DE10155271A1

DE10155271A1 - Common-Rail-Injektor

Info

Publication number: DE10155271A1
Application number: DE10155271A
Authority: DE
Inventors: Karl Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-05-28
Also published as: EP1446572A1; JP2005508477A; US20040041039A1; PL368674A1; KR20040054601A; WO2003040546A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zur Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einem hohlen Injektorkörper (1), der an seinem einen Ende einen Ventilsitz (2) und mindestens eine Einspritzöffnung (3) umfasst. Ferner enthält der erfindungsgemäße Injektor eine Ventilnadel (4), die in Verlängerung zu einem Ventilkolben (5) in dem Injektorkörper (1) angeordnet ist, so dass sie im geschlossenen Zustand die mindestens eine Einspritzöffnung (3) verschließt und mindestens eine Feder (6, 7, 8), die den Injektor im drucklosen Zustand durch Drücken der Ventilnadel (4) in den Ventilsitz (2) geschlossen hält. Der Injektor umfasst ferner mindestens zwei Magneteinrichtungen, die zum direkten Öffnen und Schließen des Injektors dienen.

Description

Technisches Gebiet

Das Common-Rail-Einspritzsystem dient der Einspritzung von Kraftstoff in direkt einspritzende Verbrennungskraftmotoren. Bei diesem Speichereinspritzsystem sind Druckerzeugung und Einspritzung voneinander zeitlich und örtlich entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt den Einspritzdruck in einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher. Der Einspritzbeginn und die Einspritzmenge werden durch Ansteuerzeitpunkt und -dauer von beispielsweise elektrisch betätigten Injektoren bestimmt, die über Kraftstoffleitungen mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher verbunden sind.

Stand der Technik

DE 196 50 865 A1 bezieht sich auf ein Magnetventil zur Betätigung eines Common-Rail- Injektors. In Fig. 1 dieser Offenlegungsschrift ist ein solcher Injektor dargestellt. Der Injektor ist direkt mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher (Common-Rail) verbunden, der durch eine Hochdruckförderpumpe ständig mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Über den magnetventilgesteuerten Injektor wird der Hochdruckkraftstoff dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt.

Eine Einspritzung mittels eines Injektors gemäß Fig. 1 der DE 196 50 865 A1 verläuft wie folgt: Das Öffnen und Schließen der Ventilnadel wird durch das Magnetventil gesteuert. Im unbestromten Zustand des elektrischen Magnetventils ist eine Ablaufdrossel (A- Drossel), über die der Ventilsteuerraum mit dem Kraftstoffrücklauf verbunden ist, durch das Ventilglied geschlossen. Über eine Zulaufdrossel (Z-Drossel) kann sich dann im Ventilsteuerraum sehr schnell der hohe Druck aufbauen, der auch in dem Kraftstoffhochdruckspeicher ansteht. Der Druck im Ventilsteuerraum erzeugt gemeinsam mit einer Rückholfeder eine Schließkraft auf die Ventilnadel, die größer ist als die andererseits auf die Ventilnadel in Öffnungsrichtung in Folge des anstehenden Hochdrucks wirkenden Kräfte. Wird der Ventilsteuerraum durch Öffnen des Magnetventiles zur Entlastungsseite hin geöffnet, baut sich der Druck in dem geringen Volumen des Ventilsteuerraums sehr schnell ab, da dieser über die A-Drossel von der Hochdruckseite abgekoppelt ist. Infolge dessen überwiegt die auf die Ventilnadel in Öffnungsrichtung hin wirkende Kraft aus dem an der Ventilnadel anstehenden Kraftstoffhochdruck, so dass diese nach oben bewegt und dabei die Einspritzöffnungen zur Einspritzung geöffnet werden. Diese indirekte Ansteuerung der Ventilnadel über ein hydraulisches Kraftverstärkersystem wird deshalb eingesetzt, weil die zu einem schnellen Öffnen der Ventilnadel benötigten Kräfte mit dem Magnetventil nicht direkt erzeugt werden können. Die dabei zusätzlich zur eingespritzten Kraftstoffmenge benötigte sogenannte Steuermenge gelangt über die Drossel des Ventilsteuerraums in den Kraftstoffrücklauf.

