DE102020213842A1

DE102020213842A1 - Injection valve for a water injection system of an internal combustion engine and water injection system with such an injection valve

Info

Publication number: DE102020213842A1
Application number: DE102020213842.7A
Authority: DE
Inventors: Ansgar Seitz; Elmar Okrent; Frank Miller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Für eine Einspritzventil (1) für ein Wassereinspritzsystem (50) eines Verbrennungsmotors (100), umfassend eine ringförmige Magnetspule (2) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (3), der mit einem Ventilglied (4) verbunden ist, ferner umfassend einen hohlzylinderförmigen Kern (5), der zumindest abschnittsweise von der Magnetspule (2) umgeben ist und an einem Einlassstutzen (6) ausbildet oder mit einem Einlassstutzen (6) verbunden ist, wobei das Einspritzventil (1) über den Einlassstutzen (6) mit Wasser versorgbar ist, wobei in dem Einlassstutzen (6) in einer axialen Richtung (a) ein Strömungskanal (9) ausgebildet ist, wobei der Strömungskanal (9) eine Einlassöffnung (10) zur Versorgung des Eispritzventils (1) mit Wasser definiert, wird vorgeschlagen, dass der Strömungskanal (9) einen Innendurchmesser (d) senkrecht zu der axialen Richtung (a) von weniger als 3,0 Millimetern, vorzugsweise von weniger als 2,5 Millimetern, insbesondere vorzugsweise von weniger als 2,1 Millimetern aufweist.For an injection valve (1) for a water injection system (50) of an internal combustion engine (100), comprising an annular magnetic coil (2) for acting on a movable armature (3) which is connected to a valve member (4), further comprising a hollow-cylindrical core (5), which is surrounded at least in sections by the magnetic coil (2) and is formed on an inlet connection (6) or is connected to an inlet connection (6), the injection valve (1) being able to be supplied with water via the inlet connection (6), a flow channel (9) being formed in the inlet connector (6) in an axial direction (a), the flow channel (9) defining an inlet opening (10) for supplying the injector valve (1) with water, it is proposed that the flow channel (9) an inner diameter (d) perpendicular to the axial direction (a) of less than 3.0 millimeters, preferably less than 2.5 millimeters, more preferably less than 2.1 millimeters au fpoints.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bei dem Verbrennungsmotor kann es sich insbesondere um einen Benzinmotor handeln. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Einspritzventil.The invention relates to an injection valve for a water injection system of an internal combustion engine, having the features of the preamble of claim 1. The internal combustion engine can in particular be a gasoline engine. In addition, the invention relates to a water injection system for an internal combustion engine with an injection valve according to the invention.

Zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxid-Emissionen gilt es den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren zu optimieren, beispielsweise durch eine Erhöhung der Verdichtung oder durch Downsizing Konzepte in Kombination mit einer Turboaufladung. Bei hoher Motorlast ist jedoch ein Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Betriebspunkt, 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 direkt in einen Brennraum des Verbrennungsmotors oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erfolgen kann.In order to reduce carbon dioxide emissions, the fuel consumption of combustion engines must be optimized, for example by increasing compression or by downsizing concepts in combination with turbocharging. When the engine load is high, however, it is generally not possible to operate the internal combustion engine at an operating point that would be optimal in terms of fuel consumption, since operation is limited by the tendency to knock and high exhaust gas temperatures. Measures to reduce the tendency to knock and/or lower the exhaust gas temperatures provide for the injection of water, it being possible for the injection to take place directly into a combustion chamber of the internal combustion engine or into an intake tract of the internal combustion engine.

Bei Verbrennungsmotoren mit Wassereinspritzung besteht die Gefahr, dass wasserführende Leitungen und/oder Komponenten bei tiefen Temperaturen vereisen und durch Eisdruck Schaden nehmen. Um dies zu verhindern, werden die wasserführenden Leitungen und/oder Komponenten in der Regel bei abgestelltem Motor entleert.In combustion engines with water injection, there is a risk that water-carrying lines and/or components will ice up at low temperatures and be damaged by ice pressure. To prevent this, the water-carrying lines and/or components are usually drained when the engine is switched off.

Die DE 10 2015 208 472 A1 zeigt beispielhaft eine Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung, 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 Wassertank und auslassseitig über eine zweite Leitung mit dem Wassereinspritzventil verbunden. Zur einfachen Entleerung der Pumpe ist diese oberhalb des Wassertanks angeordnet, so dass die Entleerung schwerkraftgetrieben erfolgen kann. Alternativ oder ergänzend kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden.the DE 10 2015 208 472 A1 shows an example of an internal combustion engine with a water injection device that includes a water tank for storing water, a pump for pumping the water and a water injection valve for injecting water. The pump is connected to the water tank on the inlet side via a first line and to the water injection valve on the outlet side via a second line. For easy emptying of the pump, it is arranged above the water tank so that it can be emptied by gravity. Alternatively or in addition, the pump can be operated in the opposite conveying direction.

