DE10150124A1 - Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Common-Rail-Injektor, sowie Kraftstoff-System und Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) für Brennkraftmaschinen (10) umfasst ein Gehäuse (40) und eine in dem Gehäuse (40) vorhandene Ausnehmung (48). Ferner ist mindestens ein axial bewegliches Ventilelement (52) vorgesehen, welches in der Ausnehmung (48) angeordnet ist. Es arbeitet mit einem Ventilsitz zusammen und weist mindestens eine Druckfläche (60) auf, welche einen Steuerraum (62) begrenzt. Eine Einrichtung (58) beaufschlagt das Ventilelement (52) entgegen der Kraft-Resultierenden (Pfeil 64) der Druckfläche (60). Eine Ventileinrichtung (32) ist mit dem Steuerraum (62) verbunden. Um auch sehr kurze Öffnungszeiten der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) realisieren zu können, wird vorgeschlagen, dass die Ventileinrichtung (32) mindestens zwei Steuerventile (34, 36) umfasst, welche fluidisch hintereinander angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft zunächst eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Gehäuse, mit einer in dem Gehäuse vorhandenen Ausnehmung, mit mindestens einem axial beweglichen Ventilelement, welches in der Ausnehmung angeordnet ist, mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet und mindestens eine Druckfläche aufweist, welchen einen Steuerraum begrenzt, mit einer Einrichtung, welche das Ventilelement entgegen der Kraft-Resultierenden der Druckfläche beaufschlagt, und mit einer Ventileinrichtung, welche mit dem Steuerraum verbunden ist.

Eine derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist vom Markt her bekannt. Bei ihn handelt es sich um einen Common- Rail-Injektor. Dieser umfasst einen Steuerraum, welcher durch eine axiale Endfläche einer Ventilnadel begrenzt wird. In die Wand des Steuerraums ist ein in radialer Richtung verlaufender Kanal vorhanden, welcher mit einer Hochdruck-Kraftstoff-Sammelleitung ("Rail") verbunden ist. Auf der der Ventilnadel gegenüberliegenden Seite wird der Steuerraum durch ein Gehäuseteil begrenzt, in dem ein axial verlaufender Kanal vorhanden ist. Dieser kann über ein Steuerventil mit einem Niederdruckbereich verbunden werden.

An einer Druckfläche der Ventilnadel, deren Kraft- Resultierende entgegengesetzt zu der der axialen Endfläche der Ventilnadel ausgerichtet ist, liegt der normale hohe Fluiddruck an, welcher auch in der Kraftstoff-Sammelleitung herrscht. Um die Ventilnadel von ihrem Ventilsitz abzuheben, wird der Druck im Steuerraum durch eine entsprechende Schaltung des Steuerventils abgesenkt. Bei einer ausreichenden Druckdifferenz ergibt sich eine resultierende Kraft, welche die Ventilnadel von ihrem Ventilsitz abhebt.

Zum Schalten des Steuerventils wird üblicherweise eine Magnetvorrichtung verwendet. Der Aufbau der Magnetkraft durch eine entsprechende Bestromung der Spule und der Abbau benötigen jedoch eine gewisse Zeit. Dies gilt um so mehr, je größer die Magnetvorrichtung ist. Um eine hohe Schaltgeschwindigkeit der Ventilnadel zu erreichen, sollten die Strömungsquerschnitte der Ventileinrichtung relativ groß sein. Dies erfordert dann jedoch auch eine entsprechend große Magnetvorrichtung. Sollen dann, beispielsweise für eine Voreinspritzung, von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nur sehr kleine Mengen eingespritzt werden, ist dies mit der bekannten Vorrichtung schwierig, da die Schaltzeiten der Ventileinrichtung zu lang sind.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihr auch sehr kleine Kraftstoffmengen zuverlässig in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Ventileinrichtung mindestens zwei Steuerventile umfasst, welche fluidisch hintereinander angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung kann die Öffnungszeit der Ventileinrichtung beinahe beliebig variiert werden. Dies wird dadurch möglich, dass zwei voneinander unabhängige Steuerventile vorgesehen sind, welche fluidisch seriell geschaltet sind. Insgesamt ist die Ventileinrichtung nur dann geöffnet, wenn beide Steuerventile geöffnet sind. Ist auch nur eines der beiden Steuerventile geschlossen, ist die gesamte Ventileinrichtung geschlossen.

