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Title:
INJECTION VALVE FOR A WATER INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND WATER INJECTION SYSTEM HAVING SUCH AN INJECTION VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/254950
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an injection valve (1) for a water injection system (50) of an internal combustion engine (100), comprising an annular solenoid (2) for acting on an armature (3) which can execute a stroke movement and is connected to a valve member (4), further comprising a hollow-cylindrical core (5), which is surrounded at least in some sections by the solenoid (2) and is formed on an inlet neck (6) or is connected to an inlet neck (6), wherein: the injection valve (1) can be supplied with water via the inlet neck (6); a body (8) is inserted into the inlet neck (6); an inner lateral surface (61) is formed on the inlet neck (6) in a receptacle (60) of the inlet neck (6); an outer lateral surface (81) is formed on the body (8); the outer lateral surface (81) of the body (8) is in direct contact at least in some sections with the inner lateral surface (61) of the inlet neck (6); at least one flow duct (9) passes through the body (8) in the axial direction (a); and the flow duct (9) formed in the body (8) defines an inlet opening (10) for supplying the injection valve (1) with water. According to the invention, the body (8) is formed at least partially from an elastic material which bears directly against the inner lateral surface (61) of the inlet neck (6).

Inventors:
SEITZ ANSGAR (DE)
OKRENT ELMAR (DE)
MILLER FRANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/065934
Publication Date:
December 23, 2021
Filing Date:
June 14, 2021
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
F02M25/025; F02M25/022; F16L41/08; F16L55/027; F02M55/00
Foreign References:
DE102018220385A12020-05-28
DE102018220394A12020-05-28
DE102013221639A12014-05-22
DE102015208472A12016-11-10
DE102015208508A12016-11-10
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Claims:
Ansprüche

1. Einspritzventil (1) für ein Wassereinspritzsystem (50) eines Verbrennungsmotors (100), umfassend eine ringförmige Magnetspule (2) zur Einwirkung auf einen hubbe weglichen Anker (3), der mit einem Ventilglied (4) verbunden ist, ferner umfassend ei nen hohlzylinderförmigen Kern (5), der zumindest abschnittsweise von der Magnetspu le (2) umgeben ist und an einem Einlassstutzen (6) ausbildet oder mit einem Einlass stutzen (6) verbunden ist, wobei das Einspritzventil (1) über den Einlassstutzen (6) mit Wasser versorgbar ist, wobei in den Einlassstutzen (6) ein Körper (8) eingesetzt ist, wobei an dem Einlassstutzen (6) in einer Aufnahme (60) des Einlassstutzens (6) ein Innenmantel (61) ausgebildet ist, wobei an dem Körper (8) ein Außenmantel (81) aus gebildet ist, wobei der Außenmantel (81) des Körpers (8) zumindest abschnittsweise in direktem Kontakt mit dem Innenmantel (61) des Einlassstutzens (6) steht, wobei der Körper (8) in axialer Richtung (a) von wenigstens einem Strömungskanal (9) durchsetzt ist, wobei der in dem Körper (8) ausgebildete Strömungskanal (9) eine Einlassöff nung (10) zur Versorgung des Eispritzventils (1) mit Wasser definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) zumindest teilweise aus ei nem elastischen Material ausgebildet ist, das an dem Innenmantel (61) des Einlass stutzens (6) direkt anliegt.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ab dichtbereich (83) des Körpers (8) aus dem elastischen Material ausgebildet ist und an einem einlassseitigen Ende des Körpers (8) an dem Innenmantel (61) des Einlassstut zens (6) dicht anliegt und/oder dass ein zweiter Abdichtbereich (84) des Körpers (8) aus dem elastischen Mate rial ausgebildet ist und an einem auslassseitigen Ende des Körpers (8) an dem Innen mantel (61) des Einlassstutzens (6) dicht anliegt.

3. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass an dem Körper (8) ein Zwischenbereich (86) ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser des Körpers (8) in dem Zwischenbereich (86) derart verjüngt ist, dass der Außenmantel (81) des Körpers (8) in dem Zwischenbereich (86) von dem In nenmantel (61) des Einlassstutzens (6) durch einen Hohlraum (11) beabstandet ist.

4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohl raum (11) in der axialen Richtung (a), insbesondere zwischen dem ersten Abdichtbe reich (83) und dem zweiten Abdichtbereich (84) erstreckt.

5. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass an dem Körper (8) ein äußerer Dichtring (89) ausgebildet ist, wobei der Körper (8) einen Zentralbereich (87) aufweist, der in der Aufnahme (60) des Einlass stutzens (6) angeordnet ist, wobei der äußere Dichtring (89) durch einen Verbindungs bereich (88) des Körpers (8) mit dem Zentralbereich (87) des Körpers (8) verbunden ist.