Zur Vermeidung einer Vereisung der Einspritzventile eines solchen Einspritzsystem, müssen auch diese entleert werden. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 208 508 A1 ist eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die mindestens zwei Einspritzventile bzw. Wasserinjektoren umfasst, die nacheinander durch Umkehrung der Förderrichtung eines Förderelements entleert werden. Die Einspritzventile bzw. Wasserinjektoren müssen demzufolge nicht eisdruckfest ausgelegt werden. Dadurch, dass die Einspritzventile nacheinander entleert werden, soll vorhandenes Wasser sicher entfernt werden.In order to avoid the injection valves of such an injection system icing up, these must also be emptied. From the disclosure document DE 10 2015 208 508 A1 a water injection device for an internal combustion engine is known, which comprises at least two injection valves or water injectors, which are emptied one after the other by reversing the conveying direction of a conveying element. The injection valves or water injectors therefore do not have to be designed to withstand ice pressure. The fact that the injection valves are emptied one after the other is intended to safely remove any water that is present.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß wird ein Einspritzventil für ein Wassereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen. Das Einspritzventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der mit einem Ventilglied verbunden ist, ferner umfassend einen hohlzylinderförmigen Kern, der zumindest abschnittsweise von der Magnetspule umgeben ist und an einem Einlassstutzen ausbildet oder mit einem Einlassstutzen verbunden ist, wobei das Einspritzventil über den Einlassstutzen mit Wasser versorgbar ist, wobei in dem Einlassstutzen in einer axialen Richtung ein Strömungskanal ausgebildet ist, wobei der Strömungskanal eine Einlassöffnung zur Versorgung des Eispritzventils mit Wasser definiert. Erfindungsgemäß weist der Strömungskanal einen Innendurchmesser senkrecht zu der axialen Richtung von weniger als 3,0 Millimetern, vorzugsweise von weniger als 2,5 Millimetern, insbesondere vorzugsweise von weniger als 2,1 Millimetern auf.According to the invention, an injection valve for a water injection system of an internal combustion engine is proposed. The injection valve comprises an annular magnetic coil for acting on a movable armature, which is connected to a valve member, further comprising a hollow-cylindrical core, which is surrounded at least in sections by the magnetic coil and is formed on an inlet connection or is connected to an inlet connection, the injection valve being connected via the inlet connector can be supplied with water, a flow channel being formed in the inlet connector in an axial direction, the flow channel defining an inlet opening for supplying water to the injection valve. According to the invention, the flow channel has an inner diameter perpendicular to the axial direction of less than 3.0 millimeters, preferably less than 2.5 millimeters, particularly preferably less than 2.1 millimeters.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Gegenüber dem Stand der Technik weist das Einspritzventil für ein Wassereispritzsystem eines Verbrennungsmotors den Vorteil auf, dass durch den im Vergleich zum Stand der Technik verengten Querschnitt des Strömungskanals das Einspritzventil in einem Rücksaugbetrieb des Wassereinspritzsystems besonders 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 über den verengten Strömungskanal im Einlassstutzen. Dieser erstreckt sich in axialer Richtung, vorzugsweise koaxial zu einer Längsachse des Einspritzventils. Der reduzierte freie Strömungsquerschnitt des Strömungskanals erhöht ferner die Strömungsgeschwindigkeit beim Rücksaugen von Wasser, so dass die Entleerung 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 Förderelements 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.Compared to the prior art, the injection valve for a water injection system of an internal combustion engine has the advantage that the injection valve can be emptied particularly easily and quickly in a suction operation of the water injection system due to the narrowed cross section of the flow channel compared to the prior art. In this way, icing of the injection valve and thus damage to the injection valve can advantageously be prevented. The injection valve is supplied with water via the narrowed flow channel in the inlet port. This extends in the axial direction, preferably coaxially to a longitudinal axis of the injection valve. The reduced free flow cross section of the flow channel also increases the flow speed when water is sucked back, so that the emptying of the injection valve is accelerated at the same time. In addition, the reduced flow cross section counteracts turbulence. As a result, significantly more water can be sucked back out of the injection valve in the same amount of time with the same sucking-back performance of a conveying element used for sucking back. This means that there is a risk of icing and damage to the injection valve Significantly reduced ice pressure at low outside temperatures.