Soll eine sehr kurze Öffnungsdauer der Ventileinrichtung und hierdurch auch nur eine sehr kurze Einspritzdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung realisiert werden, werden die beiden Steuerventile versetzt geschaltet. Geöffnet ist die Ventileinrichtung dann nur während jenes Zeitraums, indem sich die Öffnungszeiträume der beiden Steuerventile überlappen. Die Gesamt-Öffnungsdauer der Ventileinrichtung wird hierdurch unabhängig von der Mindest-Öffnungsdauer eines einzelnen Steuerventils. Wesentlich ist nur der Öffnungszeitpunkt des einen Steuerventils und der Schließzeitpunkt des anderen Steuerventils.

Somit können auch kleinste Einspritzmengen von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht werden. Dabei können die Schaltzeiten der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, also jene Zeiträume, welche das Ventilelement von der geschlossenen in die offene Stellung bzw. von der offenen Stellung wieder zurück in die geschlossene Stellung benötigt, sehr kurz gehalten werden. Die Strömungsquerschnitte der Ventileinrichtung können nämlich verhältnismäßig groß sein, ohne dass dies Auswirkungen auf die mögliche Gesamt- Öffnungszeit der Ventileinrichtung hat. Große Strömungsquerschnitte der Ventileinrichtung ermöglichen jedoch rasche Druckänderungen im Steuerraum der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung und somit hohe Geschwindigkeiten des Ventilelements.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ventileinrichtung mindestens zwei 2/2-Schaltventile umfasst. Derartige Schaltventile arbeiten zuverlässig und sind so preisgünstig, dass die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung insgesamt immer noch mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Vorteilhaft ist auch, wenn der Steuerraum im Betrieb ständig mit einem Hochdruckbereich verbunden ist und die Ventileinrichtung den Steuerraum mit einem Niederdruckbereich verbinden kann. Eine solche Kraftstoff- Einspritzvorrichtung baut einfach und arbeitet zuverlässig.

Dabei wird besonders bevorzugt, wenn zwischen dem Steuerraum und dem Hochdruckbereich eine Strömungsdrossel vorhanden ist. Mit einer derartigen Strömungsdrossel kann vor allem das Schließverhalten des Ventilelements des Injektors beeinflusst werden. Dies ermöglicht die Formung eines insbesondere im Hinblick auf die Abgasemissionen optimalen Einspritzverlaufs.

In die gleiche Richtung zielt jene Weiterbildung, bei welcher zwischen der Ventileinrichtung und dem Steuerraum eine Strömungsdrossel vorhanden ist. Diese Strömungsdrossel beeinflusst insbesondere den Öffnungsvorgang des Ventilelements.

Bei einer besonders bevorzugten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung sind beide Steuerventile stromlos geschlossen. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einem Ausfall der Ansteuerung der Ventileinrichtung keine Einspritzungen durch die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung erfolgen können. Dadurch, dass beide Steuerventile stromlos geschlossen sind, wird dies redundant gewährleistet.

Möglich ist auch, dass mindestens zwei Steuerventile der Ventileinrichtung voneinander unterschiedliche Öffnungs- und/oder Schließcharakteristiken aufweisen. Unter der Öffnungs- bzw. Schließcharakteristik wird hier der Verlauf der Freigabe bzw. des Verschließens des Durchlassquerschnitts der Ventileinrichtung verstanden. Durch die unterschiedlichen Öffnungs- und/oder Schließcharakteristiken können gewünschte Einspritzverläufe realisiert werden. Öffnet eines der beiden Steuerventile beispielsweise schnell und das andere langsam ist es möglich, einen Einspritzverlauf zu realisieren, bei dem das Ventilelement der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung langsam öffnet und rasch schließt und umgekehrt.

Ferner wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Steuerventil der Ventileinrichtung kraftausgeglichen ist. Bei einem solchen Steuerventil ist nur eine relativ geringe Energie erforderlich, um es zu betätigen.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffsystem mit einem Kraftstoffbehälter, mit mindestens einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, welche den Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt, mit mindestens einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, und mit einer Kraftstoff-Sammelleitung, an die die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung angeschlossen ist.

Um möglichst sehr kleine Kraftstoffmengen in den Brennraum der Brennkraftmaschine einbringen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in der obigen Art ausgebildet ist.

Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum, in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird.