Die Einspritzmenge wird bei diesem im Stande der Technik verwendeten Common-Rail- System durch die Ansteuerung des Magnetventils, die Abstimmung der Z- zur A-Drossel und die Geometrien des Ventilkolbens und der Ventilnadel bestimmt. Durch die Anzahl der erforderlichen Bauteile wird das System teuer. Ferner ist die Einspritzmenge durch die Beeinflussung der einzelnen Parameter und Toleranzen einer großen Streuung unterworfen.

Darstellung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass Bauteile bei dem Common-Rail- Injektor eingespart werden können, so dass die Kosten reduziert werden. Ferner wird die Zahl der Einflussparameter auf die Einspritzmenge reduziert und die Einspritzmenge genauer gesteuert. Diese Vorteile werden erfindungsgemäß durch einen Injektor zur Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen erreicht, wobei der Injektor einen hohlen Injektorkörper enthält, der an seinem einen Ende einen Ventilsitz und mindestens eine Einspritzöffnung umfasst. Ferner umfasst der erfindungsgemäße Injektor eine Ventilnadel, die in Verlängerung zu einem Ventilkolben in dem Injektorkörper angeordnet ist, so dass sie im geschlossenen Zustand die mindestens eine Einspritzöffnung verschließt und mindestens eine Feder, die den Injektor im drucklosen Zustand durch Drücken der Ventilnadel in den Ventilsitz geschlossen hält. Des weiteren enthält der erfindungsgemäße Injektor mindestens zwei Magneteinrichtungen, die zum direkten Öffnen und Schliessen des Injektors dienen.

