WO2016058773A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2016058773A1
WO2016058773A1 PCT/EP2015/071202 EP2015071202W WO2016058773A1 WO 2016058773 A1 WO2016058773 A1 WO 2016058773A1 EP 2015071202 W EP2015071202 W EP 2015071202W WO 2016058773 A1 WO2016058773 A1 WO 2016058773A1
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WO
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valve needle
valve
armature
force
spring
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/071202
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dejan Jovovic
Hong Zhang
Xaver GEBHARDT
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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Priority to CN201580055708.XA priority patent/CN106795842B/zh
Priority to EP15766447.5A priority patent/EP3207241A1/de
Publication of WO2016058773A1 publication Critical patent/WO2016058773A1/de
Priority to US15/487,567 priority patent/US10711749B2/en

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0685—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature and the valve being allowed to move relatively to each other or not being attached to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/306—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using mechanical means

Definitions

  • the present disclosure relates to a fuel injection valve.
  • the power ⁇ material injection valve has a valve assembly.
  • the valve ⁇ assembly has a displaceably mounted valve needle and a valve seat. The valve needle and the valve seat interact mechanically with each other to prevent in a closed position of the valve needle fuel flow through an injection ⁇ opening of the fuel injection valve and to release the fuel flow in other positions of the valve needle.
  • the fuel injection valve has a prestressed closing spring, which exerts a spring force on the valve needle.
  • the spring force loads the valve needle in the direction of
  • the fuel injection valve has an electromagnetic actuator assembly having a coil, a pole piece and a magnet armature.
  • the armature is slidably mounted relative to the valve needle.
  • the valve needle has a stop element, from which the magnet armature is spaced in a resting state of the fuel injection valve.
  • the armature is spring-loaded by means of an armature return spring in the direction of the stop element.
  • the coil is adapted to apply a magnetic force to the
  • Magnetic armature when it is energized to enable the fuel flow through the injection port to move the armature to the pole piece.
  • the magnet armature On its way to the pole piece, the magnet armature firstly returns a return stroke to the stop element and subsequently enters into a form- fitting connection with the latter so that it carries the valve needle in the direction of the pole piece. In particular, he transfers the magnetic force at least partially to the valve needle to accelerate them and / or against the Flow resistance to move through the fuel in the valve assembly.
  • a spring constant of the closing spring and the magnetic force of the actuator assembly are adapted to one another such that the amount of the sum force of the spring force and the magnetic force with increasing distance of the valve needle from the closed position remains the same or, preferably, decreases with increasing distance of the valve needle from the closed position.
  • the difference between magnetic force and spring force is independent of the distance of the valve needle from the closed position or the difference between magnetic force and spring force preferably decreases with increasing distance of the valve needle from the closed position.
  • the fuel injection valve has a stopper that limits the movement of the armature and / or the valve needle to the pole piece out.
  • the stopper is formed in ⁇ example of the pole piece or fixed to the pole piece, in particular attached to the pole piece.
  • the spring constant of the closing spring and the magnetic force of the actuator assembly are preferably adapted to each other so that the sum force is directed away from the closed position when the armature or the valve needle comes into contact with the stopper.
  • the sum force when the magnet armature or the valve needle comes into contact with the stopper an amount of at most half as large as the amount of the total force on the valve needle when leaving the closed ⁇ position, especially for the same Current through the coil.
  • the amount of magnetic force with increasing distance of the valve needle from the closed position remains the same.
  • the coil can be acted upon, for example, with an operating current which decreases with increasing distance of the valve needle from the closed position.
  • the amount of the sum force decreases with increasing distance of the valve needle from the closed position.
  • the amount of magnetic force increases with increasing distance of the valve needle from the closed position.
  • the coil may be acted upon in a development with during the opening movement of the valve needle at least temporarily with a constant operating current.
  • the amount of the sum force from the spring force and the magnetic force decreases with increasing distance of the valve needle from the closed position at a constant current through the coil or remains at least equal.
  • the constant current through the coil is the maximum operating current for which the actuator assembly is designed. The maximum operating current, for example, has a value between 10 A and 18 A, including the limits.
  • the constant current through the coil of the holding current which is applied to the coil to hold the valve in an open position in which the armature or the valve needle abuts the stopper and the stop element of the valve needle is in contact with the armature.
  • the holding current has a value between 3 A and 5A, with the limits included.
  • the adaptation of the magnetic force takes place, for example, in these embodiments in particular by the choice of inductance and rated current of the coil.
  • the acceleration of the valve needle then increases with the distance from the closed position.
  • the acceleration of the valve needle decreases in the present fuel injection valve with advantage in the course of the opening movement of the valve needle.
