DE19831081C2 - Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Kraftstoffinjektoren für Brennkraftmaschinen be­ kannt, die zum Einspritzen eines weiteren Stoffs zusätzlich zu dem Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine vorgese­ hen sind. Das Einspritzen des weiteren Stoffs dient der Verbes­ serung des Verbrennungsverhaltens und/oder der Minderung von Verbrauch oder Emissionen. So findet insbesondere bei großvolu­ migen Dieselmotoren zunehmend eine Verwendung von Kraftstoffin­ jektoren statt, mit welchen während eines Verbrennungszyklus zusätzlich zu dem Kraftstoff Wasser in den Brennraum der Brenn­ kraftmaschine eingespritzt wird. Durch das zusätzliche Ein­ spritzen von Wasser ist es möglich, den spezifischen Verbrauch der Brennkraftmaschine zu senken und eine Verminderung von schädlichen Emissionen zu erreichen.

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine, der ein Injektorgehäuse und eine in einem Düsenkopf des Kraftstoffinjektors angeordnete erste Ein­ spritzdüse zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine aufweist, wobei die Einspritzung des Kraftstoffs über die erste Einspritzdüse durch ein erstes Ein­ spritzventil gesteuert wird. Weiterhin verfügt der Kraftstoff­ injektor über mindestens eine weitere in dem Düsenkopf angeord­ nete Einspritzdüse zum Einspritzen eines weiteren Stoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine und über ein zweites Ein­ spritzventil zur Steuerung der Einspritzung des weiteren Stoffs.

Ein Kraftstoffinjektor dieser Art ist beispielsweise aus der EP 0 575 887 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Kraftstoffin­ jektor sind das erste Einspritzventil zur Steuerung der Ein­ spritzung des Kraftstoffs, wie bei heutigen Kraftstoffinjek­ toren üblich, und auch das Einspritzventil zur Steuerung der Einspritzung des weiteren Stoffs als Nadelventile ausgebildet, welche über in Axialrichtung des Injektorgehäuses verschieblich gelagerte Ventilglieder in Form von Ventilnadeln verfügen, de­ ren Nadelspitzen mit Ventilsitzen im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Einspritzquerschnitts zusammenwirken.

Aus dem Patent Abstract of Japan JP 09126084 A geht ein Kraftstoffinjektor als bekannt hervor, der mit zwei Ein­ spritzventilen zum Einspritzen von Kraftstoff und Wasser aus­ gebildet ist. Das zum Einspritzen von Wasser dienende Ein­ spritzventil ist als nadelloses Ventil im Düsenkopf angeord­ net und liegt in einem Kanal, der im Düsenkopf verläuft und zu den Einspritzlöchern führt.

Aus dem Patent Abstract of Japan JP 61229969 A geht ein wei­ terer Kraftstoffinjektor mit zwei nadellosen Einspritzventi­ len als bekannt hervor. Die Einspritzventile sind im Düsen­ kopf geführt. Von den Ventilsitzen ausgehend führen Kanäle zu den Einspritzlöchern.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Kraftstoffinjektor zur Einspritzung eines Kraftstoffs und ei­ nes zusätzlichen Stoffs in dem Brennraum der Brennkraftma­ schine anzugeben.

Gemäß der Erfindung wird ein Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse und mit einer in einem Düsenkopf des Kraftstoffinjektors angeordneten ers­ ten Einspritzdüse zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine geschaffen, wobei die Ein­ spritzung des Kraftstoffs über die erste Einspritzdüse durch ein erstes, in dem Düsenkopf angeordnetes Einspritzventil ge­ steuert wird, und mit mindestens einer weiteren im Düsenkopf des Kraftstoffinjektors angeordneten Einspritzdüse zum Ein­ spritzen eines weiteren Stoffs in den Brennraum der Brenn­ kraftmaschine und mit einem zweiten Einspritzventil zur Steu­ erung der Einspritzung des weiteren Stoffs. Gemäß der Erfin­ dung ist das zweite Einspritzventil durch ein nadelloses Dichtsitzventil gebildet, das im Injektorgehäuse geführt ist und mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, der an einer an eine düsenkopfseitige Dichtfläche des Injektorgehäuses angrenzen­ den Dichtfläche des Düsenkopfs ausgebildet ist, und das über einen oder mehrere durch den Düsenkopf führende Versorgungs­ kanäle mit der bzw. den zum Einspritzen des weiteren Stoffs dienenden Einspritzdüsen verbunden ist.

Vorteilhafterweise ist das zweite Einspritzventil ein Flach­ sitzventil.

