DE10337630A1 - Brennstoff-Einspritzventil mit einer integrierten Zündkerze - Google Patents

Abstract

Ein Brennstoff-Einspritzventil mit in einem Gehäuse angeordneten Aktuator, der einen zylindrischen Ventilkörper gegen die Wirkung einer Feder bewegt und damit einen Kraftstoffaustritt steuert, und mit einer integrierten Zündkerze, die im Bereich einer Kraftstoffaustritts-Öffnung zwischen einer Hochspannungs- und einer Masseelektrode einen Zündfunken erzeugt, weise folgende konstruktive Besonderheiten auf: DOLLAR A Der Ventilkörper ist hohl und nimmt die Hochspannungselektrode auf, DOLLAR A die Hochspannungselektrode schließt zumindest annähernd mit dem Ventilkörper bündig ab, DOLLAR A ferner ist ein Zündtransformator mit Primär- und Sekundärwicklung im Gehäuse angeordnet.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoff-Einspritzventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
• Ein derartiges Einspritzventil ist aus der EP 861 371 B1 bekannt. Die beiden Elektroden der Zündkerze sind außermittig und in einer gewissen Entfernung zur Kraftstoff-Austrittsöffnung angeordnet. Insbesondere bei mageren Kraftstoff-Luftgemischen können sich dabei Zündprobleme bei stark wechselnden Betriebsbedingungen ergeben.
• Die Hochspannungszuführung erfolgt über einen an der Außenseite des Einspritzventils angeordneten Hochspannungsanschluss. Daraus resultieren insbesondere bei dünnen Einspritzventilen Isolationsprobleme, da die Hochspannungsleitung innerhalb des Einspritzventils in der Nähe des Kraftstoffs verläuft.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Einspritzventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter allen Betriebsbedingungen funktions- und störungssicher ist.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1.
• Nunmehr wird der Zündfunken in dem Bereich erzeugt, in dem auch der Kraftstoffaustritt erfolgt. Durch die Integration des Zündtransformators im Einspritzventil lässt sich die Länge der Hochspannungsleitung kurz halten und damit die Gefahr eines Funkenüberschlags im Ventil weitgehend vermeiden.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
• Der Aktuator kann wie bei der eingangs genannten EP 861 371 B1 auf elektromagnetischer oder vorzugsweise auf piezoelektrischer Basis arbeiten. Zwar ist aus der US 4,095,580 A ein derartiger Aktuator im Prinzip bekannt. Es ist dabei aber nicht vorgesehen, den Aktuator gegen die Wirkung einer Feder arbeiten zu lassen. Nur durch sie ist ein dichter Sitz des Ventils unter allen mechanischen und thermischen Bedingungen gewährleistet.
• Die Masseelektrode kann wie ebenfalls aus der EP 861 371 B1 bekannt zusätzlich oder vorzugsweise ebenfalls im Ventilkörper angeordnet sein. Dadurch wird der Bauraum weiter verringert.
• Dieses Ziel der Bauraumverkleinerung wird optimal erreicht, wenn der Ventilkörper zumindest teilweise selbst die Masseelektrode bildet.
• Weitere Verbesserungen der Erfindung beschäftigen sich mit dem Aufbau und der Lage des Zündtransformators. Hierfür können die Primär- und die Sekundärwicklung konzentrisch zueinander angeordnet sein und/oder auf einem Spulenkörper sitzen, der einen Kern aus Weicheisenmaterial besitzt.
• Der Spulenkörper selbst kann auf einem Schaft sitzen, der sich zwischen dem Aktuator und dem Ventilkörper befindet. Die zuletzt genannten Ausführungen des Ventils zeichnen sich durch einen minimalen Platzbedarf bei gleichzeitig hoher Betriebssicherheit aus.
• Schließlich kann die Kraftstoffzufuhr im Bereich des Ventilkörpers so gewählt sein, dass der Kraftstoff die Masseelektrode umströmt. Der Kraftstoff kühlt damit den Ventilkörper.
• Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung weiter erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur ein erfindungsgemäßes Einspritzventil mit integrierter Zündkerze und integrierter Zündspule im Schnitt.
• Das in der Zeichnung dargestellte Brennstoff-Einspritzventil 1 besitzt einen piezoelektrischen Aktuator 2, der in einem in einem Metall-Gehäuse 3 angeordnet ist. Das Gehäuse 3 dient zum Einschrauben und zur Ableitung der von der Kraftstoff-Verbrennung aufgenommenen Wärme.
• Der Aktuator 2 dehnt sich bei Anlegen einer Spannung (nicht dargestellt) und bewegt einen zylindrischen Ventilkörper 4 in einer feststehenden Ventilhülse 5 gegen die Wirkung einer Feder 6 und steuert damit den Austritt von Kraftstoff über eine Öffnung 7, der von einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe ausgehend in einen Mantelbereich 8 des Gehäuses 2 eingespeist und innerhalb des Ventils 1 in einen weiteren Mantelbereich 9 zwischen Ventilhülse 5 und Ventilkörper 4 übergeleitet wird. Der Kraftstoff umströmt den Ventilkörper 4.
• Innerhalb des Ventils 1 ist eine Zündkerze 10 integriert. Sie besitzt eine Hochspannungselektrode 11, die von einer als Isolator dienenden Keramik 12 umgeben ist. Die Keramik befindet sich innerhalb der Ventilhülse und schließt mit dieser zum Brennraum hin (nicht dargestellt) bündig ab. Als Masseelektrode der Zündkerze 10 dienen der aus Metall bestehende Ventilkörper 4 und die ebenfalls metallene Ventilhülse 5, die beide auf Massepotential liegen. Die Zündkerze 10 erzeugt im Bereich der Öffnung 13 zwischen der Hochspannungselektrode 11 und dem Ventilkörper 4 einen Zündfunken.
• Hierzu dient ein Zündtransformator 14 mit einer Primärwicklung 15 und einer Sekundärwicklung 16, die konzentrisch zueinander im Gehäuse angeordnet sind. Die beiden Wicklungen sitzen auf konzentrischen Spulenkörpern 17 und 18. Der Spulenkörper 18 besitzt einen Kern 19 aus Weicheisenmaterial und sitzt auf einem Schaft 20, der sich zwischen dem Aktuator 2 und dem Ventilkörper 4 befindet.
• Bei Anlegen einer Spannung von beispielsweise 12 V an der Primärwicklung 14 über eine nach außen geführte Zuleitung 21 erhöht sich der Strom in dieser Wicklung während der Ladezeit bis zum gewünschten Primärstrom. Entsprechend steigt die im Zündtransformator 14 gespeicherte elektrische Energie. Wird der Primärstrom mit einem nicht dargestellten externen Schalter unterbrochen, wird in der Sekundärwicklung 15 eine Hochspannung induziert, die zu einem Zündfunken mittels Bogen- und/oder Glimmentladung führt und das Kraftstoff-Luftgemisch in der Brennkammer entflammt (nicht dargestellt).
• Der Zündtransformator 14 erzeugt die Hochspannung direkt an der Zündkerze 10. Dadurch entfällt das Isolationsproblem, wie es andernfalls bei einer Hochspannungsleitung, die durch das Ventil 1 geführt wird, auftreten würde.

