DE10351206A1

DE10351206A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE10351206A1
Application number: DE10351206A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Albrodt; Franz Thoemmes; Jens Thurso
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-04
Also published as: DE10351206B4; BRPI0404820A; BRPI0404820B1

Abstract

Es wird ein Einspritzventil, insbesondere zur Kraftstoffeinspritzung, angegeben, das ein Ventilgehäuse (11) mit einer Spritzöffnung (14) und einem Kraftstoff-Zulaufkanal (12) und ein auf das Ventilgehäuse (11) auf dessen von der Spritzöffnung (14) abgekehrtem Ende aufgesetztes Heizmodul mit einem am Ventilgehäuse (11) befestigten Modulgehäuse (24) und einem den das Modulgehäuse (24) durchfließenden Kraftstoff aufwärmenden Heizelement (32) aufweist. Zur strömungsmechanisch und thermodynamisch optimalen Anpassung des Heizmoduls (23) an die Geometrie des Einspritzventils ist am Modulgehäuse (24) ein tief in den Zulaufkanal (12) eintauchendes Tauchrohr (25) ausgebildet, an dessen ventilseitigem freien Ende ein das Modulgehäuse (24) axial durchziehender, kraftstoffführender Heizkanal (31) mündet. Das Heizelement (32) ist stabförmig ausgebildet und erstreckt sich durch den gesamten Heizkanal (31) (Fig. 1).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil, insbesondere zur Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkanal von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Einspritzventil ( US 4 898 142 ) besteht das Modulgehäuse aus einem Gehäusetopf, der flüssigkeitsdicht auf das Gehäuseende des Ventilgehäuses aufgesetzt ist, und einem den Gehäusetopf verschließenden Gehäusedeckel, der einen zentralen Anschlussstutzen für eine Kraftstoffleitung trägt. An der Unterseite des Gehäusedeckels ist als Heizelement ein PTC-Plättchen angeordnet, das aus einem einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden Keramikmaterial besteht und über zwei elektrische Anschlüsse mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar ist. In den Gehäusetopf ist eine dünnwandige Box aus gut wärmeleitendem Material eingesetzt, auf deren Außenwand eine Führungsspirale verläuft. Wird das PTC-Plättchen bestromt, so wird die von dem PCT-Plättchen erzeugte Wärme in die Box geleitet. Der über den zentralen Anschlussstutzen in den Gehäusetopf einströmende Kraftstrom trifft auf das PTC-Plättchen und fließt entlang der Führungsspirale zwischen der Box und der Innenwand des Gehäusetopfs in den im Ventilgehäuse ausgebildeten Kraftstoff-Zulaufkanal und wird dabei erwärmt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch das tief in den Zulaufkanal im Ventilgehäuse hineinragende Tauchrohr und die Anordnung des Heizelements in dem den gesamten Heizmodul einschließlich des Tauchrohrs durchziehenden Heizkanal, wobei sich das Heizelement bevorzugt über die gesamte Länge des Heizkanals erstreckt, die Lage des Heizelements strömungsmechanisch und thermodynamisch optimal an die Geometrie des Einspritzventils angepasst ist. Dadurch wird einerseits trotz kurzer Bauweise des Einspritzventils in Axialrichtung ein langer Strömungsweg für den Kraftstoff zu dessen Beheizung geschaffen und andererseits das bei Stillstand der Brennkraftmaschine im Einspritzventil außerhalb des Heizkanals verbleibende und damit nicht beheizbare Kraftstoff-Totvolumen minimiert, so dass auch bei Kaltstart der Kraftstoff schnell auf die für eine sehr gute Kraftstoffzerstäubung erforderliche Solltemperatur von z.B. 80°C gebracht wird. Bei der Einspritzung kann sich unter diesen Bedingungen der sog. Flash-Boiling-Effekt einstellen, bei dem der Kraftstoff spontan verdampft und optimal zerstäubt wird, was wiederum zu einer Senkung der Schadstoffemission führt. Die schnelle Aufheizung des Kraftstoffs wird noch dadurch unterstützt, dass das Heizelement über seine Gesamtlänge im Heizmodul gegenüber dem Ventilgehäuse thermisch isoliert ist und somit bei Kaltstart nur minimale Heizverluste durch Abwärme über das kalte Ventilgehäuse entstehen, so dass ein Großteil der Heizenergie des Heizelements in den den Heizkanal ausfüllenden Kraftstoff eingetragen wird. Das erfindungsgemäße Einspritzventil ermöglicht aufgrund seiner Fähigkeit zur schnellen Aufheizung des Kraftstoffs auch Kaltstart von Verbrennungsmotoren, die mit Alternativkraftstoffen, wie Ethanol (E100) betrieben werden, so dass auf die bisher hierbei verwendeten, zusätzlichen Startkraftstoffe, z. B. E50, verzichtet werden kann.