  • the speed of the needle - and thus its kinetic energy - is particularly low when the magnet armature or the valve needle strikes the stopper.
  • the oscillations of the needle around the open position - in which the magnet armature or the valve needle bears against the stopper and the stop element of the valve needle is in contact with the magnet armature - advantageously have a particularly low amplitude or are even completely suppressed.
  • the actuator assembly may be configured to hold the fuel injector in the open position.
  • the closing spring is designed such that the spring force increases in the course of the closed position to the open position relative to the bias voltage at least 1.5 times, and preferably at least doubled.
  • the spring force in conventional fuel injection valves is usually substantially constant over the entire needle stroke.
  • the bias voltage in one embodiment has a value between 5 N and 25 N, preferably between 10 N and 20 N.
  • the spring constant of the closing spring and the magnetic force of the actuator assembly are adapted to one another such that the valve needle is braked by the flow resistance of the fuel in the valve assembly when the distance of the valve needle from the closed position exceeds a predetermined value, which is smaller in particular as the needle stroke.
  • the valve needle is first accelerated along a part of the needle stroke when leaving the closed position and subsequently braked over a further part of the needle stroke when the distance exceeds the predetermined value, given a predetermined constant current through the coil exceeds. In this way, the risk of oscillations of the valve needle to the open position is particularly low.
  • the needle stroke is the distance that covers the valve needle from the closed position to the open position.
  • the spring constant of the closing spring and the magnetic force of the actuator assembly are adapted to one another such that the sum of the sum force monotonically decreases with the distance of the valve needle from the closed position, in particular at constant current through the coil.
  • the fuel injection valve is designed for operation at a fuel pressure of 700 bar or less, in particular of 500 bar or less.
  • the elekt ⁇ romagnetician actuator assembly is made so weak that it is unsuitable to the needle against a higher pressure of
  • the spring constant of the closing spring in a further development is 100 N / mm or more, preferably 300 N / mm or more.
  • valve means of the idle stroke and the magnet armature is designed such that the force of the armature to the valve needle, when accepting the form ⁇ locking connection between the armature and the stop element has a value of 1.3 or more to the sum of the bias of the closing spring and has the hydraulic force exerted by the fuel in the closed position on the valve needle.
  • the value is 1.5 or more, and more preferably between 2 and 4 times the sum of the bias of the closing spring and the hydraulic force exerted by the fuel in the closing position on the valve needle.
  • the current through the coil has a maximum in a development when the magnet armature comes into contact with the stop element. examples For example, he then has a value that corresponds to the maximum operating current.
  • valve needle is lifted safely from the closed position and the valve needle in particular passes through at least the first third of the needle stroke quickly.
  • the valve needle passes through at least the first 50 ym of the needle stroke quickly.
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section of a detail of a fuel injection valve according to the invention
  • FIG. 3 shows a diagram of the fuel quantity delivered by the known fuel injection valve as a function of the opening duration, a diagram of the needle position and the position of the magnet armature as a function of the opening duration in the known fuel injection valve.
  • FIG. 5 shows a diagram of the needle position and the position of the needle
  • Magnetic armature as a function of the opening duration in the fuel injection valve according to the invention 6 is a diagram of the magnetic force, the spring force and the hydraulic force in dependence on the inventive Publ ⁇ recording duration in the fuel injection valve
  • FIG. 1 shows a fuel injector 100 for an internal combustion engine according to the prior art in a longitudinal sectional view through a longitudinal axis 140 of the fuel injection valve ⁇ 100th
  • the fuel injection valve 100 has a valve assembly 105.
  • This has a hollow valve body 160, a valve needle 135 and a valve seat 150 on.
  • the valve needle 135 is received in the valve body 160 and slidably mounted relative to the valve body 160. They interact mechanically with the valve seat 150 to an input 115 of the injection port fuel injection valve 100 to close ⁇ ver.
  • the valve needle 135 has, at its end facing the injection opening 115, a closing element 145, which in the present case has the basic shape of a ball.
  • valve needle 135 has a stop element 165, which at one of the closing element 145 opposite end of Valve needle 135 is arranged.
  • a closing spring 155 of the fuel injection valve 100 engages the stop element 165.
  • the closing spring 155 is biased to exert a spring force Ff on the valve needle 135 biasing the valve needle 135 toward a closed position 230. In the closed position 230, the closing element 145 is in sealing contact with the valve seat 150.
  • the fuel injection valve 100 also has an electromagnetic actuator assembly 120, which has a coil 125, a pole piece 127 and a magnet armature 130.
  • the pole piece 127 is stationary relative to the valve body 160. For example, it is attached to the valve body 160 or formed integrally therewith.