6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der den äußeren Dichtring (89) des Körpers (8) mit dem Zentralbereich (87) des Körpers (8) verbinden de Verbindungsbereich (88) des Körpers (8) bezüglich des äußeren Dichtrings (89) und des Zentralbereichs (87) verjüngt ausgebildet ist.

7. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Dichtring (89) des Körpers (8) an einer von dem Innenmantel (61) des Einlassstutzens (6) abgewandten Außenfläche (65) des Einlassstutzens (6) von außen her an dem Einlassstutzen (6) anliegt.

8. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Körper (8) vollständig aus dem elastischen Material, insbesondere aus einem Elastomer, ausgebildet ist.

9. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) einen ersten inneren Dichtring (71) umfasst, der aus dem elastischen Material ausgebildet ist und den ersten Abdichtbereich (83) des Körpers (8) bildet und der Körper (8) einen zweiten inneren Dichtring (72) umfasst, der aus dem elastischen Material ausgebildet ist den zweiten Abdichtbereich (84) des Körpers (8) bildet, wobei der Körper (8) weiterhin einen Grundkörper (73) umfasst, der von dem Strömungskanal (9) durchsetzt ist, wobei der erste innere Dichtring (71) und der zweite innere Dichtring (72) den Grundkörper (73) umlaufend umgeben.

10. Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor (100) mit wenigstens einem Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wasserein spritzsystem (50) weiterhin einen Wassertank (15) zum Speichern von Wasser und ein Förderelement (16) zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank (15) zu dem Ein spritzventil (1) umfasst.

Description:
Beschreibung

Titel

Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors sowie Was sereinspritzsystem mit einem solchen Einspritzventil

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbren nungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bei dem Verbren nungsmotor kann es sich insbesondere um einen Benzinmotor handeln. Darüber hin aus betrifft die Erfindung ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Einspritzventil.

Zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxid- Emissionen gilt es den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren zu optimieren, beispielsweise durch eine Erhöhung der Verdich tung oder durch Downsizing Konzepte in Kombination mit einer Turboaufladung. Bei hoher Motorlast ist jedoch ein Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Betriebs punkt, der im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch optimal wäre, in der Regel nicht möglich, da dem Betrieb durch Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen Grenzen gesetzt werden. Maßnahmen zur Reduzierung der Klopfneigung und/oder Senkung der Abgastemperaturen sehen die Einspritzung von Wasser vor, wobei die Einspritzung di rekt in einen Brennraum des Verbrennungsmotors oder in einen Ansaugtrakt des Ver brennungsmotors erfolgen kann.

Bei Verbrennungsmotoren mit Wassereinspritzung besteht die Gefahr, dass wasser führende Leitungen und/oder Komponenten bei tiefen Temperaturen vereisen und durch Eisdruck Schaden nehmen. Um dies zu verhindern, werden die wasserführen den Leitungen und/oder Komponenten in der Regel bei abgestelltem Motor entleert. Die DE 10 2015 208472 Al zeigt beispielhaft eine Brennkraftmaschine mit einer Was sereinspritzvorrichtung, die einen Wassertank zur Speicherung von Wasser, eine Pumpe zur Förderung des Wassers und ein Wassereinspritzventil zum Einspritzen von Wasser umfasst. Die Pumpe ist einlassseitig über eine erste Leitung mit dem Wasser tank und auslassseitig über eine zweite Leitung mit dem Wassereinspritzventil verbun den. Zur einfachen Entleerung der Pumpe ist diese oberhalb des Wassertanks ange ordnet, so dass die Entleerung schwerkraftgetrieben erfolgen kann. Alternativ oder er gänzend kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden.

Zur Vermeidung einer Vereisung der Einspritzventile eines solchen Einspritzsystem, müssen auch diese entleert werden. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 208508 Al ist eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die min destens zwei Einspritzventile bzw. Wasserinjektoren umfasst, die nacheinander durch Umkehrung der Förderrichtung eines Förderelements entleert werden. Die Einspritz ventile bzw. Wasserinjektoren müssen demzufolge nicht eisdruckfest ausgelegt wer den. Dadurch, dass die Einspritzventile nacheinander entleert werden, soll vorhande nes Wasser sicher entfernt werden.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Ver brennungsmotors vorgeschlagen. Das Einspritzventil umfasst eine ringförmige Mag netspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der mit einem Ventilglied verbunden ist. Das Einspritzventil umfasst weiterhin einen hohlzylinderförmigen Kern, der zumindest abschnittsweise von der Magnetspule umgeben ist und an einem Ein lassstutzen ausbildet oder mit einem Einlassstutzen verbunden ist, wobei das Ein spritzventil über den Einlassstutzen mit Wasser versorgbar ist, wobei in den Einlass stutzen ein Körper eingesetzt ist, wobei an dem Einlassstutzen in einer Aufnahme des Einlassstutzens ein Innenmantel ausgebildet ist, wobei an dem Körper ein Außenman tel ausgebildet ist, wobei der Außenmantel des Körpers zumindest abschnittsweise in direktem Kontakt mit dem Innenmantel des Einlassstutzens steht, wobei der Körper in axialer Richtung von wenigstens einem Strömungskanal durchsetzt ist, wobei der in dem Körper ausgebildete Strömungskanal eine Einlassöffnung zur Versorgung des Ei- spritzventils mit Wasser definiert. Der Körper ist zumindest teilweise aus einem elasti schen Material ausgebildet, das direkt an dem Innenmantel des Einlassstutzens direkt.

