EP3857046A1 - Injector and method for injecting fuel and an additional fluid, and use of the injector - Google Patents

Injector and method for injecting fuel and an additional fluid, and use of the injector

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EP3857046A1
EP3857046A1 EP19816195.2A EP19816195A EP3857046A1 EP 3857046 A1 EP3857046 A1 EP 3857046A1 EP 19816195 A EP19816195 A EP 19816195A EP 3857046 A1 EP3857046 A1 EP 3857046A1
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EP
European Patent Office
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injector
nozzle needle
solenoid valve
fuel
combustion chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19816195.2A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Herrmann Rottengruber
Johannes Oder
Thilo Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Original Assignee
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
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Filing date
Publication date
Application filed by Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg filed Critical Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an injector for injecting fuel and an additional liquid into a combustion chamber of an internal combustion engine, the injector having a first solenoid valve with a first nozzle needle.
  • the invention also relates to a method for injecting fuel and an additional liquid into a combustion chamber of an internal combustion engine, in which a first solenoid valve with a first nozzle needle for injecting a liquid or a mixture into the combustion chamber is provided.
  • the invention also relates to a use of the injector for generating an insulating vapor layer in a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • This full-load enrichment is used, for example, to protect components during full-load operation of an internal combustion engine.
  • the additional injected fuel increases the heat capacity of the fuel-air mixture that forms in the combustion chamber.
  • the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine drops and the individual components or assemblies of the internal combustion engine are protected.
  • the fuel additionally injected for this has disadvantages with regard to the consumption and the emissions of the internal combustion engine. Since full-load enrichment, for example for full-load operation, has a negative influence on the has to comply with emission values, developers strive to find other measures to lower the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a charge stratification denotes the locally different distribution or composition of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • stratified charge it is provided that, for example, an ignitable fuel-air mixture is located in a region of a spark plug, while the rest of the combustion chamber is filled with a lean and thus difficult to ignite mixture .
  • the water is more or less homogeneously distributed in the air and therefore also in the combustion chamber of the cylinder.
  • it is very difficult to precisely meter the amount of water from stroke to stroke of the internal combustion engine.
  • Injectors or injection valves are known from the prior art, which precisely inject the amount of fuel, for example calculated by a control unit, in different operating states of an internal combustion engine.
  • Such injectors are actuated electromagnetically, for example.
  • a control unit calculates and controls the electrical impulses for opening and closing the injectors based on current sensor data of the operating state of the internal combustion engine and stored algorithms.
  • Such injectors have a valve body in which a so-called solenoid valve, consisting of a magnet winding or solenoid coil, a guide for a nozzle needle and a nozzle needle is arranged. If a voltage is applied to the magnetic winding, the nozzle needle lifts up from its valve seat and opens a precision hole.
  • the fuel for example under pressure, can be injected through the precision bore into the combustion chamber of an internal combustion engine, whereby it is distributed in the combustion chamber depending on the geometry of the precision bore. If no voltage is applied, the nozzle needle is pressed onto the valve seat by a spring and closes the precision bore. This means that no fuel is injected.
  • the flow rate of the fuel is precisely defined by the precision bore and the current pressure conditions and can therefore be controlled very precisely by influencing the opening time of the injector by the control unit.
  • Such injectors can be switched very quickly and precisely and thus enable a precise injection of fuels or additional liquids. It is known from the prior art to arrange such injectors or injection valves, also referred to as injection nozzles, both in the intake tract and directly in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the object is to provide an injection device by means of which the known expense of an additional cam is eliminated, the metering of the fuel injection quantity being able to be controlled much more universally and as a function of diverse parameters.
  • the aim is to continue to control the metering of the additional liquid equally by means of a solenoid valve and to take several parameters into account.
  • a high-pressure feed pump is provided as the high-pressure fuel source, which supplies a high-pressure accumulator in which a specific pressure is set and from which the one for fuel injection certain fuel, controlled by the control valve associated with each injector, is withdrawn.
  • a high-pressure accumulator is provided and the injection pressure is therefore advantageously available at a fixed level at all times.
  • the metering device which has an electromagnetic valve, can be used to carry out an injection which is precisely controlled in terms of quantity and injection time.
  • DE 197 47 268 A1 discloses a two-component nozzle for injecting fuel and an additional liquid into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • fuel and additional liquid are mixed, that is to say generally diesel and water, which can take place in the building sections before and after the injection nozzles.
  • the injection can in principle only ever take place in layers, that is to say, for example, fuel and additional liquid cannot be injected in parallel.
  • a nozzle body which has at least one inlet hole for the supply of fuel under high pressure into the two-substance nozzle and nozzle holes for injecting the fuel from the two-substance nozzle into the combustion chamber, with a jacket around the nozzle body, is preferably made of metal, which surrounds at least one cavity adjacent to the outside of the nozzle body, in particular around the nozzle body, for receiving additional liquid, and wherein a supply line for supplying pressurized additional liquid into the cavity as well as one or several injection nozzles are provided for injecting additional liquid from the cavity into the combustion chamber.
  • the two fluids can meet at most in the combustion chamber of the internal combustion engine equipped with the two-substance nozzle according to the invention.
  • a disadvantage of the prior art is that two injectors, which can also be combined to form a structural unit, are often required for injecting a fuel and an additional liquid.
  • the construction and control of such injectors are sometimes very complex.
  • the mixture formation in the combustion chamber of the internal combustion engine can also be controlled only inadequately.
  • the object of the invention is now to provide an injector for injecting fuel and an additional liquid, which has a space-saving, simple construction and with which a precise injection of a fuel and an additional liquid into the combustion chamber of an internal combustion engine can take place.
  • the invention provides that the injector according to the invention, in contrast to conventional electromagnetic injectors from the prior art, is not equipped with a solenoid valve but with two solenoid valves. It is provided that a first solenoid valve is provided for the injection or metering of an additional liquid, such as water, while a second solenoid valve is provided for the injection or metering of a fuel.
  • the first and the second solenoid valve each have at least the components of the solenoid coil, guide for a nozzle needle and a nozzle needle.
  • the injector according to the invention thus contains two independently controllable fluid paths.
  • the injector is provided with a first connection for supplying an additional liquid in a region of its longitudinal axis.
  • the injector is designed with a second connection for supplying a fuel in a lateral area of the injector.
  • This second connection can be attached, for example, in a central region of the outer wall of the injector, wherein the second connection can be arranged at an angle to the longitudinal axis.
  • Such an angle can Range between 15 ° and 75 ° to the longitudinal axis of the injector, preferably at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the injector.
  • a first nozzle needle can be opened, through which an additional liquid, such as water, can flow.
  • an additional liquid such as water
  • the first nozzle needle is pressed by means of a first spring with its, for example, conical tip against a likewise conically ending water chamber which is connected to the first connection and is closed in this way.
  • This first nozzle needle is aligned along a longitudinal axis of the injector.
  • a second nozzle needle of a second solenoid valve is also arranged aligned on the longitudinal axis of the injector, the second nozzle needle being placed between the first nozzle needle and the combustion chamber in the injector.
  • the second nozzle needle has a longitudinal bore, for example centrally located on the longitudinal axis, through which the additional liquid, such as water, for example, which flows out of the first solenoid valve, can flow and thus enter the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the first solenoid valve for example independently of the mode of operation of the second solenoid valve, can inject an additional liquid, such as water, in a metered manner into the combustion chamber.
  • a fuel can flow into the fuel chamber of the injector, which is closed by the second nozzle needle, via the second connection.
  • Such chambers for storing fuel or an additional liquid offer the advantage of compensating for pressure fluctuations.
  • the second nozzle needle By actuating the second solenoid of the second solenoid valve, the second nozzle needle is opened and fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine from the fuel chamber of the injector via the nozzle at the tip of the second nozzle needle. Without this electrical control, the second nozzle needle of the second magnetic valve is pressed by a second spring with its, for example, conical tip against a fuel outlet nozzle of the injector, which also ends in a conical shape, and is closed in this way.
  • the first nozzle needle has to move in the direction of the combustion chamber to open the opening for injecting an additional liquid, while the second nozzle needle has to move in the direction of the combustion chamber to open the opening for injecting fuel into the combustion chamber .
  • a housing of the injector is constructed in three parts and is joined together by means of a first and a second union nut and fixed in a mechanically stable manner.
  • a positioning bolt ensures that the fuel holes in the lower and middle housing are axially aligned with each other.
  • the first and second springs produce a restoring force, by means of which the first and second nozzle needles are pressed back into their respective starting positions after the magnetic forces of the first and second magnetic coils have been withdrawn.
  • a stuffing box is also provided, on which the first spring is supported in order to realize its function, since this first spring is arranged in an inflow channel between the first nozzle needle and the first connection.
  • the lower second nozzle needle is also envisaged to manufacture the lower second nozzle needle from several parts in order to ensure simple assembly of the injector.
  • the second nozzle needle can have a thread onto which an anchor can be screwed.
  • the position of this anchor can be secured, for example, by means of a lock nut or an alternative securing element.
  • the injector according to the invention enables a fuel and an additional liquid, such as water, to be injected independently of one another.
  • a control unit and known system me can be provided for the supply of a fuel or an additional liquid.
  • the fuel and the additional liquid can be supplied with pressure to the injector.
  • the injector according to the invention is advantageously used to generate a locally different composition of the fuel-air mixture, that is to say, for example, charge stratification, in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a water injection is carried out upstream of the fuel injection, which is carried out by means of the second solenoid valve, and is carried out by means of the first solenoid valve.
  • Evaporation of the injected water allows an insulating vapor layer to be formed which surrounds or envelops the subsequently injected fuel and thus the fuel-air mixture.
  • the insulating vapor layer forms an insulation layer to the cylinder wall and the piston. This results in a reduction in the heat loss through the cylinder walls.
  • FIG. 3 shows a representation of a plurality of injection phases which can be handled by means of the injector according to the invention in an internal combustion engine with an upstream water injection and
  • FIG 1 shows an injector 1 according to the invention for injecting fuel and an additional liquid.
  • Water is described below as an example of such an additional liquid.
  • the invention provides that the injector 1 according to the invention comprises a first solenoid valve 2 and a second solenoid valve 3.
  • the first solenoid valve 2 is used for injection or metering of the set liquid water, which is fed to the injector 1 via the first connection 4.
  • the second solenoid valve 3 is provided for injecting or metering a fuel which is fed to the injector 1 via a second connection 5. Both the fuel and the additional liquid can be supplied to the injector 1 with a corresponding pressure.
  • the first solenoid valve 2 has a first solenoid coil 6 and a first nozzle needle 7, the first nozzle needle 7 being guided and mounted in a corresponding guide within the injector 1.
