DE102020003127B3

DE102020003127B3 - lnjektor für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020003127B3
Application number: DE102020003127.7A
Authority: DE
Inventors: Moritz Schumacher
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: CN115707338A; US20230304458A1; WO2021239530A1; US11828251B2; JP2023528347A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (10) zum Einbringen von Kraftstoff in einen Brennraum, mit einem Injektorgehäuse (12), welches eine Einlassöffnung (14) und eine Auslassöffnung (16) aufweist, mit einer Durchströmöffnung (18), über welche die Auslassöffnung (16) mit dem die Einlassöffnung (12) durchströmenden Kraftstoff versorgbar ist, mit einem elektrisch betätigbaren ersten Ventil (20), welches ein erstes Ventilelement (22) aufweist, das zwischen einer die Durchströmöffnung (18) versperrenden ersten Schließstellung und einer die Durchströmöffnung (18) freigebenden ersten Offenstellung bewegbar ist, und mit einem Rückschlagventil (36), welches ein Rückstellelement (38) und ein zwischen einer die Auslassöffnung (16) versperrenden zweiten Schließstellung und einer die Auslassöffnung (16) freigebenden zweiten Offenstellung bewegbares, zweites Ventilelement (40) aufweist. Das Rückstellelement (38) ist ein Magnet (48), mittels welchem das zweite Ventilelement (40) aus der zweiten Offenstellung in die zweite Schließstellung bewegbar und in der zweiten Schließstellung zu halten ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug.
Die DE 10 2016 204 569 B4 offenbart eine Einspritzdüse, mit einem Einlass und einem Auslass zum Einspritzen von gasförmigen Kraftstoffen in eine interne Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren offenbart die DE 10 2005 038 891 A1 eine Aktoreinrichtung, mit einem in axialer Richtung ausgedehnten Gehäuse und einem darin positionierten, axial einstig befestigten Aktorelement, dessen axiale Länge veränderbar ist. Außerdem ist aus der EP 3 361 085 A1 ein elektromagnetisches Schaltventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Injektor für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass übermäßige Druckverluste vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch einen Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Injektor zum Einbringen von, insbesondere gasförmigem, Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum einer beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Nutzfahrzeug, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete und beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere verbrennungsmotorisch, antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei den zuvor genannten Brennraum auf, in welchen der Kraftstoff mittels des Injektors eingebracht werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kraftstoff mittels des Injektors direkt in den Brennraum einbringbar, insbesondere einspritzbar oder einblasbar, ist, sodass beispielsweise in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine der Injektor, insbesondere über seine auch als Auslass bezeichnete Auslassöffnung, insbesondere direkt, in den Brennraum mündet.
Bei dem Kraftstoff kann es sich um einen flüssigen Kraftstoff wie beispielsweise einen Ottokraftstoff beziehungsweise Benzin oder einen Dieselkraftstoff handeln. Vorzugsweise ist es auch vorgesehen, dass der Injektor zum Einbringen eines gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum ausgebildet ist. Das Einbringen, insbesondere das direkte Einbringen, des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum wird auch als Einblasen bezeichnet, sodass es vorzugsweise vorgesehen ist, dass mittels des Injektors der gasförmige Kraftstoff direkt in den Brennraum einblasbar ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Kraftstoff in gasförmigem Zustand den Injektor durchströmt und in gasförmigem Zustand aus dem Injektor, insbesondere aus dem Auslass, ausströmt und dadurch, insbesondere direkt, in den Brennraum einströmt.
Der Injektor weist hierzu ein von dem Kraftstoff durchströmbares Injektorgehäuse auf, welches einfach auch als Gehäuse bezeichnet wird. Das Injektorgehäuse weist wenigstens oder genau eine, auch als Einlass bezeichnete Einlassöffnung auf, über welche der Kraftstoff, insbesondere von außerhalb des Injektorgehäuses und insbesondere außerhalb des Injektors insgesamt, in das Injektorgehäuse und somit in den Injektor einleitbar ist beziehungsweise eingeleitet wird. Außerdem weist das Injektorgehäuse wenigstens oder genau eine auch als Auslass bezeichnete Auslassöffnung auf, bei welcher es sich um die zuvor genannte Auslassöffnung beziehungsweise um den zuvor genannten Auslass handeln kann. Zum Einbringen, insbesondere direkten Einbringen, des Kraftstoffes in den Brennraum ist der Kraftstoff über die Auslassöffnung aus dem Injektorgehäuse (Gehäuse) und dabei vorzugsweise aus dem Injektor insgesamt ausleitbar. Mit anderen Worten kann dann, wenn die Auslassöffnung freigegeben ist, der das Gehäuse durchströmende Kraftstoff die Auslassöffnung durchströmen und dadurch über die Auslassöffnung aus dem Gehäuse und insbesondere aus dem Injektor insgesamt ausströmen und in der Folge in den Brennraum, insbesondere direkt, einströmen. Hierdurch ist beziehungsweise wird der Kraftstoff, insbesondere direkt, in den Brennraum einbringbar beziehungsweise eingebracht.
Der Injektor weist außerdem wenigstens eine innerhalb des Injektorgehäuses stromab der Einlassöffnung und stromauf der Auslassöffnung angeordnete Durchströmöffnung auf. Dies bedeutet, dass in Strömungsrichtung des von dem Einlass zu dem Auslass strömenden und somit das Injektorgehäuse durchströmenden Kraftstoffes die Durchströmöffnung stromauf der Auslassöffnung und stromab der Einlassöffnung, das heißt zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung, angeordnet ist. Hierdurch ist die Auslassöffnung über die Durchströmöffnung mit dem die Einlassöffnung durchströmenden Kraftstoff, das heißt mit dem Kraftstoff, der die Einlassöffnung durchströmt und somit über die Einlassöffnung in das Injektorgehäuse einströmt, versorgbar. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt kann der Kraftstoff dann, wenn die Durchströmöffnung freigegeben ist, die Durchströmöffnung durchströmen und somit von dem Einlass über die Durchströmöffnung zu dem Auslass strömen.