Der Aufwand für mindestens zwei Magneteinrichtungen zur direkten Ansteuerung ist dabei deutlich geringer als für eine indirekte Ansteuerung der Ventilnadel über ein hydraulisches Kraftverstärkersystem mit A- und Z-Drossel. Für die Direktansteuerung der Ventilnadel sind Kräfte erforderlich, die bei den gegebenen Abmessungen des Injektors von einer Magneteinrichtung allein nicht aufgebracht werden können. Deshalb umfasst der erfindungsgemäße Injektor mindestens zwei Magneteinrichtungen, die gemeinsam ausreichend große Kräfte zum Öffnen der Ventilnadel aufbringen können.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die vorliegende Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Injektors mit zwei Magneteinrichtungen,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilnadelspitze,
Fig. 3 ein Diagramm mit der Magnetkraft als Funktion des Luftspaltes zwischen dem Elektromagneten und dem Magnetanker,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilnadelspitze mit Drosselspalt und
Fig. 5 eine dritte und vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilnadelspitze mit Drosselspalt.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Injektor mit zwei Magneteinrichtungen 37, 38. Der Injektor besteht aus einem hohlen Injektorkörper 1 der an seinem einen Ende einen Ventilsitz 2 und mehrere Einspritzöffnungen 3 enthält. Eine Ventilnadel 4 ist in Verlängerung zu einem Ventilkolben 5 in dem Injektorkörper 1 angeordnet. Die Ventilnadel 4 verschließt die Einspritzöffnungen 3 im geschlossenen Zustand des Injektors dicht gegen den (nicht dargestellten) Brennraum. In diesem Zustand findet demnach keine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine statt.
Bei der linken Hälfte des dargestellten Injektors handelt es sich um eine Variante mit zwei Federn 6, 7, bei der rechten Hälfte um eine Variante mit einer Feder 8. Bei den Federn 7 und 8 handelt es sich um Druckfedern, die den Injektor im drucklosen Zustand geschlossen halten. Ferner können sie dazu dienen, den Schließvorgang des geöffneten Injektors am Ende einer Einspritzung zu gewährleisten. Die Federn 6, 7, 8 befinden sich in einer in dem Injektorkörper 1 enthaltenen Federkammer 9. Die innere Feder 7 (bei zwei Federn) und die Feder 8 (bei einer Feder) liegen an ihrem einen Ende an einer Wand des Federraumes 10 an. An ihrem anderen Ende stossen sie auf eine Scheibe 11, die mit dem Ventilkolben 5 verbunden ist. Beim offenen Injektor ist der Ventilkolben 5 incl. Scheibe 11 in Öffnungsrichtung 12 in die Federkammer 9 hineinverschoben, so dass die Feder 7, 8 gestaucht wird und somit eine Kraft in Schließrichtung 13 auf die Scheibe 11 und den Ventilkolben 5 ausübt.
Bei der Variante mit zwei Federn 6, 7 stößt die äußere Feder 6 ebenfalls mit einem Ende an die Wand des Federraumes 10, wo sie befestigt ist. Mit dem anderen Ende ist die Feder 6 mit einer ringförmigen Scheibe 14 verbunden, die sich am Injektorkörper 1 abstützt. Die äußere Feder 6 ist auf eine definierte Kraft vorgespannt. Die Unterseite der ringförmigen Scheibe 14 befindet sich dabei in einem Abstand 15 von der Oberseite der Scheibe 11. Wird die Ventilnadel 4 mit dem Ventilkolben 5 und der Scheibe 11 beim Öffnen des Injektors in Öffnungsrichtung 12 um den Abstand 15 bewegt, so liegt die ringförmige Scheibe 14 auf der Scheibe 11 auf. Bei einer noch weiteren Öffnung des Injektors als Abstand 15 werden die Scheibe 11 und die ringförmige Scheibe 14 gemeinsam in Öffnungsrichtung 12 in der Federkammer 9 verschoben, so dass beide Federn 6, 7 gleichzeitig gestaucht werden und eine Kraft auf den Ventilkolben 5 in Schließrichtung 13 ausüben.
Bei der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft eine Hochdruckleitung 21 mittig in Längsrichtung in dem Injektor, die den Kraftstoff unter Hochdruck, der aus einem (nicht dargestellten) Kraftstoffhochdruckspeicher (Common-Rail) in den Injektor strömt, durch den Injektor zu einem Kraftstoffvorratsraum 22 des Injektors leitet. Der Kraftstoff unter Hochdruck gelangt durch einen Zulauf 23 in die Hochdruckleitung 21. Diese mündet in die Federkammer 9 (durch die Wand 10) und wird auf der anderen Seite der Federkammer 9 durch die Scheibe 11 und den Ventilkolben 5 fortgeführt. In dem Bereich des Kraftstoffvorratsraums 22 weist der Ventilkolben 5 mehrere Öffnungen 24 auf, durch die der Kraftstoff in den Kraftstoffvorratsraum 22 gelangt. Von dort aus kann der Kraftstoff entlang der Ventilnadel 4 zu den Einspritzöffnungen 3 strömen. Eine Leckageleitung 27 dient dem Ablauf von Leckagemengen des Kraftstoffs.