  • the second solenoid valve 3 has a second solenoid coil 8 and a second nozzle needle 9, the second nozzle needle 9 likewise being guided and mounted in a corresponding guide inside the injector 1.
  • the injector 1 thus has two fluid paths which can be controlled independently of one another.
  • both a fuel and an additional liquid water can be metered in independently of one another and injected or timed into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the first connection 4 for supplying an additional liquid is arranged, for example, in a region of the longitudinal axis 10 of the injector 1. This is provided for the end of the injector, which faces away from the combustion chamber (not shown) when the injector 1 is in operation.
  • the injector 1 is designed with a second connection 5 for supplying a fuel in a lateral region of the injector 1.
  • This second connection 5 can be attached, for example, in a central region of the outer wall of the injector 1, wherein the second connection 5 can be arranged at an angle to the longitudinal axis.
  • An exemplary arrangement of the second connection 5 is shown in FIG. 1.
  • Such an angle can be in the range between 15 ° and 75 ° to the longitudinal axis 10 of the injector 1, preferably at an angle of 45 ° to the longitudinal axis 10 of the injector 1.
  • the first nozzle needle 7, through which the additional liquid water flows, can be opened by actuating the first solenoid 6 of the first solenoid valve 2. Without this electrical control, the first nozzle needle 7 is pressed by a first spring 11 with its, for example, conical tip against a likewise conically ending water chamber 12, which is connected to the first connection 4, and is closed in this way.
  • This first nozzle needle 7 is arranged aligned along a longitudinal axis 10 of the injector.
  • the second nozzle needle 9 of the second solenoid valve 3 is also arranged aligned on the longitudinal axis 10 of the injector 1, the second nozzle needle 9 being arranged in the region of the longitudinal axis 10 between the first nozzle needle 7 and the combustion chamber in the injector 1 is.
  • the second nozzle needle 9 has a longitudinal bore arranged, for example, in the center and along the longitudinal axis 10. This longitudinal bore enables the additional liquid emerging from the first solenoid valve 2 to get into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the first solenoid valve 2 can inject an additional liquid such as water in a metered manner into the combustion chamber, regardless of the mode of operation of the second solenoid valve 3.
  • An additional liquid is introduced into an additional liquid chamber 12 inside the injector 1 via the first connection 4.
  • This chamber 12 is closed by the first nozzle needle 7.
  • a pressurized fuel is introduced into a fuel chamber 13 of the injector 1, which is closed by the second nozzle needle 9.
  • Chambers 12 and 13 of this type for storing fuel or an additional liquid offer the advantage of compensating for pressure fluctuations which can occur while the internal combustion engine is in operation.
  • the second nozzle needle 9 is opened and fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine from the fuel chamber 13 of the injector 1 via the nozzle 14 at the tip of the second nozzle needle 9.
  • the second nozzle needle 9 of the second solenoid valve 3 is pressed by means of a second spring 15 with its, for example, conical tip against a likewise conically ending fuel outlet nozzle 14 of the injector 1 and closed in this way.
  • the first nozzle needle 7 has to move in the direction away from the combustion chamber in order to open the opening for injecting an additional liquid, as is the case with the arrow shown in the first nozzle needle 7 in FIG 1 is shown.
  • the second nozzle needle 9 has to move towards the combustion chamber in order to open the opening for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine, as is the case with the arrow shown in the second nozzle needle 9 in FIG Fig. 1 is shown.
  • the housing of the injector 1 can, for example, be constructed in three parts from three housing parts and, when put together, produce a cylindrical body with a base body 18. To fix the three housing parts of the injector to one another, it is provided that a first union nut 16 and a second union nut 17 are arranged at the ends of the injector 1. Such a construction enables simple assembly of the injector 1 and good mechanical stability.
  • the first spring 11 and the second spring 15 each bring about a corresponding restoring force, by means of which the first nozzle needle 7 and the second nozzle needle 9 come back in after the magnetic forces of the first magnet coil 6 and the second magnet coil 8 have been withdrawn their respective starting positions are pressed.
  • a stuffing box 20 is provided, on which the first spring 11 is supported in order to fulfill its function. This is necessary because this first spring 11 is arranged in an inflow channel between the first connection 4 and the first nozzle needle 7 or the additional liquid chamber 12.
  • the lower, second nozzle needle 9 is composed of several parts.
  • the second nozzle needle 9 can, for example, have a thread onto which an anchor can be screwed.
  • the position of this anchor can be secured, for example, by means of a lock nut or an alternative securing element.
  • the injector 1 has a first holder 21, which receives the first solenoid coil 6 and a functionally associated first iron ring 22.
  • the holder 21 also has an electrical connection for connecting the first solenoid 6, for example, to a control unit (not shown).
  • the injector 1 has a second holder 23 which receives the second solenoid coil 8 and a functionally associated second iron ring 24.
  • the second holder 23 also has an electrical connection for connecting the second solenoid 8 to the control unit.
  • Corresponding seals 25 and 26 are provided for sealing the supply lines (not shown) for the first connection 4 and for the second connection 5.
  • the injector 1 enables an independent injection of a fuel and an additional liquid, such as water.
  • a control unit and known systems for supplying a fuel or an additional liquid can be provided to control the injector 1.
  • the fuel and the additional liquid can be supplied with pressure to the injector 1.
  • 2 shows a view of a plurality of outlet openings 27 in the second nozzle needle 9 of the injector 1 according to the invention.
  • the second nozzle needle 9, which has a centrally arranged longitudinal bore, can be designed with a completely continuous longitudinal bore.
  • the second nozzle needle 9 is not designed to end with a central longitudinal bore at its end pointing into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the end of the second nozzle needle 9 can have a plurality of outlet openings 29 which are not arranged in the region of the longitudinal axis 10. These outlet openings 29 can have a smaller diameter than the longitudinal bore and can be arranged, for example, on a circular path around the longitudinal axis 10.
  • the longitudinal bore is designed as a counterbore, which is connected to six outlet openings 29.
  • These six outlet openings 29 can be arranged at the end of the second nozzle needle 9 such that their respective longitudinal axes intersect with the longitudinal axis 10 of the second nozzle needle 9.
  • the respective longitudinal axes of the six outlet openings 29 are thus at an angle to the longitudinal axis 10, which can be, for example, between 15 ° and 55 °.
  • the design of the end of the second nozzle needle 9 is shown here by way of example and does not represent any restriction to this design.
  • FIG. 3 shows a representation of a plurality of injection phases that can be handled by the injector 1 according to the invention in an internal combustion engine with an upstream water injection.
  • the diagram shows an example of the distance between the piston and top dead center as a function of the angle of the crankshaft.
  • an additional liquid such as water
  • a combustion chamber which can be implemented by the first solenoid valve 2 of the injector 1 according to the invention.
  • a first injection of a fuel in the range between 330 ° and 270 ° and a second injection in a range between 270 ° and 210 ° which can be implemented by the second solenoid valve 3 of the injector 1 according to the invention.
  • This example only serves to illustrate the effort for determining optimal parameter combinations, in which three injection times with their respective mass fractions and pressures have to be coordinated with one another, and the possible uses of the injector 1 according to the invention. It is also envisaged that the injector according to the invention is advantageously used to generate a locally different composition of the fuel-air mixture, that is to say charge stratification, in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the state of the art and source is herewith stated “Upstream fuel quantity with stratified diesel-water injection”, MTZ 01/2007, year 68, Vieweg Verlag.
  • a water injection upstream of the fuel injection can take place, as shown in FIG. 4a.
  • This water injection is carried out using the first solenoid valve 2.
  • An insulating vapor layer is formed by evaporating the injected water into the hot combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the fuel is subsequently injected by means of the second solenoid valve 3.
  • the resulting air-fuel mixture is now surrounded or enveloped by the insulating vapor layer.
  • the formation of the desired vapor layer around the fuel-air mixture in an intake phase is shown in FIG. 4b.

Abstract

The problem addressed by the the invention, which relates to an injector (1), to a method for injecting fuel and an additional fluid, and to a use of the injector (1), is that of providing an injector (1) that has a space-saving simple construction, and by means of which a precise injection of a fuel and an additional fluid into the combustion chamber of an internal combustion engine can take place. This problem is solved by the arrangement in that a second solenoid valve (3) having a second nozzle needle (9) is arranged in the injector (1), and in that the first nozzle needle (7) of the first solenoid valve (2) and the second nozzle needle (9) of the second solenoid valve (3) are arranged one behind the other on a longitudinal axis (10) of the injector (1). The problem is solved by the method in that a second solenoid valve (3) having a second nozzle needle (9) is provided in the injector (1), in that the first nozzle needle (7) of the first solenoid valve (2) and the second nozzle needle (9) of the second solenoid valve (3) are provided one behind the other on a longitudinal axis (10) of the injector (1), and in that the nozzle needles (7, 9) can be controlled independently of one another.

Description

Injektor und Verfahren zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit sowie Verwendung des Injektors  Injector and method for injecting fuel and an additional liquid and use of the injector
Die Erfindung betrifft einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zu- satzflüssigkeit in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei der Injektor ein erstes Magnetventil mit einer ersten Düsennadel aufweist. The invention relates to an injector for injecting fuel and an additional liquid into a combustion chamber of an internal combustion engine, the injector having a first solenoid valve with a first nozzle needle.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, bei welchem ein erstes Magnetventil mit einer ersten Düsennadel zur Einspritzung einer Flüssigkeit oder eines Gemischs in den Brennraum bereitgestellt wird. The invention also relates to a method for injecting fuel and an additional liquid into a combustion chamber of an internal combustion engine, in which a first solenoid valve with a first nozzle needle for injecting a liquid or a mixture into the combustion chamber is provided.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung des Injektors zur Erzeugung einer isolierenden Dampfschicht in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine. The invention also relates to a use of the injector for generating an insulating vapor layer in a combustion chamber of an internal combustion engine.
Durch immer höhere spezifische Leistungen sind Verbrennungsmotoren bzw. Brennkraftmaschinen immer stärkeren thermischen Belastungen ausgesetzt. Bekannt ist es, dass bei Brennkraftmaschinen in Betriebszuständen mit hoher Last, beispielsweise zum Erzeugen der maximalen Motorleistung oder des maxi- malen Drehmoments, eine sogenannte Volllastanreicherung bzw. Volllastanfettung vorgenommen wird. In diesem Fall wird der Verbrennungsluft mehr Kraftstoff zu- gegeben, als mit der in der Luft vorhandenen Menge von Sauerstoff vollständig im Brennraum der Brennkraftmaschine verbrannt werden kann. Due to ever higher specific outputs, internal combustion engines or internal combustion engines are exposed to ever greater thermal loads. It is known that so-called full-load enrichment or full-load enrichment is carried out in internal combustion engines in operating states with a high load, for example to generate the maximum engine power or the maximum torque. In this case, more fuel is added to the combustion air than can be burned completely in the combustion chamber of the internal combustion engine with the amount of oxygen present in the air.
