WO2000000737A1 - Brennstoffeinspritzventil mit integrierter zündkerze - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil mit integrierter zündkerze Download PDF

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WO2000000737A1
WO2000000737A1 PCT/DE1999/000861 DE9900861W WO0000737A1 WO 2000000737 A1 WO2000000737 A1 WO 2000000737A1 DE 9900861 W DE9900861 W DE 9900861W WO 0000737 A1 WO0000737 A1 WO 0000737A1
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valve
spark plug
insulation
fuel injection
fuel
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/000861
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French (fr)
Inventor
Walter Benedikt
Franz Rieger
Rainer Norgauer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/166—Selection of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/06—Fuel-injectors combined or associated with other devices the devices being sparking plugs

Definitions

  • the invention is based on a fuel injector with an integrated spark plug according to the preamble of claim 1 and claim 6.
  • DE-OS 196 38 025 a fuel injection valve with an integrated spark plug for the direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine and for igniting the fuel injected into the combustion chamber.
  • an externally opening valve closing body interacts with a valve body to form a sealing seat.
  • the valve closing body is formed in one piece with a valve needle which extends in the interior of the sleeve-shaped valve body.
  • the valve needle is guided on the one hand by the valve closing body and on the other hand by a guide ring provided on the inlet side.
  • An electrical high voltage can be applied to the valve body via a high-voltage cable and has an ignition electrode on its spray-side end.
  • the valve body is radially surrounded by a ceramic insulation body, which in turn is surrounded by a metallic housing body which has a further ignition electrode.
  • the valve needle and the valve closing body which is formed in one piece with the valve needle, is actuated in the opening direction by an armature which interacts with a magnetic coil.
  • the armature acts via a plunger on an insulating intermediate piece which lies against the guide ring of the valve needle.
  • valve needle has no high-voltage insulating element.
  • the isolation is therefore carried out by the intermediate piece described, which is only non-positively, but not positively connected to the valve needle.
  • This The design is therefore only suitable for fuel injectors that open from the outside. Since only an opening force, but not a closing force, can be transmitted via the valve needle to the valve closing body via the intermediate piece, a valve closing spring must be integrated in the valve body to generate the closing force. This leads to a relatively complex structural design and thus to relatively high manufacturing and assembly costs.
  • the fuel injector according to the invention with an integrated spark plug with the characterizing features of claim 1 has the advantage that an insulating section which is insulating in the axial direction and which separates two metallic guide sections from one another is integrated in the valve needle.
  • the guidance of the magnetic needle takes place through the metallic guide sections which, for. B. can be made of hardened steel, and are therefore precisely manufactured and whose surfaces have a low coefficient of friction.
  • a first guide section is arranged on the spray side and can be formed in one piece with the valve closing body.
  • the second metallic guide section is arranged on the inlet side with respect to the insulation section arranged between the guide sections and is guided in the insulation body.
  • the guide sections are not only positively but also positively connected to the insulation section, so that a force transmission via the valve needle is possible both in the opening direction and in the closing direction.
  • the integration of a return spring within the valve body is therefore not necessary.
  • the result is a structurally simple configuration that can be produced with little manufacturing and assembly effort.
  • the insulation body can be manufactured as a molded ceramic part with little manufacturing effort. Since the insulation section only takes over the insulation, but not the guidance of the valve needle, the production accuracy and the abrasion resistance of the insulation section are not particularly demanding.
  • the fuel injector according to the invention with an integrated spark plug with the characterizing features of claim 6 has the advantage that the valve needle formed with the valve closing body as a one-piece ceramic component can be made particularly short, since no metallic components are used and the entire length of the valve needle serves as an insulation path. The shortening of the valve needle results in a significant weight reduction, which in turn leads to relatively short switching times.
  • connection between the guide sections and the insulation section is preferably made via connecting pins which engage in corresponding recesses.
  • the connection can be made by friction flow, gluing or partly by shrinking.
  • valve closing body is preferably spherical or partially spherical in order to avoid material splintering in the seating area.
  • the insulation body preferably has a lateral recess, through which a high-voltage cable is led to the valve body and is connected to it in an electrically conductive manner. It is advantageous to shed the recess by an electrically insulating casting compound, since this provides a particularly good protection of the z. B. formed by welding or soldering connection of the high-voltage cable to the valve body. An electrical erosion resistor or a high-voltage-resistant insulation film for improved insulation of the soldering or welding point can also be cast into the casting compound in a particularly advantageous manner. drawing
  • FIG. 1 shows a fuel injection valve with an integrated spark plug for injecting fuel directly into a combustion chamber of a mixed-compression, spark-ignition internal combustion engine and for igniting the fuel injected into the combustion chamber in accordance with an embodiment of the invention.