Der Injektor weist dabei ein elektrisch betätigbares, erstes Ventil auf, welches ein in dem Injektorgehäuse angeordnetes erstes Ventilelement aufweist. Das erste Ventilelement ist durch elektrisches Betätigen des ersten Ventils zwischen einer die Durchströmöffnung fluidisch versperrenden ersten Schließstellung und wenigstens einer die Durchströmöffnung freigebenden ersten Offenstellung relativ zu Injektorgehäuse, insbesondere translatorisch, bewegbar. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das erste Ventilelement in der ersten Schließstellung die Durchströmöffnung fluidisch versperrt, sodass der Kraftstoff nicht durch die Durchströmöffnung hindurchströmen und somit nicht von dem Einlass über die Durchströmöffnung zu dem Auslass strömen kann. In der ersten Offenstellung jedoch gibt das erste Ventilelement die Durchströmöffnung frei, sodass der Kraftstoff die Durchströmöffnung durchströmen und somit von dem Einlass zu dem Auslass über die Durchströmöffnung strömen kann. Unter dem Merkmal, dass das erste Ventil elektrisch betätigbar ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das erste Ventil unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom betätigbar ist, um dadurch das erste Ventilelement zwischen der ersten Offenstellung und der zweiten Offenstellung zu bewegen, das heißt um dadurch eine Bewegung des ersten Ventilelements zwischen der ersten Offenstellung und der ersten Schließstellung zu bewirken. Die erste Offenstellung wird auch als erste Stellung bezeichnet, wobei die erste Schließstellung auch als zweite Stellung bezeichnet wird. Unter dem Merkmal, dass das erste Ventil elektrisch betätigbar ist, kann insbesondere verstanden werden, dass durch Versorgen des ersten Ventils mit elektrischer Energie, insbesondere mit elektrischem Strom, das erste Ventilelement aus einer der Stellungen in die andere Stellung, insbesondere translatorisch, bewegbar ist. Mit anderen Worten kann durch Versorgen des ersten Ventils mit elektrischer Energie, insbesondere mit elektrischem Strom, eine Bewegung des ersten Ventilelements aus der einen Stellung in die andere Stellung bewirkt werden. Durch Beenden beziehungsweise Aufheben des Versorgens des ersten Ventils mit elektrischer Energie kann das Ventilelement beispielsweise aus der anderen Stellung in die eine Stellung bewegt werden. Mit anderen Worten kann dadurch, dass die Versorgung des ersten Ventils mit elektrischer Energie beendet beziehungsweise aufgehoben wird, eine Bewegung des ersten Ventilelements aus der anderen Stellung in die eine Stellung bewirkt werden. Die eine Stellung ist beispielsweise die erste Schließstellung, wobei die andere Stellung beispielsweise die erste Offenstellung ist. Somit ist es denkbar, dass durch Versorgen des ersten Ventils mit elektrischer Energie eine Bewegung des ersten Ventilelements aus der ersten Schließstellung in die erste Offenstellung bewirkt wird. Wird das Versorgen des ersten Ventils mit elektrischer Energie aufgehoben beziehungsweise beendet, so kann dadurch eine Bewegung des ersten Ventilelements aus der ersten Offenstellung in die erste Schließstellung bewirkt beziehungsweise zugelassen werden. Hierdurch kann das erste Ventil besonders bedarfsgerecht betätigt, das heißt geöffnet oder geschlossen werden. Mit anderen Worten kann hierdurch das erste Ventilelement besonders bedarfsgerecht zwischen der Offenstellung und der Schließstellung bewegt werden. Da die Durchströmöffnung mittels des ersten Ventilelements bedarfsgerecht geöffnet oder geschlossen werden kann, sind das erste Ventil und somit das erste Ventilelement der Durchströmöffnung zugeordnet. Beispielsweise ist das erste Ventil als ein Magnetventil ausgebildet.
Der Injektor umfasst darüber hinaus ein der Auslassöffnung zugeordnetes Rückschlagventil, welches ein zweites Ventil des Injektors ist beziehungsweise auch als zweites Ventil bezeichnet wird. Das zweite Ventil (Rückschlagventil) weist ein Rückstellelement und ein der Auslassöffnung zugeordnetes, zweites Ventilelement auf. Das zweite Ventilelement ist in dem Injektorgehäuse angeordnet und zwischen einer die Auslassöffnung fluidisch versperrenden zweiten Schließstellung und wenigstens einer die Auslassöffnung freigebenden zweiten Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse, insbesondere translatorisch, bewegbar. Dies bedeutet, dass das zweite Ventilelement in der zweiten Schließstellung die Auslassöffnung fluidisch versperrt, sodass der Kraftstoff nicht durch die Auslassöffnung hindurchströmen und somit nicht aus dem Injektorgehäuse beziehungsweise aus dem Injektor insgesamt herausströmen kann. In der zweiten Offenstellung jedoch gibt das zweite Ventilelement die Auslassöffnung frei, sodass dann der Kraftstoff die Auslassöffnung durchströmen und somit über die Auslassöffnung aus dem Injektorgehäuse und somit aus dem Injektor insgesamt herausströmen kann.
Das zweite Ventilelement ist, insbesondere einzig und allein, mittels eines durch den von der Durchströmöffnung zu dem zweiten Ventilelement geströmten Kraftstoff bewirkten und, insbesondere direkt, auf das zweite Ventilelement wirkenden Drucks aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegbar. Mit anderen Worten, der Kraftstoff, der von der Durchströmöffnung zu dem zweiten Ventilelement strömt, kann beispielsweise zumindest einen Teilbereich des zweiten Ventilelements direkt berühren und somit direkt beaufschlagen. Dabei weist der Kraftstoff einen Druck auf, welcher somit, insbesondere direkt, auf den Teilbereich beziehungsweise auf das zweite Ventilelement wirken kann. Aus dem insbesondere direkt auf das zweite Ventilelement wirkenden Druck des Kraftstoffes resultiert eine Öffnungskraft, welche, insbesondere direkt, auf das Ventilelement wirkt. Mittels der Öffnungskraft ist das Ventilelement aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse bewegbar. Vorzugsweise ist der Injektor dazu ausgebildet, dass das zweite Ventilelement ausschließlich durch die Öffnungskraft beziehungsweise ausschließlich durch den Druck des Kraftstoffes aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegbar ist. Somit ist beispielsweise das zweite Ventilelement, insbesondere ausschließlich, hydraulisch oder pneumatisch aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegbar.
Nach einer beziehungsweise der durch den Kraftstoff beziehungsweise durch den Druck des Kraftstoffs bewirkten Bewegung des zweiten Ventilelements aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung ist das zweite Ventilelement infolge einer Abnahme beziehungsweise einer Aufhebung des Drucks des Kraftstoffes mittels des Rückstellelements, insbesondere einzig und allein mittels des Rückstellelements, aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegbar. Unter der Abnahme des Drucks ist insbesondere folgendes zu verstehen: Das Rückstellelement stellt zumindest in der zweiten Offenstellung eine zumindest mittelbar, insbesondere direkt, auf das Ventilelement wirkende Rückstellkraft bereit, welche beispielsweise der Öffnungskraft entgegenwirkt beziehungsweise entgegengesetzt ist. Überschreitet der Druck einen insbesondere vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellenwert beispielsweise derart, dass die Öffnungskraft größer als die Rückstellkraft wird, so wird das zweite Ventilelement mittels der Öffnungskraft entgegen der Rückstellkraft aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse, insbesondere translatorisch, bewegt. Nehmen dann der Druck und somit die Öffnungskraft beispielsweise derart ab, dass die Öffnungskraft kleiner als die Rückstellkraft wird, wobei der Druck und somit die Öffnungskraft beispielsweise auf Null abnehmen oder aber auf einen gegenüber Null größeren Wert abnehmen, so wird dann das zweite Ventilelement, insbesondere ausschließlich oder einzig und allein, durch die Rückstellkraft wieder aus der zweiten Offenstellung in die zweite Schließstellung bewegt. Außerdem ist das zweite Ventilelement insbesondere nach seiner Bewegung aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung mittels des Rückstellelements beziehungsweise mittels der Rückstellkraft in der zweiten Schließstellung zu halten, sodass dann, wenn die Öffnungskraft geringer als die Rückstellkraft ist und/oder dann, wenn die Durchströmöffnung geschlossen, das heißt mittels des ersten Ventilelements fluidisch versperrt ist, das zweite Ventilelement sicher in der zweiten Schließstellung verbleibt.