Diese Volllastanfettung wird beispielsweise zum Bauteilschutz während des Voll- lastbetriebs einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Durch den zusätzlichen einge- spritzten Kraftstoff wird die Wärmekapazität des sich im Brennraum bildenden Kraftstoff-Luft-Gemischs erhöht. Infolge dessen sinkt die Temperatur im Brenn- raum der Brennkraftmaschine ab und die einzelnen Bauteile bzw. Baugruppen der Brennkraftmaschine werden geschont. This full-load enrichment is used, for example, to protect components during full-load operation of an internal combustion engine. The additional injected fuel increases the heat capacity of the fuel-air mixture that forms in the combustion chamber. As a result, the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine drops and the individual components or assemblies of the internal combustion engine are protected.
Der hierfür zusätzlich eingespritzte Kraftstoff hat jedoch Nachteile in Hinsicht auf den Verbrauch und den Emissionsausstoß der Brennkraftmaschine. Da die Vollla- stanfettung, beispielsweise für den Volllastbetrieb, einen negativen Einfluss auf die einzuhaltenden Emissionswerte hat, sind Entwickler bestrebt, andere Maßnahmen zur Absenkung der Temperatur im Brennraum der Brennkraftmaschine zu finden. However, the fuel additionally injected for this has disadvantages with regard to the consumption and the emissions of the internal combustion engine. Since full-load enrichment, for example for full-load operation, has a negative influence on the has to comply with emission values, developers strive to find other measures to lower the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine.
Eine der hierfür geeigneten Maßnahmen ist das Einbringen bzw. Einspritzen von Zusatzflüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Derartige Einspritzungen von Zusatzflüssigkeiten bzw. eine Was- sereinspritzung ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt. One of the measures suitable for this is the introduction or injection of additional liquids, such as water, into the combustion chamber of an internal combustion engine. Such injections of additional liquids or a water injection is already known from the prior art.
In diesem Zusammenhang sind auch aktuelle Entwicklungen bekannt, bei welchen Wasser in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Anschließend wird das derart gebildete Wasser-Luft-Gemisch durch den Kolben angesaugt und gelangt somit in den Brennraum der Brennkraftmaschine. In this context, current developments are known in which water is injected into an intake manifold of an internal combustion engine. The water-air mixture formed in this way is then sucked in through the piston and thus reaches the combustion chamber of the internal combustion engine.
Eine derartige Saugrohreinspritzung bietet aber einige Nachteile hinsichtlich einer sogenannten Ladungsschichtung. However, such an intake manifold injection has some disadvantages with regard to a so-called charge stratification.
Unter einer Ladungsschichtung wird die örtlich unterschiedliche Verteilung bzw. Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum der Brennkraftma- schine bezeichnet. Bei dieser Methode, welche auch als Schichtladung bezeichnet wird, ist es vorgesehen, dass sich beispielsweise in einem Bereich einer Zündker- ze ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch befindet, während der übrige Brenn- raum mit einem mageren und somit schwer zündfähigen Gemisch befüllt ist. A charge stratification denotes the locally different distribution or composition of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine. In this method, which is also referred to as stratified charge, it is provided that, for example, an ignitable fuel-air mixture is located in a region of a spark plug, while the rest of the combustion chamber is filled with a lean and thus difficult to ignite mixture .
Einerseits ist das Wasser mehr oder weniger homogen in der Luft und damit auch im Brennraum des Zylinders verteilt. Zum anderen ist eine genaue Dosierung der Wassermenge von Hub zu Hub der Brennkraftmaschine sehr schwierig. On the one hand, the water is more or less homogeneously distributed in the air and therefore also in the combustion chamber of the cylinder. On the other hand, it is very difficult to precisely meter the amount of water from stroke to stroke of the internal combustion engine.
Aus dem Stand der Technik sind Injektoren bzw. Einspritzventile bekannt, welche bei verschiedenen Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine die beispielswei- se von einem Steuergerät berechnete Kraftstoffmenge exakt einspritzen. Injectors or injection valves are known from the prior art, which precisely inject the amount of fuel, for example calculated by a control unit, in different operating states of an internal combustion engine.
Derartige Injektoren werden beispielsweise elektromagnetisch betätigt. Ein Steuergerät errechnet und steuert die elektrischen Impulse zum Öffnen und Schließen der Injektoren anhand von aktuellen Sensordaten des Betriebszustands der Brennkraftmaschine sowie hinterlegten Algorithmen. Derartige Injektoren weisen einen Ventilkörper auf, in welchem ein sogenanntes Magnetventil, bestehend aus einer Magnetwicklung bzw. Magnetspule, einer Führung für eine Düsennadel und einer Düsennadel, angeordnet ist. Wird die Magnetwicklung mit einer Spannung beaufschlagt, hebt sich die Düsennadel von ihrem Ventilsitz ab und gibt eine Prä- zisionsbohrung frei. In diesem Fall kann der beispielsweise unter Druck stehende Kraftstoff durch die Präzisionsbohrung in den Brennraum einer Brennkraftmaschi- ne eingespritzt werden, wobei er sich in Abhängigkeit der Geometrie der Präzisi- onsbohrung im Brennraum verteilt. Ohne eine angelegte Spannung wird die Dü- sennadel durch eine Feder auf den Ventilsitz gedrückt und verschließt die Präzisi- onsbohrung. Somit wird kein Kraftstoff eingespritzt. Such injectors are actuated electromagnetically, for example. A control unit calculates and controls the electrical impulses for opening and closing the injectors based on current sensor data of the operating state of the internal combustion engine and stored algorithms. Such injectors have a valve body in which a so-called solenoid valve, consisting of a magnet winding or solenoid coil, a guide for a nozzle needle and a nozzle needle is arranged. If a voltage is applied to the magnetic winding, the nozzle needle lifts up from its valve seat and opens a precision hole. In this case, the fuel, for example under pressure, can be injected through the precision bore into the combustion chamber of an internal combustion engine, whereby it is distributed in the combustion chamber depending on the geometry of the precision bore. If no voltage is applied, the nozzle needle is pressed onto the valve seat by a spring and closes the precision bore. This means that no fuel is injected.
Die Durchflussmenge des Kraftstoffs ist bei einem geöffneten Injektor durch die Präzisionsbohrung und die aktuellen Druckverhältnisse genau definiert und kann somit durch eine Beeinflussung der Öffnungszeit des Injektors durch das Steuer- gerät sehr exakt gesteuert werden. Derartige Injektoren können sehr schnell und genau geschaltet werden und ermöglichen somit eine präzise Einspritzung von Kraftstoffen oder Zusatzflüssigkeiten. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, derartige Injektoren bzw. Einspritzventile, auch als Einspritzdüse bezeichnet, sowohl in den Ansaugtrakt als auch direkt im Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine anzuordnen. When the injector is open, the flow rate of the fuel is precisely defined by the precision bore and the current pressure conditions and can therefore be controlled very precisely by influencing the opening time of the injector by the control unit. Such injectors can be switched very quickly and precisely and thus enable a precise injection of fuels or additional liquids. It is known from the prior art to arrange such injectors or injection valves, also referred to as injection nozzles, both in the intake tract and directly in the combustion chamber of the internal combustion engine.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anordnungen und Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoffen oder Kraftstoffen und Zusatzflüssigkeiten mittels Injek- toren oder Einspritzventilen bekannt. Various arrangements and methods for injecting fuels or fuels and additional liquids by means of injectors or injectors are known from the prior art.
Aus der DE 196 25 698 A1 ist eine Einspritzeinrichtung zum kombinierten Ein- spritzen von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit bekannt. Als eine derartige Zu- satzflüssigkeit ist insbesondere Wasser vorgesehen. From DE 196 25 698 A1 an injection device for the combined injection of fuel and an additional liquid is known. In particular, water is provided as such an additional liquid.
Die Aufgabe besteht darin, eine Einspritzeinrichtung anzugeben, mittels welcher der bekannte Aufwand eines Zusatznockens entfällt, wobei die Dosierung der Kraftstoffeinspritzmenge wesentlich universaler und in Abhängigkeit von vielfälti gen Parametern gesteuert werden kann. Außerdem soll es erreicht werden, dass weiterhin die Dosierung der Zusatzflüssigkeit gleicherweise mittels eines Magnetventils gesteuert wird und mehrere Parameter berücksichtigen kann. Zur Lösung ist es bei einer derartigen Einspritzeinrichtung mit einem Einspritzven- til bzw. Injektor vorgesehen, dass als Kraftstoffhochdruckquelle eine Hochdruck- förderpumpe vorgesehen ist, die einen Hochdruckspeicher versorgt, in dem ein bestimmter Druck eingestellt wird und aus dem jeweils der für die Kraftstoffein- spritzung bestimmte Kraftstoff, gesteuert durch das einem jeden Einspritzventil zugeordnete Steuerventil, entnommen wird. The object is to provide an injection device by means of which the known expense of an additional cam is eliminated, the metering of the fuel injection quantity being able to be controlled much more universally and as a function of diverse parameters. In addition, the aim is to continue to control the metering of the additional liquid equally by means of a solenoid valve and to take several parameters into account. To solve this problem, it is provided in such an injection device with an injection valve or injector that a high-pressure feed pump is provided as the high-pressure fuel source, which supplies a high-pressure accumulator in which a specific pressure is set and from which the one for fuel injection certain fuel, controlled by the control valve associated with each injector, is withdrawn.
Als besonders vorteilhaft beschrieben ist, dass die Förderung der Zusatzflüssigkeit nicht mehr von den Arbeitstakten eines einzelnen Pumpenkolbens abhängig ist wie beim Stand der Technik, sondern mittels des elektrisch gesteuerten Ventils und dem immer zur Verfügung stehenden Kraftstoffhochdruck für den erforderli- chen Zeitpunkt in dem Kraftstoffeinspritzventil vorgelagert werden kann. It is described as particularly advantageous that the delivery of the additional liquid is no longer dependent on the work cycles of an individual pump piston, as in the prior art, but upstream in the fuel injection valve for the required time by means of the electrically controlled valve and the always available high fuel pressure can be.
Offenbart ist auch, dass ein Hochdruckspeicher vorgesehen ist und somit vorteil- haft der Einspritzdruck jederzeit in festgelegter Höhe zur Verfügung steht. Außer- dem kann mittels der ein Elektromagnetventil aufweisenden Zumesseinrichtung eine exakt in Menge und Einspritzzeitpunkt gesteuerte Einspritzung erfolgen. It is also disclosed that a high-pressure accumulator is provided and the injection pressure is therefore advantageously available at a fixed level at all times. In addition, the metering device, which has an electromagnetic valve, can be used to carry out an injection which is precisely controlled in terms of quantity and injection time.