Um auch sehr kleine Mengen von Kraftstoff in den Brennraum einspritzen zu können wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine ein Kraftstoffsystem der obigen Art aufweist.

Zeichnung

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem und mehreren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung einer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen von Fig. 1 und einer dazugehörigen Ventileinrichtung;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Schaltstellung eines ersten Schaltventils der Ventileinrichtung von Fig. 2 über der Zeit bei einer Einspritzung aufgetragen ist;

Fig. 4 ein Diagramm ähnlich Fig. 3, in dem die Schaltstellung eines zweiten Schaltventils der Ventileinrichtung von Fig. 2 über der Zeit bei einer Einspritzung aufgetragen ist; und

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die Überlagerung der beiden in den Fig. 3 und 4 dargestellten Schaltstellungen über der Zeit dargestellt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Eine Brennkraftmaschine trägt in Fig. 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Kraftstoffsystem 12. Dieses weist wiederum einen Kraftstoffbehälter 14 auf, aus dem eine elektrische Niederdruck-Kraftstoffpumpe 16 den Kraftstoff zu einer motorgetriebenen Hochdruck- Kraftstoffpumpe 18 fördert. Von dieser gelangt der Kraftstoff in eine Kraftstoff-Sammelleitung 20. Diese wird auch als "Common Rail" bezeichnet. In ihr ist der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert.

An die Kraftstoff-Sammelleitung 20 sind mehrere Injektoren 22 angeschlossen. Diese spritzen den Kraftstoff direkt in Brennräume 24 der Brennkraftmaschine 10 ein. Der Anschluss der Injektoren 22 an die Kraftstoff-Sammelleitung 20 erfolgt jeweils über einen Hochdruck-Einlass 26, welcher am Injektor 22 ausgebildet ist. Von einem Niederdruck-Auslass 28 der Injektoren 22 führt jeweils eine Kraftstoffleitung 30 zu einer Ventileinrichtung 32. Jede Ventileinrichtung 32 umfasst zwei elektromagnetische 2/2-Schaltventile 34 bzw. 36. Von der Ventileinrichtung 32 führt eine Niederdruck- Kraftstoffleitung 38 zurück zum Kraftstoffbehälter 14.

Der Aufbau eines Injektors 22 ist im Detail in Fig. 2 dargestellt: Bei dem Injektor 22 handelt es sich um einen Common-Rail-Injektor, welcher für die direkte Einspritzung hochverdichteten Kraftstoffs in den entsprechenden Brennraum 24 der Brennkraftmaschine 10 verwendet wird. Als Kraftstoff kommt Diesel ebenso wie Benzin in Frage. Der Injektor 22 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 40. Das Gehäuse 40 umfasst einen Düsenkörper 42 und eine Zwischenscheibe 44. Der Düsenkörper 42 und die Düsenscheibe 44 sind über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Düsenspannmutter gegeneinander verspannt.

Das in Fig. 2 untere Ende des Düsenkörpers 42 ist als Einspritz-Ende 46 ausgebildet. Im Düsenkörper 42 verläuft in dessen Längsrichtung eine Ausnehmung 48. Diese hat die Form einer Stufenbohrung und endet im Einspritz-Ende 46. Am Einspritz-Ende 46 sind mehrere über den Umfang des Einspritz-Endes 46 verteilt angeordnete Kraftstoff- Austrittsöffnungen 50 vorhanden.

In der Ausnehmung 48 im Düsenkörper 42 ist ein Ventilelement 52 angeordnet. Bei ihm handelt es sich um eine Ventilnadel, welche koaxial zur Ausnehmung 48 verläuft und axial beweglich ist. Die Ventilnadel 52 arbeitet mit einem Ventilsitz (ohne Bezugszeichen) im Bereich des Einspritz-Endes 46 zusammen. Die Ventilnadel 52 weist mehrere Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser auf:
In Fig. 2 ist ein unterer Abschnitt 54 der Ventilnadel 52 mit kleinerem Durchmesser und ein oberer Abschnitt 56 mit größerem Durchmesser sichtbar. Die beiden Abschnitte 54 und 56 sind durch eine Stufe getrennt, welche eine schräge Druckfläche 58 bildet. Der obere Abschnitt 56 mit größerem Durchmesser wird axial nach oben durch eine Druckfläche 60 begrenzt. Die Druckfläche 60 begrenzt axial einen Steuerraum 62. Die Kraft-Resultierenden der Druckflächen 58 und 60 sind in Fig. 2 durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet. Sie tragen die Bezugszeichen 64 und 66.