  • the armature 130 is disposed in the valve body 160 and slidably mounted relative to the valve body 160. In addition, it is slidably mounted relative to the valve needle 135, between the stop element 165 and a disc 180, which are both firmly connected to a shaft of the valve needle 135.
  • the coil 125 is configured to apply a magnetic force Fm to the
  • Fuel flow through the injection port 115 is energized.
  • the magnetic force Fm moves the armature 130 toward the pole piece 127, initially traversing an idle stroke 220 toward the stop member 165, from which it is spaced in a normally deenergized state of the fuel injector 100 prior to a positive engagement with the stop member 165, so that it entrains the valve needle 135 on its further way in the direction of the pole piece 127, so that the valve needle 135 is moved away from the closed position 230 and thus releases the fuel flow through the injection opening 115.
  • a stopper 170 which is formed here by an armature 130 facing the end of the pole piece 127, limits the axial mobility of the armature 130 to the pole piece 127 out. In an open position 215, 235 of the valve assembly 105, the magnet armature 130 bears against the stopper 170 and the stop element 165 bears against the magnet armature 130.
  • the idle stroke 220 is ensured by means of a permanent magnet 175, which exerts an armature restoring force Fr directed away from the pole piece 127 onto the magnet armature 130.
  • the armature restoring force Fr exerted by the permanent magnet 175 decreases sharply with the distance of the armature 130 from the permanent magnet 175, so that it does not or only slightly attenuates the abutment of the magnet armature 130 on the pole piece 127 at the end of the opening movement.
  • FIG. 4 show the distance n 1 of the valve needle 135 from the valve seat 145 (dashed line) and the position of the magnet armature 130
  • the opening period Ti is in particular the duration of an applied to the coil 125 electrical current signal.
  • the oscillatory course of the needle position can be recognized in the area marked by a circle. It leads to the non-marked by the dashed ellipse in Figure 3. linearity of the injection amount depending on the mf Publ ⁇ recording duration Ti in the fuel injection valve 100 of FIG. 1
  • FIG. 2 shows a detail of a fuel injection valve 100 according to an embodiment of the invention, which in principle corresponds to the known fuel valve 100 described in connection with FIG. Figure 2 shows a detail of the valve assembly 105 of the motor ⁇ injection valve 100 in a longitudinal section a. In this case, only the right in the drawing plane half of the valve assembly 105 is shown for simplicity.
  • the idle stroke 220 of the magnet armature 130 is ensured by means of an armature return spring 240.
  • the permanent magnet 175 may be omitted with advantage.
  • Opposite ends of the armature return spring 240 may, for example, be supported against the stopper 170 and against the armature 130, as shown in FIG.
  • recesses 245, 250 may be provided in the magnet armature 130 or in the stopper 170.
  • one end of the armature restoring spring 240 may also be supported against the pole piece 127 itself.
  • the armature restoring spring 240 follows the magnet armature 130 or the stopper 170 in the radial direction.
  • the ends of the armature return spring 240 may be disposed in central through holes of the armature 130 and / or the stopper 170 and the pole piece 127, respectively.
  • one end of the armature return spring is not supported against the stopper 170 but against the valve needle 135, in particular against the stop element 165.
  • the armature 130 In the de-energized idle state of the fuel injection valve 100, the armature 130 is due to the spring load by the armature return spring 240 in a first position 205, in which it is spaced from the stop element 165 of the valve needle 135.
  • a magnetic force Fm is generated on the armature 130 to axially displace it against the spring force of the armature return spring 240 from the first position 205 by the idle stroke 220 with respect to the valve needle 135 until it is in a second position 210 comes in contact with the stop element 165.
  • the fuel injector 100 is designed, for example, for operation at a nominal pressure of 350 bar. In particular, it is designed to open up to a maximum fuel pressure of 420 bar.
  • the spring constant of the closing spring 155 in the present embodiment has a value of 100 N / mm or more, in this case 300 N / mm. In the known fuel injection valve ⁇ the figure 1, the spring constant of the closing spring 155 is, however, only 14 N / mm.
  • the closing spring is included a design biased with a force between 10 N and 30 N, the limits are included. In the present case, the bias voltage is 20 N.
  • the actuator assembly is designed, for example, for a maximum operating current with a value between 10 A and 20 A, including the limits. In the present case, it is designed for a maximum operating current of 12 A.
  • the inductance of the coil 125 in one embodiment has a value between 0.1 mH and 10 mH, with the limits included, for example a value of 2 mH. In this case, the inductance is measured in particular in the closed state of the fuel injector 100 (that is to say magnet armature 130 in the first position 205 and valve needle 135 in the closed position 230). In the present case, the inductance in the closed state has a value between 2 mH and 4 mH.