In der DE 197 46 489 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftma- schine beschrieben, mittels derer der Nachteil bekannter Kraftstoffeinspritzanla- gen, welcher darin besteht, dass für jeden einzelnen Injektor zur Mengendosie- rung der Zusatzflüssigkeit ein aufwendiges und relativ teures 3/2-Wegeventil so- wie für die Steuerung der Dieseleinspritzmenge ein weiteres 3/2-Wegeventil benö- tigt wird, soll überwunden werden. DE 197 46 489 A1 describes a fuel injection system for an internal combustion engine, by means of which the disadvantage of known fuel injection systems, which consists in the fact that for each individual injector for metering the quantity of additional liquid, a complex and relatively expensive 3/2 Directional control valve and another 3/2-way valve required to control the diesel injection quantity should be overcome.
Hierfür ist vorgesehen, dass ein erstes 2/2-Wegeventil in der Einspritzleitung zwi- schen dem Common-Rail-Druckspeicher und dem Druckraum und ein zweites 2/2- Wegeventil, dessen Eingang über eine Zufuhrleitung mit der Einspritzleitung an einer Stelle zwischen dem ersten 2/2-Wegeventil und dem Druckraum und dessen Ausgang über eine Abfuhrleitung mit der Kraftstoff-Niederdruckseite verbunden ist, angeordnet sind. For this purpose, it is provided that a first 2/2-way valve in the injection line between the common rail pressure accumulator and the pressure chamber and a second 2/2-way valve, the input of which via a supply line to the injection line at a point between the first 2/2-way valve and the pressure chamber and its outlet is connected to the fuel low-pressure side via a discharge line.
Aus der DE 197 47 268 A1 ist eine Zweistoffdüse zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine be- kannt. Die zu überwindenden Nachteile des bekannten Standes der Technik bestehen darin, dass es bei bekannten Zweistoffdüsen bzw. Injektoren zu einer Vermischung von Kraftstoff und Zusatzflüssigkeit kommt, also in der Regel von Diesel mit Wasser, was in den Bautrakten vor und nach den Einspritzdüsen erfolgen kann. Außerdem kann die Einspritzung prinzipiell immer nur schichtweise erfolgen, also beispielsweise können Kraftstoff und Zusatzflüssigkeit nicht parallel einge- spritzt werden. DE 197 47 268 A1 discloses a two-component nozzle for injecting fuel and an additional liquid into a combustion chamber of an internal combustion engine. The disadvantages of the known prior art to be overcome are that in known two-substance nozzles or injectors, fuel and additional liquid are mixed, that is to say generally diesel and water, which can take place in the building sections before and after the injection nozzles. In addition, the injection can in principle only ever take place in layers, that is to say, for example, fuel and additional liquid cannot be injected in parallel.
Zur Überwindung dieser Nachteile wird ein Düsenkörper angegeben, welcher min- destens eine Zulaufbohrung für die Zufuhr von unter Hochdruck stehendem Kraft- stoff in die Zweistoffdüse sowie Düsenbohrungen zum Einspritzen des Kraftstoffes aus der Zweistoffdüse in die Brennkammer aufweist, wobei um den Düsenkörper herum ein Mantel, vorzugsweise aus Metall, angeordnet ist, der mindestens einen an die Außenseite des Düsenköpers angrenzenden, insbesondere um den Dü- senkörper herumverlaufenden Hohlraum zur Aufnahme von Zusatzflüssigkeit um schließt, und wobei eine Zufuhrleitung für die Zufuhr von unter Druck stehender Zusatzflüssigkeit in den Hohlraum sowie eine oder mehrere Einspritzdüsen zum Einspritzen von Zusatzflüssigkeit aus dem Hohlraum in die Brennkammer vorge- sehen sind. To overcome these disadvantages, a nozzle body is specified which has at least one inlet hole for the supply of fuel under high pressure into the two-substance nozzle and nozzle holes for injecting the fuel from the two-substance nozzle into the combustion chamber, with a jacket around the nozzle body, is preferably made of metal, which surrounds at least one cavity adjacent to the outside of the nozzle body, in particular around the nozzle body, for receiving additional liquid, and wherein a supply line for supplying pressurized additional liquid into the cavity as well as one or several injection nozzles are provided for injecting additional liquid from the cavity into the combustion chamber.
Damit ist eine Vermischung von Kraftstoff mit Zusatzflüssigkeit vor dem eigentli- chen Einspritzen ausgeschlossen. Die beiden Fluide können sich höchstens im Brennraum der mit der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse ausgerüsteten Brenn- kraftmaschine treffen. Mixing of fuel with additional liquid before the actual injection is thus excluded. The two fluids can meet at most in the combustion chamber of the internal combustion engine equipped with the two-substance nozzle according to the invention.
Ein Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass zur Einspritzung eines Kraftstoffs und einer Zusatzflüssigkeit oft zwei Injektoren, welche auch zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sein können, benötigt werden. Außerdem sind der Aufbau und die Steuerung derartiger Injektoren teilweise sehr aufwendig. Auch kann die Gemischbildung im Brennraum der Brennkraftmaschine nur unzu- reichend gesteuert werden. A disadvantage of the prior art is that two injectors, which can also be combined to form a structural unit, are often required for injecting a fuel and an additional liquid. In addition, the construction and control of such injectors are sometimes very complex. The mixture formation in the combustion chamber of the internal combustion engine can also be controlled only inadequately.
Somit besteht ein Bedarf an einem verbesserten, robusten und kostengünstig herzustellenden Injektor, welcher die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit anzugeben, welcher einen platzsparen- den einfachen Aufbau aufweist und mit welchem eine präzise Einspritzung eines Kraftstoffs und einer Zusatzflüssigkeit in den Brennraum einer Brennkraftmaschine erfolgen kann. There is therefore a need for an improved, robust and inexpensive to manufacture injector which overcomes the disadvantages of the prior art. The object of the invention is now to provide an injector for injecting fuel and an additional liquid, which has a space-saving, simple construction and with which a precise injection of a fuel and an additional liquid into the combustion chamber of an internal combustion engine can take place.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß dem Patent- anspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben. The object is achieved by an arrangement with the features according to patent claim 1 of the independent patent claims. Further developments are specified in the dependent claims 2 to 6.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Pa- tentanspruch 7 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 8 bis 10 angegeben. The object is also achieved by a method with the features according to patent claim 7 of the independent patent claims. Further developments are specified in the dependent claims 8 to 10.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Verwendung des Injektors mit den Merkma- len gemäß dem Patentanspruch 11 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. The object is further achieved by using the injector with the features according to claim 11 of the independent claims.
Die Erfindung sieht vor, dass der erfindungsgemäße Injektor im Gegensatz zu herkömmlichen elektromagnetisch arbeitenden Injektoren aus dem Stand der Technik nicht mit einem Magnetventil, sondern mit zwei Magnetventilen ausgestat- tet ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass ein erstes Magnetventil zur Einspritzung bzw. Dosierung einer Zusatzflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, vorgesehen ist, während ein zweites Magnetventil zur Einspritzung bzw. Dosierung eines Kraftstoffs vorgesehen ist. Das erste und das zweite Magnetventil weisen jeweils mindestens die Bestandteile Magnetspule, Führung für eine Düsennadel und eine Düsennadel auf. Somit beinhaltet der erfindungsgemäße Injektor zwei unabhängig voneinander steuerbare Fluidpfade. The invention provides that the injector according to the invention, in contrast to conventional electromagnetic injectors from the prior art, is not equipped with a solenoid valve but with two solenoid valves. It is provided that a first solenoid valve is provided for the injection or metering of an additional liquid, such as water, while a second solenoid valve is provided for the injection or metering of a fuel. The first and the second solenoid valve each have at least the components of the solenoid coil, guide for a nozzle needle and a nozzle needle. The injector according to the invention thus contains two independently controllable fluid paths.
Vorgesehen ist es, den Injektor mit einem ersten Anschluss zum Zuführen einer Zusatzflüssigkeit in einem Bereich seiner Längsachse auszuführen. The injector is provided with a first connection for supplying an additional liquid in a region of its longitudinal axis.
Vorgesehen ist es weiterhin, den Injektor mit einem zweiten Anschluss zum Zufüh- ren eines Kraftstoffs in einem seitlichen Bereich des Injektors auszuführen. Dieser zweite Anschluss kann beispielsweise in einem mittigen Bereich der Außenwand des Injektors angebracht sein, wobei der zweite Anschluss in einem Winkel zur Längsachse ausgerichtet angeordnet sein kann. Ein derartiger Winkel kann im Bereich zwischen 15° und 75° zur Längsachse des Injektors, vorzugsweise in ei- nem Winkel von 45° zur Längsachse des Injektors, liegen. It is also provided that the injector is designed with a second connection for supplying a fuel in a lateral area of the injector. This second connection can be attached, for example, in a central region of the outer wall of the injector, wherein the second connection can be arranged at an angle to the longitudinal axis. Such an angle can Range between 15 ° and 75 ° to the longitudinal axis of the injector, preferably at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the injector.
Vorgesehen ist es, dass durch eine Ansteuerung der ersten Magnetspule des er- sten Magnetventils eine erste Düsennadel geöffnet werden kann, durch welche eine Zusatzflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, strömen kann. Ohne diese elektrische Ansteuerung wird die erste Düsennadel, wie aus dem Stand der Tech- nik bekannt, mittels einer ersten Feder mit ihrer beispielsweise kegelförmigen Spitze gegen eine ebenfalls kegelförmig endende Wasserkammer, welche mit dem ersten Anschluss verbunden ist, gedrückt und derart verschlossen. Diese erste Düsennadel ist entlang einer Längsachse des Injektors ausgerichtet ange- ordnet. It is envisaged that by actuating the first solenoid of the first solenoid valve, a first nozzle needle can be opened, through which an additional liquid, such as water, can flow. Without this electrical control, the first nozzle needle, as is known from the prior art, is pressed by means of a first spring with its, for example, conical tip against a likewise conically ending water chamber which is connected to the first connection and is closed in this way. This first nozzle needle is aligned along a longitudinal axis of the injector.
Vorgesehen ist es, dass eine zweite Düsennadel eines zweiten Magnetventils ebenfalls auf der Längsachse des Injektors ausgerichtet angeordnet ist, wobei die zweite Düsennadel zwischen der ersten Düsennadel und dem Brennraum platziert im Injektor angeordnet wird. It is envisaged that a second nozzle needle of a second solenoid valve is also arranged aligned on the longitudinal axis of the injector, the second nozzle needle being placed between the first nozzle needle and the combustion chamber in the injector.