Die verengte Einlassöffnung für Wasser in das Einlassventil wird bei dem erfindungsgemäßen Einspritzventil durch den Einlassstutzen selbst ausgebildet. Dazu ist die Wanddicke des Einlassstutzens vergrößert, so dass die Einlassöffnung im Einlassstutzen, die den Strömungskanal für das Wasser bildet, verengt ist. Der zur Wasserversorgung des Einspritzventils zur Verfügung stehende freie Strömungsquerschnitt ist somit reduziert. Damit wird ein im Einlassstutzen vorhandenes Totvolumen minimiert, das zur Vermeidung einer Vereisung des Einspritzventils entleert werden muss. Das heißt, dass weniger Wasser aus dem Einspritzventil rückgesaugt werden muss. Wird somit für ein Einspritzventil aus dem Stand der Technik ein herkömmlicher Einlassstutzen durch einen Einlassstutzen mit verringerter Einlassöffnung und Strömungskanal verwendet, so kann ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzventil auf vorteilhaft einfache Weise zu einem erfindungsgemäßen Einspritzventil ertüchtigt werden, das für die Wassereinspritzung geeignet ist.In the injection valve according to the invention, the narrowed inlet opening for water in the inlet valve is formed by the inlet connector itself. For this purpose, the wall thickness of the inlet connector is increased, so that the inlet opening in the inlet connector, which forms the flow channel for the water, is narrowed. The free flow cross-section available for supplying water to the injection valve is thus reduced. This minimizes a dead volume in the intake port that has to be emptied to prevent the injection valve from icing up. This means that less water has to be sucked back out of the injection valve. If a conventional inlet nozzle is used for an injection valve from the prior art with an inlet nozzle with a reduced inlet opening and flow channel, a conventional fuel injection valve can be upgraded to an injection valve according to the invention in an advantageously simple manner, which is suitable for water injection.

Dadurch, dass der verengte Strömungskanal im Einlassstutzen selbst ausgebildet ist und nicht etwa in einem zusätzlichen Teil, ist der verengte Strömungskanal integraler Teil des Einlassstutzens und des Einspritzventils. Das Wasser kann dem Einspritzventil ausschließlich über den verengten Strömungskanal zugeführt werden. Somit kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass der zur Wasserversorgung des Einspritzventils zur Verfügung stehenden freie Strömungsquerschnitt auf den Strömungskanal reduziert wird und damit im Einlassstutzen vorhandenes Totvolumen minimiert wird.Because the narrowed flow channel is formed in the inlet connector itself and not in an additional part, the narrowed flow channel is an integral part of the inlet connector and the injection valve. The water can only be supplied to the injection valve via the narrowed flow channel. It can thus advantageously be ensured that the free flow cross section available for supplying water to the injection valve is reduced to the flow channel and the dead volume present in the inlet connector is thus minimized.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.Further advantageous refinements and developments of the invention are made possible by the features specified in the dependent claims.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Strömungskanal zylinderförmig ausgebildet ist. Ein derart ausgebildeter Strömungskanal kann vorteilhaft einfach gefertigt werden. Der zylinderförmige Strömungskanal ergibt sich vorteilhaft dadurch, dass die zylinderförmige Seitenwand des Einlassstutzens im Vergleich zu herkömmlichen Seitenwänden des Einlassstutzens von Einspritzventilen aus dem Stand der Technik verdickt ist und sich damit der Innendurchmesser des Einlassstutzens zu dem zylinderförmigen Strömungskanal verengt.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the flow channel is of cylindrical design. A flow channel designed in this way can advantageously be manufactured in a simple manner. The cylindrical flow channel advantageously results from the fact that the cylindrical side wall of the inlet port is thicker than conventional side walls of the inlet port of injectors from the prior art, and the inner diameter of the inlet port narrows to form the cylindrical flow channel.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Einlassstutzen rotationsymmetrisch ausgebildet ist. Ein derart ausgebildeter Einlassstutzen kann vorteilhaft einfach, beispielsweise als Drehteil, gefertigt werden und fügt sich vorteilhaft gut in das sich entlang der Rotationsache erstreckende Einspritzventil.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the inlet connection is designed to be rotationally symmetrical. An inlet connector designed in this way can advantageously be manufactured simply, for example as a turned part, and advantageously fits well into the injection valve extending along the axis of rotation.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Strömungskanal konzentrisch in dem Einlassstutzen ausgebildet ist. So wird das Wasser durch den Strömungskanal in dem Einlassstutzen vorteilhaft genau zentral in das Einspritzventil geführt.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the flow channel is formed concentrically in the inlet connector. In this way, the water is advantageously guided exactly centrally into the injection valve through the flow channel in the inlet connection.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Einlassstutzen als Drehteil ausgebildet ist. Ein derart ausgebildeter Einlassstutzen ist vorteilhaft einfach zu fertigen.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the inlet connection is designed as a turned part. An inlet connector designed in this way is advantageously easy to manufacture.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Einlassstutzen einstückig ausgebildet ist. Ein derart ausgebildeter Einlassstutzen ist vorteilhaft kompakt und einfach zu fertigen. Ein Einlassstutzen aus dem Stand der Technik, der sich durch eine vergleichsweise dünne Seitenwandstärke und einen Strömungskanal mit vergleichsweise großem Querschnitt auszeichnet, kann vorteilhaft einfach durch einen einstückig ausgebildeten Einlassstutzen ersetzt werden, bei dem der Querschnitt des Strömungskanals durch Erhöhung der Wandstärke reduziert wurde.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the inlet connector is designed in one piece. An inlet connector designed in this way is advantageously compact and easy to manufacture. An inlet connector from the prior art, which is characterized by a comparatively thin side wall thickness and a flow channel with a comparatively large cross section, can advantageously be easily replaced by a one-piece inlet connector in which the cross section of the flow channel has been reduced by increasing the wall thickness.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Einlassstutzen mittels eines hohlzylinderförmigen Verbindungsteils mit einem Kern des Einspritzventils verbunden ist. Der Einlassstutzen reicht so vorteilhaft bis zu dem Verbindungsteil mit dem Kern, so dass er sich über den gesamten Bereich zwischen Einlassöffnung und Verbindungsteil erstreckt.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the inlet connection piece is connected to a core of the injection valve by means of a hollow-cylindrical connecting part. In this way, the inlet connector advantageously extends to the connecting part with the core, so that it extends over the entire area between the inlet opening and the connecting part.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein Ende des Einlassstutzens in dem hohlzylinderförmigen Verbindungsteil angeordnet ist. So ist der Einlassstutzen vorteilhaft gut mit dem Verbindungsteil verbunden und das Wasser kann vorteilhaft gut und einfach durch den verengten Einspritzkanal dem Einspritzventil zugeführt werden.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that one end of the inlet connection piece is arranged in the hollow-cylindrical connecting part. Thus, the inlet connection is advantageously well connected to the connecting part and the water can advantageously be supplied well and easily to the injection valve through the narrowed injection channel.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Einlassstutzen mit dem hohlzylinderförmigen Verbindungsteil verschweißt ist. Somit ist der Einlassstutzen vorteilhaft gut mit dem Verbindungsteil verbunden.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the inlet connector is welded to the hollow-cylindrical connecting part. Thus, the inlet port is advantageously well connected to the connecting part.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor wenigstens ein erfindungsgemäßes Einspritzventil umfasst, wobei das Wassereinspritzsystem weiterhin einen Wassertank zum Speichern von Wasser und ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank zu dem Einspritzventil umfasst.According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that a water injection system for an internal combustion engine comprises at least one injection valve according to the invention, the water injection system also having a water tank for storing water and a delivery element ment for pumping water from the water tank to the injection valve includes.