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Einspritzventils möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Kanalwand des Heizkanals zwecks Erzeugung von Turbulenzen im Kraftstoffstrom entsprechend strukturiert. Hierdurch kommt es in Heizkanal zu einer turbulenten Umströmung des Heizelements, was den Wärmeeintrag in den Kraftstoff fördert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am Modulgehäuse eine zum Tauchrohr konzentrische Aufstülpkappe ausgebildet, die das Ventilgehäuse übergreift und gegenüber dem Ventilgehäuse abgedichtet ist. Auf der von dem Ventilgehäuse abgekehrten Rückseite der Aufstülpkappe ist außen auf dem Modulgehäuse ein Aufnahmebereich ausgebildet, auf dem eine Verbindungstasse zu einem Kraftstoffverteiler aufgeschoben ist, die eine mit dem Heizkanal koaxiale Zulauföffnung aufweist und gegen das Modulgehäuse abgedichtet ist. Der Aufnahmebereich für das Modulgehäuse ist dabei entsprechend dem Aufnahmebereich des Ventilgehäuses für die Aufstülpkappe gestaltet, und das Heizmodul ist als ein sowohl von dem Ventilgehäuse als auch von der Verbindungstasse abziehbare Adapter konzipiert. Dies hat den Vorteil, dass das Einspritzventil ohne baulichen Veränderungen wahlweise mit oder ohne Heizmodul eingesetzt werden kann und die Nachrüstung von Einspritzventilen mit einem Heizmodul problemlos möglich ist, indem die Verbindungstasse von dem Ventilgehäuse abgezogen und auf den Aufnahmebereich des Modulgehäuses aufgeschoben und die Aufstülpkappe auf den freigewordenen Aufnahmebereich des Ventilgehäuses aufgeschoben wird.

Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Teillängsschnitt eines Kraftstoff-Einspritzventils,
2 einen Schnitt längs der Linie II – II in 1,
3 eine vergrößerte, schematische Darstellung des Heizelements mit Halterung in 2,
4 eine Stirnansicht eines Heizelements mit Halterung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in 1 in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt dargestellte Einspritzventil dient insbesondere zur Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkanal von Verbrennungsmotoren oder Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen. Es besitzt in bekannter Weise ein Ventilgehäuse 11 mit einer koaxialen Durchgangsöffnung 111, in die teilweise ein Ventilkörper 13 eingesetzt ist. In dem Ventilkörper 13 ist eine hier nicht dargestellte Ventilnadel axial verschieblich geführt, die mit einem am freien Stirnende des Ventilkörpers 13 ausgebildeten, eine Kraftstoff-Spritzöffnung 14 umschließenden Ventilsitz zusammenwirkt. Die in 1 nur schematisch strichliniert angedeutete Spritzöffnung 14 steht über eine die Ventilnadel aufnehmende, zentrale Bohrung 131 im Ventilkörper 13 mit dem verbleibenden, nicht vom Ventilkörper 13 belegten Abschnitt der Durchgangsöffnung 111 des Ventilgehäuses 11 in Verbindung, der einen Kraftstoff-Zulaufkanal 12 bildet. In der Ventilschließstellung wird die Ventilnadel durch eine Ventilschließfeder 15 auf den Ventilsitz aufgepresst und dadurch die Spritzöffnung 14 geschlossen gehalten. Die Ventilnadel ist der bewegliche Teil eines Elektromagneten 16, dessen Magnetspule 17 in einem Spulenraum 18 im Ventilkörper 13 angeordnet und über eine Anschlussleitung mit einem am Ventilgehäuse 11 ausgebildeten, elektrischen Anschlussstecker 19 verbunden ist. In dem von der Spritzöffnung 14 abgekehrten Endbereich des Ventilgehäuses 11 ist der Kraftstoff-Zulaufkanal 12 mit einer Hülse 20 ausgekleidet, die axial aus dem Ventilgehäuse 11 vorsteht und mittels eines O-Rings 27 zur Dichtung des Ventils herangezogen wird. Der außenliegende Gehäuseabschnitt 112 dieses Endbereichs des Ventilgehäuses 11 ist zur Aufnahme einer Verbindungstasse 21, auch Railtasse genannt, ausgebildet. Die Verbindungs- oder Railtasse 21 weist eine zum Kraftstoff-Zulaufkanal 12 koaxiale Zulauföffnung 22 auf und stellt eine Verbindung des Einspritzventils zu einem hier nicht dargestellten Kraftstoffverteiler her.