgung des Einspritzventils 1 mit Wasser aus der Verteilerleitung erfolgt demnach ausschließlich über den inneren Strömungskanal 9. Der innere Strömungskanal 9 mündet konzentrisch in einer Kammer des Filterelements 40, wird durch in dem Filterelement 40 in den Seitenwänden der Kammer ausgebildete Verbindungsöffnungen 83 in einen Raum zwischen dem Filterelement 40 und einspritzseitigen 63 Ende des Einlassstutzens 6 geleitet. Dann fließt das Wasser aus dem Filterelement 40 und dem Einlassstutzen 6 in Richtung Einlassöffnung des Einspritzventils 1.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel des Einspritzventils 1 ist der Körper 8 beispielsweise aus einem porösen Material gefertigt. Das Material weist dabei geschlossene Poren auf, so dass kein Medium aus dem inneren Strömungskanal 9, also insbesondere kein Wasser, in die Poren des Materials eindringen kann. Durch die Poren in dem Material ist das Material kompressibel und beispielsweise elastisch verformbar. Das geschlossenporige Material kann beispielsweise ein Schaumstoff oder ein Metallschaum sein. Durch das geschlossenporige Material kann der Körper 8 auch im Falle von gefrierendem Medium im Innerer Strömungskanal 9 eine Kraft aufnehmen. Gefriert Wasser im inneren Strömungskanal 9 und dehnt sich dabei aus, so kann sich das geschlossenporige Material des Körpers 8, beispielsweise in der radialen Richtung r, elastisch verformen. Somit kann der elastisch verformte Körper 8 dem Wasser den beim Gefrieren zusätzlich benötigten Platz zur Verfügung stellen. Verflüssigt sich das Wasser dann wieder, kann sich der Körper 8 wieder ausdehnen und in seine ursprüngliche Form zurückkehren. Der Körper 8 kann im kalten sowie im warmen Zustand in die Aufnahme 60 des Anschlussstutzens 6 eingebracht werden. Der Körper 8 kann beispielsweise auch in die Aufnahme 60 des Einlassstutzens 6 eingepresst sein. Bei Einpressen des Körpers 8 im warmen Zustand sinken die zum Einpressen erforderlichen Einpresskräfte vorteilhaft. Eine Aushärtung des Körpers 8 kann vorteilhaft in der Aufnahme 60 erfolgen. Weiterhin kann der Körper 8 in der Aufnahme 60 des Einlassstutzens 6 gebildet werden indem eine Vergussmasse am Ende der Produktion in die Aufnahme 60 des Einspritzventils 1 eingegossen wird. Diese kann dann den Körper 8 bilden und beispielsweise auch geschlossenporig ausgebildet sein. Der Körper 8 kann dann beispielsweise an Hinterschneidungen oder Nuten an dem Filterelement 40 befestigt sein.
In 5 ist ein Wassereinspritzsystem 50 mit Einspritzventilen 1 dargestellt. Das Wassereinspritzsystem 50 ist für einen Verbrennungsmotor 100 vorgesehen und umfasst wenigstens eine Verteilerleitung 7 sowie wenigstens ein Einspritzventil 1. Eine der Versorgung der Einspritzventile 1 mit Wasser dienende Verteilerleitung 7 wird auch Rail 7 genannt. Das dargestellte Wassereinspritzsystem 50 umfasst beispielhaft vier solcher Einspritzventile 1. Die Einspritzventile 1 sind an einer Verteilerleitung 7 angeschlossen.
Üblicherweise weist eine Verteilerleitung 7 mindestens ein tassenförmiges Anschlusselement für den Anschluss eines Einspritzventils 1 auf. Das Einspritzventil 1 ist über das tassenförmige Anschlusselement mit der Verteilerleitung 7 verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise eine Steck-, Press-, Klemm-, Rast- und/oder eine Schraubverbindung sein. Dieses Anschlusselement wird auch Railtasse genannt. Die Railtasse umgreift dabei das einlassseitige Ende des Einspritzventils 1 im Bereich des Einlassstutzens 6. Ein zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement und dem Einlassstutzen 6 bzw. dem Körper 8 verbleibender Axial- und/oder Radialspalt kann dabei zur Aufnahme eines Dichtelements, insbesondere eines Dichtrings, genutzt werden, so dass der Einlassbereich des Einspritzventils 1 nach außen abgedichtet ist. 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 8 axial abgestützt sein, so dass er axial abdichtet.
Das Totvolumen der Railtasse hängt von der konkreten Ausgestaltung der Railtasse sowie der Ausgestaltung des einlassseitigen Endes des Einspritzventils 1 ab. Zur Minimierung des Totvolumens in der Railtasse bzw. des tassenförmigen Anschlusselements kann der in den Einlassstutzen 6 eingesetzte Körper 8 diesen in axialer Richtung a und/oder in radialer Richtung überragen. Beispielsweise kann der Körper 8 einen Ringbund aufweisen, der den Einlassstutzen 6 in axialer und radialer Richtung überragt. Der Ringbund kann ferner zur Abstützung des Einspritzventils 1 an einem tassenförmigen Anschlusselement der Verteilerleitung 7 genutzt werden. Über den Ringbund kann das Einspritzventil 1 axial und/oder radial an dem tassenförmigen Anschlusselement abgestützt sein.