  • the fuel injector with integrated spark plug which is generally provided with the reference number 1, has a first housing body 2, which can be screwed into a receiving bore in a cylinder head (not shown) by means of a thread 3, and a second housing body 4 and a third housing body 5.
  • the metallic housing formed by the housing bodies 3, 4, 5 surrounds an insulation body
  • valve body 7 which in turn has a valve body 7 and at least partially a swirl insert 14 and an end 8 of the inside of the swirl insert 14 via the inlet
  • Valve body 7 extending beyond valve body 9 at least partially surrounds radially on the outside.
  • a valve-closure member 10 which is conical on the injection side and which, together with an inner conical surface, forms a sealing seat on the injection-side end 11 of the valve body 7.
  • the valve needle 9 and the valve closing body 10 are formed in one piece.
  • the valve closing body 10 When the valve closing body 10 is lifted off the valve seat surface of the valve body 7, the valve closing body 10 releases an outlet opening 12 formed in the valve body 7, so that a conical spray jet indicated by the line 13 is sprayed off.
  • at least one swirl groove 14a is provided in the swirl insert 14 in the exemplary embodiment shown.
  • First ignition electrodes 15 are provided on the first housing body 2 and cooperate with second ignition electrodes 16 provided on the valve body 7 to generate an ignition spark.
  • the ignition electrodes 15, 16 are designed as partially parallel finger electrodes.
  • a first ignition electrode 15 and a second ignition electrode 16 alternately face each other at a predetermined electrode distance.
  • the first ignition electrodes 15 have a ground potential, while the second electrodes 16 can be acted upon by a high voltage potential.
  • the lengths of the ignition electrodes 15 and 16 are to be adapted to the jet angle and the jet shape of the fuel jet 13.
  • the ignition electrodes 15, 16 can either be immersed in the fuel jet 13 or the fuel jet 13 can be guided past the ignition electrodes 15, 16 at a short distance without the ignition electrodes 15, 16 being wetted by the fuel. It is also conceivable for the ignition electrodes 15, 16 to be immersed in gaps in individual jets generated by the outlet opening 12 or a plurality of spray openings.
  • the valve body 7 for receiving the swirl insert 14 is preferably formed in two parts from a first part body 7a and a second part body 7b, which are welded together at a welding point 17.
  • the valve needle 9 is divided into a first metallic, spray-side guide section 9a, a second metallic, inlet-side guide section 9b and, in the exemplary embodiment, sleeve-shaped, ceramic insulation section 9c.
  • the first guide section 9a is guided in the swirl insert 14 mounted concentrically with the valve body 7.
  • the valve needle 9 is guided a second time in the insulation body 6 by means of the second guide section 9b.
  • the outer surface 19 of the second guide section 9b interacts with a bore 20 in the insulation body 6.
  • the guide sections 9a and 9b serving as guides are designed as metallic components and can be manufactured with the manufacturing accuracy required for the guide. Due to the low surface roughness of the metallic components, there is only a low coefficient of friction on the guides.
  • the insulation section 9c can be produced as a molded ceramic part. Since the insulation section 9c does not serve to guide the valve needle 9, only small demands are made on the dimensional accuracy and the surface roughness. A revision of the spray ceramic part is therefore not necessary.
  • the guide sections 9a and 9b are connected to the insulation section 9c not only in a force-locking manner but also in a form-fitting manner.
  • the guide sections 9a and 9b each have a pin 21 or 22, which is respectively inserted into a recess in the insulation section 9c designed as a bore 23.
  • the connection between the pins 21 and 22 of the guide sections 9a and 9b is preferably by a frictional connection O
  • the guide section 9b has a recess into which a pin of the insulation section 9c can be inserted.
  • the metallic guide section 9b can then be heated before shrinking on, and the pin of the insulation section 9c can be inserted into the recess when the guide section is heated.
  • the guide section 9b cools, it contracts, so that there is a firm connection with the insulation section 9c.
  • the insulation section 9c is preferably sleeve-shaped.
  • the material saved compared to a solid body results in a weight saving, which leads to shorter switching times of the fuel injector 1.
  • valve needle 9 and the valve closing body 10 are formed as a one-piece, ceramic component.
  • the valve needle 9 can be made shorter compared to the embodiment shown in the drawing, since the valve needle 9 has insulation properties over its entire length. This results in a weight saving of the valve needle 9, which leads to shorter switching times.
  • the valve needle 9 and the valve closing body 10 are formed as a one-piece ceramic component, it is advantageous if the valve closing body 10 is spherical or partially spherical, so that material splintering on the sealing seat is avoided.