Vorteile der Erfindung

Gegenüber dem Stand der Technik weist das Einspritzventil für ein Wassereispritzsys tem eines Verbrennungsmotors den Vorteil auf, dass durch den Körper in dem Einlass stutzen das Einspritzventil in einem Rücksaugbetrieb des Wassereinspritzsystems be sonders einfach und schnell entleert werden kann. So kann vorteilhaft eine Vereisung des Einspritzventils und damit Schäden an dem Einspritzventil verhindert werden. Die Versorgung des Einspritzventils mit Wasser erfolgt beispielsweise ausschließlich über den im Körper ausgebildeten Strömungskanal. Dieser erstreckt sich in axialer Rich tung, vorzugsweise koaxial zu einer Längsachse des Einspritzventils. Der reduzierte freie Strömungsquerschnitt des im Körper ausgebildeten Strömungskanals erhöht fer ner die Strömungsgeschwindigkeit beim Rücksaugen von Wasser, so dass die Entlee rung des Einspritzventils zugleich beschleunigt wird. Unterstützend kommt hinzu, dass der reduzierte Strömungsquerschnitt Verwirbelungen entgegenwirkt. Im Ergebnis kann somit bei gleicher Rücksaugleistung eines zum Rücksaugen eingesetzten Förderele ments in der gleichen Zeit deutlich mehr Wasser aus dem Einspritzventil rückgesaugt werden. Das heißt, dass sich die Gefahr einer Vereisung und einer Beschädigung des Einspritzventils durch Eisdruck bei tiefen Außentemperaturen signifikant verringert.

Somit wird bei dem erfindungsgemäßen Einspritzventil die Einlassöffnung des Ein spritzventils nicht durch den Einlassstutzen, sondern durch den in den Einlassstutzen eingesetzten Körper ausgebildet. Der Körper reduziert somit den zur Wasserversor gung des Einspritzventils zur Verfügung stehenden freien Strömungsquerschnitt. Zu gleich wird ein im Einlassstutzen vorhandenes Totvolumen minimiert, das zur Vermei dung einer Vereisung des Einspritzventils entleert werden muss. Das heißt, dass weni ger Wasser aus dem Einspritzventil rückgesaugt werden muss. Bevorzugt kann daher der Körper in der Weise in den Einlassstutzen eingesetzt werden, dass zwischen dem Körper und dem Einlassstutzen kein Hohlraum verbleibt, der unmittelbar oder mittelbar mit dem im Körper ausgebildeten Strömungskanal in Fluidverbindung steht. So kann vorteilhaft durch den in den Einlassstutzen eingesetzten Körper ein beliebiges Ein- spritzventil, beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzventil, auf vorteilhaft einfache Weise zu einem erfindungsgemäßen Einspritzventil für die Wassereinspritzung ertüchtigt wer den.

Dadurch, dass der Körper teilweise oder vollständig aus einem elastischen Material ausgebildet ist, kann der Körper, in diesem Bereich vorteilhaft dicht direkt am dem In nenmantel anliegen. So kann durch das elastische Material ein dichter, den Körper um laufender Kontakt zwischen dem Körper und dem Innenmantel des Einlassstutzens ausgebildet sein. So kann vorteilhaft sichergestellt sein, dass zwischen dem Einlass stutzen und dem Körper kein Wasser fließen kann und der Durchfluss des Wassers somit auf den Strömungskanal im Körper begrenzt ist.