Um nun übermäßige, durch den Injektor bewirkte Druckverluste, insbesondere des Kraftstoffes, vermeiden zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Rückstellelement des zweiten Ventils ein Magnet ist, mittels welchem ein Magnetfeld bereitstellbar oder bereitgestellt ist. Mittels des Magnetfelds ist infolge der Abnahme des Drucks das zweite Ventilelement aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegbar und daraufhin in der zweiten Schließstellung zu halten. Dies bedeutet, dass die zuvor beschriebene Rückstellkraft aus dem Magnetfeld resultiert beziehungsweise durch das Magnetfeld bewirkt wird, insbesondere infolge eines Wechselwirkens oder einer Wechselwirkung des Magnetfelds mit einem Material, welches beispielsweise ein magnetisiertes oder magnetisierbares Material wie beispielsweise ein ferromagnetisches Material ist. Bei dem erfindungsgemäßen Injektor ist somit die zuvor genannte Rückstellkraft eine aus dem Magnetfeld beziehungsweise aus der Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und dem Material resultierende beziehungsweise entstehende Magnetkraft, mittels welcher beispielsweise das zweite Ventilelement nach dessen Bewegung aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung infolge der beschriebenen Abnahme des Drucks aus der zweiten Offenstellung wieder zurück in die zweite Schließstellung bewegt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt, nehmen beispielsweise der Druck und somit die Öffnungskraft derart ab, dass die Öffnungskraft geringer als die als Magnetkraft ausgebildete Rückstellkraft wird beziehungsweise ist, so wird das zweite Ventilelement mittels der Magnetkraft (Rückstellkraft) und somit magnetisch aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegt und daraufhin in der zweiten Schließstellung gehalten.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Insbesondere dann, wenn der Injektor dazu ausgebildet ist, den Kraftstoff direkt in den Brennraum einzubringen, insbesondere einzuspritzen oder einzublasen, wird der Injektor auch als Direktinjektor bezeichnet. Die Verbrennungskraftmaschine ist mittels des Kraftstoffes in einem befeuerten Betrieb betreibbar, in welchem in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ablaufen. Handelt es sich bei dem Kraftstoff um einen gasförmigen Kraftstoff, so wird die auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine auch als Gasmotor bezeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter einem beziehungsweise dem gasförmigen Kraftstoff beispielsweise Erdgas (CNG, LNG), LPG, Wasserstoff sowie ein beliebiger anderer gasförmiger Kraftstoff zu verstehen. Injektoren und insbesondere Direktinjektoren für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Gasmotoren, weisen in der Regel eine gewisse Leckage in ihrem geschlossenen Zustand, das heißt insbesondere dann auf, wenn sich die Ventilelemente in ihren Schließstellungen befinden. In der zweiten Schließstellung sitzt beispielsweise das zweite Ventilelement an einem korrespondierenden Dichtsitz, um dadurch die Auslassöffnung fluidisch zu versperren. Insbesondere dann, wenn der Injektor als ein Direktinjektor ausgebildet ist, ist der Dichtsitz hohen Drücken und hohen Temperaturen aus dem Brennraum ausgesetzt beziehungsweise der Dichtsitz muss solchen hohen Drücken und hohen Temperaturen über eine hinreichend lange Zeitspanne zumindest im Wesentlichen schadfrei standhalten. Dadurch ist beispielsweise der Dichtsitz metallisch ausgeführt, das heißt aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Insbesondere kann der Dichtsitz in vollständig hergestelltem Zustand in dem Brennraum angeordnet sein. Außerdem können der Dichtsitz und somit das zweite Ventilelement wesentlich näher an dem Brennraum angeordnet sein als das erste Ventilelement. Insbesondere ist es denkbar, dass der Dichtsitz und das zweite Ventilelement in dem Brennraum angeordnet sind, während das erste Ventilelement und dessen weiterer Dichtsitz außerhalb des Brennraums angeordnet sind.
Des Weiteren weist der Kraftstoff insbesondere dann, wenn er als ein gasförmiger Kraftstoff ausgebildet ist, eine geringe Viskosität auf. Diese geringe Viskosität des Kraftstoffes führt zusammen mit unvermeidbaren Oberflächenrauigkeiten des beispielsweise metallischen Dichtsitzes zu Leckagen im geschlossenen Zustand, das heißt wenn sich das zweite Ventilelement in seiner zweiten Schließstellung befindet, sodass - obwohl sich das zweite Ventilelement in seiner zweiten Schließstellung befindet - Kraftstoff zwischen dem zweiten Ventilelement und dem Dichtsitz hindurchströmen und somit die Auslassöffnung durchströmen und in der Folge aus dem Injektorgehäuse beziehungsweise aus dem Injektor insgesamt ausströmen kann. Dies kann zu ungewollten Effekten wie beispielsweise Verpuffungen und Beschädigungen von Motor- und Peripheriekomponenten führen.
Eine Möglichkeit, übermäßige Leckagen bei solchen Injektoren, insbesondere Direktinjektoren, zu vermeiden, ist eine serielle Kopplung beziehungsweise Verschaltung der Ventile und somit der Ventilelemente. Mit anderen Worten, bei dem erfindungsgemäßen Injektor sind die Ventilelemente und somit die Ventile insbesondere in Strömungsrichtung des von der Einlassöffnung über die Durchströmöffnung zu der Auslassöffnung strömenden Kraftstoffes seriell zueinander angeordnet beziehungsweise geschaltet. Hierbei kann das erste Ventil einen ersten Dichtsitz für das erste Ventilelement aufweisen, wobei das erste Ventilelement in seiner ersten Schließstellung, insbesondere direkt, auf dem ersten Ventilsitz sitzt. Das zweite Ventil weist einen zweiten Dichtsitz für das zweite Ventilelement auf, welches in seiner zweiten Schließstellung, insbesondere direkt, auf dem zweiten Ventilsitz sitzt. Um eine besonders hohe Robustheit des zweiten Ventilsitzes zu realisieren, ist der zweite Ventilsitz vorzugsweise als ein metallischer Ventilsitz ausgeführt, das heißt aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise aus einem Stahl gebildet. Der jeweilige Ventilsitz wird auch als Dichtsitz bezeichnet, da der jeweilige Ventilsitz und das jeweilige, zugehörige Ventilelement genutzt werden, um in der jeweiligen Schließstellung die Durchströmöffnung beziehungsweise die Auslassöffnung fluidisch zu versperren. Um übermäßige Leckagen zu vermeiden, ist der erste Ventil- beziehungsweise Dichtsitz beispielsweise als ein elastomerer Dichtsitz ausgebildet, das heißt aus einem elastisch verformbaren Werkstoff beziehungsweise aus einem Gummi oder aus einem Elastomer gebildet. Hierdurch kann der erste Ventilsitz beziehungsweise das erste Ventil zumindest nahezu leckagefrei ausgestaltet werden, sodass übermäßige Leckagen, durch die Kraftstoff aus dem Injektor unerwünschterweise herausströmen kann, vermieden werden können. Mittels des zweiten Ventilsitzes und mittels des zweiten Ventilelements kann eine hinreichende Abdichtung gegenüber dem Brennraum und insbesondere gegenüber einem in dem Brennraum herrschenden Brennraumdruck realisiert werden.