  • Silicon nitride or zirconium oxide is particularly suitable for achieving a particularly low weight for the insulation section 9 c or for the valve needle 9 with the valve closing body 10, which is formed as a one-piece ceramic component in accordance with the alternative exemplary embodiment.
  • the second guide section 9b is connected to an armature 24, which cooperates with a magnet coil 25 for the electromagnetic actuation of the valve closing body 10.
  • a connection abel 26 To energize the solenoid 25 is a connection abel 26.
  • the reception of the solenoid 25 takes over a coil support 27.
  • a sleeve-shaped core 28 penetrates the solenoid 25 at least partially and is from the armature 24 through a gap not shown in the figure in the closed position of the Fuel injector spaced.
  • the magnetic flux circuit is closed by the ferromagnetic components 29 and 30.
  • the fuel flows through a fuel inlet connection 31, which can be connected to a fuel distributor (not shown) via a thread 32, into the fuel injector with an integrated one Spark plug 1.
  • the fuel first flows through a fuel filter 33 and then flows into a longitudinal bore 34 of the core 28.
  • an adjusting sleeve 36 provided with a hollow bore 35 which can be screwed into the longitudinal bore 34 of the core 28.
  • the adjusting sleeve 36 is used to adjust the bias of a return spring 37 which acts on the armature 24 in the closing direction.
  • a locking sleeve 38 serves to secure the setting of the adjustment sleeve 36.
  • the fuel continues to flow through a longitudinal bore 39 in the second guide section 9b of the valve needle 9 and enters an cavity 40 of the insulation body 6 at an axial recess 40. From there, the fuel flows into a longitudinal bore 42 of the valve body 7, in which the valve needle 9 also extends, and finally reaches the swirl groove 14a already described in the swirl insert 14.
  • the first ignition electrodes 15 connected to the housing body 2 have ground potential, while the second ignition electrodes 16 connected to the valve body 7 can be subjected to a high voltage potential for generating ignition sparks.
  • a high-voltage cable 50 which is inserted into the insulation body 6 via a lateral, pocket-like recess 51, is used to supply the high voltage.
  • the stripped end 52 of the high-voltage cable 50 is soldered or welded to a contact clamp 54 at a soldering or welding point 53.
  • the contact clip 54 clasps the valve body 7 and establishes a reliable electrically conductive contact between the stripped end 52 of the high-voltage cable 50 and the valve body 7.
  • the insulation body 6 has a radial bore 55, via which a soldering or welding tool can be guided to the soldering or welding point 53.
  • the pocket-like recess 51 is poured out with an electrically insulating casting compound 56.
  • An integrated in the high-voltage cable 50 erosion resistor 57 could be cast into the sealing compound 56.
  • a high-voltage-resistant film 58 can be inserted into the pocket-like recess 51 of the insulating body 6 and also potted with the potting compound 56.
  • potting compound 56 is suitable for. B. silicone.
  • the insulation body 6 and the valve body 7 can be screwed together on a thread 60. Furthermore, the insulation body 6 can be screwed together with the housing body 2 on a further thread 61.
  • the threads 60 and 61 are preferably secured with a suitable adhesive, which, however, is not directly in the fuel in the embodiment according to the invention Contact is there.
  • the insulating body 6 can also be produced inexpensively as a molded ceramic part.
  • the valve body 7 and the insulation body 6 can be screwed and glued with a mounting mandrel in order to compensate for misalignments in the guidance of the valve needle 9.
  • the spatially close arrangement of the erosion resistor 57 to the ignition electrodes 15, 16 reduces the erosion at the ignition electrodes 15, 16 and, in spite of an increased electrical capacity between the ignition electrodes 15, 16, allows the fuel injector with an integrated spark plug 1 to be completely encased by the metallic housing body 2, 4 and 5.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs weist einen Ventilkörper (7) auf, der zusammen mit einem mittels einer Ventilnadel (9) betätigbaren Ventilschließkörper (10) einen Dichtsitz bildet. Der Ventilkörper (7) und teilweise die Ventilnadel (9) sind radial von einem Isolationskörper (6) umgeben. Der Isolationskörper (6) ist seinerseits zumindest teilweise radial von einem Gehäusekörper (2) umgeben. An dem Ventilkörper (7) und dem Gehäusekörper (2) sind Zündelektroden (15, 16) vorgesehen. Die Ventilnadel (9) weist einen in einem Dralleinsatz (14) geführten ersten metallischen Führungsabschnitt (9a), einen in dem Isolationskörper (6) geführten zweiten metallischen Führungsabschnitt (9b) und einen zwischen den Führungsabschnitten (9a, 9b) angeordneten Isolationsabschnitt (9c) auf. Dabei sind die Führungsabschnitte (9a, 9b) formschlüssig mit dem Isolationsabschnitt (9c) verbunden.