Figurenlistecharacter list

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

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Einspritzventils,
2 eine vergrößerte Darstellung des Längsschnitts durch das Ausführungsbeispiel des Einspritzventils aus 1,
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wassereinspritzsystems,
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbrennungsmotors mit einem Einspritzventil.

Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it

1 a schematic longitudinal section through an embodiment of the injection valve,
2 an enlarged representation of the longitudinal section through the exemplary embodiment of the injection valve 1 ,
3 a schematic representation of an embodiment of a water injection system,
4 a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine with an injection valve.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Der 1 ist ein Einspritzventil 1 für ein Wassereinspritzsystem 50 eines Verbrennungsmotors 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 Bestromung der Magnetspule 2 bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 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 beendet, 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.Of the 1 FIG. 1 shows an injection valve 1 for a water injection system 50 of an internal combustion engine 100, which includes an annular magnetic coil 2 for acting on a movable armature 3, which is connected to a valve member 4. In the present case, the valve member 4 is designed as a hollow needle and is connected at its end facing away from the armature 3 to a spherical valve closing element 29 for releasing and closing at least one injection opening 30 . When the magnetic coil 2 is energized, a magnetic field forms, the magnetic force of which moves the armature 3 including the valve member 4 and the valve closing element 29 in the direction of a core 5 in order to close a working air gap 31 formed between the core 5 and the armature 3. The spherical valve closing element 29 releases the injection opening 30 in the process. If the energization of the magnet coil 2 is then terminated, the armature 3, the valve member 4 and the valve closing element 29 are returned to their initial position by the spring force of a return spring 32, so that the valve closing element 29 closes the injection opening 30 again.

Der Kern 5 ist hohlzylinderförmig ausgeführt und über ein hohlzylinderförmiges Verbindungsteil 33 mit einem Einlassstutzen 6 verbunden. Über den Einlassstutzen 6 ist das Einspritzventil 1 mit Wasser aus einer nicht dargestellten Verteilerleitung, beispielsweise einem Rail, versorgbar. Der Einlassstutzen 6 wird dabei beispielsweise von einem tassenförmigen Anschlusselement der Verteilerleitung, einer Railtasse, umgriffen, wobei zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement und dem Einlassstutzen 6 ein Dichtring 13 angeordnet sein kann. Der Einlassbereich kann somit nach außen abgedichtet sein.The core 5 is in the form of a hollow cylinder and is connected to an inlet port 6 via a connecting part 33 in the form of a hollow cylinder. The injection valve 1 can be supplied with water from a distributor line (not shown), for example a rail, via the inlet connector 6 . The inlet socket 6 is surrounded, for example, by a cup-shaped connection element of the distribution line, a rail cup, it being possible for a sealing ring 13 to be arranged between the cup-shaped connection element and the inlet socket 6 . The inlet area can thus be sealed off from the outside.