Da das erste Ventil und das erste Ventilelement stromauf des zweiten Ventils und es zweiten Ventilelements angeordnet und weiter von dem Brennraum beabstandet sind als das zweite Ventil und das zweite Ventilelement, wird das zweite Ventilelement auch als kraftstoffseitiges Ventilelement bezeichnet, welches auf einer sogenannten Kraftstoffseite des Injektors angeordnet ist. Das zweite Ventilelement ist ein brennraumseitiges Ventilelement, welches auf einer Brennraumseite des Injektors angeordnet ist. Das erste Ventil und somit das erste Ventilelement auf der Kraftstoffseite sind aktiv betätigt beziehungsweise aktiv betätigbar, da das erste Ventilelement durch elektrisches Betätigen des ersten Ventils und somit unter Nutzung von elektrischer Energie zwischen der ersten Schließstellung und der ersten Offenstellung bewegt werden kann. Das brennraumseitige, zweite Ventil ist beispielsweise ein passives Rückschlagventil, bei welchem vorzugsweise ohne äußere Betätigung beziehungsweise Ansteuerung, das heißt insbesondere ohne eine Versorgung des zweiten Ventils mit elektrischer Energie das zweite Ventilelement zwischen der zweiten Schließstellung und der zweiten Offenstellung, das heißt aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung und aus der zweiten Offenstellung in die zweite Schließstellung bewegbar ist. Die Bewegung des zweiten Ventilelements aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung wird, insbesondere einzig und allein, durch den auch als Kraftstoffdruck bezeichneten Druck des Kraftstoffes bewirkt, und die Bewegung des zweiten Ventilelements aus der zweiten Offenstellung in die zweite Schließstellung wird vorzugsweise einzig und allein durch die Rückstellkraft und somit mittels des Rückstellelements bewirkt.
Bei herkömmlichen Injektoren, insbesondere Direktinjektoren, ist das Rückstellelement eine vorzugsweise mechanische und somit vorzugsweise als ein Festkörper ausgebildete Feder, welche beispielsweise als Zug- oder Druckfeder ausgebildet ist beziehungsweise fungiert. Somit ist bei herkömmlichen Injektoren die Rückstellkraft eine Federkraft, die von der Feder bereitgestellt wird. Wird bei herkömmlichen Injektoren das zweite Ventilelement aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegt, so wird hierdurch die Feder gespannt, sodass die Feder zumindest in der zweiten Offenstellung die zuvor genannte Federkraft bereitstellt, welche zumindest mittelbar, insbesondere direkt, auf das zweite Ventilelement wirkt. Mittels der Federkraft, die als die Rückstellkraft fungiert, wird das zweite Ventilelement dann aus der zweiten Offenstellung in die zweite Schließstellung zurückbewegt und insbesondere in der zweiten Schließstellung gehalten. Daher wird die Feder auch als Schließfeder bezeichnet. Da somit das zweite Ventilelement entgegen der Schließfeder beziehungsweise entgegen der Federkraft, insbesondere durch den Kraftstoff beziehungsweise durch den Druck des Kraftstoffes, geöffnet, das heißt aus der zweiten Offenstellung in die zweite Schließstellung bewegt und offen gehalten, das heißt in der zweiten Offenstellung gehalten werden muss, entsteht zwingend ein Druckverlust des Kraftstoffes.
Dadurch, dass der Injektor das erste Ventil und das zweite Ventil sowie die Durchströmöffnung und die stromab angeordnete Auslassöffnung aufweist, ist der Injektor als ein zweistufiger Injektor, insbesondere als ein zweistufiger Direktinjektor und ganz insbesondere als ein zweistufiger Gas-Direktinjektor, ausgebildet. Die zum Öffnen des zweiten Ventilelements sowie zum Offenhalten des zweiten Ventilelements zu überwindende Federkraft ist sehr hoch, sodass es bei herkömmlichen Injektoren zu einem übermäßigen Druckverlust des Kraftstoffes kommt.
Ein solcher, übermäßiger Druckverlust des Kraftstoffes kann nun durch die Erfindung vermieden werden, da das Rückstellelement nicht als eine Feder, sondern als ein beziehungsweise der zuvor beschriebene Magnet ausgebildet ist. Somit ist die Rückstellkraft keine Federkraft, sondern die zuvor beschriebene Magnetkraft, wodurch übermäßige Druckverluste vermieden werden können. Durch den Magneten und die aus dem Magnetfeld resultierende Magnetkraft ist ein magnetischer und vorzugsweise passiver Antrieb für das zweite Ventilelement realisierbar oder realisiert, sodass ein übermäßiger Druckverlust vermieden werden kann.
Um dabei einen besonders effizienten Betrieb des Injektors und somit der Verbrennungskraftmaschine und des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Magnet ein Permanentmagnet ist, mittels welchem das Magnetfeld bereitgestellt ist. Hierdurch kann der magnetische Antrieb als ein passiver Antrieb ausgebildet werden, sodass das zweite Ventil wie ein konventionelles, eine Rückstellfeder aufweisendes Rückschlagventil fungieren kann, jedoch mit dem Unterschied, dass das Rückstellelement nicht als Feder beziehungsweise nicht als Rückstellfeder, sondern als Permanentmagnet ausgebildet ist. Hierdurch kann ein übermäßiger Druckverlust besonders gut vermieden werden. Das zweite Ventilelement kann dabei vorzugsweise ausschließlich durch den Druck des Kraftstoffes und ohne, dass das zweite Ventil mit elektrischer Energie versorgt wird, geöffnet werden, und das zweite Ventilelement kann vorzugsweise ausschließlich durch die Magnetkraft und ohne, dass das zweite Ventil mit elektrischer Energie versorgt wird, geschlossen werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Injektor ein beziehungsweise das zuvor genannte Material aufweist, welches ausgebildet ist, um mit dem Magnetfeld derart wechselzuwirken, dass aus dem Magnetfeld eine auf das zweite Ventilelement wirkende Kraft resultiert. Diese Kraft ist die zuvor genannte Rückstellbeziehungsweise Magnetkraft, mittels welcher infolge der Abnahme des Drucks das zweite Ventilelement aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegbar und daraufhin in der zweiten Schließstellung zu halten ist. Hierdurch kann das zweite Ventil besonders vorteilhaft wie ein herkömmliches, passives Rückschlagventil fungieren, wobei jedoch übermäßige Druckverluste vermieden werden können. Vorzugsweise ist das Material an dem zweiten Ventilelement vorgesehen und somit mit dem zweiten Ventilelement zwischen der zweiten Offenstellung und der zweiten Schließstellung relativ zu dem Injektorgehäuse, insbesondere translatorisch, mitbewegbar. Mit anderen Worten kann das zweite Ventilelement das Material aufweisen. Dann ist beispielsweise der Magnet an dem Injektorgehäuse gehalten, insbesondere festgelegt, sodass beispielsweise das zweite Ventilelement und mit diesem das Material relativ zu dem Injektorgehäuse und relativ zu dem Magneten zwischen der zweiten Offenstellung und der zweiten Schließstellung bewegbar sind. Ferner ist es denkbar, dass das Material an dem Gehäuse vorgesehen, insbesondere festgelegt, ist, sodass beispielsweise das Gehäuse das Material aufweist. Dann ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Magnet an dem zweiten Ventilelement vorgesehen beziehungsweise gehalten ist, sodass beispielsweise das zweite Ventilelement den Magneten aufweist. Somit ist es beispielsweise denkbar, dass der Magnet mit dem zweiten Ventilelement relativ zu dem Injektorgehäuse zwischen der zweiten Offenstellung und der zweiten Schließstellung, insbesondere translatorisch, mitbewegbar ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass sich durch Bewegen des zweiten Ventilelements aus der Schließstellung in die Offenstellung ein Abstand zwischen dem Magneten und dem Material, insbesondere sukzessive, vergrößert, wodurch die Kraft (Rückstell- beziehungsweise Magnetkraft) bezogen auf den Abstand nicht-linear, insbesondere überproportional und ganz insbesondere quadratisch, abnimmt. Unter der quadratischen Abnahme ist