DE10219834A1

DE10219834A1 - Fuel injector for a combustion engine has two fixed ring shaped electrodes to charge fuel before it enters the engine

Info

Publication number: DE10219834A1
Application number: DE2002119834
Authority: DE
Inventors: Hans Hartmann; Ruediger Herweg; Michael Kesler; Viktor Pfeffer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-11-20

Abstract

A fuel injector (10) for a combustion engine comprises two electrodes (14,15) at different potentials for charging fuel from the injector, especially into an engine cylinder. The two electrodes are in a fixed spatial position relative to one another. An Independent claim is also included for the electrodes above which are essentially ring-shaped.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffeinspritzinjektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a Fuel injection injector according to the preamble of patent claim 1.

Der Verbrennungsvorgang und entsprechend die Abgaszusammensetzung bei Verbrennungskraftmaschinen hängt wesentlich von der Durchmischung des Kraftstoffes mit der zur Verfügung gestellten Verbrennungsluft zusammen. Insbesondere bei direkt einspritzenden Verbrennungsverfahren wirken sich die zeitlichen und räumlichen Entwicklungen beim Verbrennungsprozeß, bedingt durch Parameter wie Tropfengröße, Strahlkegelwinkel, Strahleindringtiefe und Kraftstoffmassenverteilung im Rahmen des Gemischbildungsprozesses stark aus. The combustion process and accordingly the Exhaust gas composition in internal combustion engines depends essentially on the Mixing of the fuel with the available put together combustion air together. Especially with direct Injecting combustion processes affect the temporal and spatial developments in the combustion process, conditional by parameters such as droplet size, beam cone angle, Penetration depth and fuel mass distribution in the context of Mixture formation process strong.

Es ist bekannt, diese Parameter durch entsprechende geometrische Beeinflussung, beispielsweise durch Ausbildung von Dralldüsen zu beeinflussen. Aufgrund konstruktiv bestimmter Grenzen bei der Ausbildung derartiger Dralldüsen wurde unter anderem auch versucht, die Gemischbildung durch elektrische Aufladung des Kraftstoffs und die hierdurch hervorgerufene Anreicherung mit gleichgepolten Ladungsträgern zu beeinflussen. Hierdurch ist es möglich, sowohl die Tropfengröße, den Strahlkegelwinkel, die Strahleindringtiefe und die Kraftstoffmasseverteilung im Sinne einer möglichst wirksamen Verbrennung günstig zu beeinflussen. Zu diesem Zweck wird ein elektrisches Feld mit einer Hochspannung zwischen zwei Elektroden ausgebildet, durch das der Kraftstoff vor dem Einspritzen in den Brennraum geführt wird. It is known that these parameters by appropriate geometric influence, for example by training of To influence swirl nozzles. Due to constructive limits in the formation of such swirl nozzles was among others also tried the mixture formation by electric charge of the fuel and the resulting enrichment to influence with Gleichpolpolten charge carriers. hereby It is possible to have both the drop size, the Beam cone angle, the jet penetration depth and the fuel mass distribution favorable for the most efficient combustion influence. For this purpose, an electric field with a high voltage between two electrodes formed by that of the fuel before injecting it into the combustion chamber to be led.

Verschiedene Lösungsansätze für die Ausbildung von Kraftstoffeinspritzventilen sind aus der DE 40 29 056 A1 bekannt. In den dort beschriebenen Beispielen wird auf verschiedene Konfigurationen für die Ausbildung der das elektrische Feld ausbildenden Elektroden hingewiesen. Diese werden zum einen in verschiedenster Form angeordnet und zum anderen zueinander ausgerichtet, um den gewünschten Effekt erreichen zu können. Alle diese Beispiele weisen jedoch einen Nachteil in sofern auf als es sich generell um sehr aufwendige Konstruktionen handelt. Ein weiterer Nachteil besteht bei den dort beschriebenen Ausführungsformen darin, daß das elektrische Feld zwischen den beiden Elektroden erst im Moment der Öffnung der Düsenöffnung des Einspritzventils aufgebaut wird, da eine elektrisch leitende Verbindung durch Bewegung der Düsennadel erst in diesem Moment hergestellt wird. Dies führt dazu, das die Anzahl von gleich gepolten Ladungsträgern, die zur gewünschten Ausbildung des Einspritzstrahls führen soll, stark eingeschränkt wird. Außerdem verschleißen diese Kontaktstellen in Folge der Hochspannung relativ schnell, so daß die Störanfertigkeit entsprechend hoch ist. Different approaches to the training of Fuel injection valves are known from DE 40 29 056 A1. In the Examples described there will be various Configurations for the training of the electric field pointed out forming electrodes. These are on the one hand in arranged in a variety of forms and to each other aligned to achieve the desired effect. All However, these examples have a disadvantage in so far as It is generally very expensive structures. Another disadvantage is the ones described there Embodiments in that the electric field between the two electrodes only at the moment of opening the nozzle opening of the injection valve is constructed as an electrical conductive connection by movement of the nozzle needle only in this Moment is produced. This leads to the number of equally polarized charge carriers, the desired training the injection jet is to lead, is severely restricted. In addition, these contact points wear out as a result of High voltage relatively fast, so that the disturbance ability is correspondingly high.