  • the idle stroke 220 has, for example, a value between 40 ym and 120 ym, the limits being included, in the present case it is 40 ym.
  • the actuation path 225 has, for example, a length of 40 ym or more, preferably between 40 ym and 100 ym, the limits being included. In the present case, the actuation path 225 has a length of approximately 90 ym.
  • the spring constant of the closing spring 55 and the magnetic force of the actuator assembly 120 are fitted to each other so that at constant magnetic force Fm, the sum of the sum force of the spring force Ff and the magnetic force Fm monotonically decreases with increasing distance of the valve needle 135 from the closed position 230.
  • the amount of the sum force has a value of 50% or less of the amount of the sum force when the valve needle 135 the Closing position 230 leaves (armature 130 in the second position 210).
  • the sum force in the open position 215, 235 is directed away from the closed position 230, so that the magnet armature 130 and valve needle 135 are held in the open position 215, 235 by means of the magnetic force Fm.
  • the total force is so low that the valve needle is only weakly accelerated to the pole piece 127 after passing through about 50 ym of the actuating path 225 and for at least 15 ym, preferably at least 30 ym before the stop of the armature 130 at the stopper 170 through the Flow resistance of the fuel in the valve body 160 is braked.
  • the speed of the armature 130 when abutting the stopper 170 is less, for example at least 30 ⁇ 6 less, and preferably at least 60% less, than at a position corresponding to passing the first 50 ym of the actuation path.
  • FIG. 6 shows the course of the force F as a function of the opening duration Ti, i. for the duration of the electric current signal applied to the coil 125, for the magnetic force Fm, the spring force Ff and the force Fh exerted by the fuel on the valve needle 135.
  • the opening duration Ti i. for the duration of the electric current signal applied to the coil 125
  • the magnetic force Fm the spring force Ff and the force Fh exerted by the fuel on the valve needle 135.
  • FIG. 5 shows, over the same time axis, the distance n1 of the valve needle 135 from the closed position 230 as a function of the opening duration Ti (dashed line) and the position of the magnet armature 130 (solid line).
  • the magnetic force Fm first increases after switching on the coil current, until at a first time T ] _, first the
  • Movement of the armature 130 away from the first position 205 begins and the armature 130 subsequently abuts the stop element 165 at a second time T2.
  • the movement of the valve needle 135 begins from the closed position 230.
  • the magnetic force Fm is kept at this time 2 at least approximately constant by the operating current through the coil is lowered from a maximum value continuously to a holding current.
  • the spring force Ff increases from time 2, starting from the
  • Open position 215, 235 passes.
  • the maximum value of Fe ⁇ derkraft Ff corresponds present about 2.5 times the bias voltage.
  • the sum force of spring force Ff and magnetic force Fm has a value of about 40 N when the valve needle at time 2 leaves the closed position 230 and only a value of about 15 N when the armature 130 and the valve needle 135 at time T3 in Contact with the stopper 170 is coming. This corresponds to a reduction of the total power to less than 40%.
  • the amount of the magnetic force Fm in both cases is greater than the amount of the spring force Ff, so that the sum force is directed in each case in the opening direction.
  • the amount of the cumulative force is, however, less than the amount of hydraulic force Fh with which the fuel counteracts the movement of the valve needle 135, so that the valve needle is braked by the flow resistance of the fuel before reaching the opening position 235.
  • the overshoot of the needle 135 via the opening position 235 when the magnet armature 130 stops against the stopper 170 is thus particularly low and oscillations of the needle position are avoided.
  • This is shown in the figure 5 with the dashed line representing the distance nl of the valve needle 135 from the closed position 230 in response to the opening period Ti for the present fuel injection valve 100.
  • the position of the armature 130 advantageously has no oscillating profile (see the solid line of Figure 5).
  • the injection quantity mf is thus very precisely adjustable.
  • the fuel injection valve 100 can be controlled in a particularly simple manner to achieve a predetermined injection quantity mf.
  • Magnet armature 130 and stop element 165 at time 2 ent ⁇ speaks about 1.3 times the sum of the bias of the closing spring 155 of the present 20 N and the force exerted by the fuel in the closed position 230 on the valve needle 135 hydraulic force of about 30 N.
  • sufficient force impulse is ensured to move the valve needle 135 away from the closed position 230.

