DE10219834A1 - Kraftstoffeinspritzinjektor für Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzinjektor für Verbrennungskraftmaschinen mit zwei mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagbaren Elektroden zur elektrischen Aufladung von aus dem Kraftstoffeinspritzinjektor austretendem, insbesondere in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine einspritzendem Kraftstoff, wobei die zwei Elektroden in fester räumlicher Beziehung zueinander ausgebildet sind.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffeinspritzinjektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Der Verbrennungsvorgang und entsprechend die Abgaszusammensetzung bei Verbrennungskraftmaschinen hängt wesentlich von der Durchmischung des Kraftstoffes mit der zur Verfügung gestellten Verbrennungsluft zusammen. Insbesondere bei direkt einspritzenden Verbrennungsverfahren wirken sich die zeitlichen und räumlichen Entwicklungen beim Verbrennungsprozeß, bedingt durch Parameter wie Tropfengröße, Strahlkegelwinkel, Strahleindringtiefe und Kraftstoffmassenverteilung im Rahmen des Gemischbildungsprozesses stark aus.
• Es ist bekannt, diese Parameter durch entsprechende geometrische Beeinflussung, beispielsweise durch Ausbildung von Dralldüsen zu beeinflussen. Aufgrund konstruktiv bestimmter Grenzen bei der Ausbildung derartiger Dralldüsen wurde unter anderem auch versucht, die Gemischbildung durch elektrische Aufladung des Kraftstoffs und die hierdurch hervorgerufene Anreicherung mit gleichgepolten Ladungsträgern zu beeinflussen. Hierdurch ist es möglich, sowohl die Tropfengröße, den Strahlkegelwinkel, die Strahleindringtiefe und die Kraftstoffmasseverteilung im Sinne einer möglichst wirksamen Verbrennung günstig zu beeinflussen. Zu diesem Zweck wird ein elektrisches Feld mit einer Hochspannung zwischen zwei Elektroden ausgebildet, durch das der Kraftstoff vor dem Einspritzen in den Brennraum geführt wird.
• Verschiedene Lösungsansätze für die Ausbildung von Kraftstoffeinspritzventilen sind aus der DE 40 29 056 A1 bekannt. In den dort beschriebenen Beispielen wird auf verschiedene Konfigurationen für die Ausbildung der das elektrische Feld ausbildenden Elektroden hingewiesen. Diese werden zum einen in verschiedenster Form angeordnet und zum anderen zueinander ausgerichtet, um den gewünschten Effekt erreichen zu können. Alle diese Beispiele weisen jedoch einen Nachteil in sofern auf als es sich generell um sehr aufwendige Konstruktionen handelt. Ein weiterer Nachteil besteht bei den dort beschriebenen Ausführungsformen darin, daß das elektrische Feld zwischen den beiden Elektroden erst im Moment der Öffnung der Düsenöffnung des Einspritzventils aufgebaut wird, da eine elektrisch leitende Verbindung durch Bewegung der Düsennadel erst in diesem Moment hergestellt wird. Dies führt dazu, das die Anzahl von gleich gepolten Ladungsträgern, die zur gewünschten Ausbildung des Einspritzstrahls führen soll, stark eingeschränkt wird. Außerdem verschleißen diese Kontaktstellen in Folge der Hochspannung relativ schnell, so daß die Störanfertigkeit entsprechend hoch ist.
• Aus der DE 199 12 568 A1 ist ein gattungsgemäßer Kraftstoffeinspritzinjektor für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei dem zwei mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagbare Elektroden in der Nähe mindestens einer Düsenöffnung angeordnet sind, um eine elektrische Aufladung von in einen Zylinder einer Verbrennungsmaschine eingespritzten Kraftstoff zu erreichen. Hierbei ist eine Hochspannungszuführung durch eine ansonsten vollständig aus keramischem Material bestehende Düsennadel entlang der Längsachse der Düsennadel bis oberhalb eines an der Düsennadel ausgebildeten Nadelsitzes und von dort radial nach außen zu einer an der äußeren Mantelfläche der Düsennadel, ebenfalls oberhalb des Nadelsitzes ausgebildeten Ringelektrode geführt, wobei die Gegenelektrode durch den Düsenkörper gebildet ist. Als nachteilig wird hierbei die ungünstige Anordnung der Elektroden im Injektor angesehen, welche eine bewegliche Elektrode erfordert. Eine derartige, beweglich ausgebildete Elektrode stellt eine erhebliche mechanische Schwachstelle dar. Zum anderen hat bereits aufgeladener Kraftstoff einen relativ langen Weg an der Masseelektrode zurückzulegen. Der durch den aufgeladenen Kraftstoff zurückzulegende Weg führt zu einer nicht gewollten Entladung des bereits aufgeladenen Kraftstoffs.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Kraftstoffseinspritzinjektors mit einer Einrichtung zur Gewährleistung einer elektrischen Aufladung eines Kraftstoffs vor dessen Einspritzen in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftstoffeinspritzinjektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Der erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzinjektor verzichtet aufgrund der festen bzw. unbeweglichen räumlichen Beziehung der Elektroden zueinander vollständig auf eine bewegliche Elektrode und vermeidet so eine gemäss dem Stand der Technik auftretende mechanische Schwachstelle. Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, den Kraftstoff unmittelbar vor seinem Austritt aus dem Injektor aufzuladen, so daß der aufgeladene Kraftstoff zum einen schneller in einem Brennraum gelangt, und zum anderem eine Wechselwirkung beziehungsweise ein Kontakt mit der Masseelektrode wirksam vermieden werden kann (keine Entladung an der Masseelektrode).
• Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist eine erste der zwei Elektroden durch einen Düsenkörper des Kraftstoffsinjektors gebildet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß keine zusätzlichen Bauteile beziehungsweise Komponenten an dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektor vorgesehen werden müssen. Ferner baut der Düsenkörper robust, so daß der Einsatz des Düsenkörpers als Elektrode langfristig gewährleistet werden kann. Vorzugsweise ist der Düsenkörper hierbei als Masseelektrode ausgebildet.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektors ist eine zweite der zwei Elektroden unmittelbar am Spritzloch des Kraftstoffeinspritzinjektors angeordnet. Mit dieser Maßnahme ist gewährleistet, daß der aufgeladene Kraftstoff ohne die Notwendigkeit des Zurücklegens größerer Wege unmittelbar in den Brennraum eintreten kann.
• Zweckmäßigerweise ist zwischen dem die erste Elektrode bildenden Düsenkörper und der zweiten Elektrode eine Isolierschicht ausgebildet. Eine derartige Isolierschicht ist in Ihrer Dicke und stofflichen Zusammensetzung in einfacher Weise zur Realisierung gewünschter Feldeigenschaften variierbar.
• Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektors ist die Isolierschicht an dem spritzlochseitigen Ende des Düsenkörpers, und die zweite Elektrode auf der Isolierschicht angebracht. Diese Ausbildung der Elektroden erweist sich in der Praxis als besonders robust und zuverlässig.
• Es erweist sich als vorteilhaft, die zweite Elektrode im wesentlichen ringförmig auszubilden. Mit dieser Maßnahme ist eine sichere Befestigung an der insbesondere als Isolierscheibe ausgebildeten Isolierschicht möglich.
• Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt
• Fig. 1 eine perspektivische explodierte Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektors, und
• Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Kraftstoffeinspritzinjektors gemäss Fig. 1 im zusammengesetzten Zustand.
• Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzinjektors ist insgesamt mit 10 bezeichnet. Der Injektor 10 weist einen Düsenkörper 11 und eine in diesem verschiebbare Düsennadel 12 auf. Es sei darauf hingewiesen, das auf eine detaillierte Darstellung der Funktionsweise eines Kraftstoffeinspritzinjektors verzichtet wird, und im folgenden lediglich im Rahmen der vorliegenden Erfindung wesentliche Bauteile beschrieben werden.
• Der Düsenkörper 11 ist mit Masse verbunden und wirkt vorteilhafterweise als Masseelektrode.
• Insbesondere in Fig. 2 erkennt man, das in unmittelbarer Nähe eines Spritzlochs 13 eine Isolation, beispielsweise ein Isolierring, auf das spritzlochsseitige Ende des Injektors aufgebracht ist. Die Isolierscheibe ist mit Bezugszeichen 14 versehen. An der Isolierscheibe 14 ist eine als Gegenelektrode dienende, beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehende ringförmige Platte angebracht. Die Platte ist mit Bezugszeichen 15 versehen. Die Platte 15 ist mit (nicht dargestellten) Mitteln zur elektrischen Beaufschlagung zur Realisierung einer Potentialdifferenz zwischen Platte 15 und Düsenkörper 11 verbunden
• Insgesamt sind die beiden Elektroden, das heißt die Platte 15 und der Düsenkörper 11, mittels der Isolierscheibe 14 starr miteinander verbunden.
• Anhand der Fig. 2 wird unmittelbar deutlich, daß aus dem Spritzloch 13 austretender Kraftstoff an der Gegenelektrode (Platte 15) vorbei unter Zurücklegung eines sehr kurzen Weges in den (nicht dargestellten) unterhalb des Injektors ausgebildeten Brennraum gelangen kann. Ferner muß er keinen langen Weg an der Masseelektrode (Düsenkörper 11) zurücklegen.
• Der aufgeladene Kraftstoff tritt aus der Öffnung 16 in der Gegenelektrode 15 in den Brennraum ein.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzinjektor für Verbrennungskraftmaschinen mit zwei mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagbaren Elektroden (11, 15) zur elektrischen Aufladung von aus dem Kraftstoffeinspritzinjektor austretendem, insbesondere in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzendem Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Elektroden (11, 15) in fester räumlicher Beziehung zueinander ausgebildet sind.

2. Kraftstoffeinspritzinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste der zwei Elektroden durch einen Düsenkörper (11) des Kraftstoffeinspritzinjektors gebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzinjektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite (15) der zwei Elektroden in unmittelbarer Umgebung eines Spritzloches (13) des Kraftstoffseinspritzinjektors ausgebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen dem die erste Elektrode bildenden Düsenkörper (11) und der zweiten Elektrode ausgebildete Isolierschicht (14).

5. Kraftstoffeinspritzinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die insbesondere als Isolierscheibe ausgebildete Isolierschicht (14) an dem spritzlochseitigen Ende des Düsenkörpers (11), und die zweite Elektrode (15)an der Isolierschicht (14) angebracht ist.

6. Kraftstoffeinspritzinjektor, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (15) im wesentlichem ringförmig ausgebildet ist.