Nach oben hin wird der Steuerraum 62 durch die Zwischenscheibe 44 begrenzt. Vom Steuerraum 62 führt ein Strömungskanal 68 durch die Zwischenscheibe 44 hindurch und über den in Fig. 2 nicht dargstellten Niederdruck-Auslass 28 zum Kraftstoffkanal 30, welcher zur Ventileinrichtung 32 mit den beiden Schaltventilen 34 und 36 führt. Der Strömungskanal 68 ist insgesamt als Strömungsdrossel ausgebildet.

Bei den Schaltventilen 34 und 36 handelt es sich um 2/2- Schaltventile. Sie weisen also zwei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen 70 und 72 bzw. 74 und 76 auf. Der Einlass des ersten Schaltventils 34 ist mit dem Kraftstoffkanal 30, sein Auslass mit dem Einlass des zweiten Schaltventils 36 verbunden. Der Auslass des Schaltventils 36 ist, wie oben bereits ausgeführt wurde, an die Niederdruck- Kraftstoffleitung 38 angeschlossen. Beide Steuerventile 34 und 36 werden im stromlosen Zustand von einer Feder 78 bzw. 80 in die geschlossene Position 70 bzw. 74 gedrückt. Gegen die Beaufschlagung durch die Federn 78 bzw. 80 können die Schaltventile 34 und 36 durch Magnetsteller 82 bzw. 84 in die geöffnete Schaltstellung 72 bzw. 76 bewegt werden.

Die in der Zeichnung nicht dargestellten Ventilelemente der Schaltventile 34 und 36 sind im Allgemeinen kugelförmig. Die Ventilelemente arbeiten üblicherweise mit entsprechenden konischen Ventilsitzen zusammen. Möglich ist aber auch ein Schaltventil, welches beispielsweise ein tellerförmiges Ventilelement aufweist.

Die Zwischenscheibe 44 und der Düsenkörper 42 werden in Längsrichtung des Injektors 22 ferner von einem weiteren Strömungskanal 86 durchsetzt. Dieser ist an seinem in Fig. 2 oberen Ende über den in Fig. 2 nicht dargestellten Hochdruck-Einlass 26 ständig mit der Kraftstoff- Sammelleitung 20 verbunden. Das in Fig. 2 untere Ende des Strömungskanals 86 mündet in einen Ringraum 88. Dieser ist durch eine entsprechende bauchige Ausgestaltung der Ausnehmung 48 zwischen dem Düsenkörper 44 und der Ventilnadel 52 auf Höhe der schrägen Druckfläche 58 gebildet. Vom Ringraum 88 erstreckt sich zwischen dem Düsenkörper 42 und der Ventilnadel 52 bis zum Einspritz- Ende 46 ein weiterer Ringraum 90. Vom Strömungskanal 86 führt eine Strömungsdrossel 92 zum Steuerraum 62.

Der in Fig. 2 dargestellte Injektor 22 arbeitet folgendermaßen:
Bei geschlossenem Injektor 22 sind die Schaltventile 34 und 36 der Ventileinrichtung 32 in den in Fig. 2 dargestellten Ruheschaltstellungen 70 bzw. 74. In diesem Fall herrscht im Steuerraum 62 der volle Systemdruck des Hochdruck-Einlasses 26 bzw. der Kraftstoff-Sammelleitung 20. Dieser Druck herrscht auch im Strömungskanal 86 und in den beiden Ringräumen 88 und 90. Über die Strömungsdrossel 92 wirkt dieser Druck auch auf die Druckfläche 60 am oberen Ende der Ventilnadel 52. Andererseits wirkt der Druck auch auf die schräge Druckfläche 58 der Ventilnadel 52 auf Höhe des Ringraumes 88.

Da die Druckfläche 60 am oberen Ende der Ventilnadel 52 größer ist als die Druckfläche 58, ist die entsprechende Kraft-Resultierende (Pfeil 64) größer als die entgegengesetzte Kraft-Resultierende (Pfeil 66). Die Ventilnadel 52 wird somit gegen den Ventilsitz am Einspritz-Ende 46 des Düsenkörpers 42 gedrückt. Die Kraftstoff-Austrittsöffnungen 50 sind in dieser Stellung des Ventilelements 52 vom Ringraum 90 getrennt, so dass kein Kraftstoff austreten kann.