Zur Reduzierung eines Totvolumens im Einlassbereich des Einspritzventils 1 ist in dem Einlassstutzen 6 ein verengter Strömungskanal 9 ausgebildet. Der Strömungskanal 9 verläuft in der axialen Richtung a in dem Einlassstutzen 6. Der Einlassstutzen 6 ist in der axialen Richtung a somit von dem Strömungskanal 9 durchsetzt. Die axiale Richtung a bezeichnet dabei die Richtung, in der sich das Einspritzventil 1 in der Länge erstreckt. Die radiale Richtung r steht senkrecht zur axialen Richtung a. Der Strömungskanal 9 definiert eine Einlassöffnung 10 des Einlassstutzens 6. Die Versorgung des Einspritzventils 1 mit Wasser aus der Verteilerleitung erfolgt demnach ausschließlich über den Strömungskanal 9.In order to reduce a dead volume in the inlet area of the injection valve 1 , a narrowed flow channel 9 is formed in the inlet connector 6 . The flow channel 9 runs in the axial direction a in the inlet connector 6. The inlet connector 6 is thus penetrated by the flow channel 9 in the axial direction a. The axial direction a designates the direction in which the injection valve 1 extends in length. The radial direction r is perpendicular to the axial direction a. The flow channel 9 defines an inlet opening 10 of the inlet connection piece 6. The supply of the injection valve 1 with water from the distribution line is therefore carried out exclusively via the flow channel 9.

Der im Einlassstutzen 6 ausgebildete Strömungskanal 9 ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Der Innendurchmesser d des Strömungskanals 9 ist weiterhin vorzugsweise so klein wie möglich gewählt, um beim Rücksaugen eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen und eine nicht abreißende Wassersäule zu generieren. Zugleich ist der Innendurchmesser d des Strömungskanals 9 derart bemessen, dass weiterhin eine ausreichende Wasserversorgung des Einspritzventils 1 sichergestellt ist. Bevorzugt ist der Innendurchmesser d des Strömungskanals 9 kleiner als der Durchmesser der Verteilerleitung, beispielsweise des Rails, gewählt. Der Strömungskanal 9 weist beispielsweise einen Innendurchmesser d von weniger als 3,0 Millimeter, vorzugsweise von weniger als 2,5 Millimeter, insbesondere vorzugsweise von weniger als 2,1 Millimeter auf. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Innendurchmesser d des Strömungskanals 9 zwei Millimeter. Der Strömungskanal 9 ist zumindest teilweise zylinderförmig ausgebildet und weist in wenigstens einem Bereich, in dem der Strömungskanal 9 zylinderförmig ausgebildet ist, durchgehend den gleichen Innendurchmesser d von weniger als 3,0 Millimeter, vorzugsweise von weniger als 2,5 Millimeter, insbesondere vorzugsweise von weniger als 2,1 Millimeter auf. Der Strömungskanal 9 weist diesen Innendurchmesser d beispielsweise durchgehend über eine Erstreckung des Strömungskanals 9 in der axialen Richtung a von mindestens 4 Millimetern, insbesondere von mindestens 8 Millimetern, vorzugsweise insbesondere von mindestens 12 mm auf. Der Innendurchmesser d des Strömungskanals wird dabei in der radialen Richtung r senkrecht zur axialen Richtung a des Strömungskanals 9 gemessen.The flow channel 9 formed in the inlet connector 6 is preferably formed in a cylindrical shape. The inner diameter d of the flow channel 9 is also preferably chosen to be as small as possible in order to achieve the highest possible flow rate during sucking back and to generate a water column that does not break off. At the same time, the inner diameter d of the flow channel 9 is dimensioned in such a way that an adequate water supply to the injection valve 1 continues to be ensured. The inner diameter d of the flow channel 9 is preferably selected to be smaller than the diameter of the distributor line, for example the rail. The flow channel 9 has, for example, an inner diameter d of less than 3.0 millimeters, preferably less than 2.5 millimeters, particularly preferably less than 2.1 millimeters. In this exemplary embodiment, the inside diameter d of the flow channel 9 is two millimeters. The flow channel 9 is at least partially cylindrical and has the same inner diameter d of less than 3.0 millimeters, preferably less than 2.5 millimeters, particularly preferably less, in at least one area in which the flow channel 9 is cylindrical than 2.1 millimeters. The flow channel 9 has this internal diameter d, for example continuously over an extension of the flow channel 9 in the axial direction a of at least 4 millimeters, in particular at least 8 millimeters, preferably in particular at least 12 mm. The inside diameter d of the flow channel is measured in the radial direction r perpendicular to the axial direction a of the flow channel 9 .