Weiterhin von Vorteil ist es, das zweite Einspritzventil hyd­ raulisch zu steuern.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß in dem Düsenkopf mehrere zum Einspritzen des weiteren Stoffs dienende Einspritzdüsen vorgesehen sind, die jeweils über durch den Düsenkopf führende Versorgungskanäle gemeinsam mit dem zweiten Einspritzventil verbunden sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die zum Einspritzen des weiteren Stoffs dienenden Einspritzdüsen gleichmäßig über den Umfang des Dü­ senkopfs verteilt sind.

Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, in dem Düsenkopf drei jeweils um 120° beabstandete zum Einsprit­ zen des zweiten Stoffs dienende Einspritzdüsen vorzusehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß das zur Steuerung der Einspritzung des weite­ ren Stoffs dienende zweite Einspritzventil eine in dem Injek­ torgehäuse angeordnete Betätigungseinrichtung aufweist.

Vorteilhafterweise ist an dem Ventilsitz des zweiten Ein­ spritzventils ein gemeinsamer Raum ausgebildet, von welchem die zu dem zum Einspritzen des weiteren Stoffs dienenden Ein­ spritzdüsen führenden Versorgungskanäle ausgehen.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Kraftstoffinjek­ tors für Einspritzsysteme, bei denen der in den Brennraum eingespritzte weitere Stoff Wasser ist.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine teilweise Schnittansicht eines Kraftstof­ finjektors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 bedeutet Bezugsziffer 1 ein Injektorgehäuse, an dessen vorderem Ende ein Düsenkopf 2 angeordnet und mit dem Injektorgehäuse 1 mittels einer Überwurfmutter 17 verbunden ist. An der Vorderseite des Düsenkopfs 2 ist eine erste Ein­ spritzdüse 8 vorgesehen, welche zum Einspritzen von Kraft­ stoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine dient, sowie mehrere weitere Einspritzdüsen 9, von denen in der Figur nur eine ersichtlich ist, welche zum Einspritzen eines weiteren Stoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine dienen.

Die Einspritzung des Kraftstoffs über die erste Einspritzdüse 8 wird durch ein erstes Einspritzventil gesteuert, welches in der Figur insgesamt mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet ist. Das erste Einspritzventil 3 enthält ein in Axialrichtung des Kraftstoffinjektors verschiebliches Ventilglied in Form einer Ventilnadel 6, welche an ihrer Vorderseite eine Nadelspitze 5 aufweist, die mit einem Ventilsitz 4 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Einspritzquerschnitts zusammenwirkt. Die Ven­ tilnadel 6 wird über ein in dem Injektorgehäuse 1 axial ver­ schieblich gelagertes Betätigungselement 22 durch eine Ventil­ feder 23 in Schließrichtung beaufschlagt. An ihrem vorderen Be­ reich weist die Ventilnadel 6 eine Schulter 7 auf und ist von einem Ringraum 24 umgeben. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks in dem Ringraum 24 öffnet die Ventilnadel 6 gegen den Druck der Ventilfeder 23 und gibt den Einspritzquer­ schnitt frei.

Ein insgesamt mit der Bezugsziffer 12 bezeichnetes zweites Einspritzventil dient der Steuerung der Einspritzung des weite­ ren Stoffs und ist über durch den Düsenkopf 2 führende Versor­ gungskanäle 13 mit den der Einspritzung des weiteren Stoffs dienenden Einspritzdüsen 9 verbunden.

Das zweite Einspritzventil 12 enthält ein Ventilglied 14, welches in einer Ventilhülse 15 in Axialrichtung des Kraft­ stoffinjektors verschieblich gelagert ist. Ein an der Vorder­ seite des Ventilglieds 14 angeordneter Ventilkörper 10 wirkt mit einem Ventilsitz 16 in Form eines Flachsitzes im Sinne ei­ nes Öffnens und Schließens eines Durchgangsquerschnitts des zweiten Einspritzventils 12 zusammen. Der von dem zweiten Ein­ spritzventil 12 freigegebene Strom des einzuspritzenden weite­ ren Stoffs wird von einem Ventilraum 11 auf die Versorgungskanäle 13 zur Zuführung zu den Einspritzdüsen 9 ver­ teilt.

Die Ventilhülse 15 des zweiten Einspritzventils 12 verfügt über eine düsenkopfseitige Dichtfläche 26, welche an eine die­ ser zugewandte Dichtfläche 27 des Düsenkopfs 2 angrenzt.