Zum direkten Öffnen und Schliessen des Injektors dienen in dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei Magneteinrichtungen 37, 38, die jeweils einen Magnetanker 16, 17 und einen Elektromagneten 18, 19 enthalten. Die Elektromagneten 18, 19 sind fest mit dem Injektorkörper 1 verbunden. Die Elektromagneten 18, 19 sind parallel über einen elektrischen Stromanschluss 25 an eine (nicht dargestellte) Stromquelle angeschlossen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzen die Magnetanker 16, 17 einen unterschiedlichen Hub (h₁ bzw. h₂). Unter dem Hub (h₁, h₂) ist dabei der Weg zu verstehen, den der Magnetanker 16, 17 beim Öffnen des Injektors in Öffnungsrichtung zurücklegt, bis er an dem zugehörigen Elektromagnet 18, 19 anliegt. Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Injektor, bei dem der Hub h₁ des ersten Magnetankers 16 kleiner ist als der Hub h₂ des zweiten Magnetankers 17. Vorzugsweise beträgt der Hub h₁ des ersten Magnetankers 30-60 µm und der Hub h₂ des zweiten Magnetankers 150-250 µm.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zweite Magnetanker 17 fest auf dem Ventilkolben 5 angeordnet. Ferner ist der erste Magnetanker 16 gleitend auf dem Ventilkolben angeordnet. Bei geschlossenem Injektor befindet sich der erste Magnetanker 16 an einem oberen Anschlag 20, der durch eine ringförmige Ausbuchtung des Ventilkolbens 5 entsteht. In dieser Position des ersten Magnetankers 16 ist er kraftschlüssig mit dem Ventilkolben 5, der einen Durchmesser d₁ hat, verbunden. Der erste Magnetanker 16 wird bei geschlossenem Injektor durch eine Rückholfeder 39 an dem oberen Anschlag 20 gehalten. Bei Bestromung der Elektromagneten 18, 19 wirkt die magnetische Kraft des ersten Elektromagneten 18 in Öffnungsrichtung 12 auf den ersten Magnetanker 16. Gleichzeitig wirkt auf den zweiten Magnetanker 17 in Öffnungsrichtung 12 die magnetische Kraft des zweiten Elektromagneten 19. Durch die magnetische Kraft der beiden Elektromagneten 18, 19 bewegen die Magnetanker 16, 17 den Ventilkolben 5 mit der Ventilnadel 4 in Öffnungsrichtung 12, da der zweite Magnetanker 17 fest und der erste Magnetanker 16 über den oberen Anschlag 20 mit dem Ventilkolben 5 verbunden sind. Die Ventilnadel 4 hebt folglich von dem Ventilsitz 2 ab und eine Einspritzung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs erfolgt über die Einspritzöffnungen 3.
Der erste Magnetanker 16 liegt aufgrund seines geringeren Hubes h₁ während eines Öffnungsvorganges des Injektors zeitlich vor dem zweiten Magnetanker 17 an seinen zugehörigen ersten Elektromagneten 18 an. Da der erste Magnetanker 16 jedoch gleitend auf den Ventilkolben 5 angeordnet ist, kann sich der zweite Magnetanker 17 incl. dem damit fest verbundenen Ventilkolben 5 weiter in Öffnungsrichtung 12 bewegen, bis auch der zweite Magnetanker 17 an seinem zugehörigen zweiten Elektromagneten 19 anliegt. Der erste Magnetanker 16 gleitet dabei über einen Teil 26 des Ventilkolbens 5, der einen geringeren Durchmesser aufweist, als der Ventilkolben 5 an dem oberen Anschlag 20. Beim Schließen des Injektors gelangt der erste Magnetanker mit Hilfe der Rückholfeder 39 wieder in seine Ausgangsposition an der oberen Abschlag 20.
Durch die zwei verschiedenen Hübe h₁, h₂ der Magnetanker 16, 17 bietet sich die vorteilhafte Möglichkeit einer Hubabstimmung, d. h. für kleine Einspritzmengen kann der kleine Hub h₁ des ersten Magnetankers 16 angefahren werden. Damit wird die Bewegung der Ventilnadel 4, die im Stande der Technik im Lastbereich einen ballistischen Verlauf aufweist, stabil auf einem Teilhub (h₁) gehalten. Folglich wird in vorteilhafter Weise die Einspritzmengenstreuung reduziert. Die Ansteuerung des Teilhubes h₁ ist über die Stromstärke möglich und/oder über die Zuordnung des Abstands 15. Der Teilhub h₁ wird so genau wie fertigungstechnisch möglich eingestellt, z. B. durch Verschieben des Elektromagneten 18 mit anschließendem Fixieren durch Laserschweißen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Injektor handelt es sich nur um eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Denkbar ist beispielsweise auch, dass ein erfindungsgemäßer Injektor zwei Magneteinrichtungen 37, 38 enthält, die zwei fest an dem Ventilkolben angebrachte Magnetanker mit gleichem Hub h umfassen. Bei der Bestromung der beiden Elektromagneten wird dabei die Ventilnadel durch die auf die Magnetanker wirkende magnetische Kraft um den Hub h in Öffnungsrichtung bewegt.
Denkbar ist beispielsweise auch eine Bestromung der einzelnen Elektromagneten über separate elektrische Anschlüsse, wodurch die magnetische Kraft auf die Magnetanker 16, 17 freier variiert werden kann.
Bei der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Durchmesser d₁ des Ventilkolbens 5 (in Öffnungsrichtung 12 relativ zu dem oberen Anschlag 20) gleich dem Durchmesser d₂ des Ventilkolbens 5 (in Schließrichtung 13 relativ zu dem zweiten Magnetanker 17). Bei geöffnetem Injektor herrscht dabei ein Gleichgewicht der Kräfte durch den Hochdruck in Öffnungs- und Schließrichtung (12, 13), da die wirksamen Flächen, auf die der Hochdruck eine Kraft in diesen zwei Richtungen (12, 13) ausübt, die Querschnittsflächen des Ventilkolbens 5 mit den Durchmessern d₁ und d₂ sind. Dabei wirkt im geöffneten Zustand des Injektors die Kraft des Hochdrucks in Schließrichtung 13 auf eine Fläche