Die Verteilerleitung 7 bzw. das Rail 7 wird aus einem Wassertank 15 mit Wasser versorgt wird. Das Wasser wird der Verteilerleitung 7 mit Hilfe eines Förderelement 16 über eine Wasserleitung 17 zugeführt. Das Förderelement 16 ist vorliegend als außerhalb des Wassertanks 15 angeordnete, elektromotorisch antreibbare Pumpe ausgeführt. Andere Ausführungen des Förderelements 16 sind aber auch möglich. Insbesondere kann das Förderelement 16 in dem Wassertank 15 angeordnet bzw. in den Tankboden integriert sein. Das Förderelement 16 kann 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.
Um nach einer Entleerung ein Zurückströmen von Wasser aus dem Wassertank 15 in Richtung des Förderelements 16 zu verhindern, kann in der Wasserleitung 17 stromaufwärts des Förderelements 16 ein Absperrelement 18, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet sein. Stromaufwärts des Absperrelements 18 ist vorliegend ein Filter 19 angeordnet, der den Eintrag schädlicher Partikel in das Förderelement 16 und die Einspritzventile 1 verhindert.
Bei dem in der 5 dargestellten System zweigt stromabwärts des Förderelements 16 eine Rücklaufleitung 22 von der Wasserleitung 17 ab, die im Wassertank 15 endet. Über die Rücklaufleitung 22 kann eine überschüssige Fördermenge des Förderelements 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.
Wie der 6 zu entnehmen ist, sind die Einspritzventile 1 an einem Saugrohr 24 angeordnet, über das ein Brennraum 25 des Verbrennungsmotors 100 mit Verbrennungsluft versorgt wird. Die Wassereinspritzung erfolgt somit außerhalb des Brennraums 25 durch das Einspritzventil 1 in das Saugrohr 24 der Brennkraftmaschine 100. Das Wasser wird dem Brennraum 25 zusammen mit der Verbrennungsluft zugeführt. Der Kraftstoff wird mittels eines Kraftstoffinjektors 26 direkt in den Brennraum 25 eingespritzt.
Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015208472 A1 [0004]
DE 102015208508 A1 [0005]

Claims

Einspritzventil (1) für ein Wassereinspritzsystem (50) eines Verbrennungsmotors (100), 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 an einem Einlassstutzen (6) ausbildet oder mit einem Einlassstutzen (6) verbunden ist, wobei das Einspritzventil (1) über den Einlassstutzen (6) mit Wasser versorgbar ist, wobei in dem Einlassstutzen (6) ein Filterelement (40) zur Filterung des Wassers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einlassstutzen (6) ein mit dem Filterelement (40) verbundener Körper (8) angeordnet ist, wobei sich der Körper (8) in der axialen Richtung (a) in dem Einlassstutzen (6) vom Filterelement (40) weg zu einem einlassseitigen Ende (64) des Einlassstutzens (6) hin erstreckt.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) in axialer Richtung (a) von einem inneren Strömungskanal (9) durchsetzt ist, wobei der in dem Körper (8) ausgebildete innere Strömungskanal (9) eine Einlassöffnung (10) zur Versorgung des Eispritzventils (1) mit Wasser definiert.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Einlassstutzen (6) in einer Aufnahme (60) des Einlassstutzens (6) ein Innenmantel (61) ausgebildet ist, wobei an dem Körper (8) ein Außenmantel (81) ausgebildet ist, wobei der Außenmantel (81) des Körpers (8) dem Innenmantel (61) zugewandt ist, wobei der Innenmantel (61) des Einlassstutzens (6) von dem Außenmantel (81) des Körpers (8) beabstandet ist, so dass zwischen dem Einlassstutzen (6) und dem Körper (8) ein in der axialen Richtung (a) verlaufender äußerer Strömungskanal (11) ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Filterelement (40) in der axialen Richtung (a) von dem Körper (8) bis über das einspritzseitige Ende (63) des Einlassstutzens (6) hinaus erstreckt.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (40) ein wasserdurchlässiges Filtermaterial (42) zum Filtern des Wassers umfasst und weiterhin einen Filterträger (41) umfasst, an dem das Filtermaterial (42) befestigt ist, wobei der Körper (8) an dem Filterträger (41) mit dem Filterelement (40) verbunden ist.
Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterträger (41) einstückig mit dem Körper (8) ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) als vom Filterelement (40) separates Bauteil ausgebildet ist und am Filterelement (40) angeklipst ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) zumindest teilweise aus einem geschlossenporigen Material ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Körper (8) in axialer Richtung (a) von dem Filterelement (40) bis zum einlassseitigen Ende (64) des Einlassstutzens (6) hin erstreckt.
Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor (100) mit wenigstens einem Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wassereinspritzsystem (50) weiterhin einen Wassertank (15) zum Speichern von Wasser und ein Förderelement (16) zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank (15) zu dem Einspritzventil (1) umfasst.