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil (100) mit einer Ventilnadel (135), einer Schließfeder (155), welche eine die Ventilnadel (135) in Richtung zu einer Schließposition (230) hin belastende Federkraft (Ff) auf die Ventilnadel (135) ausübt, und einer elektromagnetischen Aktorbaugruppe (120) angegeben. Eine Spule (125) der Aktorbaugruppe (120) ist dazu ausgebildet, eine Magnetkraft (Fm) auf einen Magnetanker (127) der Aktorbaugruppe (120) zu erzeugen, so dass der Magnetanker (127) auf seinem Weg zu einem Polstück (130) der Aktorbaugruppe (120) hin zunächst einen Leerhub (220) zu einem Anschlagelement (165) der Ventilnadel (135) hin zurück legt und nachfolgend die Ventilnadel (135) in Richtung zu dem Polstück (130) hin mitnimmt. Eine Federkonstante der Schließfeder (155) und die Magnetkraft (Fm) der Aktorbaugruppe (120) sind derart aneinander angepasst, dass der Betrag der Summenkraft aus der Federkraft (Ff) und der Magnetkraft (Fm), bei gleich bleibender oder zunehmender Magnetkraft (Fm), mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel (135) von der Schließposition (230) abnimmt oder, bei zunehmender Magnetkraft (Fm), mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel (135) von der Schließposition (230) zumindest gleich bleibt.

Description

Beschreibung
Kraftstoffeinspritz entil
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffein- spritzventil.
Es sind Kraftstoffeinspritzventile bekannt, bei denen der Anker zunächst einen vorbestimmten Leerhub zurück legt, bevor er an der Ventilnadel eingreift, um diese aus der Schließstellung heraus zu bewegen. Beispielsweise die WO 2012/041984 AI zeigt ein solches Kraftstoffeinspritzventil .
Bei solchen Kraftstoffeinspritzventilen kann es beim Erreichen einer vorgegebenen Öffnungsposition der Ventilnadel zu einem oszillierenden Verlauf der Nadelposition um die vorgegebene Öffnungsposition herum kommen. Der oszillierende Verlauf be- einflusst die vom Kraftstoffeinspritzventil abgegebene
Kraftstoffmenge . Der exakte Verlauf der Oszillationen ist nur schwer vorhersagbar. Zudem können die Oszillationen dazu führen, dass die Kraftstoffmenge nicht mehr linear oder sogar nicht mehr monoton von der Ventilöffnungszeit abhängt. Dieser nichtlineare, insbesondere oszillierende Verlauf der Mengenkennlinie wird auch „S-shape" genannt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Kraftstoffeinspritzventil anzugeben, mit welchem eine besonders präzise Kraftstoff-Dosierung und/oder eine besonders einfache Ansteuerbarkeit erzielbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Kraftstoffeinspritz- ventils sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil angegeben. Das Kraft¬ stoffeinspritzventil hat eine Ventilbaugruppe. Die Ventil¬ baugruppe weist eine verschieblich gelagerte Ventilnadel und einen Ventilsitz auf. Die Ventilnadel und der Ventilsitz wechselwirken mechanisch miteinander, um in einer Schließposition der Ventilnadel Kraftstofffluss durch eine Einspritz¬ öffnung des Kraftstoffeinspritzventils zu verhindern und in anderen Positionen der Ventilnadel den Kraftstofffluss frei zu geben .
Zudem hat das Kraftstoffeinspritzventil eine vorgespannte Schließfeder, welche eine Federkraft auf die Ventilnadel ausübt. Die Federkraft belastet die Ventilnadel in Richtung zur
Schließposition hin. Außerdem hat das Kraftstoffeinspritzventil eine elektromagnetische Aktorbaugruppe, die eine Spule, ein Polstück und einen Magnetanker aufweist.
Der Magnetanker ist gegenüber der Ventilnadel verschieblich gelagert. Die Ventilnadel weist ein Anschlagelement auf, von dem der Magnetanker in einem Ruhezustand des Kraftstoffeinspritzventils beabstandet ist. Bei einer Ausgestaltung ist der Anker mittels einer Ankerrückstellfeder in Richtung von dem Anschlagelement weg federbelastet. Die Spule ist dazu ausgebildet, eine Magnetkraft auf den
Magnetanker zu erzeugen, wenn sie zum Freigeben des Kraftstoffflusses durch die Einspritzöffnung bestromt wird, um den Magnetanker zum Polstück hin zu bewegen. Der Magnetanker legt auf seinem Weg zum Polstück hin zunächst einen Leerhub zu dem Anschlagelement hin zurück und geht nachfolgend eine form¬ schlüssige Verbindung mit diesem ein, so dass er die Ventilnadel in Richtung zu dem Polstück hin mitnimmt. Dabei überträgt er insbesondere die Magnetkraft zumindest teilweise auf die Ventilnadel um diese zu beschleunigen und/oder gegen den Strömungswiderstand durch den Kraftstoff in der Ventilbaugruppe zu bewegen.