Gefriert Wasser im Bereich des elastischen Materials, so kann das elastische Material die Volumenausdehnung des Wassers vorteilhaft kompensieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein erster Ab dichtbereich des Körpers aus dem elastischen Material ausgebildet ist und an einem einlassseitigen Ende des Körpers an dem Innenmantel des Einlassstutzens dicht an liegt und/oder dass ein zweiter Abdichtbereich des Körpers aus dem elastischen Mate rial ausgebildet ist und an einem auslassseitigen Ende des Körpers an dem Innenman tel des Einlassstutzens dicht anliegt. So kann der Körper an dem ersten Abdichtab schnitt umlaufend dicht an dem Innenmantel des Einlassstutzens anliegen und auch am zweiten Abdichtbereich umlaufend dicht an dem Innenmantel des Einlassstutzens anliegen. So wird vorteilhaft verhindert, dass Wasser zwischen dem Körper und dem Innenmantel an dem Körper vorbeifließen kann. Der Durchfluss des Wassers in dem Einlassstutzen ist somit vorteilhaft auf den im Körper ausgebildeten Strömungskanal beschränkt und erfolgt nicht am Körper vorbei.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass an dem Körper ein Zwischenbereich ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser des Körpers in dem Zwischenbereich derart verjüngt ist, dass der Außenmantel des Körpers in dem Zwi schenbereich von dem Innenmantel des Einlassstutzens durch einen Hohlraum beab- standet ist. Gefriert Wasser im Strömungskanal im Bereich des Zwischenbereichs des Körpers, so kann der Hohlraum die Volumenänderung des Wassers kompensieren, in dem sich die Wand des Strömungskanals in dem Hohlraum hinein elastisch verformt.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich der Hohl raum in der axialen Richtung, insbesondere zwischen dem ersten Abdichtbereich und dem zweiten Abdichtbereich erstreckt. Der Strömungskanal kann sich bei sich ausdeh nendem Wasser vorteilhaft vergrößern, indem sich die Trennwand zwischen Strö mungskanal und Hohlraum elastisch in den Hohlraum hinein verformt.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass an dem Körper ein äußerer Dichtring ausgebildet ist, wobei der Körper einen Zentralbereich aufweist, der in der Aufnahme des Einlassstutzens angeordnet ist, wobei der äußere Dichtring durch einen Verbindungsbereich des Körpers mit dem Zentralbereich des Körpers ver bunden ist. So ist der Körper vorteilhaft einstückig aus dem Zentralbereich, dem Ver bindungsbereich und dem äußeren Dichtring ausgebildet. Während der Zentralbereich vorteilhaft in der Aufnahme des Einlassstutzens angeordnet ist, ist gleichzeitig der äu ßere Dichtring des Körpers außen am Einlassstutzen angeordnet. So kann durch den äußeren Dichtring das Einspritzventil an einer Ventiltasse, in die das Einspritzventil eingesetzt ist, abgedichtet werden. Der äußere Dichtring ist vorteilhaft durch den Ver bindungsbereich mit dem Zentral bereich verbunden. Der Körper kann vorteilhaft voll ständig aus dem elastischen Material, insbesondere aus einem Elastomer, ausgebildet sein. So kann der Zentralbereich des Körpers in die Aufnahme des Einlassstutzens eingesetzt werden. Der aus dem Einlassstutzen herausstehende Verbindungsbereich und äußere Dichtring können außen über den Kragen des Einlassstutzens gestülpt werden, so dass der äußere Dichtring außen an dem Einlassstutzen anliegt. So kann der Körper vorteilhaft einfach und fest an dem Einspritzventil befestigt werden. Durch die Anlage des äußeren Dichtrings an der Außenseite des Einlassstutzens entsteht ei ne weitere abgedichtete Stelle zwischen Körper und Einlassstutzen, die verhindert, dass Wasser in den Bereich zwischen Außenmantel des Körpers und Innenmantel des Einlassstutzens fließen kann.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der den äußeren Dichtring des Körpers mit dem Zentralbereich des Körpers verbindende Verbindungs- bereich des Körpers bezüglich des äußeren Dichtrings und des Zentralbereichs ver jüngt ausgebildet ist. So ist der Verbindungsbereich vorteilhaft flexibel ausgebildet und der äußere Dichtring kann vorteilhaft einfach über den Einlassstutzen gestülpt werden und der Körper somit vorteilhaft einfach und gut an dem Einlassstutzen befestigt wer den.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der äußere Dichtring des Körpers an einer von dem Innenmantel des Einlassstutzens abgewand ten Außenfläche des Einlassstutzens von außen her an dem Einlassstutzen anliegt. So kann bei einem in eine Ventiltasse eingesetzten Einspritzventil das Einspritzventil durch den äußeren Dichtring vorteilhaft gut gegenüber der Ventiltasse abgedichtet sein. Weiterhin wird so sichergestellt, dass kein Wasser zwischen dem Innenmantel des Einlassstutzens und dem Körper vorbeifließen kann, sondern Wasser nur durch den im Körper verlaufenden Strömungskanal in das Einspritzventil fließen kann.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Körper voll ständig aus dem elastischen Material, insbesondere aus einem Elastomer, ausgebildet ist. Ein derartiger Körper kann vorteilhaft gut und einfach gefertigt werden. Durch die Elastizität des Körpers können Volumenänderungen von im Körper gefrierenden Was ser vorteilhaft gut aufgenommen und ausgeglichen werden, so dass Beschädigungen des Körpers und des Einspritzventils durch gefrierendes Wasser vorteilhaft vorgebeugt wird. Weiterhin kann ein vollständig aus dem elastischen Material ausgebildeter Körper vorteilhaft durch Einsetzen des Zentral bereiches in die Aufnahme des Einlassstutzens und das Stülpen des äußeren Dichtrings über den Kragen des Einlassstutzens vorteil haft gut und dicht an dem Einlassstutzen des Einspritzventils befestigt werden.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Körper einen ersten inneren Dichtring umfasst, der aus dem elastischen Material ausgebildet ist und den ersten Abdichtbereich des Körpers bildet und der Körper einen zweiten inneren Dichtring umfasst, der aus dem elastischen Material ausgebildet ist den zweiten Ab dichtbereich des Körpers bildet, wobei der Körper weiterhin einen Grundkörper um fasst, der von dem Strömungskanal durchsetzt ist, wobei der erste innere Dichtring und der zweite innere Dichtring den Grundkörper umlaufend umgeben. So kann der Körper vorteilhaft dreiteilig ausgebildet sein und sich aus dem Grundkörper, der beispielsweise aus einem harten Kunststoff gefertigt sein kann und zwei Dichtringen aus Elastomer, die um den Grundkörper verlaufen, beispielsweise in Nuten im Grundkörper verlaufen, zusammensetzen. Die inneren Dichtringe liegen dann sowohl am Grundkörper als auch an dem Innenmantel des Einlassstutzens umlaufend dicht an und dichten den Grundkörper zum Innenmantel des Einlassstutzens hin ab.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein Wasserein spritzsystem für einen Verbrennungsmotor ein Einspritzventil umfasst, wobei das Was sereinspritzsystem weiterhin einen Wassertank zum Speichern von Wasser und ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank zu dem Einspritzventil umfasst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Längsschnitts durch das erste Ausführungs beispiel des Einspritzventils aus Fig. 1,