Dem Ventilglied 14 des zweiten Einspritzventils 12 in Axialrichtung des Kraftstoffinjektors nachgeordnet befindet sich ein Betätigungselement 28, welches von einer Ventilfeder 18 in Schließrichtung des zweiten Einspritzventils 12 beauf­ schlagt wird. Zwischen einer dem Betätigungselement 28 nachge­ ordneten Hülse 20, gegen welche sich die Ventilfeder 18 abstützt, und dem Betätigungselement 28 besteht ein Spielraum, welcher dem Hub A des zweiten Einspritzventils 12 entspricht. Ein die Hülse 20 durchsetzender Stößel 29 wird von einer weite­ ren Ventilfeder 19 beaufschlagt, so daß er an dem Betätigungse­ lement 28 anliegt. Ein zwischen dem Ventilglied 14 und dem Be­ tätigungselement 28 angeordnetes Kolbenelement 30, welches in einer Bohrung 31 der Ventilhülse 15 verschieblich gelagert ist, vervollständigt das zweite Einspritzventil 12. Zum Öffnen des zweiten Einspritzventils 12 wird das Kolbenelement 30 mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt und das Betätigungselement 28 bis zur Anlage am Ende der Hülse 20 um den Hub A gegen die Kraft der Ventilfeder 18 verschoben und damit der Durchgangsquer­ schnitt zwischen dem Ventilkörper 10 und dem Ventilsitz 16 freigegeben.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors sind die zur Einspritzung des weiteren Stoffs dienenden Einspritzdüsen 9 gleichmäßig über den Umfang des vorderen Endes des Düsenkopfs 2 verteilt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei jeweils um 120° beabstandete Dü­ senöffnungen 9 vorgesehen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als der wei­ tere in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzende Stoff Wasser vorgesehen. Abweichend hiervon können anstatt des­ sen auch andere Stoffe zusätzlich zum Kraftstoff eingespritzt werden.

Abweichend von der beschriebenen hydraulischen Steuerung des zweiten Einspritzventils 12 kann dieses auch auf andere Weise, z. B. elektromechanisch oder pneumatisch gesteuert wer­ den.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei weite­ re Einspritzdüsen 9 zum Einspritzen des weiteren Stoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen. Abweichend hiervon können eine geringere Zahl, gegebenenfalls nur eine, oder auch mehr als drei, etwa vier, fünf oder sechs weitere Einspritzdü­ sen 9 am Düsenkopf 2 vorgesehen sein, wobei diese gleichmäßig beabstandet sein oder unterschiedliche Abstände aufweisen kön­ nen.

Claims (9)

1. Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (1) und mit einer in einem Düsenkopf (2) des Kraftstoffinjektors angeordneten ersten Einspritzdüse (8) zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Brennraum der Brenn­ kraftmaschine, wobei die Einspritzung des Kraftstoffs über die erste Einspritzdüse (8) durch ein erstes, in dem Düsen­ kopf (2) angeordnetes Einspritzventil (3) gesteuert wird, und mit mindestens einer weiteren in dem Düsenkopf (2) des Kraftstoffinjektors angeordneten Einspritzdüse (9) zum Ein­ spritzen eines weiteren Stoffs in den Brennraum der Brenn­ kraftmaschine und mit einem zweiten Einspritzventil (12) zur Steuerung der Einspritzung des weiteren Stoffs, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einspritzventil (12) durch ein nadelloses Dichtsitzventil gebildet wird, das im Injektorgehäuse (1) ge­ führt ist und mit einem Ventilsitz (16) zusammenwirkt, der an einer an eine düsenkopfseitige Dichtfläche (26) des Injektor­ gehäuses (1) angrenzenden Dichtfläche (27) des Düsenkopfs (2) ausgebildet ist, und das über einen oder mehrere durch den Düsenkopf (2) führende Versorgungskanäle (13) mit der bzw. den zum Einspritzen des weiteren Stoffs dienenden Einspritz­ düsen (9) verbunden ist.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einspritzventil (12) ein Flachsitzventil ist.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einspritzventil (12) hydraulisch gesteuert ist.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Düsenkopf (2) mehrere zum Einspritzen des weite­ ren Stoffs dienende Einspritzdüsen (9) vorgesehen sind, die jeweils über die durch den Düsenkopf (2) führenden Versorgungska­ näle (13) gemeinsam mit dem zweiten Einspritzventil (12) ver­ bunden sind.

5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Einspritzen des weiteren Stoffs dienenden Ein­ spritzdüsen (9) gleichmäßig über den Umfang des. Düsenkopfes (2) verteilt sind.

6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Düsenkopf (2) drei jeweils um 120° beabstandete zum Einspritzen des zweiten Stoffs dienende Einspritzdüsen (9) vorgesehen sind.

7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Steuerung der Einspritzung des weiteren Stoffs dienende zweite Einspritzventil (12) eine in dem Injektorge­ häuse (1) angeordnete Betätigungseinrichtung (25) aufweist.

8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilsitz (16) des zweiten Einspritzventils (12) ein gemeinsamer Raum (11) ausgebildet ist, von welchem die zu den zum Einspritzen des weiteren Stoffs dienenden Einspritz­ düsen (9) führenden Versorgungskanäle (13) ausgehen.

9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Brennraum eingespritzte weitere Stoff Wasser ist.