Eine Federkonstante der Schließfeder und die Magnetkraft der Aktorbaugruppe sind derart aneinander angepasst, dass der Betrag der Summenkraft aus der Federkraft und der Magnetkraft mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition gleich bleibt oder, bevorzugt, mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition abnimmt. Mit anderen Worten ist die Differenz zwischen Magnetkraft und Federkraft unabhängig vom Abstand der Ventilnadel von der Schließposition oder die Differenz zwischen Magnetkraft und Federkraft sinkt bevorzugt mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition. Bei einer Ausgestaltung hat das Kraftstoffeinspritzventil einen Stopper, der die Bewegung des Magnetankers und/oder der Ventilnadel zum Polstück hin begrenzt. Der Stopper ist bei¬ spielsweise von dem Polstück gebildet oder ortsfest zum Polstück, insbesondere an dem Polstück befestigt. Die Federkonstante der Schließfeder und die Magnetkraft der Aktorbaugruppe sind vorzugsweise derart aneinander angepasst, dass die Summenkraft von der Schließposition weg gerichtet ist, wenn der Magnetanker bzw. die Ventilnadel in Kontakt mit dem Stopper kommt. Bei einer bevorzugten Weiterbildung hat die Summenkraft, wenn der Mag- netanker bzw. die Ventilnadel in Kontakt mit dem Stopper kommt, einen Betrag der höchstens halb so groß ist wie der Betrag der Summenkraft auf die Ventilnadel beim Verlassen der Schlie߬ position, insbesondere bei gleichem Strom durch die Spule. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung bleibt der Betrag der Magnetkraft mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition gleich. Hierzu ist die Spule beispielsweise mit einem Betriebsstrom beaufschlagbar, der mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition sinkt. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass der Betrag der Summenkraft mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition sinkt. Bei einer anderen Ausgestaltung nimmt der Betrag der Magnetkraft mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition zu. In diesem Fall kann die Spule bei einer Weiterbildung mit während der Öffnungsbewegung der Ventilnadel zumindest zeitweise mit einem konstanten Betriebsstrom beaufschlagt sein. Bei einer Ausgestaltung nimmt der Betrag der Summenkraft aus der Federkraft und der Magnetkraft mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition bei konstantem Strom durch die Spule ab oder bleibt zumindest gleich. Der konstante Strom durch die Spule ist bei einer Ausgestaltung der maximale Be- triebsstrom, für den die Aktorbaugruppe ausgelegt ist. Der maximale Betriebsstrom hat beispielsweise einen Wert zwischen 10 A und 18 A, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Bei einer anderen Ausgestaltung ist der konstante Strom durch die Spule der Haltestrom, der an die Spule anlegbar ist um das Ventil in einer Öffnungsstellung zu halten in welcher der Magnetanker oder die Ventilnadel am Stopper anliegt und das Anschlagelement der Ventilnadel in Kontakt mit dem Magnetanker ist. Der Haltestrom hat beispielsweise einen Wert zwischen 3 A und 5A, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die Anpassung der Magnetkraft erfolgt beispielsweise bei diesen Ausgestaltungen insbesondere durch die Wahl von Induktivität und Nennstrom der Spule.
Bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventilen hat die
Schließfeder nur eine relativ geringe Federkonstante, so dass die Federkraft kaum von der Position der Ventilnadel abhängt und der Anstieg der Magnetkraft aufgrund der Annäherung des Magnetankers an das Polstück überwiegen kann. Die Beschleunigung der Ventilnadel steigt dann mit dem Abstand von der Schließposition. Demgegenüber sinkt die Beschleunigung der Ventilnadel bei dem vorliegenden Kraftstoffeinspritzventil mit Vorteil im Verlauf der Öffnungsbewegung der Ventilnadel. Insbesondere ist die Geschwindigkeit der Nadel - und damit ihre kinetische Energie - besonders gering, wenn der Magnetanker bzw. die Ventilnadel am Stopper anschlägt. Auf diese Weise haben die Oszillationen der Nadel um die Öffnungsstellung - in welcher der Magnetanker oder die Ventilnadel am Stopper anliegt und das Anschlagelement der Ventilnadel in Kontakt mit dem Magnetanker ist - mit Vorteil eine besonders geringe Amplitude oder sind sogar vollständig un- terdrückt.
Zweckmäßigerweise kann die Aktorbaugruppe dazu ausgelegt sein, das Kraftstoffeinspritzventil in der Öffnungsstellung zu halten. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schließfeder derart ausgelegt, dass sich die Federkraft im Verlauf von der Schließposition zu der Öffnungsstellung gegenüber der Vorspannung mindestens auf das 1,5-fache erhöht und vorzugsweise mindestens verdoppelt. Demgegenüber ist die Federkraft bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventilen üblicherweise über den gesamten Nadelhub im Wesentlichen konstant. Die Vorspannung hat bei einer Ausgestaltung einen Wert zwischen 5 N und 25 N, vorzugsweise zwischen 10 N und 20 N.