Description

Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach der Gattung des Anspruchs 1 und des Anspruchs 6.
Es ist bereits aus der DE-OS 196 38 025 ein Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Breπnraum einer Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs bekannt. Bei diesem bekannten Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze wirkt ein außen öffnender Ventilschließkörper mit einem Ventiikörper zur Ausbildung eines Dichtsitzes zusammen. Der Ventilschließkörper ist einteilig mit einer Ventilnadel ausgebildet, die sich im Inneren des hülsenförmigen Ventilkörpers erstreckt. Die Führung der Ventilnadel erfolgt einerseits durch den Ventilschließkörper und andererseits durch einen zulaufseitig vorgesehenen Führungsring. Der Ventilkörper ist über ein Hochspannungskabel mit einer elektrischen Hochspannung beaufschlagbar und weist an seinem abspritzseitigen Ende eine Zündelektrode auf. Der Ventilkörper ist radial von einem keramischen Isolationskörper umgeben, der seinerseits von einem metallischen Gehäusekörper umgeben ist, der eine weitere Zündelektrode aufweist. Die Ventilnadel und der mit der Ventilnadel einstückig ausgebildete Ventilschließkörper wird durch einen mit einer Magnetspule zusammenwirkenden Anker in Öffnungsrichtung betätigt. Der Anker wirkt über einen Stößel auf ein isolierendes Zwischenstück, das an dem Führungsring der Ventilnadel anliegt.
Nachteilig ist bei dieser bekannten Bauweise eines Brennstoffeinspritzventils mit integrierter Zündkerze, daß die Ventilnadel kein hochspannungsisolierendes Element aufweist. Die Isolation erfolgt daher durch das beschriebene Zwischenstück, das nur kraftschlüssig, nicht jedoch formschlüssig mit der Ventilnadel verbunden ist. Diese Konstruktion ist daher nur für außen öffnende Brennstoffeinspritzventile geeignet. Da über das Zwischenstück nur eine Öffnungskraft, nicht jedoch eine Schließkraft über die Ventilnadel auf den Ventilschließkörper übertragen werden kann, muß eine Ventilschließfeder in dem Ventilkörper zur Erzeugung der Schließkraft integriert werden. Dies führt zu einer relativ aufwendigen konstruktiven Ausgestaltung und somit zu relativ hohen Fertigungs- und Montagekosten.
Ein weiteres Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze ist aus der EP 0 661 446 AI bekannt. Bei diesem Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze ist ebenfalls kein Isolationselement in der Ventilnadel vorgesehen. Vielmehr erfolgt die Zuführung der Hochspannung über die Ventilnadel, die durch aufwendige, sich in Zulaufrichtung erstreckende Isolationskörper radial außenseitig isoliert ist. Bei dieser ungünstigen konstruktiven Ausgestaltung sind insgesamt vier Isolationskörper erforderlich, was zu einem hohen Fertigungs- und Montageaufwand führt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit einer integrierten Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß in der Ventilnadel ein in axialer Richtung isolierender Isolationsabschnitt integriert ist, der zwei metallische Führungsabschnitte voneinander trennt. Die Führung der Magnetnadel erfolgt dabei durch die metallischen Führungsabschnitte, die z. B. aus gehärtetem Stahl ausgeführt sein können, und deshalb präzise fertigbar sind und deren Oberflächen einen nur geringen Reibungskoeffizienten aufweisen. Ein erster Führungsabschnitt ist dabei abspritzseitig angeordnet und kann mit dem Ventilschließkörper einteilig ausgebildet sein. Der zweite metallische Führungsabschnitt ist bezüglich des zwischen den Führungsabschnitten angeordneten Isolationsabschnitts zulaufseitig angeordnet und wird in dem Isolationskörper geführt. Dabei sind die Führungsabschnitte mit dem Isolationsabschnitt nicht nur kraftschlüssig sondern auch formschlüssig verbunden, so daß sowohl in Öffnungsrichtung als auch in Schließrichtung eine Kraftübertragung über die Ventilnadel möglich ist. Die Integration einer Rückstellfeder innerhalb des Ventilkörpers ist daher nicht erforderlich. Es ergibt sich eine konstruktiv einfache Ausgestaltung, die mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand herstellbar ist. Der Isolationskörper kann als Spritzkeramikteil mit geringem Fertigungsaufwand hergestellt werden. Da der Isolationsabschnitt nur die Isolation, nicht jedoch die Führung der Ventilnadel übernimmt, sind an die Fertigungsgenauigkeit und die Abriebfestigkeit des Isolationsabschnitts keine besonders hohen Anforderungen zu stellen. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit einer integrierten Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6 hat den Vorteil, daß die mit dem Ventilschließkörper als einteiliges Keramikbauteil ausgebildete Ventilnadel besonders kurz ausgebildet werden kann, da keine metallischen Bauteile Verwendung finden und die gesamte Länge der Ventilnadel als Isolationsweg dient. Durch die Verkürzung der Ventilnadel ergibt sich eine deutliche Gewichtsreduzierung, was wiederum zu relativ kleinen Schaltzeiten führt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den Ansprüchen 1 und 6 angegebenen Brennstoffeinspritzventile mit integrierter Zündkerze möglich.