insbesondere zu verstehen, dass bei einer Verdopplung des Abstands, insbesondere ausgehend von einem Ausgangswert des Abstands, die Kraft, insbesondere ausgehend von einer Ausgangskraft, geviertelt wird, das heißt nur noch ein Viertel so groß ist wie wenn der Abstand den Ausgangswert aufweist. Die Magnetkraft weist somit ein nicht-lineares Verhalten auf, sodass eine Hysterese beziehungsweise ein Hystereseeffekt geschaffen ist, insbesondere dahingehend, dass - wenn sich das zweite Ventilelement zunächst in der zweiten Schließstellung befindet - anfänglich eine hohe Öffnungskraft wirken beziehungsweise auf das zweite Ventilelement ausgeübt werden muss, um das zweite Ventilelement zunächst ein Stück aus der zweiten Schließstellung herauszubewegen und somit das Stück aus der zweiten Schließstellung in Richtung der zweiten Offenstellung zu bewegen. Nach dieser anfänglichen, durch die hohe Öffnungskraft bewirkten Bewegung des zweiten Ventilelements aus der zweiten Schließstellung heraus in Richtung der zweiten Offenstellung reicht eine gegenüber der hohen Öffnungskraft wesentlich geringere Öffnungs- beziehungsweise Haltekraft aus, um das zweite Ventilelement weiter in Richtung der und insbesondere in die zweite Offenstellung zu bewegen beziehungsweise in der zweiten Offenstellung zu halten. Da die hohe Öffnungskraft nur anfänglich und somit zeitlich stark begrenzt auftritt und dann nur noch die geringere Haltekraft aufgewendet werden muss, um das zweite Ventilelement in der zweiten Offenstellung zu halten, kann insgesamt, das heißt über eine Zeitspanne hinweg, während welcher das zweite Ventilelement aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegt und daraufhin, während welcher das zweite Ventilelement aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegt und daraufhin, insbesondere unterbrechungsfrei, in der zweiten Offenstellung gehalten wird, der Druckverlust des Kraftstoffes besonders gering gehalten werden. Mit anderen Worten zeichnet sich der zuvor genannte Hystereseeffekt insbesondere durch eine hohe Schließkraft bei geschlossenem zweitem Ventilelement aber durch eine nur geringe Schließkraft bei offenem zweitem Ventilelement aus. Mit anderen Worten ist die auch als Schließkraft bezeichnete und auf das zweite Ventilelement wirkende Rückstellkraft (Magnetkraft) dann, wenn sich das zweite Ventilelement in der zweiten Schließstellung befindet und somit der Abstand gering oder gar aufgehoben ist, groß und weist somit einen ersten Wert auf. Befindet sich das zweite Ventilelement jedoch in der zweiten Offenstellung, sodass der Abstand einen gegenüber dem ersten Wert größeren zweiten Wert aufweist, so ist die auf das zweite Ventilelement wirkende Schließkraft (Rückstellbeziehungsweise Magnetkraft) geringer als in der zweiten Schließstellung. Somit entsteht beim Öffnen des zweiten Ventilelements für sehr kurze Zeit ein hoher Druckverlust. Ist das zweite Ventilelement jedoch geöffnet, sodass das zweite Ventilelement sich in seiner zweiten Offenstellung befindet, so entsteht ein nur noch sehr geringer Druckverlust über das Rückschlagventil. Dennoch schließt das Rückschlagventil beziehungsweise das zweite Ventilelement selbstständig, wenn kein Kraftstoff mehr von der Durchströmöffnung zu dem zweiten Ventilelement strömt und durch das Rückschlagventil hindurchströmt. Ein geringer, durch das Rückschlagventil bewirkter Druckverlust und somit beispielsweise der beim Öffnen kurzzeitig auftretende, hohe Druckverlust über das brennraumseitige Rückschlagventil können sogar erwünscht sein, um den auch als Kraftstoffdruck bezeichneten Druck des Kraftstoffes, der mit dem Kraftstoffdruck die Auslassöffnung durchströmen und somit aus dem Injektor ausströmen und in den Brennraum einströmen kann, möglichst gering zu halten. Dies kann insbesondere bei gasförmig gespeicherten Kraftstoffen erwünscht sein, um beispielsweise einen Drucktank, in welchem der Kraftstoff gasförmig gespeichert ist, möglichst weit beziehungsweise stark entleeren zu können. Ferner ermöglicht das Rückschlagventil des erfindungsgemäßen Injektors die Realisierung von klar definierten Zuständen des Rückschlagventils, insbesondere anstatt einer proportionalen Kennlinie wie beispielsweise bei herkömmlichen Rückschlagventilen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Ventilelement entlang einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Injektorgehäuse zwischen der zweiten Offenstellung und der zweiten Schließstellung translatorisch bewegbar. Hierdurch können übermäßige Druckverluste besonders gut vermieden werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Material zumindest in der zweiten Offenstellung, insbesondere auch in der zweiten Schließstellung, entlang einer senkrecht zu der Bewegungsrichtung verlaufenden und insbesondere nach außen oder innen weisenden Richtung überlappungsfrei zu dem Magneten angeordnet ist, das heißt nicht durch den Magneten überlappt ist. Die genannte, senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufende Richtung fällt beispielsweise mit der radialen Richtung des zweiten Ventils, insbesondere des zweiten Ventilelements, zusammen, insbesondere beispielsweise dann, wenn das zweite Ventil und/oder das zweite Ventilelement zumindest in einem Längenbereich zylindrisch ausgebildet ist, das heißt die Form eines geraden Kreiszylinders aufweist, oder kugelförmig ausgebildet ist. Durch diese Ausführungsform kann der zuvor beschriebene Effekt, gemäß welchem die auf das zweite Ventilelement zumindest mittelbar, insbesondere direkt, wirkende Magnet- beziehungsweise Rückstellkraft mit zunehmendem Abstand nicht-linear und dabei vorzugsweise überproportional beziehungsweise quadratisch abnimmt, besonders gut realisiert werden. Dadurch ist der zuvor beschriebene Hystereseeffekt besonders gut darstellbar.
Um den Hystereseeffekt besonders gut darstellen zu können, sodass anfänglich eine hohe Öffnungskraft zum Öffnen des zweiten Ventilelements und dann eine nur noch geringere Öffnungskraft zum Offenhalten des zweiten Ventilelements erforderlich ist, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Material sowohl in der zweiten Offenstellung als auch in der zweiten Schließstellung in eine parallel zu der Bewegungsrichtung verlaufende und hin zu oder weg von dem ersten Ventil weisende Richtung, welche beispielsweise parallel zur axialen Richtung des zweiten Ventils beziehungsweise des zweiten Ventilelements verläuft, zumindest teilweise durch den Magneten überlappt ist. Dadurch nimmt der insbesondere entlang der Bewegungsrichtung verlaufende Abstand zwischen dem Material und dem Magneten zu, wenn das zweite Ventilelement aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegt wird, und der Abstand nimmt, insbesondere linear, ab, wenn das zweite Ventilelement aus der zweiten Offenstellung in die zweite Schließstellung bewegt wird.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der genannte Abstand entlang der Bewegungsrichtung beziehungsweise parallel zur Bewegungsrichtung verläuft.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das erste Ventilelement in eine erste Öffnungsrichtung aus der ersten Schließstellung in die erste Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse, insbesondere translatorisch, bewegbar ist. Das zweite Ventilelement ist in eine der ersten Öffnungsrichtung entgegengesetzte und beispielsweise parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende zweite Öffnungsrichtung aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse, insbesondere translatorisch, bewegbar. Dadurch können übermäßige Druckverluste besonders gut vermieden werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei wenigstens einen Injektor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf.