Der Einlassstutzen 6, in dem der Strömungskanal 9 ausgebildet ist, weist in dem Bereich, in dem der Strömungskanal 9 mit einem Innendurchmesser von weniger als 3,0 Millimeter, vorzugsweise von weniger als 2,5 Millimeter, insbesondere vorzugsweise von weniger als 2,1 Millimeter, verläuft, vorzugsweise eine Mindestwanddicke in der radialen Richtung r auf, die dem Radius des Strömungskanals 9 entspricht oder darüber liegt. Der Einlassstutzen 6 ist bezüglich der axialen Richtung a rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Strömungskanal 9 ist konzentrisch in dem Einlassstutzen 6 ausgebildet. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Strömungskanal in einem den Einlassöffnung 10 zugewandten Bereich durchgehend einen Innenradius d von weniger als 3,0 Millimeter, vorzugsweise von weniger als 2,5 Millimeter, insbesondere vorzugsweise von weniger als 2,1 Millimeter auf. Der von der Einlassöffnung 10 abgewandte Bereich des Strömungskanals 9 weist hingegen einen größeren Innendurchmesser d auf. Die in der radialen Richtung r gemessene Wandstärke des Einlassstutzens 6 ist hingegen im von der Einlassöffnung 10 abgewandten Bereich des Einlassstutzens 6 reduziert.The inlet port 6, in which the flow channel 9 is formed, has in the area in which the flow channel 9 with an inner diameter of less than 3.0 millimeters, preferably of less than 2.5 millimeters, particularly preferably less than 2.1 millimeters, preferably has a minimum wall thickness in the radial direction r, which corresponds to the radius of the flow channel 9 or is greater. The inlet port 6 is designed to be rotationally symmetrical with respect to the axial direction a. The flow channel 9 is formed concentrically in the inlet port 6 . In the exemplary embodiment illustrated in the figures, the flow channel has a continuous inner radius d of less than 3.0 millimeters, preferably less than 2.5 millimeters, particularly preferably less than 2.1 millimeters in a region facing the inlet opening 10 . In contrast, the area of the flow channel 9 facing away from the inlet opening 10 has a larger inner diameter d. The wall thickness of the inlet connector 6 measured in the radial direction r, on the other hand, is reduced in the area of the inlet connector 6 facing away from the inlet opening 10 .

Der Einlassstutzen 6 ist einstückig aus dem gleichen Material, beispielsweise aus einem Metall, ausgebildet. Der Einlassstutzen 6 weist ein erstes Ende auf, in dem die Einlassöffnung 10 vorgesehen ist. Der Einlassstutzen 6 weist weiterhin ein von dem ersten Ende abgewandtes zweites Ende auf. Das zweite Ende ist in dem hohlzylinderförmigen Verbindungsteil 33 angeordnet und beispielsweise mit diesem verschweißt. Das Verbindungsteil 33 verbindet den Einlassstutzen 6 mit dem Kern 5. Das Verbindungsteil 33 kann sich, wie in diesem Ausführungsbeispiel, entlang der axialen Richtung a vom Einlassstutzen 6 bis zum einspritzseitigen Ende und somit zur Einspritzöffnung 30 des Einspritzventils 1 erstrecken. Das Verbindungsteil 33 ist beispielsweise hülsenförmig ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Kern 5, der Anker 3, die Rückstellfeder 32, das Ventilglied 4, das Ventilschließelement 29 und der Ventilsitz in dem hülsenförmigen Verbindungsteil 33 angeordnet.The inlet connector 6 is made in one piece from the same material, for example from a metal. The inlet port 6 has a first end in which the inlet opening 10 is provided. The inlet connector 6 also has a second end remote from the first end. The second end is arranged in the hollow-cylindrical connecting part 33 and welded to it, for example. The connecting part 33 connects the inlet connector 6 to the core 5. As in this exemplary embodiment, the connecting part 33 can extend along the axial direction a from the inlet connector 6 to the injection-side end and thus to the injection opening 30 of the injector 1. The connecting part 33 is, for example, sleeve-shaped. In this exemplary embodiment, the core 5, the armature 3, the return spring 32, the valve member 4, the valve closing element 29 and the valve seat are arranged in the sleeve-shaped connecting part 33.

Durch die Verringerung des Totvolumens durch den verengten Strömungskanal 9 kann das Einspritzventil 1 schnell durch Rücksaugen entleert werden, so dass Schäden durch gefrierendes Wasser bei abgestelltem Verbrennungsmotor 100 und tiefen Außentemperaturen nicht zu befürchten sindBy reducing the dead volume through the narrowed flow channel 9, the injection valve 1 can be emptied quickly by sucking back, so that there is no risk of damage caused by freezing water when the internal combustion engine 100 is switched off and the outside temperatures are low

In 3 ist ein Wassereinspritzsystem 50 mit Einspritzventilen 1 dargestellt. Das Wassereinspritzsystem 50 ist für einen Verbrennungsmotor 100 vorgesehen und umfasst wenigstens eine Verteilerleitung 7 sowie wenigstens ein Einspritzventil 1. Eine der Versorgung 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.In 3 a water injection system 50 with injection valves 1 is shown. The water injection system 50 is provided for an internal combustion engine 100 and comprises at least one distribution line 7 and at least one injection valve 1 . A distribution line 7 serving to supply the injection valves 1 with water is also called rail 7 . The water injection system 50 shown includes, for example, four such injection valves 1. The injection valves 1 are connected to a distributor line 7.