und in Öffnungsrichtung 12 auf eine Fläche
Bei gleichem Durchmesser d₁ = d₂ gilt folglich (bei geöffnetem Injektor)

A₁ ^offen = A₂ ^offen = A^offen

und somit

F₁ ^offen = p.A^offen = F₂ ^offen,

wobei p für den Hochdruck steht. Zum Schliessen des Injektors nach dem Abschalten der Elektromagneten 18, 19 wird demnach eine zusätzliche Kraft benötigt, die durch die Federn 6, 7, 8 aufgebracht wird.
Im geschlossenen Zustand des Injektors ist vorzugsweise die Kraft durch den Hochdruck auf den Ventilkolben 5 in Schliessrichtung 13 grösser als die Kraft durch den Hochdruck in Öffnungsrichtung 12. Dies ist bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit d₁ = d₂ gewährleistet, da die wirksame Fläche, auf die der Hochdruck eine Kraft in Öffnungsrichtung 12 auf die Ventilnadel 4 und den Ventilkolben 5 ausübt, bei geschlossenem Injektor um die Ventilsitzfläche 28 (A_S) reduziert ist. Die Kraft in Schließrichtung 13 F₁ ^geschlossen ist dadurch größer als die Kraft in Öffnungsrichtung 12 F₂ ^geschlossen. Es gilt

woraus für d₁ = d₂ folgt:

A₂ ^geschlossen = A₁ ^geschlossen - A_S

und somit A₂ ^geschlossen < A₁ ^geschlossen und F₂ ^geschlossen < F₁ ^geschlossen.
Der geschlossene Injektor bleibt demnach alleine schon durch den Hochdruck geschlossen. Die erforderliche Kraft zum Öffnen des Injektors wird bestimmt durch die Flächendifferenz A₁ ^geschlossen - A₂ ^geschlossen und die notwendige Kraft zum Stauchen der Federn 7, 8.
Bei einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Durchmesser d₁ < d₂, wobei jedoch der Flächenunterschied A₂ ^offen - A₁ ^offen kleiner oder maximal gleich der Ventilsitzfläche A_S ist. Auch bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch die Bedingung A₂ ^offen - A₁ ^offen ≤ A_S gewährleistet, dass bei geschlossenem Injektor die Kraft F₁ ^geschlossen auf den Ventilkolben 5 und die Ventilnadel 4 in Schließrichtung 13 größer oder gleich der Kraft F₂ ^geschlossen durch den Hochdruck in Öffnungsrichtung 12 ist.
Zum Schließen des offenen Injektors muß durch die Federn 6, 7, 8 bei der Variante d₁ < d₂ eine gegenüber der Variante d₁ = d₂ zusätzliche Kraft ΔF