Es ist vorteilhaft, den Isolationsabschnitt der Ventilnadel als keramischen Hülsenkörper auszubilden, da sich aufgrund der Materialersparnis bei Ausbildung des Isolationsabschnitts als Hülsenkörper ein besonders geringes Gewicht und somit eine geringe Schaltzeit ergibt. Die Verbindung zwischen den Führungsabschnitten und dem Isolationsabschnitt erfolgt vorzugsweise über Verbindungsstifte, die in entsprechende Ausnehmungen eingreifen. Die Verbindung kann durch Reibfluß, Verkleben oder zum Teil auch durch Aufschrumpfen erfolgen.
Wenn die Ventilnadel und der Ventilschließkörper als einteiliges Keramikbauteil ausgebildet sind, ist der Ventilschließkörper vorzugsweise kugelförmig oder teilkugelförmig ausgebildet, um eine Materialaussplitterung im Sitzbereich zu vermeiden.
Der Isolationskörper weist vorzugsweise eine seitliche Aussparung auf, durch welche hindurch ein Hochsparmungskabel zu dem Ventilkörper geführt ist und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, die Aussparung durch eine elektrisch isolierende Vergußmasse zu vergießen, da sich dadurch ein besonders guter Schutz der z. B. durch Verschweißen oder Verlöten gebildeten Verbindungsstelle des Hochspannungskabels mit dem Ventilkörper ergibt. Besonders vorteilhaft kann in die Vergußmasse ein elektrischer Abbrandwiderstand oder eine hochspannungsfeste Isolationsfolie zur verbesserten Isolation der Lötstelle bzw. Schweißstelle mit eingegossen werden. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichteten, fremdgezündeten Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Das allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze weist einen ersten Gehäusekörper 2, der mittels eines Gewindes 3 in eine Aufnahmebohrung eines nicht dargestellten Zylinderkopfes einschraubbar ist, sowie einen zweiten Gehäusekörper 4 und einen dritten Gehäusekörper 5 auf. Das durch die Gehäusekörper 3, 4, 5 gebildete metallische Gehäuse umgibt einen Isolationskörper
" 6, der seinerseits einen Ventilkörper 7 und zumindest teilweise einen Dralleinsatz 14 und eine sich im Inneren des Dralleinsatzes 14 über das Zulauf seitige Ende 8 des
Ventilkörpers 7 hinaus erstreckende Ventilnadel 9 zumindest teilweise radial außenseitig umgibt. Mit der Ventilnadel 9 ist ein abspritzseitig konisch ausgebildeter Ventilschließkörper 10 verbunden, der zusammen mit einer innenseitigen konischen Fläche an dem abspritzseitigen Ende 11 des Ventilkörpers 7 einen Dichtsitz bildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ventilnadel 9 und der Ventilschließkörper 10 einteilig ausgebildet. Beim Abheben des Ventilschließkörpers 10 von der Ventilsitzfläche des Ventilkörpers 7 gibt der Ventilschließkörper 10 eine in dem Ventilkörper 7 ausgebildete Austrittsöffnung 12 frei, so daß ein durch die Linie 13 angedeuteter, kegelförmiger Abspritzstrahl abgespritzt wird. Zur besseren umfänglichen Verteilung des Brennstoffs ist im dargestellten Ausführungsbeispiel wenigstens eine Drallnut 14a im Dralleinsatz 14 vorgesehen.
An dem ersten Gehäusekörper 2 sind erste Zündelektroden 15 vorgesehen, die mit an dem Ventilkörper 7 vorgesehenen zweiten Zündelektroden 16 zur Erzeugung eines Zündfunkens zusammenwirken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zündelektroden 15, 16 als teilweise parallel verlaufende Fingerelektroden ausgebildet. Dabei stehen sich abwechselnd jeweils eine erste Zündelektrode 15 und eine zweite Zündelektrode 16 in einem vorgegebenen Elektrodenabstand gegenüber. Die ersten Zündelektroden 15 führen dabei Massepotential, während die zweiten Elektroden 16 mit einem Hochspannungspotential beaufschlagbar sind. Die Längen der Zündelektroden 15 und 16 sind dabei dem Strahlwinkel und der Strahlform des Brennstoff Strahls 13 anzupassen. Dabei können die Zündelektroden 15, 16 entweder in den Brennstoffstrahl 13 eintauchen, oder der Brennstoffstrahl 13 kann in geringem Abstand an den Zündelektroden 15, 16 vorbeigeführt werden, ohne daß die Zündelektroden 15, 16 von dem Brennstoff benetzt werden. Denkbar ist auch ein Eintauchen der Zündelektroden 15, 16 in Lücken von durch die Austrittsöffnung 12 oder mehrere Abspritzöffnungen erzeugte Einzelstrahlen.