Um mit dem Injektor 22 eine Einspritzung durchzuführen, wird zunächst das Schaltventil 34 in seine geöffnete Schaltstellung 72 gebracht. Dies geschieht durch eine entsprechende Bestromung des Magnetstellers 82. Da zu diesem Zeitpunkt das zweite Schaltventil 36 noch in der geschlossenen Schaltstellung 74 ist, kann der Kraftstoff aus dem Steuerraum 62 noch nicht entweichen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, öffnet das erste Schaltventil 34 relativ schnell. Der entsprechende Abschnitt ist in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 94 bezeichnet.

Nach einem Zeitraum dt (vergl. Fig. 5) wird auch das zweite Schaltventil 36 aus seiner geschlossenen Schaltstellung 74 in die geöffnete Schaltstellung 76 betätigt. Die Öffnungsbewegung des Schaltventils 36 ist langsamer als jene des Schaltventils 34. Der entsprechende Bereich ist in Fig. 4 mit 96 bezeichnet. Die Öffnung der Ventileinrichtung 32 wird also durch die Öffnung des zweiten Schaltventils 36 bestimmt. Dies ist aus Fig. 5 ersichtlich.

Wenn die Ventileinrichtung 32 geöffnet ist, strömt der Kraftstoff aus dem Steuerraum 62 durch den Strömungskanal 68 zum Niederdruck-Auslass 28 und von dort über den Verbindungskanal 30 durch die beiden Schaltventile 34 und 36 hindurch zur Niederdruck-Kraftstoffleitung 38. Somit sinkt der Druck im Steuerraum 62. Gleichzeitig liegt jedoch im Ringraum 88 weiterhin der volle Systemdruck an, welcher auch auf die schräge Druckfläche 58 an der Ventilnadel 52 wirkt.

Sobald die entsprechende Kraft-Resultierende (Pfeil 66), welche in Öffnungsrichtung wirkt, größer ist als die Kraft- Resultierende (Pfeil 64), welche in Schließrichtung wirkt, hebt die Ventilnadel 52 vom Ventilsitz im Bereich des Einspritz-Endes 46 ab und verbindet so die Kraftstoff- Austrittsöffnung 59 mit dem Ringraum 90. Jetzt kann Kraftstoff aus den Kraftstoff-Austrittsöffnungen 50 austreten. Der Öffnungsvorgang der Ventilnadel 52 kann auch durch eine Ventilfeder unterstützt werden.

Die Geschwindigkeit des Druckabfalls im Steuerraum 62 wird dabei einerseits durch die Ausbildung des Strömungskanals 68 und durch die Öffnungscharakteristik 96 des zweiten Schaltventils 36 bestimmt. Der Druckabfall erfolgt dabei vergleichsweise langsam, so dass auch die Ventilnadel 52 vergleichsweise langsam öffnet. Dies ist für die Ausbildung eines verbrennungs- und emissionsoptimalen Kraftstoffstrahles, welcher aus den Kraftstoff- Austrittsöffnungen 50 austritt, vorteilhaft.

Um eine Einspritzung wieder zu beenden, wird der Magnetsteller 82 des ersten Schaltventils 84 wieder stromlos geschaltet. Hierdurch bewegt sich das Schaltventil 34 in seine Ruhestellung 70 zurück, welche in Fig. 2 dargestellt ist. Obwohl das zweite Schaltventil 36 sich noch in seiner geöffneten Schaltstellung 76 befindet, ist jetzt die Kraftstoffverbindung des Steuerraums 62 zur Niederdruck-Kraftstoffleitung 38 hin unterbrochen. Die Schließbewegung des ersten Schaltventils 34 trägt in Fig. 3 das Bezugszeichen 98.

Nun strömt der Kraftstoff aus der Kraftstoff-Sammelleitung 20 über den Hochdruck-Einlass 26, dem Strömungskanal 86 und die Strömungsdrossel 92 in den Steuerraum 62. Somit erhöht sich der Druck im Steuerraum 62 wieder. Sobald die Größe der Kraft-Resultierenden (Pfeil 64) in Schließrichtung die Größe der in entgegengesetzter Richtung ausgerichteten Kraft-Resultierenden (Pfeil 66) in Öffnungsrichtung übersteigt, wird die Ventilnadel 52 wieder gegen den Ventilsitz im Bereich des Einspritz-Endes 46 gedrückt und somit die Verbindung zwischen den Kraftstoff- Austrittsöffnungen 50 und dem Ringraum 90 unterbrochen.