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors zum Einbringen von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs; und
2 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht des Injektors in einem in 1 mit B bezeichneten Bereich.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen Injektor 10 zum Einbringen von Kraftstoff, insbesondere von gasförmigem Kraftstoff, in wenigstens einen Brennraum einer vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere verbrennungsmotorisch, antreibbar ist. Die auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine weist den genannten Brennraum auf, in welchen der Kraftstoff mittels des Injektors 10, insbesondere direkt, eingebracht werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftstoff um einen gasförmigen Kraftstoff wie beispielsweise Wasserstoff, welcher in gasförmigem Zustand mittels des Injektors 10 in den Brennraum direkt eingebracht, insbesondere eingeblasen, wird. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Kraftstoff in gasförmigem Zustand aus dem Injektor 10 ausströmt und dadurch, insbesondere direkt, in den Brennraum einströmt. Somit wird der Injektor 10 auch als Gasinjektor, Direktinjektor oder Gas-Direktinjektor bezeichnet.
Der Injektor 10 weist ein von dem Kraftstoff durchströmbares Injektorgehäuse 12 auf, welches auch einfach als Gehäuse bezeichnet wird. Das Injektorgehäuse 12 weist wenigstens oder genau eine auch als Einlass bezeichnete Einlassöffnung 14 auf, über welche der Kraftstoff, insbesondere aus einer Umgebung des Injektorgehäuses 12 und insbesondere des Injektors 10 insgesamt, in das Injektorgehäuse 12 einbringbar beziehungsweise einleitbar ist. Des Weiteren weisen - wie besonders gut in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist - das Injektorgehäuse 12 und somit der Injektor 10 eine auch als Auslass bezeichnete Auslassöffnung 16 auf, über welche zum Einbringen, insbesondere zum direkten Einblasen, des Kraftstoffes in den Brennraum der über den Einlass in das Injektorgehäuse 12 eingeströmte und von dem Einlass zu dem Auslass strömende Kraftstoff aus dem Injektorgehäuse 12 und dabei aus dem Injektor 10 insgesamt ausleitbar ist. In Strömungsrichtung des von dem Einlass zu dem Auslass strömenden Kraftstoffes ist somit der Auslass stromab des Einlasses angeordnet.
Der Injektor 10 weist außerdem wenigstens eine innerhalb des Injektorgehäuses 12 angeordnete Durchströmöffnung 18 auf, welche in Strömungsrichtung des von dem Einlass zu dem Auslass strömenden Kraftstoffes stromauf des Auslasses und stromab des Einlasses angeordnet ist. Auf seinem Weg von dem Einlass zu dem Auslass strömt der Kraftstoff durch die Durchströmöffnung 18, wodurch die Auslassöffnung 16 über die Durchströmöffnung 18 mit dem Kraftstoff, welcher den Einlass durchströmt und somit über den Einlass in das Injektorgehäuse 12 einströmt, versorgbar ist.
Der Injektor 10 umfasst darüber hinaus ein elektrisch, insbesondere elektromagnetisch, betätigbares erstes Ventil 20, welches vorliegend beispielsweise als Magnetventil ausgebildet ist. Das Ventil 20 weist ein in dem Injektorgehäuse 12 angeordnetes, erstes Ventilelement 22 auf, welches durch elektrisches Betätigen des ersten Ventils 20 und vorliegend elektromagnetisch zwischen einer die Durchströmöffnung 18 fluidisch versperrenden und in 1 und 2 gezeigten ersten Schließstellung und wenigstens einer die Durchströmöffnung 18 freigebenden ersten Offenstellung entlang einer in 2 durch einen Doppelpfeil 25 veranschaulichten Bewegungsrichtung relativ zu dem Injektorgehäuse 12 translatorisch bewegbar ist. Hierzu weist das vorliegend als Magnetventil ausgebildete Ventil 20 eine auch als Magnetspule bezeichnete Spule 24 auf, welche mit elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, versorgbar ist, derart, dass durch Versorgen der Spule 24 mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom der elektrische Strom durch die Spule 24 hindurchfließen kann. Die Spule 24 ist beispielsweise an dem Injektorgehäuse 12 festgelegt, insbesondere über einen Stator des Ventils 20. Dabei ist beispielsweise die Spule 24 an dem Stator gehalten und somit festgelegt. Insbesondere kann die Spule mit der elektrischen Energie über wenigstens ein auch als Anschluss bezeichnetes, elektrisches Kontaktelement 26 mit der elektrischen Energie versorgt werden, die beispielsweise aus einer in den Fig. nicht dargestellten Energiequelle bereitgestellt wird. Das Kontaktelement 26 ist in einem Gehäuse 28 angeordnet, welches beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist das Gehäuse 28 separat von dem Injektorgehäuse 12 ausgebildet und mit dem Injektorgehäuse 12 verbunden. Beispielsweise ist das Gehäuse 28 durch Spritzgießen hergestellt. Wie hinlänglich bekannt ist, kann die Spule 24 als ein Elektromagnet fungieren beziehungsweise einen Elektromagneten bilden. Wird die Spule 24 mit der elektrischen Energie versorgt, sodass die elektrische Energie, insbesondere der elektrische Strom, durch die Spule 24 hindurchfließt, so stellt hierdurch die Spule 24 ein auch als Magnetfeld bezeichnetes magnetisches Feld bereit. Insbesondere wird das magnetische Feld in der Spule 24 erzeugt.
Das erste Ventilelement 22 ist ein Anker oder Bestandteil eines Ankers, wobei der Anker und somit das Ventilelement 22 auf hinlänglich bekannte Weise mittels des Magnetfelds bewegt werden kann, insbesondere aus der ersten Schließstellung in die erste Offenstellung. Insbesondere ist das Ventilelement 22 in eine in 1 durch einen Pfeil 30 veranschaulichte und parallel zu der Bewegungsrichtung verlaufende erste Richtung, die für das Ventilelement 22 eine erste Öffnungsrichtung ist, relativ zu dem Injektorgehäuse 12 aus der ersten Schließstellung in die erste Offenstellung bewegbar, insbesondere durch Erzeugen des Magnetfelds.
Dem Ventilelement 22 ist ein erstes Rückstellelement zugeordnet, welches bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel als eine mechanische und somit als ein Festkörper ausgebildete Feder 32 ausgebildet ist. Durch Bewegen des Ventilelements 22 aus der ersten Schließstellung in die erste Offenstellung wird die Feder 32 gespannt, insbesondere komprimiert oder gelenkt. Hierdurch stellt die Feder 32 zumindest in der ersten Offenstellung eine Federkraft bereit, die in eine in 1 durch einen Pfeil 34 veranschaulichte, parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung weist. Die zweite Richtung ist für das Ventilelement 22 eine zweite Schließrichtung, in welche das Ventilelement 22 aus der ersten Offenstellung in die erste Schließstellung relativ zu dem Injektorgehäuse 12 translatorisch bewegbar ist. Somit ist beziehungsweise wird das Ventilelement 22 mittels der von der Feder 32 bereitgestellten Federkraft in die zweite Richtung und somit aus der ersten Offenstellung in die zweite Schließstellung bewegbar, beziehungsweise bewegt. Insbesondere stellt die Feder 32 die Federkraft auch in der ersten Schließstellung bereit, sodass das Ventilelement 22 mittels der Federkraft und somit mittels der Feder 32 in der ersten Schließstellung gehalten wird.