Üblicherweise weist eine Verteilerleitung 7 mindestens ein tassenförmiges Anschlusselement für den Anschluss eines Einspritzventils 1 auf. Das Einspritzventil 1 ist über das tassenförmige Anschlusselement mit der Verteilerleitung 7 verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise eine Steck-, Press-, Klemm-, Rast- und/oder eine Schraubverbindung sein. Dieses Anschlusselement wird auch Railtasse genannt. Die Railtasse umgreift dabei das einlassseitige Ende des Einspritzventils 1 im Bereich des Einlassstutzens 6. Ein zwischen dem tassenförmigen Anschlusselement und dem Einlassstutzen 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 Dichtring kann außenumfangseitig auf dem Körper angeordnet sein bzw. den Körper abschnittsweise 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.A distribution line 7 usually has at least one cup-shaped connection element for connecting an injection valve 1 . The injection valve 1 is connected to the distributor line 7 via the cup-shaped connection element. The connection can be, for example, a plug, press, clamp, snap-in and/or screw connection. This connection element is also called a rail cup. The rail cup encloses the end of the injector 1 on the inlet side in the area of the inlet connection piece 6. An axial and/or radial gap remaining between the cup-shaped connection element and the inlet connection piece 6 or the body 8 can be used to accommodate a sealing element, in particular a sealing ring , so that the inlet area of the injection valve 1 is sealed to the outside. The sealing ring can be arranged on the outer circumference of the body or can surround the body in sections, so that it seals radially. Alternatively or additionally, the sealing ring can be supported axially on an annular end face of the body 8 so that it seals axially.

Das Totvolumen der Railtasse hängt von der konkreten Ausgestaltung der Railtasse sowie der Ausgestaltung des einlassseitigen Endes des Einspritzventils 1 ab. Zur Minimierung des Totvolumens in der Railtasse bzw. des tassenförmigen Anschlusselements kann der in den Einlassstutzen 6 eingesetzte Körper 8 diesen in axialer Richtung a und/oder in radialer Richtung überragen. Beispielsweise kann der Körper 8 einen Ringbund aufweisen, der den Einlassstutzen 6 in axialer und radialer Richtung überragt. Der Ringbund kann ferner zur Abstützung des Einspritzventils 1 an einem tassenförmigen Anschlusselement der Verteilerleitung 7 genutzt werden. Über den Ringbund kann das Einspritzventil 1 axial und/oder radial an dem tassenförmigen Anschlusselement abgestützt sein.The dead volume of the rail cup depends on the specific design of the rail cup and the design of the end of injector 1 on the inlet side. In order to minimize the dead volume in the rail cup or the cup-shaped connection element, the body 8 inserted into the inlet connection piece 6 can protrude beyond it in the axial direction a and/or in the radial direction. For example, the body 8 can have an annular collar that protrudes beyond the inlet connector 6 in the axial and radial directions. The annular collar can also be used to support the injector 1 on a cup-shaped connection element of the distributor line 7 . The injection valve 1 can be supported axially and/or radially on the cup-shaped connecting element via the annular collar.

Die Verteilerleitung 7 bzw. das Rail 7 wird aus einem Wassertank 15 mit Wasser versorgt. Das Wasser wird der Verteilerleitung 7 mit Hilfe eines Förderelement 16 über eine Wasserleitung 17 zugeführt. Das Förderelement 16 ist vorliegend als außerhalb des Wassertanks 15 angeordnete, elektromotorisch antreibbare Pumpe ausgeführt. Andere Ausführungen des Förderelements 16 sind aber auch möglich. Insbesondere kann das Förderelement 16 in dem Wassertank 15 angeordnet bzw. in den Tankboden 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 Rücksaugen entleeren zu können.The distribution line 7 or the rail 7 is supplied with water from a water tank 15 . The water is supplied to the distribution line 7 via a water line 17 with the aid of a conveying element 16 . In the present case, the conveying element 16 is designed as a pump which is arranged outside of the water tank 15 and can be driven by an electric motor. However, other designs of the conveying element 16 are also possible. In particular, the conveying element 16 can be arranged in the water tank 15 or integrated into the bottom of the tank. The conveying element 16 can be designed in such a way that it enables the conveying direction to be reversed in order to be able to empty the lines and/or components of the system, which are sensitive to ice pressure, in particular the injection valves 1, by sucking back.