Aus der DE 199 12 568 A1 ist ein gattungsgemäßer Kraftstoffeinspritzinjektor für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei dem zwei mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagbare Elektroden in der Nähe mindestens einer Düsenöffnung angeordnet sind, um eine elektrische Aufladung von in einen Zylinder einer Verbrennungsmaschine eingespritzten Kraftstoff zu erreichen. Hierbei ist eine Hochspannungszuführung durch eine ansonsten vollständig aus keramischem Material bestehende Düsennadel entlang der Längsachse der Düsennadel bis oberhalb eines an der Düsennadel ausgebildeten Nadelsitzes und von dort radial nach außen zu einer an der äußeren Mantelfläche der Düsennadel, ebenfalls oberhalb des Nadelsitzes ausgebildeten Ringelektrode geführt, wobei die Gegenelektrode durch den Düsenkörper gebildet ist. Als nachteilig wird hierbei die ungünstige Anordnung der Elektroden im Injektor angesehen, welche eine bewegliche Elektrode erfordert. Eine derartige, beweglich ausgebildete Elektrode stellt eine erhebliche mechanische Schwachstelle dar. Zum anderen hat bereits aufgeladener Kraftstoff einen relativ langen Weg an der Masseelektrode zurückzulegen. Der durch den aufgeladenen Kraftstoff zurückzulegende Weg führt zu einer nicht gewollten Entladung des bereits aufgeladenen Kraftstoffs. From DE 199 12 568 A1 is a generic Fuel injection injector for internal combustion engines, known the two with different electrical potentials Applicable electrodes in the vicinity of at least one Nozzle opening are arranged to charge an electrical charge in a cylinder of an internal combustion engine injected To reach fuel. Here is one High voltage supply by an otherwise completely made of ceramic material existing nozzle needle along the longitudinal axis of the nozzle needle to above a trained on the nozzle needle needle seat and from there radially outward to one on the outside Lateral surface of the nozzle needle, also above the needle seat trained ring electrode, wherein the counter electrode is formed by the nozzle body. As a disadvantage Here, the unfavorable arrangement of the electrodes in the injector viewed, which requires a movable electrode. A Such, movably formed electrode represents a considerable mechanical vulnerability. For another, already has charged fuel a relatively long way at the To cover the ground electrode. The one by the charged fuel path to be followed leads to an unwanted discharge of the already charged fuel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Kraftstoffseinspritzinjektors mit einer Einrichtung zur Gewährleistung einer elektrischen Aufladung eines Kraftstoffs vor dessen Einspritzen in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Object of the present invention is therefore the creation a fuel injection injector with a device for Ensuring an electric charge of a fuel before being injected into a combustion chamber of a Internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftstoffeinspritzinjektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. This task is solved by a Fuel injection injector with the features of claim 1.