Insgesamt ist erkennbar, dass das Ventil 20 ein aktives beziehungsweise aktiv betätigbares Ventil ist, da das Ventilelement 22 durch elektrisches Betätigen des Ventils 20 zwischen der ersten Schließstellung und der ersten Offenstellung hin- und herbewegbar ist. Das elektrische, insbesondere elektromagnetische, Betätigen des Ventils 20 umfasst dabei das Versorgen der Spule 24 und somit des Ventils 20 mit elektrischer Energie sowie ein Beenden oder Aufheben des Versorgens der Spule 24 mit elektrischer Energie. Wird nämlich das Versorgen der Spule 24 mit der elektrischen Energie aufgehoben beziehungsweise beendet, so kann dann die Feder 32, gegen welche beziehungsweise gegen deren Federkraft das Ventilelement 22 zuvor mittels des Magnetfelds geöffnet wurde, das Ventilelement 22 durch die Federkraft wieder schließen, das heißt aus der ersten Offenstellung und zurück in die erste Schließstellung bewegt und insbesondere in der ersten Schließstellung halten.
Der Injektor 10 umfasst außerdem ein Rückschlagventil 36, welches ein zweites Ventil des Injektors 10 ist beziehungsweise auch als zweites Ventil bezeichnet wird und in 2 vergrößert dargestellt ist. Das Rückschlagventil 36 weist ein Rückstellelement 38 und ein in dem Injektorgehäuse 12 angeordnetes, zweites Ventilelement 40 auf, welches entlang der durch den Doppelpfeil 25 veranschaulichten Bewegungsrichtung relativ zu dem Injektorgehäuse 12 translatorisch zwischen einer in 1 und 2 gezeigten zweiten Schließstellung und wenigstens einer zweiten Offenstellung bewegbar ist. In der zweiten Schließstellung versperrt das Ventilelement 40 die Auslassöffnung 16 fluidisch, sodass kein Kraftstoff durch die Auslassöffnung 16 hindurchströmen kann. In der zweiten Offenstellung jedoch gibt das Ventilelement 40 die Auslassöffnung 16 frei, sodass Kraftstoff durch die Auslassöffnung 16 hindurchströmen und somit aus dem Injektorgehäuse 12 und aus dem Injektor 10 insgesamt herausströmen kann. Dabei ist das Ventilelement 40 in die durch den Pfeil 34 veranschaulichte zweite Richtung aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegbar, sodass die zweite Richtung für das Ventilelement 40 eine zweite Öffnungsrichtung ist. Das Ventilelement 40 ist in die durch den Pfeil 30 veranschaulichte erste Richtung aus der zweiten Offenstellung in die zweite Schließstellung bewegbar, sodass die erste Richtung für das Ventilelement 40 eine zweite Schließrichtung ist. Es ist erkennbar, dass die Ventilelemente 22 und 40 gegensinnig beziehungsweise gegenläufig öffnen und schließen.
Befindet sich das Ventilelement 22 in der ersten Offenstellung, so kann Kraftstoff durch die Durchströmöffnung 18 hindurchströmen und somit von der Einlassöffnung 14 durch die Durchströmöffnung 18 hindurch zu dem Ventilelement 40 strömen. Insbesondere strömt der Kraftstoff über die Durchströmöffnung 18 in das Ventilelement 40, das heißt in einen Kanal 42 des Ventilelements 40 ein und strömt durch den Kanal 42 und somit durch das Ventilelement 40 hindurch. Über Ausströmöffnungen 44 kann der Kraftstoff aus dem Kanal 42 und somit aus dem Ventilelement 40 ausströmen und dadurch in einen beispielsweise als Ringraum ausgebildeten Raum 46 strömen, welcher innerhalb des Injektorgehäuses 12 und außerhalb des Ventilelements 40 angeordnet ist und dabei teilweise durch das Injektorgehäuse 12 und teilweise durch das Ventilelement 40 begrenzt ist. In dem Raum 46 kann der in dem Raum 46 aufgenommene Kraftstoff, insbesondere dessen auch als Kraftstoffdruck bezeichneter Druck, direkt auf das Ventilelement 40 wirken, derart, dass aus dem Kraftstoffdruck eine in die zweite Richtung weisende und direkt auf das Ventilelement 40 wirkende Öffnungskraft resultiert. Übersteigt beispielsweise die Öffnungskraft eine von dem Rückstellelement 38 bereitgestellte und einfach auch als Kraft bezeichnete Rückstell- oder Schließkraft, welche zumindest mittelbar, insbesondere direkt, auf das Ventilelement 40 wirkt und in die erste Richtung weist und somit der Öffnungskraft entgegengesetzt ist, so wird das Ventilelement 40 durch die Öffnungskraft aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegt und dabei zumindest teilweise aus dem Injektorgehäuse 12 herausbewegt. Wird dann die Durchströmöffnung 18 fluidisch versperrt, indem das Ventilelement 22 aus der ersten Offenstellung in die erste Schließstellung bewegt wird beziehungsweise indem eine Bewegung des Ventilelements 22 aus der ersten Offenstellung in die erste Schließstellung bewirkt oder zugelassen wird, so nehmen der in dem Raum 46 herrschende Kraftstoffdruck und die daraus resultierende Öffnungskraft ab. Sinkt die Öffnungskraft unter die Rückstell- beziehungsweise Schließkraft, so wird das Ventilelement 40 mittels der Rückstellkraft und somit mittels des Rückstellelements 38 aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegt und daraufhin in der zweiten Schließstellung gehalten.
Während somit das erste Ventil 20 ein aktives beziehungsweise aktiv betätigbares oder schaltbares Ventil ist, ist das Rückschlagventil 36 ein passives Ventil, dessen Ventilelement 40 ausschließlich mittels des Kraftstoffdrucks geöffnet und ausschließlich mittels der Rückstellkraft und somit ohne äußere Einflussnahme oder Ansteuerung geschlossen werden kann.
Um nun übermäßige Druckverluste zu vermeiden, ist das Rückstellelement 38 als ein Magnet 48 ausgebildet, welcher vorzugsweise ein Permanentmagnet ist. Der Permanentmagnet stellt somit ein Magnetfeld bereit, mittels welchem infolge der Abnahme des Kraftstoffdrucks das zweite Ventilelement 40 aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegbar und daraufhin in der zweiten Schließstellung zu halten ist. Dabei umfasst der Injektor 10 ein Material 50, welches vorliegend an dem Ventilelement 40 vorgesehen und somit mit dem Ventilelement 40 mitbewegbar ist. Das Material 50 ist ein magnetisches oder magnetisierbares Material wie beispielsweise ein ferromagnetisches Material. Insbesondere kann das Material 50 Eisen aufweisen. Durch das Material 50 ist ein Materialelement 52 gebildet, welches an dem Ventilelement 40 vorgesehen beziehungsweise ein Bestandteil des Ventilelements 40 sein kann. Das Material 50 und somit das Materialelement 52 sind ausgebildet, um mit dem von dem Permanentmagneten bereitgestellten Magnetfeld derart wechselzuwirken, dass aus dem Magnetfeld die zuvor genannte, auf das Materialelement 52 und somit auf das Ventilelement 40 wirkende, in die erste Richtung weisende und als Magnetkraft ausgebildete Schließkraft resultiert, mittels welcher infolge der Abnahme des Drucks das zweite Ventilelement 40 aus der zweiten Offenstellung und zurück in die zweite Schließstellung bewegbar, mithin zu schließen, und daraufhin in der zweiten Schließstellung zu halten ist.