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Verbindungstasse 21 mit Zulauföffnung 22 nicht direkt auf das Ventilgehäuse 11 aufgesetzt, sondern über ein Heizmodul 23 an das Ventilgehäuse 11 angekoppelt. Das Heizmodul 23 hat die Aufgabe, den in den Kraftstoff-Zulaufkanal 12 fließenden Kraftstoff möglichst schnell auf eine Temperatur von z.B. 80°C zu erwärmen, damit beim Ventilöffnen eine bessere Zerstäubung der abgespritzten Kraftstoffmenge und damit eine Reduktion der Schadstoffmenge der Brennkraftmaschine erreicht wird.
Das Heizmodul 23 weist ein als Kunststoff-Spritzteil hergestelltes Modulgehäuse 24 auf, an dem ein tief in den Kraftstoff-Zulaufkanal 12 des Ventilgehäuses 11 hineinragendes Tauchrohr 25 sowie eine das Tauchrohr 25 konzentrisch mit Radialabstand umgebende Aufstülpkappe 26 ausgebildet ist, die sich beim Einschieben des Tauchrohrs 25 in den Kraftstoff-Zulaufkanal 12 auf den zur Aufnahme der Verbindungstasse 21 ausgebildeten Gehäuseabschnitt 112 des Ventilgehäuses 11 aufschiebt. Die Aufstülpkappe 26 ist über den 0-Ring 27, gegen das Ventilgehäuse 11, genauer gesagt gegen das Vorstehende der in das Ventilgehäuse 11 eingesetzten Hülse 20, abgedichtet. Auf der vom Tauchrohrende abgekehrten Rückseite der Aufstülpkappe 26 ist am Modulgehäuse 24 ein äußerer Gehäusebereich 241 zur Aufnahme der Verbindungstasse 21 vorgesehen, auf den die Verbindungstasse 21 aufgeschoben und gegenüber dem Modulgehäuse 24 durch einen weiteren O-Ring 28 abgedichtet ist. Die auf dem Gehäuseabschnitt 112 aufgeschobene Aufstülpkappe 26 ist mittels einer z.B. auf den Gehäuseabschnitt 112 aufgeclipsten Federspange 29 axial unverschieblich am Ventilgehäuse 11 festgelegt, während die auf den Gehäusebereich 241 des Modulgehäuses 24 aufgeschobene Verbindungstasse 21 über eine z.B. ebenfalls verclipste Federspange 30 mit dem Modulgehäuse 24 axial unverschieblich verbunden ist.
In dem Modulgehäuse 24 ist ein das Modulgehäuse 24 axial durchziehender Heizkanal 31 ausgebildet, der einerseits an der freien Stirnseite des Tauchrohrs 25 und andererseits an dem vom Tauchrohr 25 abgekehrten Stirnende des Modulgehäuses 24 mündet, so dass der Heizkanal 31 eine Verbindung zwischen der Zulauföffnung 22 der Verbindungstasse 21 und dem Zulaufkanal 12 im Ventilgehäuse 11 herstellt. In den Heizkanal 31 ist ein stabförmig ausgebildetes Heizelement 32 eingesetzt, das sich über die ganze Länge des Heizkanals 31 erstreckt. Im Ausführungsbeispiel der 1–3 besteht das Heizelement 32 aus einen PTC-Plättchen 33, das im Heizkanal 31 gehalten und auf durch das Modulgehäuse 24 hindurchgeführte, elektrische Anschlussleiter 34, 35 (3) zum Anlegen einer Heizspannung kontaktiert ist. Das PTC-Plättchen 33 besteht in bekannter Weise aus einem Keramikmaterial mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und ist außen metallisch beschichtet. Die Halterung des PTC-Plättchens 33 ist mittels zweier auf voneinander abgekehrten Großflächen des PTC-Plättchens 33 sich aufpressenden Spangen 36, 37 vorgenommen, die sich mit ihren freien Enden an der Kanalwand des Heizkanals 31 abstützen. An die Spange 36 ist der elektrische Anschlussleiter 34 und an die Spange 37 der elektrische Anschlussleiter 35 angeschlossen. Die Anschlussleiter 34, 35 sind radial durch das Modulgehäuse 24 nach außen geführt (nicht dargestellt). Beiden federnden Spangen 36, 37 sind als Stanzteile aus dünnem, elektrisch leitendem Federstahl hergestellt.