Bei einer Ausgestaltung sind die Federkonstante der Schließfeder und die Magnetkraft der Aktorbaugruppe derart aneinander an- gepasst, dass die Ventilnadel durch den Strömungswiderstand des Kraftstoffs in der Ventilbaugruppe gebremst wird, wenn der Abstand der Ventilnadel von der Schließposition einen vorgegebenen Wert überschreitet, der insbesondere kleiner ist als der Nadelhub. Insbesondere wird - bei einem vorgegebenen konstanten Strom durch die Spule - die Ventilnadel beim Verlassen der Schließposition zunächst entlang eines Teils des Nadelhubs beschleunigt und nachfolgend über einen weiteren Teil des Nadelhubs gebremst, wenn der Abstand den vorgegebenen Wert überschreitet. Auf diese Weise ist das Risiko für Oszillationen der Ventilnadel um die Öffnungsstellung besonders gering. Der Nadelhub ist dabei die Distanz, welche die Ventilnadel von der Schließposition bis zur Öffnungsstellung zurücklegt.
Bei einer Ausgestaltung sind die Federkonstante der Schließfeder und die Magnetkraft der Aktorbaugruppe derart aneinander an- gepasst, dass der Betrag der Summenkraft mit dem Abstand der Ventilnadel von der Schließposition monoton abnimmt, insbe- sondere bei konstantem Strom durch die Spule. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist das Kraftstoffeinspritzventil zum Betrieb bei einem Kraftstoffdruck von 700 bar oder weniger, insbesondere von 500 bar oder weniger ausgelegt. Insbesondere ist die elekt¬ romagnetische Aktorbaugruppe so schwach ausgelegt, dass sie dazu ungeeignet ist, die Nadel gegen einen höheren Druck des
Kraftstoffs in der Ventilbaugruppe von der Schließposition weg zu bewegen. Die Federkonstante der Schließfeder beträgt bei einer Weiterbildung 100 N/mm oder mehr, vorzugsweise 300 N/mm oder mehr .
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist das Ventil mittels des Leerhubs und des Magnetankers derart ausgelegt, dass die Kraft des Magnetankers auf die Ventilnadel beim Eingehen der form¬ schlüssigen Verbindung zwischen Magnetanker und Anschlagelement einen Wert von 1,3 oder mehr der Summe aus der Vorspannung der Schließfeder und der vom Kraftstoff in der Schließposition auf die Ventilnadel ausgeübten hydraulischen Kraft hat. Vorzugsweise beträgt der Wert von 1,5 oder mehr, und insbesondere zwischen dem 2-fachen und dem 4-fachen der Summe aus der Vorspannung der Schließfeder und der vom Kraftstoff in der Schließposition auf die Ventilnadel ausgeübten hydraulischen Kraft. Der Strom durch die Spule hat bei einer Weiterbildung ein Maximum, wenn der Magnetanker mit dem Anschlagelement in Kontakt kommt. Bei- spielsweise hat er dann einen Wert, der dem maximalen Betriebsstrom entspricht.
Auf diese Weise wird die Ventilnadel von der Schließposition sicher abgehoben und die Ventilnadel durchläuft insbesondere mindestens das erste Drittel des Nadelhubs schnell. Bei¬ spielsweise durchläuft die Ventilnadel mindestens die ersten 50 ym des Nadelhubs schnell. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei¬ terbildungen des Kraftstoffeinspritzventils ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen . Es zeigen:
Figur 1 ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil ,
Figur 2, einen schematischen Längsschnitt eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ,
Figur 3 ein Diagramm der von dem bekannten Kraftstoffein- spritzventil in Abhängigkeit von der Öffnungsdauer abgegebenen Kraftstoffmenge, ein Diagramm der Nadelposition und der Position des Magnetankers in Abhängigkeit von der Öffnungsdauer bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil Figur 5 ein Diagramm der Nadelposition und der Position des
Magnetankers in Abhängigkeit von der Öffnungsdauer bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil Figur 6 ein Diagramm der Magnetkraft, der Federkraft und der hydraulischen Kraft in Abhängigkeit von der Öff¬ nungsdauer bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil
Identische, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In manchen Figuren können einzelne Bezugszeichen zur Verbesserung der Übersichtlichkeit weggelassen sein. Die Figuren und die Grö- ßenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten, es sei denn, Einheiten sind ausdrücklich angegeben. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil 100 für einen Verbrennungsmotor nach dem Stand der Technik in einer Längsschnittdarstellung durch eine Längsachse 140 des Kraftstoff¬ einspritzventils 100.