ΔF = F₂ ^offen - F₁ ^offen

aufgebracht werden, die proportional zu der Flächendifferenz

ΔA = A₂ ^offen - A₁ ^offen

ist.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Ventilnadel. Dabei handelt es sich um eine Ventilnadel 4, die eine Form entsprechend dem Stand der Technik aufweist, jedoch einen geringeren Durchmesser d in dem Bereich besitzt, der bei geschlossenem Injektor in dem Ventilsitzbereich 31 an dem Injektorkörper 1 anliegt. Der geringere Durchmesser d ist erforderlich, damit sich der Injektor durch die maximal möglichen Magnetkräfte durch die Elektromagneten 18, 19 öffnen lässt. Beispielsweise kann der Durchmesser d bei der vorliegenden Erfindung 1,1 mm betragen.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit der Magnetkraft als Funktion des Luftspaltes zwischen dem Elektromagneten und dem Magnetanker. Die Magnetkraft F ist umso kleiner, je größer der Luftspalt h zwischen dem Elektromagneten 18, 19 und dem Magnetanker 16, 17 ist. Bei geschlossenem Injektor liegt die Ventilnadelspitze an dem Ventilsitzbereich 31 an und der Luftspalt zwischen dem zweiten Elektromagneten 19 und dem zweiten Magnetanker 17 nimmt seine maximale Größe an (z. B. 0,25 mm). Bei dieser Luftspaltgröße 1 wird der zweite Magnetanker 17 mit der Magnetkraft B vom zweiten Elektromagneten 19angezogen. Im Teilhub h₁ ist die Luftspaltgröße kleiner (Luftspaltgröße 2) und der zweite Magnetanker 17 wird von der größeren Magnetfeldkraft A angezogen. Die Magnetkraft zwischen dem ersten Magnetanker 17 und dem ersten Elektromagneten 19 verhält sich in gleicher Weise.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsform der Ventilnadel. Zur Reduzierung der zum Schliessen des offenen Injektors erforderlichen Federkraft, insbesondere bei der Variante d₁ < d₂, ist die Ventilnadel 4 bzw. die Ventilnadelspitze 29 so geformt, dass sich ein Drosselspalt 30 zwischen der Ventilnadel 4 und dem Injektorkörper 1 befindet. Während des Einspritzvorganges wird der Druck im Ventilsitzbereich 31 durch den Drosselspalt 30 reduziert und damit der Schließvorgang unterstützt.
Fig. 5 zeigt zwei weitere bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Ventilnadel, eine in der linken und eine andere in der rechten Hälfte der Figur. Bei beiden dargestellten Ausführungsformen ist die Ventilnadel 4 wiederum so geformt, dass sich bei offenem Injektor ein Drosselspalt 30 zwischen der Ventilnadel 4 und dem Injektorkörper 1 befindet, der den Druck im Ventilsitzbereich 31 verringert. Die Drosselung wird bei diesen Ausführungsformen gegenüber der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform noch verstärkt, da der Drosselspalt 30 nicht nur im konischen Ventilsitzbereich 31, sondern entlang eines Teils der zylindrischen Bohrung 33 in dem Ventilkörper 1 verläuft. Bei der in der rechten Hälfte von Fig. 5 dargestellten Ausführungsform entsteht dieser Drosselspalt 30 entlang eines Teils der zylindrischen Bohrung 33 des Ventilkörpers 1 durch einen Teilbereich 32 der Ventilnadel 4, in dem die Ventilnadel 4 einen größeren Durchmesser besitzt. Dadurch ist der Zwischenraum zwischen der Ventilnadel 4 und dem Ventilkörper 1 verkleinert, so dass entlang dieses Teilbereichs 32 ebenfalls ein Drosselspalt 30 angeordnet ist. Dieser Drosselspalt 30 bleibt entlang des Teilbereichs 32 unabhängig von dem Hub der Ventilnadel 4 bestehen.