Fig. 3 eine dreidimensionale Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils aus Fig. 1,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des Einspritzventils,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils, Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils,

Fig. 7 eine dreidimensionale Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels des Ein spritzventils aus Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wasserein spritzsystems,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbren nungsmotors mit einem Einspritzventil.

Ausführungsformen der Erfindung

Der Fig. 1 ist ein Einspritzventil 1 für ein Wassereinspritzsystem 50 eines Verbren nungsmotors 100 zu entnehmen, das eine ringförmige Magnetspule 2 zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker 3 umfasst, der mit einem Ventilglied 4 verbunden ist. Das Ventilglied 4 ist vorliegend als Hohlnadel ausgeführt und an seinem dem Anker 3 abgewandten Ende mit einem kugelförmigen Ventilschließelement 29 zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung 30 verbunden. Bei einer Bestro- mung der Magnetspule 2 bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den An ker 3 einschließlich des Ventilglieds 4 und des Ventilschließelements 29 in Richtung eines Kerns 5 bewegt, um einen zwischen dem Kern 5 und dem Anker 3 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 31 zu schließen. Das kugelförmige Ventilschließelement 29 gibt dabei die Einspritzöffnung 30 frei. Wird anschließend die Bestromung der Magnetspule 2 be endet, werden der Anker 3, das Ventilglied 4 und das Ventilschließelement 29 mittels der Federkraft einer Rückstellfeder 32 in ihre Ausgangslage zurückgestellt, so dass das Ventilschließelement 29 die Einspritzöffnung 30 wieder verschließt.

Der Kern 5 ist hohlzylinderförmig ausgeführt und über ein hohlzylinderförmiges Verbin dungsteil 33 mit einem Einlassstutzen 6 verbunden, über den das Einspritzventil 1 mit Wasser aus einer nicht dargestellten Verteilerleitung, beispielsweise einem Rail, ver sorgbar ist. Der Einlassstutzen 6 wird dabei beispielsweise von einem tassenförmigen Anschlusselement der Verteilerleitung, einer Railtasse, umgriffen. Der Einlassbereich kann somit nach außen abgedichtet sein.

Zur Reduzierung eines Totvolumens im Einlassbereich des Einspritzventils 1 ist in dem Einlassstutzen 6 des Einspritzventils 1 ein Körper 8 angeordnet. Der Körper 8 ist von einer Einlassrichtung des Einspritzventils 1 in der axialen Richtung a in die Aufnahme 60 des Einlassstutzens 6 eingesetzt. Der Körper 8 ist in der axialen Richtung a von ei nem Strömungskanal 9 durchsetzt. Der Strömungskanal 9 ist im Wesentlichen hohlzy linderförmig ausgebildet. Der Strömungskanal 9 definiert eine Einlassöffnung 10. Die Versorgung des Einspritzventils 1 mit Wasser aus der Verteilerleitung erfolgt demnach ausschließlich über den Strömungskanal 9. Der Körper weist einen Außenmantel 81 auf. Der Einlassstutzen 6 weist einen Innenmantel 61 auf. Der Außenmantel 81 des Körpers 8 ist dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 zugewandt. Der Körper 8 ist rotationsymmetrisch ausgebildet.