In 4 ist ein im Heizkanal 31 angeordnetes, modifiziertes Heizelement 34 ausschnittweise in perspektivischer Stirnansicht dargestellt. Zur Erhöhung der Heizleistung weist hier das Heizelement 32 zwei PTC-Plättchen 33, 33' mit jeweils wiederum rechteckförmigem Querschnitt auf, die sich parallel zueinander durch den Heizkanal 31 erstrecken. Die beiden PTC-Plättchen 33, 33' sind elektrisch parallelgeschaltet. Die Halterung ist hier mittels zweier elektrisch leitender Klemmteile 38, 39 vorgenommen, die als Stanzteile aus dünnem Federblech hergestellt sind und über ein Trennplättchen 40 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Das äußere Klemmteil 38 weist einen U-förmigen Querschnitt mit zwei Federschenkel 381 und 382 auf, die durch einen Federsteg 383 miteinander verbunden sind und an ihren vom Federsteg 383 abgekehrten Enden einstückig abgebogene, in etwa parallel zu dem Federsteg 383 verlaufende Haltestege 384, 385 tragen. Im unbelegten Zustand sind die Federschenkel 381, 382 nach innen aufeinander zugeneigt, so dass durch Aufspreizen der Federschenkel 381, 382 eine Vorspannkraft erzeugt wird. Die beiden PTC-Plättchen 33, 33' werden so in das äußere Klemmteil 38 eingesetzt, dass das PTC-Plättchen 33 zwischen dem Federsteg 383 und dem Haltesteg 384 und das PTC-Plättchen 33' zwischen dem Federsteg 383 und dem Haltesteg 385 aufgenommen ist und beide PTC-Plättchen 33, 33' sich mit ihren voneinander abgekehrten Großflächen an die Federschenkel 381, 382 anlegen. Das innere Klemmteil 39, das ebenfalls U-förmigen Querschnitt aufweist, besitzt zwei voneinander abgespreizte Federschenkel 391, 392. Das innere Klemmteil 39 wird zwischen die beiden im äußeren Klemmteil 38 aufgenommenen PTC-Plättchen 33, 33' eingeschoben, so dass letztere durch die Vorspannkraft der Federschenkel 391, 392 gegen die Federschenkel 381, 382 des äußeren Klemmteils 38 festgespannt werden. Das so vormontierte Heizelement 32 wird in den Heizkanal 31 eingeschoben (4), wobei sich das äußere Klemmteil 38 an vier Längskanten an der Kanalwand des Heizkanals 34 abstützt.

Claims

Einspritzventil, insbesondere zur Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkanal von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen, mit einem eine Spritzöffnung (14) und einen Kraftstoff-Zulaufkanal (12) aufweisenden Ventilgehäuse (11) und mit einem auf das Ventilgehäuse (11) auf dessen von der Spritzöffnung (14) abgekehrtem Ende aufgesetzten Heizmodul (23), das ein am Ventilgehäuse (11) befestigtes Modulgehäuse (24) und ein Heizelement (32) zum Erwärmen des das Modulgehäuse (24) durchfließenden Kraftstoffs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Modulgehäuse (24) ein tief in den Kraftstoff-Zulaufkanal (12) eintauchendes Tauchrohr (25) ausgebildet ist, an dessen ventilseitigem freien Ende ein das Modulgehäuse (24) axial durchziehender, kraftstoffführender Heizkanal (31) mündet, und dass das Heizelement (32) stabförmig ausgebildet ist und sich durch den Heizkanal (31), vorzugsweise über dessen volle Länge, erstreckt.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (25) an der Kanalwand des Kraftstoff-Zulaufkanals (12) anliegt.
Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Modulgehäuse (24) eine zum Tauchrohr (25) konzentrische Aufstülpkappe (26) ausgebildet ist, die das Ventilgehäuse (11) übergreift und gegen das Ventilgehäuse (11) abgedichtet ist.
Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass außen am Modulgehäuse (24) auf der von dem Ventilgehäuse (11) abgekehrten Rückseite der Aufstülpkappe (26) ein Aufnahmebereich (241) ausgebildet ist, auf dem eine Verbindungstasse (21) zu einem Kraftstoffverteiler aufgeschoben ist, die eine mit dem Heizkanal (31) koaxiale Zulauföffnung (22) aufweist und gegen das Modulgehäuse (24) abgedichtet ist.
Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung zwischen Modulgehäuse (24) und Ventilgehäuse (11) einerseits und Modulgehäuse (24) und Verbindungstasse (21) andererseits jeweils durch eine Ringdichtung, vorzugsweise einen O-Ring (27, 28), vorgenommen ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (24) aus Kunststoff gefertigt ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwand des Heizkanals (31) zur Erzeugung von Turbulenzen in der Kraftstoffströmung strukturiert ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (241) des Modulgehäuses (24) für die Verbindungstasse (21) entsprechend dem Gehäuseabschnitt (211) des Ventilgehäuses (11) zur Aufnahme der Aufstülpkappe (26) gestaltet ist und dass das Heizmodul (23) als von dem Ventilgehäuse (11) einerseits und von der Verbindungstasse (21) andererseits abziehbarer Adapter ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 4–8, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Ventilgehäuse (11) aufgeschobene Aufstülpkappe (26) und die auf dem Aufnahmebereich (241) des Modulgehäuses (24) aufgeschobene Verbindungstasse (21) jeweils mittels einer Federspange (27, 28) axial unverschieblich am Ventilgehäuse (11) bzw. Modulgehäuse (24) festgelegt sind.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (32) mindestens ein PTC-Plättchen (33) aufweist, das im Heizkanal (31) gehaltert und durch das Modulgehäuse (24) hindurch elektrisch kontaktiert ist.
Einspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung des PTC-Plättchens (33) mittels zweier sich auf voneinander abgekehrten Großflächen des PTC-Plättchens (33) aufpressenden Spangen (36, 37) vorgenommen ist, die sich an der Kanalwand des Heizkanals (31) abstützen und mit je einem elektrischen Anschlussleiter (34, 35) verbunden sind.
Einspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (32) zwei parallel zueinander verlaufende PTC-Plättchen (33, 33') aufweist, die elektrisch parallelgeschaltet sind.
Einspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung der beiden PTC-Plättchen (33, 33') mittels zweier Klemmteile (38, 39) vorgenommen ist, von denen ein äußeres Klemmteil (38) einen U-förmigen Querschnitt mit aufeinander zu, nach innen vorgespannten Federschenkeln (381, 382) und mit am freien Ende der Federschenkel (381, 382) abgebogenen Haltestegen (384, 385) aufweist und zwischen Federsteg (383) und Haltestege (384, 385) die beiden PTC-Plättchen (33, 33') unter Anlage der voneinander abgekehrten Großflächen der PTC-Plättchen (33, 33') an den Federschenkeln (381, 382) aufnimmt und ein inneres Klemmteil (39) einen U-förmigen Querschnitt mit voneinander weg, nach außen abgespreizten Federschenkeln (391, 392) aufweist und zwischen die PTC-Plättchen (33, 33') so eingeschoben ist, dass die Federschenkel (391, 392) sich kraftschlüssig an die einander zugekehrten Großflächen der PTC-Plättchen (33, 33') anpressen, und dass die Klemmteile (38, 39) mit je einem elektrischen Anschlussleiter verbunden sind.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spangen (36, 37) bzw. Klemmteile (38, 39) als dünne Stanzteile aus elektrisch leitendem und gut wärmeleitendem Material hergestellt sind.