Der erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzinjektor verzichtet aufgrund der festen bzw. unbeweglichen räumlichen Beziehung der Elektroden zueinander vollständig auf eine bewegliche Elektrode und vermeidet so eine gemäss dem Stand der Technik auftretende mechanische Schwachstelle. Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, den Kraftstoff unmittelbar vor seinem Austritt aus dem Injektor aufzuladen, so daß der aufgeladene Kraftstoff zum einen schneller in einem Brennraum gelangt, und zum anderem eine Wechselwirkung beziehungsweise ein Kontakt mit der Masseelektrode wirksam vermieden werden kann (keine Entladung an der Masseelektrode). The fuel injection injector according to the invention is omitted due to the fixed or immovable spatial relationship the electrodes to each other completely on a movable Electrode and avoids one according to the prior art occurring mechanical weak point. It is also According to the invention possible, the fuel immediately before his Outlet from the injector to charge, so that the charged Fuel passes faster in a combustion chamber, and on the other an interaction or a contact can be effectively avoided with the ground electrode (no Discharge at the ground electrode).

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention Fuel injector are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist eine erste der zwei Elektroden durch einen Düsenkörper des Kraftstoffsinjektors gebildet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß keine zusätzlichen Bauteile beziehungsweise Komponenten an dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektor vorgesehen werden müssen. Ferner baut der Düsenkörper robust, so daß der Einsatz des Düsenkörpers als Elektrode langfristig gewährleistet werden kann. Vorzugsweise ist der Düsenkörper hierbei als Masseelektrode ausgebildet. According to a first preferred embodiment of the Fuel injector according to the invention is a first of the two electrodes formed by a nozzle body of the fuel injector. By this measure it is achieved that no additional Components or components of the invention Fuel injector must be provided. Further builds the nozzle body robust, so that the use of the Nozzle body can be guaranteed as an electrode in the long term. Preferably, the nozzle body is in this case as a ground electrode educated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektors ist eine zweite der zwei Elektroden unmittelbar am Spritzloch des Kraftstoffeinspritzinjektors angeordnet. Mit dieser Maßnahme ist gewährleistet, daß der aufgeladene Kraftstoff ohne die Notwendigkeit des Zurücklegens größerer Wege unmittelbar in den Brennraum eintreten kann. According to a further preferred embodiment of the Fuel injection injector according to the invention is a second of the two electrodes directly at the injection hole of the Fuel injection arranged. With this measure is Ensures that the charged fuel without the need the passage of larger paths directly into the combustion chamber can occur.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem die erste Elektrode bildenden Düsenkörper und der zweiten Elektrode eine Isolierschicht ausgebildet. Eine derartige Isolierschicht ist in Ihrer Dicke und stofflichen Zusammensetzung in einfacher Weise zur Realisierung gewünschter Feldeigenschaften variierbar. Conveniently, between the first electrode forming nozzle body and the second electrode an insulating layer educated. Such an insulating layer is in your thickness and material composition in a simple way Realization of desired field characteristics variable.

Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektors ist die Isolierschicht an dem spritzlochseitigen Ende des Düsenkörpers, und die zweite Elektrode auf der Isolierschicht angebracht. Diese Ausbildung der Elektroden erweist sich in der Praxis als besonders robust und zuverlässig. According to a particularly preferred embodiment of the Fuel injection injector according to the invention is the Insulating layer at the injection-side end of the nozzle body, and the second electrode is mounted on the insulating layer. This Training of the electrodes proves to be in practice particularly robust and reliable.

Es erweist sich als vorteilhaft, die zweite Elektrode im wesentlichen ringförmig auszubilden. Mit dieser Maßnahme ist eine sichere Befestigung an der insbesondere als Isolierscheibe ausgebildeten Isolierschicht möglich. It proves to be advantageous, the second electrode in to form substantially annular. With this measure is a secure attachment to the particular as insulating trained insulating possible.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt The invention will now be further with reference to the accompanying drawings explained. In this shows

Fig. 1 eine perspektivische explodierte Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektors, und Fig. 1 is a perspective exploded view of a preferred embodiment of a fuel injection injector according to the invention, and

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Kraftstoffeinspritzinjektors gemäss Fig. 1 im zusammengesetzten Zustand. Fig. 2 is an enlarged sectional view of the fuel injection injector according to Fig. 1 in the assembled state.

Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektors ist insgesamt mit 10 bezeichnet. Der Injektor 10 weist einen Düsenkörper 11 und eine in diesem verschiebbare Düsennadel 12 auf. Es sei darauf hingewiesen, das auf eine detaillierte Darstellung der Funktionsweise eines Kraftstoffeinspritzinjektors verzichtet wird, und im folgenden lediglich im Rahmen der vorliegenden Erfindung wesentliche Bauteile beschrieben werden. The preferred embodiment of the fuel injection injector according to the invention is designated overall by 10. The injector 10 has a nozzle body 11 and a nozzle needle 12 which is displaceable in this. It should be noted that is dispensed with a detailed representation of the operation of a fuel injection injector, and will be described hereinafter only in the context of the present invention essential components.