Der im Körper 8 ausgebildete Strömungskanal 9 weist vorzugsweise eine Zylinderform auf. Der Durchmesser d des Strömungskanals 9 ist weiterhin vorzugsweise so klein wie möglich gewählt, um beim Rücksaugen eine möglichst hohe Strömungsgeschwin digkeit zu erzielen und eine nicht abreißende Wassersäule zu generieren. Zugleich ist der Durchmesser d des Strömungskanals 9 derart bemessen, dass weiterhin eine aus reichende Wasserversorgung des Einspritzventils 1 sichergestellt ist. Bevorzugt ist der Durchmesser d des Strömungskanals 9 kleiner als der Durchmesser der Verteilerlei tung, beispielsweise des Rails, gewählt. Der Durchmesser d des Strömungskanals 9 ist kann beispielsweise weniger als 3,0 Millimeter, vorzugsweise weniger als 2,5 Millimeter, insbesondere vorzugsweise weniger als 2,1 Millimeter betragen. In die sem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser d des Strömungskanals 9 zwei Mil limeter. Der Durchmesser d des Strömungskanals wird dabei in einer radialen Richtung senkrecht zur axialen Richtung a des Strömungskanals 9 gemessen. Der Körper 8, in dem der Strömungskanal 9 ausgebildet ist, weist vorzugsweise eine Mindestwanddicke auf, die dem Radius des Strömungskanals 9 entspricht oder darüber liegt.

Durch die Verringerung des Totvolumens durch den in die Aufnahme 60 des Einlass stutzens 6 eingesetzten Körper 8 kann das Einspritzventil 1 schnell durch Rücksaugen entleert werden, so dass Schäden durch gefrierendes Wasser bei abgestelltem Ver brennungsmotor 100 und tiefen Außentemperaturen nicht zu befürchten sind.

In den Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 sind verschiedene Darstellungen eines ersten Ausfüh rungsbeispiels des Körpers 8 dargestellt. Der Körper 8 ist in diesem Ausführungsbei spiel einstückig aus einem Zentralbereich 87, einem Verbindungsbereich 88 und einem äußeren Dichtring 89 ausgebildet. Der Verbindungsbereich 88 verbindet den äußeren Dichtring 89 mit dem Zentralbereich 87 des Körpers 8. Der Zentralbereich 87 des Kör pers 8 ist in der Aufnahme 60 des Einlassstutzens 6 angeordnet. Dabei liegt der Zent ralbereich 87 in dem Einlassstutzen 6 an dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 dicht an. Der Verbindungsbereich 88 und der äußere Dichtring 89 sind derart über den Kragen des Einlassstutzens 6 gestülpt, dass der Dichtring 89 dicht an einer Außenflä che 65 des Einlassstutzens 6 von außen her anliegt. Die Außenfläche 65 des Einlass stutzens 6, an der der Dichtring 89 anliegt, ist von dem Innenmantel 61 des Einlass stutzens 6 abgewandt. Der Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 ist bezüglich des Einlassstutzens 6 nach innen gewandt. Die Außenfläche 65 des Einlassstutzens 6 ist nach außen gewandt. Im Vergleich zu dem äußeren Dichtring 89 und dem Zentralbe reich 87 ist der Verbindungsbereich 88 verjüngt ausgebildet. So ist der Verbindungsbe reich 88 flexibel genug, um den äußeren Dichtring 89 zusammen mit dem Verbin dungsbereich 88 um den Einlassstutzen 6 zu stülpen. Der Körper 8 ist in diesem Aus führungsbeispiel vollständig aus einem Elastomer ausgebildet.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Körpers 8 und des Einspritzventils 1 dargestellt. In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Körpers 8 und des Ein spritzventils 1 dargestellt. In dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ist an dem Körper 8 jeweils ein erster Abdichtbereich 83 und ein zweiter Abdichtbereich 84 aus gebildet. Der Körper 8 ist in diesen Ausführungsbeispielen einstückig ausgebildet und vollständig aus elastischen Material, insbesondere vollständig aus einem Elastomer ausgebildet. Der Körper 8 kann aber beispielsweise auch mehrstückig ausgebildet sein und sich aus unterschiedlichen Teilen aus unterschiedlichen Materialien zusammen setzen. Der erste Abdichtbereich 83 und der zweite Abdichtbereich 84 sind aus dem elastischen Material, insbesondere aus dem Elastomer ausgebildet. Wie in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt, ist der erste Abdichtbereich 83 an einem einlassseitigen Ende des Körpers 8 ausgebildet und der zweite Abdichtbereich 84 an einem auslassseitigen En- de des Körpers 8 ausgebildet. Der Körper 8 liegt mit den Abdichtbereichen 83, 84 um laufend dicht an dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 an. Durch die Elastizität des Körpers 8 an den Abdichtbereichen 83, 84 wird dabei ein den Körper umlaufend dichter Kontakt zwischen dem Körper 8 und dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 hergestellt. Die Abdichtbereiche 83, 84 können beispielsweise auch als Dichtlippe ausgebildet sein. In den in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist je weils der zweite Abdichtbereich 84 des Körpers als Dichtlippe ausgebildet.