Im Unterschied dazu ist bei der in der linken Hälfte von Fig. 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors das Bestehen bzw. die Länge des Drosselspalts entlang des Teilbereichs 34 abhängig von der Stellung der Ventilnadel 4. Je weiter die Ventilnadel 4 in Öffnungsrichtung 12 relativ zum Ventilkörper 1 verschoben ist, um so kleiner ist die Überdeckung 35 zwischen einem Bereich 36 der Bohrung 33 mit einem kleineren Durchmesser und dem Teilbereich 34 der Ventilnadel 4 mit größerem Durchmesser. Ab einem von der Breite und Anordnung der Bereich 34 und 36 abhängigen Hub der Ventilnadel 4 ist keine Überdeckung 35 mehr vorhanden und der Abstand zwischen Ventilkörper 1 und Ventilnadel 1 wird größer, so dass keine Drosselung mehr erfolgt.
Diese in der linken Hälfte der Fig. 5 dargestellte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors kann in vorteilhafter Weise mit der Ausführungsform mit zwei Federn kombiniert werden. Beim Öffnen des Injektors wirkt nur die längere Feder den magnetischen Kräften entgegen. Ab einem gewissen Vorhub der längeren Feder (entsprechend Abstand 15 in Fig. 1) wirken beide Federn dem Öffnen des Injektors entgegen. Die Federkräfte können jedoch überwunden werden, da der Hochdruck schon bei teilgeöffnetem Injektor im Sitzbereich auf die Ventilnadel 4 wirkt und die Magnetkräfte durch den geringeren Abstand des jeweiligen Magnetankers 16, 17 von seinem Elektromagnet 18, 19 bereits angestiegen sind. Der Injektor öffnet vollständig und die Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Zum Schließen werden die Elektromagneten abgeschaltet. Zunächst wirken beide Federn 6, 7 auf den Ventilkolben 5. Wenn die kürzere Feder 6 mit der ringförmigen Scheibe 14 ihren Anschlag im Injektorkörper 1 erreicht und die längere Feder alleine in Schließrichtung auf dem Ventilkolben wirkt, wird bereits die Überdeckung 35 wirksam und die hydraulischen Kräfte (Druckabfall im Ventilsitzbereich 31) unterstützen das vollständige Schließen des Injektors. Bezugszeichenliste 1 Injektorkörper
2 Ventilsitz
3 Einspritzöffnungen
4 Ventilnadel
5 Ventilkolben
6 Äußere bzw. kürzere Feder
7 Innere bzw. längere Feder
8 Feder
9 Federkammer
10 Wand der Federkammer
11 Scheibe
12 Öffnungsrichtung
13 Schließrichtung
14 Ringförmige Scheibe
15 Abstand
16 Erster Magnetanker
17 Zweiter Magnetanker
18 Erster Elektromagnet
19 Zweiter Elektromagnet
20 Oberer Anschlag des ersten Magnetankers
21 Hochdruckleitung
22 Kraftstoffvorratsraum
23 Zulauf
24 Öffnungen
25 Elektrischer Stromanschluß
26 Teil des Ventilkolbens mit geringerem Durchmesser
27 Leckageleitung
28 Ventilsitzfläche
29 Ventilnadelspitze
30 Drosselspalt
31 Ventilsitzbereich
32 Teilbereich der Ventilnadel mit größerem Durchmesser
33 Bohrung
34 Teilbereich
35 Überdeckung
36 Bereich der Bohrung mit kleinerem Durchmesser
37 1. Magneteinrichtung
38 2. Magneteinrichtung
39 Rückholfeder
h₁ Hub des ersten Magnetankers
h₂ Hub des zweiten Magnetankers
d₁ Durchmesser 1
d₂ Durchmesser 2
A₁ ^offen/A₂ ^offen Wirksame Fläche, auf die der Hochdruck in Schließ- bzw. Öffnungsrichtung bei offenem Injektor wirkt
F₁ ^offen/F₂ ^offen Kraft durch den Hochdruck in Schließ- bzw. Öffnungsrichtung bei offenem Injektor
A₁ ^geschlossen/A₂ ^geschlossen Wirksame Fläche, auf die der Hochdruck in Schließ- bzw. Öffnungsrichtung bei geschlossenem Injektor wirkt
F₁ ^geschlossen/F₂ ^geschlossen Kraft durch den Hochdruck in Schließ- bzw. Öffnungsrichtung bei geschlossenem Injektor