Wie aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich ist, ist die Gesamt-Öffnungsdauer tmin12 der Ventileinrichtung 32 erheblich kleiner als die jeweilige minimale Öffnungsdauer tmin1 bzw. tmin2 der beiden Schaltventile 34 und 36. Deren minimale Öffnungsdauern tmin1 bzw. tmin2 sind systembedingt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Schließgeschwindigkeit des Schaltventils 34 erheblich schneller als jene des Schaltventils 36. Aus der Überlagerung entsprechend Fig. 5 ergibt sich nun, dass trotz einer langsamen Öffnungsgeschwindigkeit (Bezugszeichen 96) die Ventileinrichtung 32 mit sehr schneller Geschwindigkeit schließt (Bezugszeichen 98). Dies führt zusammen mit den Eigenschaften der Strömungsdrossel 92 zu einem Schließverhalten der Ventilnadel 52 des Injektors 22, welche eine im Hinblick auf das Emissionsverhalten optimale Verbrennung des Kraftstoffes im Brennraum 24 der Brennkraftmaschine 10 ermöglicht.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, kann durch einen entsprechenden Versatz dt der Öffnungszeiten der beiden Schaltventile 34 und 36 (und/oder der Schließzeiten der beiden Schaltventile 34 und 36) der Öffnungszeitraum der Ventileinrichtung 32 insgesamt in beinahe beliebiger Weise variiert werden. Auch Öffnungszeiträume nahe Null sind möglich. Somit können auch sehr kurze Voreinspritzungen in die Brennräume 24 der Brennkraftmaschine 10 realisiert werden. Werden die Durchlassquerschnitte der Schaltventile 34 und 36 entsprechend groß ausgelegt, kann der Druck im Steuerraum 62 rasch abgebaut werden, so dass bei einer Haupteinspritzung, wenn dies gewünscht ist, auch sehr große Geschwindigkeiten der Ventilnadel 52 dargestellt werden können.

Claims (10)

1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) für Brennkraftmaschinen (10), insbesondere Common-Rail- Injektor, mit einem Gehäuse (40), mit einer in dem Gehäuse (40) vorhandenen Ausnehmung (48), mit mindestens einem axial beweglichen Ventilelement (52), welches in der Ausnehmung (48) angeordnet ist, mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet und mindestens eine Druckfläche (60) aufweist, welche einen Steuerraum (62) begrenzt, mit einer Einrichtung (58), welche das Ventilelement (52) entgegen der Kraft-Resultierenden (64) der Druckfläche (60) beaufschlagt, und mit einer Ventileinrichtung (32), welche mit dem Steuerraum (62) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (32) mindestens zwei Steuerventile (34, 36) umfasst, welche fluidisch hintereinander angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind.

2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (32) mindestens zwei 2/2-Schaltventile (34, 36) umfasst.

3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (62) im Betrieb ständig mit einem Hochdruckbereich (20) verbunden ist und die Ventileinrichtung (32) den Steuerraum (62) mit einem Niederdruckbereich (38) verbinden kann.

4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerraum (62) und dem Hochdruckbereich (20) eine Strömungsdrossel (92) vorhanden ist.

5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ventileinrichtung (32) und dem Steuerraum (62) eine Strömungsdrossel (68) vorhanden ist.

6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Steuerventile (34, 36) stromlos geschlossen sind.

7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steuerventil (34) der Ventileinrichtung (32) andere Öffnungs- und/oder Schließcharakteristiken aufweist als ein anderes Steuerventil (36) der Ventileinrichtung (32).

8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steuerventil (34, 36) der Ventileinrichtung (32) kraftausgeglichen ist.

9. Kraftstoffsystem (12) mit einem Kraftstoffbehälter (14), mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22), welche den Kraftstoff direkt in einen Brennraum (24) einer Brennkraftmaschine (10) einspritzt, mit mindestens einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (18), und mit einer Kraftstoff- Sammelleitung (20), an die die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.

10. Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Brennraum (24), in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kraftstoffsystem (12) nach Anspruch 9 aufweist.