Um nach einer Entleerung ein Zurückströmen von Wasser aus dem Wassertank 15 in Richtung des Förderelements 16 zu verhindern, kann in der Wasserleitung 17 stromaufwärts des Förderelements 16 ein Absperrelement 18, insbesondere ein Rückschlagventil, 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.In order to prevent water from flowing back from the water tank 15 in the direction of the conveying element 16 after it has been emptied, a shut-off element 18 , in particular a check valve, can be arranged in the water line 17 upstream of the conveying element 16 . In the present case, a filter 19 is arranged upstream of the shut-off element 18 and prevents harmful particles from entering the delivery element 16 and the injection valves 1 .

Bei dem in der 3 dargestellten System zweigt stromabwärts des Förderelements 16 eine Rücklaufleitung 22 von der Wasserleitung 17 ab, die im Wassertank 15 endet. Über die Rücklaufleitung 22 kann eine überschüssige Fördermenge des Förderelements 16 in den Wassertank 15 rückgeführt werden, beispielsweise, um den Druck in der Verteilerleitung 7 zu regeln. Zur Druckregelung kann in der Verteilerleitung 7 oder in der Wasserleitung 17 ein Drucksensor 23 vorgesehen sein. Damit über die Rücklaufleitung 22 während des Rücksaugvorgangs kein Wasser aus dem Wassertank 15 angesaugt wird, ist in der Rücklaufleitung 22 ein Rückschlagventil 20 vorgesehen. Dem Rückschlagventil 20 ist ferner eine Drossel 21 vorgelagert, mit welcher ein Staudruck zur Realisierung der Druckregelung aufgebaut werden kann.At the in the 3 The system shown branches off a return line 22 from the water line 17 downstream of the conveying element 16 and ends in the water tank 15 . An excess delivery quantity of the delivery element 16 can be fed back into the water tank 15 via the return line 22 , for example in order to regulate the pressure in the distribution line 7 . A pressure sensor 23 can be provided in the distributor line 7 or in the water line 17 for pressure regulation. A non-return valve 20 is provided in the return line 22 so that no water is sucked in from the water tank 15 via the return line 22 during the return suction process. The check valve 20 is also preceded by a throttle 21, with which a dynamic pressure can be built up to implement the pressure regulation.

Wie der 4 zu entnehmen ist, sind die Einspritzventile 1 an einem Saugrohr 24 angeordnet, über das ein Brennraum 25 des Verbrennungsmotors 100 mit Verbrennungsluft versorgt wird. Die Wassereinspritzung erfolgt somit außerhalb des Brennraums 25 durch das Einspritzventil 1 in das Saugrohr 24 der Brennkraftmaschine 100. Das Wasser wird dem Brennraum 25 zusammen mit der Verbrennungsluft zugeführt. Der Kraftstoff wird mittels eines Kraftstoffinjektors 26 direkt in den Brennraum 25 eingespritzt.Once again 4 can be seen, the injectors 1 are arranged on an intake manifold 24, via which a combustion chamber 25 of the internal combustion engine 100 is supplied with combustion air. The water is therefore injected outside of the combustion chamber 25 through the injection valve 1 into the intake manifold 24 of the internal combustion engine 100. The water is supplied to the combustion chamber 25 together with the combustion air. The fuel is injected directly into the combustion chamber 25 by means of a fuel injector 26 .

Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.Of course, further exemplary embodiments and mixed forms of the exemplary embodiments shown are also possible.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102015208472 A1 [0004]
DE 102015208508 A1 [0005]

Claims

Injection valve (1) for a water injection system (50) of an internal combustion engine (100), comprising an annular magnetic coil (2) for acting on a movable armature (3) which is connected to a valve member (4), further comprising a hollow-cylindrical core (5 ), which is surrounded at least in sections by the magnetic coil (2) and is formed on an inlet connection (6) or is connected to an inlet connection (6), the injection valve (1) being able to be supplied with water via the inlet connection (6), wherein in a flow channel (9) is formed on the inlet connector (6) in an axial direction (a), the flow channel (9) defining an inlet opening (10) for supplying the injector valve (1) with water, characterized in that the flow channel (9 ) an inner diameter (d) perpendicular to the axial direction (a) of less than 3.0 millimeters, preferably less than 2.5 millimeters, particularly preferably less than 2.1 millimeters St.

injector after claim 1 , characterized in that the flow channel (9) is cylindrical.

Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet connector (6) is of rotationally symmetrical design.

Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel (9) is formed concentrically in the inlet connector (6).

Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet connector (6) is designed as a turned part.

Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet connector (6) is constructed in one piece.

Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet connector (6) is connected to a core (5) of the injection valve (1) by means of a hollow-cylindrical connecting part (33).

injector after claim 7 , characterized in that one end of the inlet connector (6) is arranged in the hollow-cylindrical connecting part (33).

Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet socket (6) is welded to the hollow-cylindrical connecting part (33).

Water injection system for an internal combustion engine (100) with at least one injection valve (1) according to one of the preceding claims, wherein the water injection system (50) further includes a water tank (15) for storing water and a conveying element (16) for conveying water from the water tank ( 15) to the injection valve (1).