Der Ventilkörper 7 ist zur Aufnahme des Dralleinsatzes 14 vorzugsweise zweiteilig aus einem ersten Teilkörper 7a und einem zweiten Teilkörper 7b ausgebildet, die an einer Schweißstelle 17 zusammengeschweißt sind.
Erfindungsgemäß gliedert sich die Ventilnadel 9 in einen ersten metallischen, abspritzseitigen Führungsabschnitt 9a, einen zweiten metallischen, zulaufseitigen Führungsabschnitt 9b und einen im Ausführungsbeispiel hülsenförmigen, keramischen Isolationsabschnitt 9c. Der erste Führungsabschnitt 9a ist in dem konzentrisch zum Ventilkörper 7 montierten Dralleinsatz 14 geführt. Eine zweite Führung der Ventilnadel 9 erfolgt mittels des zweiten Führungsabschnitts 9b in dem Isolationskörper 6. Dazu wirkt die Mantelfläche 19 des zweiten Führungsabschnitts 9b mit einer Bohrung 20 in dem Isolationskörper 6 zusammen. Die der Führung dienenden Führungsabschnitte 9a und 9b sind als metallische Bauteile ausgebildet und können mit der für die Führung erforderlichen Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden. Aufgrund der geringen Oberflächenrauhigkeit der metallischen Bauteile ergibt sich ein nur geringer Reibungskoeffizient an den Führungen. Der Isolationsabschnitt 9c hingegen kann als Spritzkeramikteil hergestellt werden. Da der Isolationsabschnitt 9c nicht der Führung der Ventilnadel 9 dient, sind an die Maßgenauigkeit und die Oberflächenrauhigkeit nur geringe Anforderungen zu stellen. Eine Überarbeitung des Spritzkeramikteils ist daher nicht erforderlich.
Erfindungsgemäß sind die Führungsabschnitte 9a und 9b mit dem Isolationsabschnitt 9c nicht nur kraftschlüssig sondern auch formschlüssig verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Führungsabschnitte 9a und 9b jeweils einen Stift 21 bzw. 22 auf, der jeweils in eine als Bohrung 23 ausgebildete Ausnehmung des Isolationsabschnitts 9c eingeführt ist. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen den Stiften 21 und 22 der Führungsabschnitte 9a und 9b durch einen Reibschluß, durch o
Verkleben oder teilweise auch durch Aufschrumpfen hergestellt. Für eine Verbindung durch Aufschrumpfen ist es vorteilhaft, wenn umgekehrt zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Führungsabschnitt 9b eine Ausnehmung aufweist, in welche ein Stift des Isolationsabschnitts 9c einführbar ist. Der metallische Führungsabschnitt 9b kann vor dem Aufschrumpfen dann erhitzt werden, und der Stift des Isolationsabschnitts 9c kann in die Ausnehmung im erhitzten Zustand des Führungsabschnittes eingeführt werden. Beim Abkühlen des Führungsabschnittes 9b zieht sich dieser zusammen, so daß sich eine feste Verbindung mit dem Isolationsabschnitt 9c ergibt.
Der Isolationsabschnitt 9c ist vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet. Durch das gegenüber einem Vollkörper eingesparte Material ergibt sich eine Gewichtseinsparung, die zu kürzeren Schaltzeiten des Brennstoffeinspritzventils 1 führt.
Entsprechend einem nicht dargestellten, alternativen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die Ventilnadel 9 und den Ventilschließ körper 10 als einteiliges, keramisches Bauteil auszubilden. Dabei kann die Ventilnadel 9 gegenüber dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel kürzer ausgebildet werden, da die Ventilnadel 9 über ihre gesamte Länge Isolationseigenschaften aufweist. Dadurch ergibt sich eine Gewichtseinsparung der Ventilnadel 9, die zu geringeren Schaltzeiten führt. Wenn die Ventilnadel 9 und der Ventilschließ körper 10 als einteiliges Keramikbauteil ausgebildet sind, ist es vorteilhaft, wenn der Ventilschließkörper 10 kugelförmig oder teilkugelförmig ausgeformt ist, so daß eine Materialaussplitterung an dem Dichtsitz vermieden wird.