Ebenfalls vorgesehen ist es, dass die zweite Düsennadel eine beispielsweise mit- tig auf der Längsachse angeordnete Längsbohrung aufweist, durch welche die aus dem ersten Magnetventil austretende Zusatzflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, strömen und derart in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gelangen kann. Derart kann das erste Magnetventil, beispielsweise unabhängig von der Funktionsweise des zweiten Magnetventils, eine Zusatzflüssigkeit, wie beispiels- weise Wasser, dosiert in den Brennraum einspritzen. It is also provided that the second nozzle needle has a longitudinal bore, for example centrally located on the longitudinal axis, through which the additional liquid, such as water, for example, which flows out of the first solenoid valve, can flow and thus enter the combustion chamber of the internal combustion engine. In this way, the first solenoid valve, for example independently of the mode of operation of the second solenoid valve, can inject an additional liquid, such as water, in a metered manner into the combustion chamber.
Vorgesehen ist außerdem, dass über den zweiten Anschluss ein Kraftstoff in die Kraftstoffkammer des Injektors, welche von der zweiten Düsennadel verschlossen wird, einströmen kann. Derartige Kammern für eine Bevorratung von Kraftstoff bzw. einer Zusatzflüssigkeit bieten den Vorteil, Druckschwankungen auszuglei- chen. It is also provided that a fuel can flow into the fuel chamber of the injector, which is closed by the second nozzle needle, via the second connection. Such chambers for storing fuel or an additional liquid offer the advantage of compensating for pressure fluctuations.
Durch eine Ansteuerung der zweiten Magnetspule des zweiten Magnetventils wird die zweite Düsennadel geöffnet und Kraftstoff kann aus der Kraftstoffkammer des Injektors über die Düse an der Spitze der zweiten Düsennadel in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Ohne diese elektrische Ansteuerung wird die zweite Düsennadel des zweiten Ma- gnetventils mittels einer zweiten Feder mit ihrer beispielsweise kegelförmigen Spitze gegen eine ebenfalls kegelförmig endende Kraftstoffaustrittsdüse des Injek- tors gedrückt und derart verschlossen. By actuating the second solenoid of the second solenoid valve, the second nozzle needle is opened and fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine from the fuel chamber of the injector via the nozzle at the tip of the second nozzle needle. Without this electrical control, the second nozzle needle of the second magnetic valve is pressed by a second spring with its, for example, conical tip against a fuel outlet nozzle of the injector, which also ends in a conical shape, and is closed in this way.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass sich die erste Düsennadel zum Öffnen der Öffnung für ein Einspritzen einer Zusatzflüssigkeit in Richtung vom Brennraum wegbewegen muss, während sich die zweite Düsennadel zum Öffnen der Öffnung für ein Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum in Richtung zum Brennraums hinbewegen muss. It can be provided that the first nozzle needle has to move in the direction of the combustion chamber to open the opening for injecting an additional liquid, while the second nozzle needle has to move in the direction of the combustion chamber to open the opening for injecting fuel into the combustion chamber .
Vorgesehen sein kann es ebenfalls, dass ein Gehäuse des Injektors dreiteilig auf- gebaut ist und mittels einer ersten und einer zweiten Überwurfmutter zusammen- gefügt und mechanisch stabil fixiert wird. It can also be provided that a housing of the injector is constructed in three parts and is joined together by means of a first and a second union nut and fixed in a mechanically stable manner.
Mittels eines Positionierungsbolzens wird sichergestellt, dass die Kraftstoffbohrun gen im unteren und mittleren Gehäuse axial zueinander ausgerichtet sind. A positioning bolt ensures that the fuel holes in the lower and middle housing are axially aligned with each other.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, bewirken die erste und die zweite Feder eine Rückstellkraft, mittels welcher die erste und die zweite Düsennadel nach Rücknahme der Magnetkräfte der ersten und der zweiten Magnetspule wie- der in ihre jeweilige Ausgangsposition gedrückt werden. Vorgesehen ist auch eine Stopfbuchse, an welcher sich die erste Feder abstützt, um ihre Funktion zu reali- sieren, da diese erste Feder in einem Zuflusskanal zwischen der ersten Düsenna- del und dem ersten Anschluss angeordnet ist. As is known from the prior art, the first and second springs produce a restoring force, by means of which the first and second nozzle needles are pressed back into their respective starting positions after the magnetic forces of the first and second magnetic coils have been withdrawn. A stuffing box is also provided, on which the first spring is supported in order to realize its function, since this first spring is arranged in an inflow channel between the first nozzle needle and the first connection.
Vorgesehen ist es auch, die untere zweite Düsennadel aus mehreren Teilen zu fertigen, um eine einfache Montage des Injektors zu gewährleisten. It is also envisaged to manufacture the lower second nozzle needle from several parts in order to ensure simple assembly of the injector.
Beispielsweise kann die zweite Düsennadel ein Gewinde aufweisen, auf welches ein Anker geschraubt werden kann. Eine Sicherung der Position dieses Ankers kann beispielsweise mittels einer Kontermutter oder einem alternativen Siche- rungselement erfolgen. For example, the second nozzle needle can have a thread onto which an anchor can be screwed. The position of this anchor can be secured, for example, by means of a lock nut or an alternative securing element.
Der erfindungsgemäße Injektor ermöglicht eine voneinander unabhängige Ein- spritzung eines Kraftstoffs und einer Zusatzflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser. Zur Ansteuerung des Injektors können eine Steuereinheit sowie bekannte Syste- me zur Zufuhr eines Kraftstoffs bzw. einer Zusatzflüssigkeit vorgesehen werden. Wie üblich, können der Kraftstoff und die Zusatzflüssigkeit mit einem Druck verse- hen dem Injektor zugeführt werden. The injector according to the invention enables a fuel and an additional liquid, such as water, to be injected independently of one another. To control the injector, a control unit and known system me can be provided for the supply of a fuel or an additional liquid. As usual, the fuel and the additional liquid can be supplied with pressure to the injector.
Vorgesehen ist es auch, dass der erfindungsgemäße Injektor vorteilhaft zur Er- zeugung einer örtlich unterschiedlichen Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft- Gemischs, also beispielsweise einer Ladungsschichtung, im Brennraum der Brennkraftmaschine verwendet wird. It is also provided that the injector according to the invention is advantageously used to generate a locally different composition of the fuel-air mixture, that is to say, for example, charge stratification, in the combustion chamber of the internal combustion engine.
Dabei erfolgt in der frühen Ansaugphase eine der Kraftstoffeinspritzung, welche mittels des zweiten Magnetventils vorgenommen wird, vorgelagerte Wasserein- spritzung, welche mittels des ersten Magnetventils vorgenommen wird. In the early intake phase, a water injection is carried out upstream of the fuel injection, which is carried out by means of the second solenoid valve, and is carried out by means of the first solenoid valve.
Durch eine Verdampfung des eingespritzten Wassers kann eine isolierende Dampfschicht ausgebildet werden, welche den nachfolgend eingespritzten Kraft- stoff und somit das Kraftstoff-Luft-Gemisch umgibt bzw. umhüllt. Im Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum der Brennkraftmaschine bildet die isolierende Dampfschicht eine Isolationsschicht zur Zylinderwand und zum Kolben hin aus. Hierdurch wird eine Verringerung der Wandwärmeverluste über die Zylinderwände erreicht. Evaporation of the injected water allows an insulating vapor layer to be formed which surrounds or envelops the subsequently injected fuel and thus the fuel-air mixture. At the time of combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine, the insulating vapor layer forms an insulation layer to the cylinder wall and the piston. This results in a reduction in the heat loss through the cylinder walls.
Möglich ist es auch, eine benötigte Menge eines Kraftstoffs mittels mehrerer Einspritzungen innerhalb einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum einzubringen. It is also possible to introduce a required amount of fuel into the combustion chamber by means of several injections within an intake phase of the internal combustion engine.
Nachfolgend werden einige Vorteile der vorliegenden Erfindung aufgelistet: Some advantages of the present invention are listed below:
• Reduzierung der Wandwärmeverluste durch Einbringen einer isolierenden Dampfschicht in den Brennraum, welche das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu mindest teilweise umhüllt.  • Reduction of wall heat losses by introducing an insulating vapor layer into the combustion chamber, which at least partially envelops the fuel-air mixture.
• Bessere Füllung des Brennraums durch Ladungskühlung.  • Better filling of the combustion chamber through charge cooling.
• Anheben des effektiven Verdichtungsverhältnisses durch Wassereinbringung.  • Increasing the effective compression ratio by introducing water.
• Potentiell mehr Energie im Abgas für eine Energierückgewinnung.  • Potentially more energy in the exhaust gas for energy recovery.
• Verschiebung hin zur optimalen Verbrennungsschwerpunktlage von ca. 8° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt kann durch eine geringere Spitzentemperatur erreicht werden. • Landungsbewegungsoptimierung durch Einbringung von kinetischer • A shift towards the optimal combustion center of gravity of approx. 8 ° crank angle after top dead center can be achieved by a lower peak temperature. • Landing motion optimization by introducing kinetic
Energie (Entdrosselung).  Energy (dethrottling).
Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zuge hörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen: The features and advantages of this invention explained above can be better understood and evaluated after careful study of the following detailed description of the preferred, non-limiting exemplary embodiments of the invention with the accompanying drawings, which show:
Fig. 1 : einen erfindungsgemäßen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit, 1: an injector according to the invention for injecting fuel and an additional liquid,
Fig. 2: eine Ansicht mehrerer Austrittsöffnungen in einer Düsennadel des erfindungsgemäßen Injektors,  2: a view of several outlet openings in a nozzle needle of the injector according to the invention,
Fig. 3: eine Darstellung mehrerer mittels des erfindungsgemäßen Injektors händelbarer Einspritzphasen in einer Brennkraftmaschine mit einer vorgelagerten Wassereinspritzung und  3 shows a representation of a plurality of injection phases which can be handled by means of the injector according to the invention in an internal combustion engine with an upstream water injection and
Fig. 4a bis 4d Darstellungen verschiedener Phasen des Betriebs einer Brennkraftmaschine mit einer vorgelagerten Wassereinspritzung in einen Brennraum.  4a to 4d representations of different phases of the operation of an internal combustion engine with an upstream water injection into a combustion chamber.
Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Injektor 1 zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit. Als eine derartige Zusatzflüssigkeit wird nachfolgend beispielhaft Wasser beschrieben. 1 shows an injector 1 according to the invention for injecting fuel and an additional liquid. Water is described below as an example of such an additional liquid.