Alternativ zu der in den Fig. gezeigten Ausführungsform ist es denkbar, dass das Material 50 und somit das Materialelement 52 an dem Gehäuse festgelegt beziehungsweise Bestandteile des Gehäuses sind, wobei dann der Magnet 48 an dem Ventilelement 40 gehalten beziehungsweise Bestandteil des Ventilelements 40 sein kann. Das Material 50 beziehungsweise das Materialelement 52 und der korrespondierende Magnet 48 sind derart angeordnet, dass durch Bewegen des Ventilelements 40 aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung ein entlang der Bewegungsrichtung verlaufender Abstand zwischen dem Magneten 48 und dem Material 50 (Materialelement 52) sukzessive vergrößert wird, wodurch die Magnetkraft bezogen auf den Abstand nicht-linear und dabei vorzugsweise quadratisch abnimmt. Somit ist für ein anfängliches Bewegen des Ventilelements 40 aus der zweiten Schließstellung in Richtung der ersten Offenstellung eine hohe Öffnungskraft, welche in die zweite Richtung wirkt, erforderlich beziehungsweise aufzuwenden, wobei eine gegenüber der hohen Öffnungskraft wesentlich geringere Öffnungskraft aufzuwenden ist, um das Ventilelement 40 offen, das heißt in der zweiten Offenstellung zu halten.
Aus 1 und 2 ist erkennbar, dass das Material 50 in der zweiten Offenstellung und auch in der zweiten Schließstellung entlang einer senkrecht zu der Bewegungsrichtung verlaufenden und vorliegend nach außen weisenden und in 2 durch einen Pfeil 54 verlaufenden Richtung überlappungsfrei zu dem Magneten 48 angeordnet ist. Außerdem ist das Material 50 sowohl in der zweiten Offenstellung als auch in der zweiten Schließstellung in die parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende und hin zu dem ersten Ventil 20 weisende erste Richtung zumindest teilweise durch den Magneten 48 überlappt. Dabei verläuft der zuvor genannte Abstand entlang der Bewegungsrichtung, das heißt parallel zu der Bewegungsrichtung. Dadurch kann das zuvor beschriebene, nicht-lineare Verhalten der als Magnetkraft ausgebildeten Schließkraft besonders gut realisiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Injektor
12: Injektorgehäuse
14: Einlassöffnung
16: Auslassöffnung
18: Durchströmöffnung
20: erstes Ventil
22: erstes Ventilelement
24: Spule
25: Doppelpfeil
26: Kontaktelement
28: Gehäuse
30: Pfeil
32: Feder
34: Pfeil
36: Rückschlagventil
38: Rückstellelement
40: zweites Ventilelement
42: Kanal
44: Ausströmöffnung
46: Raum
48: Magnet
50: Material
52: Materialelement
54: Pfeil
B: Bereich

Claims

Injektor (10) zum Einbringen von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem von dem Kraftstoff durchströmbaren Injektorgehäuse (12), welches wenigstens eine Einlassöffnung (14), über welche der Kraftstoff in das Injektorgehäuse (12) einleitbar ist, und wenigstens eine Auslassöffnung (16) aufweist, über welche zum Einbringen des Kraftstoffes in den Brennraum der Kraftstoff aus dem Injektorgehäuse (12) ausleitbar ist, mit wenigstens einer innerhalb des Injektorgehäuses (12) stromab der Einlassöffnung (12) und stromauf der Auslassöffnung (16) angeordneten Durchströmöffnung (18), über welche die Auslassöffnung (16) mit dem die Einlassöffnung (12) durchströmenden Kraftstoff versorgbar ist, mit einem elektrisch betätigbaren ersten Ventil (20), welches ein in dem Injektorgehäuse (12) angeordnetes erstes Ventilelement (22) aufweist, das durch elektrisches Betätigen des ersten Ventils (20) zwischen einer die Durchströmöffnung (18) fluidisch versperrenden ersten Schließstellung und wenigstens einer die Durchströmöffnung (18) freigebenden ersten Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse (12) bewegbar ist, und mit einem Rückschlagventil (36) als zweitem Ventil, welches ein Rückstellelement (38) und ein in dem Injektorgehäuse (12) angeordnetes, zwischen einer die Auslassöffnung (16) fluidisch versperrenden zweiten Schließstellung und wenigstens einer die Auslassöffnung (16) freigebenden zweiten Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse (12) bewegbares, zweites Ventilelement (40) aufweist, welches mittels eines durch den von der Durchströmöffnung (18) zu dem zweiten Ventilelement (40) geströmten Kraftstoff bewirkten und auf das zweite Ventilelement (40) wirkenden Drucks aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung und daraufhin infolge einer Abnahme des Drucks mittels des Rückstellelements (38) aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegbar und mittels des Rückstellelements (38) in der zweiten Schließstellung zu halten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellelement (38) ein Magnet (48) ist, mittels welchem ein Magnetfeld bereitstellbar oder bereitgestellt ist, mittels welchem infolge der Abnahme des Drucks das zweite Ventilelement (40) aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegbar und daraufhin in der zweiten Schließstellung zu halten ist.
Injektor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (48) ein Permanentmagnet ist.
Injektor (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Material (50), welches ausgebildet ist, um mit dem Magnetfeld derart wechselzuwirken, dass aus dem Magnetfeld eine auf das zweite Ventilelement (40) wirkende Kraft resultiert, mittels welcher infolge der Abnahme des Drucks das zweite Ventilelement (40) aus der zweiten Offenstellung zurück in die zweite Schließstellung bewegbar und daraufhin in der zweiten Schließstellung zu halten ist.
Injektor (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch Bewegen des zweiten Ventilelements (40) aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung ein Abstand zwischen dem Magneten (48) und dem Material (50) vergrößert, wodurch die Kraft bezogen auf den Abstand nicht-linear, insbesondere überproportional und ganz insbesondere quadratisch, abnimmt.
Injektor (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventilelement (40) entlang einer Bewegungsrichtung (24) relativ zu dem Injektorgehäuse (12) zwischen der zweiten Offenstellung und der zweiten Schließstellung translatorisch bewegbar ist.
Injektor (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (50) zumindest in der zweiten Offenstellung, insbesondere auch in der zweiten Schließstellung, entlang einer senkrecht zu der Bewegungsrichtung (24) verlaufenden Richtung (54) überlappungsfrei zu dem Magneten (48) angeordnet ist.
Injektor (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (50) sowohl in der zweiten Offenstellung als auch in der zweiten Schließstellung in eine parallel zu der Bewegungsrichtung (24) verlaufende und hin zu oder weg von dem ersten Ventil (20) weisende Richtung (30) zumindest teilweise durch den Magneten (48) überlappt ist.
Injektor (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 und nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand entlang der Bewegungsrichtung (24) verläuft.
Injektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilelement (22) in eine erste Öffnungsrichtung (30) aus der ersten Schließstellung in die erste Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse (12), insbesondere translatorisch, bewegbar ist, wobei das zweite Ventilelement (40) in eine der ersten Öffnungsrichtung (30) entgegengesetzte zweite Öffnungsrichtung (34) aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung relativ zu dem Injektorgehäuse (12), insbesondere translatorisch, bewegbar ist.
Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Injektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.