Zur Erzielung eines besonders geringen Gewichts für den Isolationsabschnitt 9c bzw. für die entsprechend dem alternativen Ausführungsbeispiel als einstückiges Keramikbauteil gebildete Ventilnadel 9 mit dem Ventilschließkörper 10 eignet sich besonders Siliziumnitrid oder Zirkoniumoxid.
Der zweite Führungsabschnitt 9b ist mit einem Anker 24 verbunden, der mit einer Magnetspule 25 zur elektromagnetischen Betätigung des Ventilschließkörpers 10 zusammenwirkt. Zur Bestromung der Magnetspule 25 dient ein Anschluß abel 26. Die Aufnahme der Magnetspule 25 übernimmt ein Spulenträger 27. Ein hülsenförmiger Kern 28 durchdringt die Magnetspule 25 zumindest teilweise und ist von dem Anker 24 durch einen aus der Figur nicht erkennbaren Spalt in der geschlossenen Stellung des Brennstoff einspritzventils beabstandet. Der magnetische Fluß kreis wird durch die ferromagnetischen Bauteile 29 und 30 geschlossen. Der Brennstoff strömt über einen Brennstoffeinlaßstutzen 31 , der über ein Gewinde 32 mit einem nicht dargestellten Brennstoffverteiler verbindbar ist, in das Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze 1. Der Brennstoff durchströmt zunächst ein Brennstoffilter 33 und strömt dann in eine Längsbohrung 34 des Kerns 28. In der Längsbohrung 34 ist eine mit einer Hohlbohrung 35 versehene Einstellhülse 36 vorgesehen, die in die Längsbohrung 34 des Kerns 28 einschraubbar ist. Die Einstellhülse 36 dient zur Einstellung der Vorspannung einer Rückstellfeder 37, die den Anker 24 in Schließrichtung beaufschlagt. Zur Sicherung der Einstellung der Einstellhülse 36 dient eine Konterhülse 38.
Der Brennstoff strömt weiter durch eine Längsbohrung 39 in dem zweiten Führungsabschnitt 9b der Ventilnadel 9 und tritt an einer axialen Aussparung 40 in einen Hohlraum 41 des Isolationskörpers 6 ein. Der Brennstoff strömt von dort in eine Längsbohrung 42 des Ventilkörpers 7, in der sich auch die Ventilnadel 9 erstreckt, und erreicht schließlich die bereits beschriebene Drallnut 14a im Dralleinsatz 14.
Wie bereits beschrieben, führen die ersten, mit dem Gehäusekörper 2 verbundenen Zündelektroden 15 Massepotential, während die zweiten, mit dem Ventilkörper 7 verbundene Zündelektroden 16 mit einem Hochspannungspotential zur Erzeugung von Zündfunken beaufschlagbar sind. Zur Zuführung der Hochspannung dient ein Hochspannungskabel 50, das über eine seitliche, taschenartige Ausnehmung 51 in den Isolationskörper 6 eingeführt ist. Das abisolierte Ende 52 des Hochspannungskabels 50 ist an einer Löt- oder Schweißstelle 53 mit einer Kontaktklammer 54 verlötet oder verschweißt. Die Kontaktklammer 54 umklammert den Ventilkörper 7 und stellt einen sicheren elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem abisolierten Ende 52 des Hochspannungskabels 50 und dem Ventilkörper 7 her. Zur besseren Zugänglichkeit der Löt- oder Schweißstelle 53 weist der Isolationskörper 6 eine radiale Bohrung 55 auf, über welche ein Löt- oder Schweißwerkzeug zu der Löt- oder Schweißstelle 53 geführt werden kann. Nach dem Herstellen der Löt- oder Schweißverbindung wird die taschenartige Ausnehmung 51 mit einer elektrisch isolierenden Vergußmasse 56 ausgegossen. Dabei kann ein in dem Hochspannungskabel 50 integrierter Abbrandwider stand 57 in die Vergußmasse 56 mit eingegossen werden. Zur verbesserten Isolation der Löt- oder Schweißstelle 53 kann eine hochspannungsfeste Folie 58 in die taschenartige Ausnehmung 51 des Isolationskörpers 6 eingelegt und mit der Vergußmasse 56 ebenfalls vergossen werden. Als Vergußmasse 56 eignet sich z. B. Silikon.