Claims

1. Injektor zur Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit

a) einem hohlen Injektorkörper (1), der an seinem einen Ende einen Ventilsitz (2) und mindestens eine Einspritzöffnung (3) umfasst,

b) einer Ventilnadel (4), die in Verlängerung zu einem Ventilkolben (5) in dem Injektorkörper (1) angeordnet ist, so dass sie im geschlossenen Zustand die mindestens einen Einspritzöffnung (3) verschliesst und

c) mindestens einer Feder, die den Injektor im drucklosem Zustand durch Drücken der Ventilnadel (4) in den Ventilsitz (2) geschlossen hält,

dadurch gekennzeichnet, dass
der Injektor mindestens zwei Magneteinrichtungen (37, 38) umfasst, die zum direkten Öffnen und Schliessen des Injektors dienen.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Magneteinrichtungen (37, 38) je einen Magnetanker (16, 17) und einen Elektromagneten (18, 19) enthalten.

3. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Magnetanker (17) fest auf dem Ventilkolben (5) angeordnet ist.

4. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Magnetanker (16) gleitend auf dem Ventilkolben (5) angeordnet ist.

5. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanker (16, 17) einen unterschiedlichen Hub (h₁, h₂) besitzen.

6. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochdruckleitung (21) mittig in dem Injektor in Längsrichtung verläuft, die den Kraftstoff unter Hochdruck, der aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher in den Injektor strömt, durch den Injektor zu einem Kraftstoffvorratsraum (22) des Injektors leitet.

7. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Injektor die Kraft F₁ ^geschlossen durch den Hochdruck auf den Ventilkolben (5) und die Ventilnadel (4) in Schließrichtung (13) größer ist, als die Kraft F₂ ^geschlossen durch den Hochdruck in Öffnungsrichtung (12) ist.

8. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Injektor die Kraft F₁ ^geschlossen durch den Hochdruck auf den Ventilkolben (5) und die Ventilnadel (4) in Schließrichtugn (13) gleich der Kraft F₂ ^geschlossen durch den Hochdruck in Öffnungsrichtung (12) ist.

9. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor zwei Federn (6, 7) umfasst, wobei eine Feder (6) die andere Feder (7) umgibt und eine der Federn (6) kürzer und vorgespannt ist, so dass sie erst ab einer gewissen Stauchung der längeren Feder (7) eine Kraft auf den Ventilkolben (5) in Schließrichtung (13) ausübt.

10. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (4), insbesondere ihre Ventilnadelspitze (29), so geformt ist, dass sich bei teilgeöffnetem Injektor ein Drosselspalt (30) zwischen der Ventilnadel (4) und dem Injektorkörper (1) befindet.

11. Injektor gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestehen, die Größe und die Länge des Drosselspalts (30) von der Stellung der Ventilnadel (4) abhängen.

12. Injektor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überdeckung (35) wirksam wird, durch die sich ein Drosselspalt (30) zwischen der Ventilnadel (4) und dem Injektorkörper (1) befindet, sobald die kürzere Feder (6) ihren Anschlag erreicht hat und die längere Feder (7) alleine in Schließrichtung (13) auf den Ventilkolben (5) wirkt.