Die Erfindung sieht vor, dass der erfindungsgemäße Injektor 1 ein erstes Magnet ventil 2 und ein zweites Magnetventil 3 umfasst. The invention provides that the injector 1 according to the invention comprises a first solenoid valve 2 and a second solenoid valve 3.
Dabei dient das erste Magnetventil 2 einer Einspritzung bzw. Dosierung der Zu satzflüssigkeit Wasser, welche dem Injektor 1 über den ersten Anschluss 4 zuge führt wird. Das zweite Magnetventil 3 ist zur Einspritzung bzw. Dosierung eines Kraftstoffs vorgesehen, welcher dem Injektor 1 über einen zweiten Anschluss 5 zugeführt wird. Sowohl der Kraftstoff wie auch die Zusatzflüssigkeit können dem Injektor 1 mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt zugeführt werden. The first solenoid valve 2 is used for injection or metering of the set liquid water, which is fed to the injector 1 via the first connection 4. The second solenoid valve 3 is provided for injecting or metering a fuel which is fed to the injector 1 via a second connection 5. Both the fuel and the additional liquid can be supplied to the injector 1 with a corresponding pressure.
Das erste Magnetventil 2 weist eine erste Magnetspule 6 und eine erste Düsennadel 7 auf, wobei die erste Düsennadel 7 in einer entsprechenden Führung inner halb des Injektors 1 geführt und gelagert ist. Das zweite Magnetventil 3 weist eine zweite Magnetspule 8 und eine zweite Dü- sennadel 9 auf, wobei die zweite Düsennadel 9 ebenfalls in einer entsprechenden Führung innerhalb des Injektors 1 geführt und gelagert ist. The first solenoid valve 2 has a first solenoid coil 6 and a first nozzle needle 7, the first nozzle needle 7 being guided and mounted in a corresponding guide within the injector 1. The second solenoid valve 3 has a second solenoid coil 8 and a second nozzle needle 9, the second nozzle needle 9 likewise being guided and mounted in a corresponding guide inside the injector 1.
Der erfindungsgemäße Injektor 1 weist somit zwei unabhängig voneinander steu- erbare Fluidpfade auf. Somit kann mittels des Injektors 1 sowohl ein Kraftstoff wie auch eine Zusatzflüssigkeit Wasser unabhängig voneinander entsprechend dosiert und zeitlich getaktet in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht bzw. eingespritzt werden. The injector 1 according to the invention thus has two fluid paths which can be controlled independently of one another. Thus, by means of the injector 1, both a fuel and an additional liquid water can be metered in independently of one another and injected or timed into a combustion chamber of an internal combustion engine.
Der erste Anschluss 4 zum Zuführen einer Zusatzflüssigkeit ist beispielsweise in einem Bereich der Längsachse 10 des Injektors 1 angeordnet. Vorgesehen ist hierfür das Ende des Injektors, welches im Betriebsfall des Injektors 1 dem nicht dargestellten Brennraum abgewandt ist. The first connection 4 for supplying an additional liquid is arranged, for example, in a region of the longitudinal axis 10 of the injector 1. This is provided for the end of the injector, which faces away from the combustion chamber (not shown) when the injector 1 is in operation.
Der Injektor 1 ist mit einem zweiten Anschluss 5 zum Zuführen eines Kraftstoffs in einem seitlichen Bereich des Injektors 1 ausgeführt. Dieser zweite Anschluss 5 kann beispielsweise in einem mittigen Bereich der Außenwand des Injektors 1 an- gebracht sein, wobei der zweite Anschluss 5 in einem Winkel zur Längsachse ausgerichtet angeordnet sein kann. Eine beispielhafte Anordnung des zweiten An- schlusses 5 ist in der Fig. 1 dargestellt. The injector 1 is designed with a second connection 5 for supplying a fuel in a lateral region of the injector 1. This second connection 5 can be attached, for example, in a central region of the outer wall of the injector 1, wherein the second connection 5 can be arranged at an angle to the longitudinal axis. An exemplary arrangement of the second connection 5 is shown in FIG. 1.
Ein derartiger Winkel kann im Bereich zwischen 15° und 75° zur Längsachse 10 des Injektors 1 , vorzugsweise in einem Winkel von 45° zur Längsachse 10 des Injektors 1 , liegen. Such an angle can be in the range between 15 ° and 75 ° to the longitudinal axis 10 of the injector 1, preferably at an angle of 45 ° to the longitudinal axis 10 of the injector 1.
Vorgesehen ist, dass durch eine Ansteuerung der ersten Magnetspule 6 des er- sten Magnetventils 2 die erste Düsennadel 7 geöffnet werden kann, durch welche die Zusatzflüssigkeit Wasser strömt. Ohne diese elektrische Ansteuerung wird die erste Düsennadel 7 mittels einer ersten Feder 11 mit ihrer beispielsweise kegelförmigen Spitze gegen eine ebenfalls kegelförmig endende Wasserkammer 12, welche mit dem ersten Anschluss 4 verbunden ist, gedrückt und derart verschlos- sen. Diese erste Düsennadel 7 ist entlang einer Längsachse 10 des Injektors aus- gerichtet angeordnet. Vorgesehen ist, dass die zweite Düsennadel 9 des zweiten Magnetventils 3 eben- falls auf der Längsachse 10 des Injektors 1 ausgerichtet angeordnet ist, wobei die zweite Düsennadel 9 im Bereich der Längsachse 10 zwischen der ersten Düsen- nadel 7 und dem Brennraum im Injektor 1 angeordnet ist. It is provided that the first nozzle needle 7, through which the additional liquid water flows, can be opened by actuating the first solenoid 6 of the first solenoid valve 2. Without this electrical control, the first nozzle needle 7 is pressed by a first spring 11 with its, for example, conical tip against a likewise conically ending water chamber 12, which is connected to the first connection 4, and is closed in this way. This first nozzle needle 7 is arranged aligned along a longitudinal axis 10 of the injector. It is provided that the second nozzle needle 9 of the second solenoid valve 3 is also arranged aligned on the longitudinal axis 10 of the injector 1, the second nozzle needle 9 being arranged in the region of the longitudinal axis 10 between the first nozzle needle 7 and the combustion chamber in the injector 1 is.
Die zweite Düsennadel 9 weist eine beispielsweise mittig und entlang der Längs- achse 10 angeordnete Längsbohrung auf. Diese Längsbohrung ermöglicht es, dass die aus dem ersten Magnetventil 2 austretende Zusatzflüssigkeit Wasser in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gelangen kann. Somit kann das erste Magnetventil 2 unabhängig von der Funktionsweise des zweiten Magnetventils 3 eine Zusatzflüssigkeit wie etwa Wasser dosiert in den Brennraum einspritzen. The second nozzle needle 9 has a longitudinal bore arranged, for example, in the center and along the longitudinal axis 10. This longitudinal bore enables the additional liquid emerging from the first solenoid valve 2 to get into the combustion chamber of the internal combustion engine. Thus, the first solenoid valve 2 can inject an additional liquid such as water in a metered manner into the combustion chamber, regardless of the mode of operation of the second solenoid valve 3.
Über den ersten Anschluss 4 wird eine Zusatzflüssigkeit in eine Zusatzflüssigkeitskammer 12 im Inneren des Injektors 1 eingeleitet. Diese Kammer 12 ist durch die erste Düsennadel 7 verschlossen. Über den zweiten Anschluss 5 wird ein mit einem Druck beaufschlagter Kraftstoff in eine Kraftstoffkammer 13 des Injektors 1 , welche von der zweiten Düsennadel 9 verschlossen wird, eingeleitet. Derartige Kammern 12 und 13 für eine Bevorratung von Kraftstoff bzw. einer Zusatzflüssig- keit bieten den Vorteil, Druckschwankungen auszugleichen, welche im laufenden Betreib der Brennkraftmaschine auftreten können. An additional liquid is introduced into an additional liquid chamber 12 inside the injector 1 via the first connection 4. This chamber 12 is closed by the first nozzle needle 7. Via the second connection 5, a pressurized fuel is introduced into a fuel chamber 13 of the injector 1, which is closed by the second nozzle needle 9. Chambers 12 and 13 of this type for storing fuel or an additional liquid offer the advantage of compensating for pressure fluctuations which can occur while the internal combustion engine is in operation.
Durch eine Ansteuerung der zweiten Magnetspule 8 des zweiten Magnetventils 3 wird die zweite Düsennadel 9 geöffnet und Kraftstoff kann aus der Kraftstoffkam- mer 13 des Injektors 1 über die Düse 14 an der Spitze der zweiten Düsennadel 9 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. By actuating the second solenoid 8 of the second solenoid valve 3, the second nozzle needle 9 is opened and fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine from the fuel chamber 13 of the injector 1 via the nozzle 14 at the tip of the second nozzle needle 9.
Ohne diese elektrische Ansteuerung wird die zweite Düsennadel 9 des zweiten Magnetventils 3 mittels einer zweiten Feder 15 mit ihrer beispielsweise kegelför- migen Spitze gegen eine ebenfalls kegelförmig endende Kraftstoffaustrittsdüse 14 des Injektors 1 gedrückt und derart verschlossen. Without this electrical control, the second nozzle needle 9 of the second solenoid valve 3 is pressed by means of a second spring 15 with its, for example, conical tip against a likewise conically ending fuel outlet nozzle 14 of the injector 1 and closed in this way.
In dieser beispielhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die erste Düsennadel 7 zum Öffnen der Öffnung für ein Einspritzen einer Zusatzflüs- sigkeit in Richtung vom Brennraum wegbewegen muss, wie es mit dem in der er- sten Düsennadel 7 gezeigten Pfeil in der Fig. 1 dargestellt ist. In dieser beispielhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die zweite Düsennadel 9 zum Öffnen der Öffnung für ein Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine in Richtung zum Brennraum hinbewegen muss, wie es mit dem in der zweiten Düsennadel 9 gezeigten Pfeil in der Fig. 1 dargestellt ist. In this exemplary embodiment of the invention, it is provided that the first nozzle needle 7 has to move in the direction away from the combustion chamber in order to open the opening for injecting an additional liquid, as is the case with the arrow shown in the first nozzle needle 7 in FIG 1 is shown. In this exemplary embodiment of the invention, it is provided that the second nozzle needle 9 has to move towards the combustion chamber in order to open the opening for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine, as is the case with the arrow shown in the second nozzle needle 9 in FIG Fig. 1 is shown.