Der Isolationskörper 6 und der Ventilkörper 7 können an einem Gewinde 60 miteinander verschraubt sein. Ferner kann der Isolationskörper 6 mit dem Gehäusekörper 2 an einem weiteren Gewinde 61 miteinander verschraubt sein. Vorzugsweise werden die Gewinde 60 und 61 mit einem geeigneten Klebstoff gesichert, der bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung jedoch nicht direkt mit dem Brennstoff in Kontakt steht. Auch der Isolationskörper 6 kann als Spritzkeramikteil kostengünstig hergestellt werden. Der Ventilkörper 7 und der Isolationskörper 6 können mit einem Montagedorn verschraubt und verklebt werden, um Fluchtfehler in der Führung der Ventilnadel 9 auszugleichen.
Die räumlich nahe Anordnung des Abbrandwiderstands 57 zu den Zündelektroden 15, 16 reduziert den Abbrand an den Zündelektroden 15, 16 und erlaubt trotz einer erhöhten elektrischen Kapazität zwischen den Zündelektroden 15, 16 eine metallische Vollummantelung des Brennstoffeinspritzventils mit integrierter Zündkerze 1 durch die metallischen Gehäusekörper 2, 4 und 5.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze (1) zum direkten Einspritzen von
Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs mit einem Ventilkörper (7), der zusammen mit einem mittels einer Ventilnadel (9) betätigbaren Ventilschließkörper (10) einen Dichtsitz bildet, einem den Ventilkörper (7) und zumindest teilweise die Ventilnadel (9) radial umgebenden Isolationskörper (6), und einem den Isolationskörper (6) zumindest teilweise radial umgebenden Gehäusekörper
(2), wobei an dem Ventilkörper (7) und/oder dem Gehäusekörper (2) zumindest eine
Zündelektrode (15, 16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (9) einen in dem Ventilkörper (7) geführten ersten metallischen Führungsabschnitt (9a), einen in dem Isolationskörper (6) geführten zweiten metallischen Führungsabschnitt (9b) und einen zwischen den Führungsabschnitten (9a,
9b) angeordneten Isolationsabschnitt aufweist, wobei die Führungsabschnitte (9a, 9b) formschlüssig mit dem Isolationsabschnitt (9c) verbunden sind.
2. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsabschnitt (9c) der Ventilnadel (9) durch einen keramischen Hülsenkörper gebildet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite metallische Fuhrungsabschnitt (9a, 9b) jeweils einen Verbindungsstift (21, 22) aufweisen, der in eine Ausnehmung (23) des Isolationsabschnitts (9c) eingeführt ist.
4. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite metallische Führungsabschnitt (9b) jeweils eine Ausnehmung aufweist, in welchen ein Verbindungsstift des Isolationsabschnitts (9c) eingeführt ist.
5. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den metallischen Führungsabschnitten (9a, 9b) und dem Isolationsabschnitt (9c) durch Reibschluß und/oder Verkleben und/oder Aufschrumpfen gebildet ist.
6. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den
Brennraum eingespritzten Brennstoffs mit einem Ventilkörper (7), der zusammen mit einem mittels einer Ventilnadel (9) betätigbaren Ventilschließkörper (10) einen Dichtsitz bildet, • einem den Ventilkörper (7) und zumindest teilweise die Ventilnadel (9) radial umgebenden Isolationskörper (6), und einem den Isolationskörper (6) zumindest teilweise radial umgebenden Gehäusekörper
(2), wobei an dem Ventilkörper (7) und/oder dem Gehäusekörper (2) zumindest eine
Zündelektrode (15, 16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (9) und der Ventilschließkörper (10) aus einem einteiligen
Keramikbauteil gebildet sind.
7. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ventilnadel (9) und den Ventilschließkörper (10) bildende einteilige Keramikbauteil an einem ersten Führungsabschnitt innerhalb des Ventilkörpers (7) und an einem zweiten Führungsabschnitt in dem Isolationskörper (6) geführt ist.
8. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (10) an dem einteiligen Keramikbauteil kugelförmig oder teilkugelförmig ausgebildet ist.
9. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (6) eine seitliche Aussparung (51) aufweist, durch welche hindurch ein Hochspannungskabel (50) zu dem Ventilkörper (7) geführt ist und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Aussparung (51) mit einer elektrisch isolierenden Vergußmasse (56) vergossen ist.
10. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hochspannungskabel (50) ein elektrischer Abbrandwiderstand (57) integriert ist, der in die Vergußmasse (56) eingegossen ist.
11. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochspannungskabel (50) mit dem Ventilkörper (7) oder mit einer den Ventilkörper (7) umklammernden Kontaktklammer (54) durch Löten oder Verschweißen verbunden ist und die Lötstelle bzw. die Schweißstelle (53) durch eine hochspannungsfeste Isolationsfolie (58) abgedeckt ist, die in die Vergußmasse (56) eingegossen ist.
12. Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (7) aus zwei Ventilteilkörpern (7a, 7b) zusammengesetzt ist, die insbesondere durch Verschweißen miteinander verbunden sind.
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