Wie in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt, ist an dem Körper 8 zwischen dem ersten Abdicht bereich 83 und dem zweiten Abdichtbereich 84, an denen der Körper 8 mit dem In nenmantel 61 des Einlassstutzens 6 in Kontakt steht, ein Zwischenbereich 86 ausge bildet. An dem Zwischenbereich 86 steht der Körper 8 mit dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 nicht in direktem Kontakt, sondern ist von diesem beabstandet. Dafür ist der Außendurchmesser des Körpers 8 im Zwischenbereich 86 im Vergleich zu den Abdichtbereichen 83, 84 verjüngt. Der Außendurchmesser des Körpers 8 wird in radia ler Richtung r senkrecht zur axialen Richtung a gemessen. Der Außendurchmesser bemisst dabei den Durchmesser der Außenmantels 81 des Körpers 8. Durch den ge ringeren Außendurchmesser im Zwischenbereich 86 ist der Körper 8 im Zwischenbe reich 86 von dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6 durch einen Hohlraum 11 be abstandet. Der Hohlraum 11 erstreckt sich in axialer Richtung a von dem ersten Ab dichtbereich 83 zu dem zweiten Abdichtbereich 84 und in radialer Richtung r von dem Außenmantel 81 des Körpers 81 bis zu dem Innenmantel 61 des Einlassstutzens 6. Gefriert Wasser im Strömungskanal 9 und dehnt sich dabei aus, so kann sich der elas tische Körper 8, beispielsweise in der radialen Richtung, beispielsweise in den Hohl raum 11 hinein verformen. Somit kann der elastisch verformte Körper 8 dem Wasser den beim Gefrieren zusätzlich benötigten Platz zur Verfügung stellen. Verflüssigt sich das Wasser dann wieder, nimmt der elastische Körper wieder seine ursprüngliche Form an.

In Fig. 6 und Fig. 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Einspritzventils 1 mit ei nem Körper 8 dargestellt. In dem vierten Ausführungsbeispiel ist der Körper 8 dreiteilig ausgebildet. Der Körper 8 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen, beispielswei se aus hartem Kunststoff ausgebildeten, Grundkörper 73. Der Körper 8 umfasst wei terhin einen ersten inneren Dichtungsring 71 und einen zweiten inneren Dichtungsring 72. Die Dichtringe 71, 72 sind aus einem elastischen Material, insbesondere aus einem Elastomer, ausgebildet. Der erste innere Dichtungsring 71 bildet den ersten Abdichtbe reich 83 des Körpers 8. Der zweite innere Dichtungsring 72 bildet den zweiten Abdicht bereich 84 des Körpers 8. An dem Grundkörper 73 sind zwei den Grundkörper 73 um laufende Nuten ausgebildet. Die Dichtungsringe 71, 72 sind in den Nuten des Grund körpers 73 angeordnet und bilden zusammen mit dem Grundkörper 73 den Körper 8. An dem Körper 8 ist zwischen dem ersten Abdichtbereich 83 und dem zweiten Abdich tbereich 84, an denen der Körper 8 über die inneren Dichtringe 71, 72 mit dem Innen mantel 61 des Einlassstutzens 6 in Kontakt steht, ein Zwischenbereich 86 ausgebildet. An dem Zwischenbereich 86 steht der Körper 8 mit dem Innenmantel 61 des Einlass stutzens 6 nicht in direktem Kontakt, sondern ist von diesem durch einen Hohlraum 11 beabstandet. Dafür ist der Außendurchmesser des Körpers 8 im Zwischenbereich 86 im Vergleich zu den Abdichtbereichen 83, 84 verjüngt.

In Fig. 8 ist ein Wassereinspritzsystem 50 mit Einspritzventilen 1 dargestellt. Das Was sereinspritzsystem 50 ist für einen Verbrennungsmotor 100 vorgesehen und umfasst wenigstens eine Verteilerleitung 7 sowie wenigstens ein Einspritzventil 1. Eine der Ver sorgung der Einspritzventile 1 mit Wasser dienende Verteilerleitung 7 wird auch Rail 7 genannt. Das dargestellte Wassereinspritzsystem 50 umfasst beispielhaft vier solcher Einspritzventile 1. Die Einspritzventile 1 sind an einer Verteilerleitung 7 angeschlossen.