Das Gehäuse des Injektors 1 kann beispielsweise dreiteilig aus drei Gehäusetei- len aufgebaut sein und zusammengesetzt einen zylinderförmigen Körper mit ei- nem Grundkörper 18 ergeben. Zum Fixieren der drei Gehäuseteile des Injektors miteinander ist es vorgesehen, dass an den Enden des Injektors 1 eine erste Überwurfmutter 16 und eine zweite Überwurfmutter 17 angeordnet sind. Eine derartige Konstruktion ermöglicht eine einfache Montage des Injektors 1 und eine gu- te mechanische Stabilität. The housing of the injector 1 can, for example, be constructed in three parts from three housing parts and, when put together, produce a cylindrical body with a base body 18. To fix the three housing parts of the injector to one another, it is provided that a first union nut 16 and a second union nut 17 are arranged at the ends of the injector 1. Such a construction enables simple assembly of the injector 1 and good mechanical stability.
Beispielsweise mittels eines Positionierungsbolzens 19 wird sichergestellt, dass die Kraftstoffbohrungen im unteren und mittleren Gehäuseteil beim Zusammenbau des Injektors 1 axial zueinander ausgerichtet sind. By means of a positioning bolt 19, for example, it is ensured that the fuel holes in the lower and middle housing part are axially aligned with one another when the injector 1 is assembled.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, bewirken die erste Feder 11 und die zweite Feder 15 je eine entsprechende Rückstellkraft, mittels welcher die erste Düsennadel 7 und die zweite Düsennadel 9 nach Rücknahme der Magnetkräfte der ersten Magnetspule 6 und der zweiten Magnetspule 8 wieder in ihre jeweilige Ausgangsposition gedrückt werden. Für eine entsprechende Positionierung der ersten Feder 11 ist eine Stopfbuchse 20 vorgesehen, an welcher sich die erste Feder 11 abstützt, um ihre Funktion zu erfüllen. Dies ist erforderlich, da diese erste Feder 11 in einem Zuflusskanal zwischen dem ersten Anschluss 4 und der ersten Düsennadel 7 bzw. der Zusatzflüssigkeitskammer 12 angeordnet ist. As is known from the prior art, the first spring 11 and the second spring 15 each bring about a corresponding restoring force, by means of which the first nozzle needle 7 and the second nozzle needle 9 come back in after the magnetic forces of the first magnet coil 6 and the second magnet coil 8 have been withdrawn their respective starting positions are pressed. For a corresponding positioning of the first spring 11, a stuffing box 20 is provided, on which the first spring 11 is supported in order to fulfill its function. This is necessary because this first spring 11 is arranged in an inflow channel between the first connection 4 and the first nozzle needle 7 or the additional liquid chamber 12.
Um eine einfache Montage des Injektors 1 zu gewährleisten wird die untere, zwei- te Düsennadel 9 aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Zu diesem Zweck kann die zweite Düsennadel 9 beispielsweise ein Gewinde aufweisen, auf welches ein Anker geschraubt werden kann. Eine Sicherung der Position dieses Ankers kann beispielsweise mittels einer Kontermutter oder einem alternativen Sicherungsele- ment erfolgen. Der Injektor 1 weist im Bereich des ersten Magnetventils 2 eine erste Halterung 21 auf, welche die erste Magnetspule 6 und einen funktional zugehörigen ersten Eisenring 22 aufnimmt. Die Halterung 21 weist auch einen elektrischen Anschluss zur Verbindung der erste Magnetspule 6 beispielsweise mit einem nicht dargestell- ten Steuergerät auf. In order to ensure simple assembly of the injector 1, the lower, second nozzle needle 9 is composed of several parts. For this purpose, the second nozzle needle 9 can, for example, have a thread onto which an anchor can be screwed. The position of this anchor can be secured, for example, by means of a lock nut or an alternative securing element. In the area of the first solenoid valve 2, the injector 1 has a first holder 21, which receives the first solenoid coil 6 and a functionally associated first iron ring 22. The holder 21 also has an electrical connection for connecting the first solenoid 6, for example, to a control unit (not shown).
Der Injektor 1 weist im Bereich des zweiten Magnetventils 3 eine zweite Halte- rung 23 auf, welche die zweite Magnetspule 8 und einen funktional zugehörigen zweiten Eisenring 24 aufnimmt. Die zweite Halterung 23 weist ebenfalls einen elektrischen Anschluss zur Verbindung der zweiten Magnetspule 8 mit dem Steu- ergerät auf. In the area of the second solenoid valve 3, the injector 1 has a second holder 23 which receives the second solenoid coil 8 and a functionally associated second iron ring 24. The second holder 23 also has an electrical connection for connecting the second solenoid 8 to the control unit.
Zur Abdichtung der nicht dargestellten Zuleitungen für den ersten Anschluss 4 so- wie für den zweiten Anschluss 5 sind entsprechende Dichtungen 25 und 26 vorge- sehen. Corresponding seals 25 and 26 are provided for sealing the supply lines (not shown) for the first connection 4 and for the second connection 5.
Der erfindungsgemäße Injektor 1 ermöglicht eine voneinander unabhängige Ein- spritzung eines Kraftstoffs und einer Zusatzflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser. Zur Ansteuerung des Injektors 1 können eine Steuereinheit sowie bekannte Sy- steme zur Zufuhr eines Kraftstoffs bzw. einer Zusatzflüssigkeit vorgesehen wer- den. Wie üblich, können der Kraftstoff und die Zusatzflüssigkeit mit einem Druck versehen dem Injektor 1 zugeführt werden. In der Fig. 2 ist eine Ansicht mehrerer Austrittsöffnungen 27 in der zweiten Düsen- nadel 9 des erfindungsgemäßen Injektors 1 dargestellt. Die eine zentral angeord- nete Längsbohrung aufweisende zweite Düsennadel 9 kann mit einer vollständig durchgehenden Längsbohrung ausgeführt werden. The injector 1 according to the invention enables an independent injection of a fuel and an additional liquid, such as water. A control unit and known systems for supplying a fuel or an additional liquid can be provided to control the injector 1. As usual, the fuel and the additional liquid can be supplied with pressure to the injector 1. 2 shows a view of a plurality of outlet openings 27 in the second nozzle needle 9 of the injector 1 according to the invention. The second nozzle needle 9, which has a centrally arranged longitudinal bore, can be designed with a completely continuous longitudinal bore.
In einer Alternative ist es vorgesehen, dass die zweite Düsennadel 9 an ihrem in den Brennraum einer Brennkraftmaschine weisenden Ende nicht mit einer zentra- len Längsbohrung endend ausgeführt ist. Für das Erreichen einer besseren räum- lichen Verteilung bei einem Einspritzen einer Zusatzflüssigkeit kann das Ende der zweiten Düsennadel 9 mehrere Austrittsöffnungen 29 aufweisen, welche nicht im Bereich der Längsachse 10 angeordnet sind. Diese Austrittsöffnungen 29 können einen kleineren Durchmesser als die Längs- bohrung aufweisen und beispielsweise auf einer Kreisbahn um die Längsachse 10 angeordnet sein. In an alternative, it is provided that the second nozzle needle 9 is not designed to end with a central longitudinal bore at its end pointing into the combustion chamber of an internal combustion engine. In order to achieve a better spatial distribution when an additional liquid is injected, the end of the second nozzle needle 9 can have a plurality of outlet openings 29 which are not arranged in the region of the longitudinal axis 10. These outlet openings 29 can have a smaller diameter than the longitudinal bore and can be arranged, for example, on a circular path around the longitudinal axis 10.
In der Darstellung der Fig. 2 ist die Längsbohrung als eine Senkbohrung ausge- führt, welche mit sechs Austrittsöffnungen 29 verbunden ist. Diese sechs Aus- trittsöffnungen 29 können derart am Ende der zweiten Düsennadel 9 angeordnet werden, dass sich ihre jeweiligen Längsachsen mit der Längsachse 10 der zwei- ten Düsennadel 9 schneiden. Die jeweiligen Längsachsen der sechs Austrittsöff- nungen 29 stehen somit in einem Winkel zur Längsachse 10, welcher beispiels- weise zwischen 15° und 55° liegen kann. Die Ausführung des Endes der zweiten Düsennadel 9 ist hier beispielhaft gezeigt und stellt keine Einschränkung auf diese Ausführung dar. In the illustration in FIG. 2, the longitudinal bore is designed as a counterbore, which is connected to six outlet openings 29. These six outlet openings 29 can be arranged at the end of the second nozzle needle 9 such that their respective longitudinal axes intersect with the longitudinal axis 10 of the second nozzle needle 9. The respective longitudinal axes of the six outlet openings 29 are thus at an angle to the longitudinal axis 10, which can be, for example, between 15 ° and 55 °. The design of the end of the second nozzle needle 9 is shown here by way of example and does not represent any restriction to this design.
Die Fig. 3 zeigt eine Darstellung mehrerer mittels des erfindungsgemäßen Injek- tors 1 händelbarer Einspritzphasen in einer Brennkraftmaschine mit einer vorgela- gerten Wassereinspritzung. FIG. 3 shows a representation of a plurality of injection phases that can be handled by the injector 1 according to the invention in an internal combustion engine with an upstream water injection.
Das Diagramm zeigt beispielhaft in einer Kurve den Abstand des Kolbens vom oberen Totpunkt in Abhängigkeit des Winkels der Kurbelwelle. The diagram shows an example of the distance between the piston and top dead center as a function of the angle of the crankshaft.
Dargestellt ist, dass beispielsweise in einem Bereich zwischen 360° und 330° eine Eispritzung einer Zusatzflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, in einen Brenn- raum vorgenommen wird, welche durch das erste Magnetventil 2 des erfindungs- gemäßen Injektors 1 realisiert werden kann. It is shown that, for example, in an area between 360 ° and 330 °, an additional liquid, such as water, is sprayed into a combustion chamber, which can be implemented by the first solenoid valve 2 of the injector 1 according to the invention.
Weiterhin dargestellt ist eine erste Einspritzung eines Kraftstoffs im Bereich zwi- schen 330° und 270° sowie eine zweite Einspritzung in einem Bereich zwischen 270° und 210°, welche durch das zweite Magnetventil 3 des erfindungsge- mäßen Injektors 1 realisiert werden können. Also shown is a first injection of a fuel in the range between 330 ° and 270 ° and a second injection in a range between 270 ° and 210 °, which can be implemented by the second solenoid valve 3 of the injector 1 according to the invention.