Der Düsenkörper 11 ist mit Masse verbunden und wirkt vorteilhafterweise als Masseelektrode. The nozzle body 11 is connected to ground and advantageously acts as a ground electrode.

Insbesondere in Fig. 2 erkennt man, das in unmittelbarer Nähe eines Spritzlochs 13 eine Isolation, beispielsweise ein Isolierring, auf das spritzlochsseitige Ende des Injektors aufgebracht ist. Die Isolierscheibe ist mit Bezugszeichen 14 versehen. An der Isolierscheibe 14 ist eine als Gegenelektrode dienende, beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehende ringförmige Platte angebracht. Die Platte ist mit Bezugszeichen 15 versehen. Die Platte 15 ist mit (nicht dargestellten) Mitteln zur elektrischen Beaufschlagung zur Realisierung einer Potentialdifferenz zwischen Platte 15 und Düsenkörper 11 verbunden In particular, in Fig. 2 it can be seen that in the immediate vicinity of a spray hole 13 an insulation, such as an insulating ring, is applied to the injection-side end of the injector. The insulating is provided with reference numeral 14 . On the insulating disc 14 serving as a counter electrode, for example, consisting of a metallic material annular plate is attached. The plate is provided with reference numeral 15 . The plate 15 is connected to means (not shown) for applying electrical energy to realize a potential difference between the plate 15 and the nozzle body 11

Insgesamt sind die beiden Elektroden, das heißt die Platte 15 und der Düsenkörper 11, mittels der Isolierscheibe 14 starr miteinander verbunden. Overall, the two electrodes, that is, the plate 15 and the nozzle body 11 are rigidly connected to each other by means of the insulating disc 14 .

Anhand der Fig. 2 wird unmittelbar deutlich, daß aus dem Spritzloch 13 austretender Kraftstoff an der Gegenelektrode (Platte 15) vorbei unter Zurücklegung eines sehr kurzen Weges in den (nicht dargestellten) unterhalb des Injektors ausgebildeten Brennraum gelangen kann. Ferner muß er keinen langen Weg an der Masseelektrode (Düsenkörper 11) zurücklegen. With reference to FIG. 2 is immediately apparent that from the spray hole 13. Fuel leaking at the counter electrode (plate 15) past can penetrate under deferment of a very short path into the (not shown) below the injector designed combustion chamber. Further, it does not have to travel a long way at the ground electrode (nozzle body 11 ).

Der aufgeladene Kraftstoff tritt aus der Öffnung 16 in der Gegenelektrode 15 in den Brennraum ein. The charged fuel enters the combustion chamber from the opening 16 in the counter electrode 15 .

Claims

1. Fuel injection injector for internal combustion engines with two acted upon by different electrical potentials electrodes ( 11 , 15 ) for electrically charging emerging from the fuel injection injector, in particular injected into a cylinder of an internal combustion engine fuel, characterized in that the two electrodes ( 11 , 15 ) in solid spatial relationship to each other are formed.

2. A fuel injection injector according to claim 1, characterized in that a first of the two electrodes is formed by a nozzle body ( 11 ) of the fuel injection injector.

3. Kraftstoffeinspritzinjektor according to any one of claims 1 or 2, characterized in that a second ( 15 ) of the two electrodes in the immediate vicinity of a spray hole ( 13 ) of the fuel injection injector is formed.

4. Kraftstoffeinspritzinjektor according to any one of the preceding claims, characterized by an insulating layer ( 14 ) formed between the nozzle body forming the first electrode ( 11 ) and the second electrode.

5. Kraftstoffeinspritzinjektor according to claim 4, characterized in that the insulating layer formed in particular as insulating ( 14 ) at the injection-side end of the nozzle body ( 11 ), and the second electrode ( 15 ) on the insulating layer ( 14 ) is mounted.

6. Kraftstoffeinspritzinjektor, characterized in that the second electrode ( 15 ) is formed substantially annular.