Üblicherweise weist eine Verteilerleitung 7 mindestens ein tassenförmiges Anschlus selement für den Anschluss eines Einspritzventils 1 auf. Das Einspritzventil 1 ist über das tassenförmige Anschlusselement mit der Verteilerleitung 7 verbunden. Die Verbin dung kann beispielsweise eine Steck-, Press-, Klemm-, Rast- und/oder eine Schraub verbindung sein. Dieses Anschlusselement wird auch Railtasse genannt. Die Railtasse umgreift dabei das einlassseitige Ende des Einspritzventils 1 im Bereich des Einlass stutzens 6. Ein zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement und dem Einlassstut zen 6 bzw. dem Körper 8 verbleibender Axial- und/oder Radialspalt kann dabei zur Aufnahme eines Dichtelements, insbesondere eines Dichtrings, genutzt werden, so dass der Einlassbereich des Einspritzventils 1 nach außen abgedichtet ist. Der Dicht ring kann außenumfangseitig auf dem Körper angeordnet sein bzw. den Körper ab schnittsweise umgeben, so dass er radial dichtet. Alternativ oder ergänzend kann der Dichtring an einer ringförmigen Stirnfläche des Körpers 8 axial abgestützt sein, so dass er axial abdichtet.

Das Totvolumen der Railtasse hängt von der konkreten Ausgestaltung der Railtasse sowie der Ausgestaltung des einlassseitigen Endes des Einspritzventils 1 ab. Zur Mi nimierung des Totvolumens in der Railtasse bzw. des tassenförmigen Anschlussele ments kann der in den Einlassstutzen 6 eingesetzte Körper 8 diesen in axialer Rich tung a und/oder in radialer Richtung überragen. Beispielsweise kann der Körper 8 Ver bindungsbereich 88 aufweisen, der den Einlassstutzen 6 in axialer und radialer Rich tung überragt. Der Verbindungsbereich 88 und der äußere Dichtring 89 können zur Ab stützung des Einspritzventils 1 an einem tassenförmigen Anschlusselement der Vertei lerleitung 7 genutzt werden.

Die Verteilerleitung 7 bzw. das Rail 7 wird aus einem Wassertank 15 mit Wasser ver sorgt wird. Das Wasser wird der Verteilerleitung 7 mit Hilfe eines Förderelement 16 über eine Wasserleitung 17 zugeführt. Das Förderelement 16 ist vorliegend als außer halb des Wassertanks 15 angeordnete, elektromotorisch antreibbare Pumpe ausge führt. Andere Ausführungen des Förderelements 16 sind aber auch möglich. Insbeson dere kann das Förderelement 16 in dem Wassertank 15 angeordnet bzw. in den Tank boden integriert sein. Das Förderelement 16 kann derart ausgelegt sein, dass es eine Umkehr der Förderrichtung ermöglicht, um die eisdruckempfindlichen Leitungen und/oder Komponenten des Systems, insbesondere die Einspritzventile 1, durch Rück saugen entleeren zu können.

Um nach einer Entleerung ein Zurückströmen von Wasser aus dem Wassertank 15 in Richtung des Förderelements 16 zu verhindern, kann in der Wasserleitung 17 strom aufwärts des Förderelements 16 ein Absperrelement 18, insbesondere ein Rück schlagventil, angeordnet sein. Stromaufwärts des Absperrelements 18 ist vorliegend ein Filter 19 angeordnet, der den Eintrag schädlicher Partikel in das Förderelement 16 und die Einspritzventile 1 verhindert.

Bei dem in der Fig. 8 dargestellten System zweigt stromabwärts des Förderele ments 16 eine Rücklaufleitung 22 von der Wasserleitung 17 ab, die im Wassertank 15 endet. Über die Rücklaufleitung 22 kann eine überschüssige Fördermenge des För- derelements 16 in den Wassertank 15 rückgeführt werden, beispielsweise, um den Druck in der Verteilerleitung 7 zu regeln. Zur Druckregelung kann in der Verteilerlei tung 7 oder in der Wasserleitung 17 ein Drucksensor 23 vorgesehen sein. Damit über die Rücklaufleitung 22 während des Rücksaugvorgangs kein Wasser aus dem Wasser- tank 15 angesaugt wird, ist in der Rücklaufleitung 22 ein Rückschlagventil 20 vorgese hen. Dem Rückschlagventil 20 ist ferner eine Drossel 21 vorgelagert, mit welcher ein Staudruck zur Realisierung der Druckregelung aufgebaut werden kann.

Wie der Fig. 9 zu entnehmen ist, sind die Einspritzventile 1 an einem Saugrohr 24 an- geordnet, über das ein Brennraum 25 des Verbrennungsmotors 100 mit Verbrennungs luft versorgt wird. Die Wassereinspritzung erfolgt somit außerhalb des Brennraums 25 durch das Einspritzventil 1 in das Saugrohr 24 der Brennkraftmaschine 100. Das Was ser wird dem Brennraum 25 zusammen mit der Verbrennungsluft zugeführt. Der Kraft stoff wird mittels eines Kraftstoff! njektors 26 direkt in den Brennraum 25 eingespritzt.

Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dar gestellten Ausführungsbeispiele möglich.