Claims (8)

1. Brennstoff-Einspritzventil mit in einem Gehäuse angeordneten Aktuator, der einen zylindrischen Ventilkörper gegen die Wirkung einer Feder bewegt und damit einen Kraftstoffaustritt steuert, und mit einer integrierten Zündkerze, die im Bereich einer Kraftstoffaustritts-Öffnung zwischen ein Hochspannungs- und einer Masseelektrode einen Zündfunken erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) hohl ist und die Hochspannungselektrode (11) aufnimmt, die zumindest annähernd mit dem Ventilkörper bündig abschließt, und dass ein Zündtransformator (14) mit Primär- und Sekundärwicklung (15, 16) im Gehäuse (3) angeordnet ist.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Aktuator (2).
3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode ebenfalls im Ventilkörper (4) angeordnet ist.
4. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) zumindest teilweise selbst die Masseelektrode bildet.
5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Primär- und Sekundärwicklung konzentrisch zueinander angeordnet sind.
6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Primär- und Sekundärwicklung auf einem Spulenkörper (18) mit einem Kern aus Weicheisenmaterial sitzen.
7. Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper auf einem Schaft (20) sitzt, der sich zwischen dem Aktuator (2) und dem Ventilkörper (4) befindet.
8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzufuhr im Bereich des Ventilkörpers so gewählt ist, dass der Kraftstoff die Masseelektrode (4, 5) umströmt.