Dieses Beispiel dient nur der Veranschaulichung des Aufwands zur Ermittlung op- timaler Parameterkombinationen, bei welchem drei Einspritzzeitpunkte mit ihren jeweiligen Masseanteilen und Drücken miteinander abgestimmt werden müssen sowie der Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Injektors 1. Vorgesehen ist es auch, dass der erfindungsgemäße Injektor vorteilhaft zur Er- zeugung einer örtlich unterschiedlichen Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft- Gemischs, also einer Ladungsschichtung, im Brennraum der Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Als Stand der Technik und Quelle wird hiermit„Vorgelagerte Kraftstoffmenge bei geschichteter Diesel-Wasser-Einspritzung“, MTZ 01/2007, Jahrgang 68, Vieweg Verlag angegeben. This example only serves to illustrate the effort for determining optimal parameter combinations, in which three injection times with their respective mass fractions and pressures have to be coordinated with one another, and the possible uses of the injector 1 according to the invention. It is also envisaged that the injector according to the invention is advantageously used to generate a locally different composition of the fuel-air mixture, that is to say charge stratification, in the combustion chamber of the internal combustion engine. The state of the art and source is herewith stated “Upstream fuel quantity with stratified diesel-water injection”, MTZ 01/2007, year 68, Vieweg Verlag.
In einer frühen Ansaugphase kann eine der Kraftstoffeinspritzung vorgelagerte Wassereinspritzung erfolgen, wie es in der Fig. 4a dargestellt ist. Diese Wassereinspritzung wird mit Hilfe des ersten Magnetventils 2 vorgenommen. Durch eine Verdampfung des eingespritzten Wassers in den heißen Brennraum der Brennkraftmaschine wird eine isolierende Dampfschicht ausgebildet. In an early intake phase, a water injection upstream of the fuel injection can take place, as shown in FIG. 4a. This water injection is carried out using the first solenoid valve 2. An insulating vapor layer is formed by evaporating the injected water into the hot combustion chamber of the internal combustion engine.
In diese isolierende Dampfschicht wird nachfolgend mittels des zweiten Magnet ventils 3 der Kraftstoff eingespritzt. Das entstehende Kraftstoff-Luft-Gemisch ist nun von der isolierenden Dampfschicht umgeben bzw. umhüllt. Die Ausbildung der gewünschten Dampfschicht um das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einer Ansaugphase ist in der Fig. 4b dargestellt. In this insulating vapor layer, the fuel is subsequently injected by means of the second solenoid valve 3. The resulting air-fuel mixture is now surrounded or enveloped by the insulating vapor layer. The formation of the desired vapor layer around the fuel-air mixture in an intake phase is shown in FIG. 4b.
In der dieser Ansaugphase nachfolgenden Expansionsphase bleibt die Umhüllung des Kraftstoff-Luft-Gemischs durch die isolierende Dampfschicht bestehen, wie es in der Fig. 4c dargestellt ist. Zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum der Brennkraftmaschine bildet die isolierende Dampfschicht eine Isolationsschicht zur Zylinderwand und zum Kolben hin aus. Dieser Vorgang der Verbrennung ist in der Fig. 4d gezeigt. Durch die Ausbildung dieser Isolationsschicht wird eine Verringe rung der Wandwärmeverluste der Zylinderwände erreicht. Liste der Bezugszeichen In the expansion phase following this intake phase, the covering of the fuel-air mixture by the insulating vapor layer remains, as is shown in FIG. 4c. At the time of combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine, the insulating vapor layer forms an insulation layer to the cylinder wall and the piston. This process of combustion is shown in Fig. 4d. By forming this insulation layer, a reduction of the wall heat losses of the cylinder walls is achieved. List of reference numbers
1 Injektor 1 injector
2 erstes Magnetventil  2 first solenoid valve
3 zweites Magnetventil  3 second solenoid valve
4 erster Anschluss (Zusatzflüssigkeit/Wasser) 4 first connection (additional liquid / water)
5 zweiter Anschluss (Kraftstoff) 5 second connection (fuel)
6 erste Magnetspule  6 first solenoid
7 erste Düsennadel  7 first nozzle needle
8 zweite Magnetspule  8 second solenoid
9 zweite Düsennadel  9 second nozzle needle
10 Längsachse  10 longitudinal axis
1 1 erste Feder 1 1 first spring
12 Zusatzflüssigkeitskammer (Wasserkammer)12 additional liquid chamber (water chamber)
13 Kraftstoffkammer 13 fuel chamber
14 Düse  14 nozzle
15 zweite Feder  15 second spring
16 erste Überwurfmutter  16 first union nut
17 zweite Überwurfmutter  17 second union nut
18 Grundkörper  18 basic body
19 Positionierungsbolzen  19 positioning bolts
20 Stopfbuchse  20 stuffing box
21 erste Halterung 21 first bracket
22 erster Eisenring 22 first iron ring
23 zweite Halterung  23 second bracket
24 zweiter Eisenring  24 second iron ring
25 erste Dichtung  25 first seal
26 zweite Dichtung  26 second seal
27 Austrittsöffnung 27 outlet opening

Claims

Patentansprüche Claims
1. Injektor (1) zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei der Injektor (1) ein erstes Magnetventil (2) mit einer ersten Düsennadel (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Magnetventil (3) mit einer zweiten Düsenna- del (9) im Injektor (1) angeordnet ist, dass die erste Düsennadel (7) des er- sten Magnetventils (2) und die zweite Düsennadel (9) des zweiten Magnet- ventils (3) hintereinander auf einer Längsachse (10) des Injektors (1 ) angeordnet sind. 1. injector (1) for injecting fuel and an additional liquid into a combustion chamber of an internal combustion engine, the injector (1) having a first solenoid valve (2) with a first nozzle needle (7), characterized in that a second solenoid valve (3) A second nozzle needle (9) is arranged in the injector (1) such that the first nozzle needle (7) of the first solenoid valve (2) and the second nozzle needle (9) of the second solenoid valve (3) are arranged one behind the other Longitudinal axis (10) of the injector (1) are arranged.
2. Injektor (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (9) des zweiten Magnetventils (3) zwischen der ersten Düsen- nadel (7) und einem Brennraum einer Brennkraftmaschine auf einer Längs- achse (10) des Injektors (1 ) angeordnet ist. 2. Injector (1) according to claim 1, characterized in that the second nozzle needle (9) of the second solenoid valve (3) between the first nozzle needle (7) and a combustion chamber of an internal combustion engine on a longitudinal axis (10) of the injector (1) is arranged.
3. Injektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (9) eine Längsbohrung aufweist. 3. Injector (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the second nozzle needle (9) has a longitudinal bore.
4. Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (9) mehrere mit der Längsbohrung verbundene Austrittsöffnungen (27) aufweist. 4. Injector (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second nozzle needle (9) has a plurality of outlet openings (27) connected to the longitudinal bore.
5. Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor ein dreiteiliges Gehäuse aufweist, welches mit einer ersten Überwurfmutter 16 und einer zweiten Überwurfmutter 17 fixiert wird. 5. Injector (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the injector has a three-part housing which is fixed with a first union nut 16 and a second union nut 17.
6. Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Injektor (1) eine erste Halterung (21) mit einer ersten Magnetspu- le (6) und eine zweite Halterung (23) mit einer zweiten Magnetspule (8) an- geordnet ist. 6. Injector (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the injector (1) a first holder (21) with a first solenoid (6) and a second holder (23) with a second solenoid ( 8) is arranged.
7. Verfahren zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, bei welchem ein erstes Magnetven- til (2) mit einer ersten Düsennadel (7) zur Einspritzung einer Flüssigkeit oder eines Gemischs in den Brennraum bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Magnetventil (3) mit einer zweiten Düsenna- del (9) im Injektor (1) bereitgestellt wird, dass die erste Düsennadel (7) des ersten Magnetventils (2) und die zweite Düsennadel (9) des zweiten Magnet- ventils (3) hintereinander auf einer Längsachse (10) des Injektors (1) ange- ordnet bereitgestellt werden und dass die Düsennadeln (7, 9) unabhängig voneinander ansteuerbar sind. 7. Method for injecting fuel and an additional liquid into a combustion chamber of an internal combustion engine, in which a first solenoid valve (2) with a first nozzle needle (7) for injecting a liquid or a mixture is provided in the combustion chamber, characterized in that a second solenoid valve (3) with a second nozzle needle (9) is provided in the injector (1), that the first nozzle needle (7) of the first solenoid valve (2) and the second nozzle needle (9) of the second solenoid valve (3) arranged one behind the other on a longitudinal axis (10) of the injector (1) and that the nozzle needles (7, 9) can be controlled independently of one another.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ma- gnetventil (2) eine Zusatzflüssigkeit und das zweite Magnetventil (3) einen Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine dosiert einspritzen. 8. The method according to claim 7, characterized in that the first solenoid valve (2) inject an additional liquid and the second solenoid valve (3) metered a fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vom ersten Magnetventil (2) dosierte Zusatzflüssigkeit durch eine in der zweiten Düsennadel (9) bereitgestellte Längsbohrung geleitet in den Brennraum ein- gespritzt wird. 9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the additional liquid metered by the first solenoid valve (2) is injected into the combustion chamber through a longitudinal bore provided in the second nozzle needle (9).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verteilung der in den Brennraum eingespritzten Zusatzflüssigkeit mittels mehrerer am Ende der zweiten Düsennadel (9) bereitgestellter und mit der Längsbohrung verbundener Austrittsöffnungen (27) erfolgt. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the additional liquid injected into the combustion chamber is distributed by means of a plurality of outlet openings (27) provided at the end of the second nozzle needle (9) and connected to the longitudinal bore.
11. Verwendung des Injektors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Erzeu- gung einer isolierenden Dampfschicht in einem Brennraum einer Brennkraft- maschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine einer Kraftstoffeinspritzung zeitlich vorgelagerte Wassereinspritzung mittels des ersten Magnetventils (2) erfolgt, wobei sich eine isolierende Dampfschicht im Brennraum ausbildet und dass zeitlich nachfolgend in diese isolierende Dampfschicht mittels des zweiten Magnetventils (3) ein Kraftstoff eingespritzt wird und dass ein entste- hendes Kraftstoff-Luftgemisch von der isolierenden Dampfschicht umhüllt wird, sodass im zeitlich nachfolgenden Zeitpunkt einer Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemischs die isolierende Dampfschicht eine Isolationsschicht zur Zylinderwand und zum Kolben hin ausbildet. 11. Use of the injector (1) according to one of claims 1 to 10 for generating an insulating vapor layer in a combustion chamber of an internal combustion engine, characterized in that a water injection is carried out in advance of a fuel injection by means of the first solenoid valve (2), wherein an insulating vapor layer forms in the combustion chamber and that a fuel is subsequently injected into this insulating vapor layer by means of the second solenoid valve (3) and that a fuel-air mixture that is created is enveloped by the insulating vapor layer, so that in the subsequent time of combustion of the Fuel-air mixture, the insulating vapor layer forms an insulation layer to the cylinder wall and the piston.
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