Das Kraftstoffeinspritzventil 100 hat eine Ventilbaugruppe 105. Diese weist einen hohlen Ventilkörper 160, eine Ventilnadel 135 und einen Ventilsitz 150 auf. Die Ventilnadel 135 ist in dem Ventilkörper 160 aufgenommen und gegenüber dem Ventilkörper 160 verschieblich gelagert. Sie wechselwirkt mechanisch mit dem Ventilsitz 150, um eine Ein- spritzöffnung 115 des Kraftstoffeinspritzventils 100 zu ver¬ schließen. Hierzu hat die Ventilnadel 135 an ihrem der Ein- spritzöffnung 115 zugewandten Ende ein Schließelement 145, das vorliegend die Grundform einer Kugel hat.
Zudem weist die Ventilnadel 135 ein Anschlagelement 165 auf, das an einem dem Schließelement 145 gegenüberliegenden Ende der Ventilnadel 135 angeordnet ist. Eine Schließfeder 155 des Kraftstoffeinspritzventils 100 greift an dem Anschlagelement 165 an. Die Schließfeder 155 ist vorgespannt um eine Federkraft Ff auf die Ventilnadel 135 auszuüben, welche die Ventilnadel 135 in Richtung zu einer Schließposition 230 hin vorbelastet. In der Schließposition 230 ist das Schließelement 145 in dichtendem Kontakt mit dem Ventilsitz 150.
Das Kraftstoffeinspritzventil 100 hat zudem eine elektromag- netische Aktorbaugruppe 120, die eine Spule 125, ein Polstück 127 und einen Magnetanker 130 aufweist. Das Polstück 127 ist ortsfest bezüglich des Ventilkörpers 160. Beispielsweise ist es an dem Ventilkörper 160 befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet .
Der Magnetanker 130 ist in dem Ventilkörper 160 angeordnet und gegenüber dem Ventilkörper 160 verschieblich gelagert. Zudem ist er gegenüber der Ventilnadel 135 verschieblich gelagert, und zwar zwischen dem Anschlagelement 165 und einer Scheibe 180, die beide fest mit einem Schaft der Ventilnadel 135 verbunden sind.
Die Spule 125 ist dazu ausgebildet, eine Magnetkraft Fm auf den
Magnetanker 130 zu erzeugen, wenn sie zum Freigeben des
Kraftstoffflusses durch die Einspritzöffnung 115 bestromt wird. Die Magnetkraft Fm bewegt den Magnetanker 130 zu dem Polstück 127 hin, wobei er zunächst einen Leerhub 220 zu dem Anschlagelement 165 hin zurücklegt, von welchem er in einem stromlosen Ruhezustand des Kraftstoffeinspritzventils 100 beabstandet ist, bevor er eine formschlüssige Verbindung mit dem Anschlagelement 165 eingeht, so dass er die Ventilnadel 135 auf seinem weiteren Weg in Richtung zu dem Polstück 127 hin mitnimmt, so dass die Ventilnadel 135 von der Schließstellung 230 weg bewegt wird und so den Kraftstofffluss durch die Einspritzöffnung 115 frei gibt. Ein Stopper 170, der vorliegend von einem dem Magnetanker 130 zugewandten Ende des Polstücks 127 gebildet ist, begrenzt die axiale Beweglichkeit des Magnetankers 130 zum Polstück 127 hin. In einer Öffnungsstellung 215, 235 der Ventilbaugruppe 105 liegt der Magnetanker 130 am Stopper 170 an und das Anschlagelement 165 liegt am Magnetanker 130 an.
Bei dem Kraftstoffeinspritzventil 100 gemäß Figur 1 ist der Leerhub 220 mittels eines Permanentmagneten 175 sichergestellt, der eine vom Polstück 127 weg gerichtete Ankerrückstellkraft Fr auf den Magnetanker 130 ausübt. Die von dem Permanentmagneten 175 ausgeübte Ankerrückstellkraft Fr nimmt mit dem Abstand des Magnetankers 130 vom Permanentmagneten 175 stark ab, so dass sie insbesondere den Anschlag des Magnetankers 130 am Polstück 127 am Ende der Öffnungsbewegung nicht oder nur geringfügig dämpft. Dies führt zu einem Überschießen der Ventilnadel 135 und zu Oszillationen der Ventilnadel 135 um die Öffnungsposition 235 der Ventilnadel 135, bei welcher das Anschlagelement 165 in formschlüssigem Kontakt mit dem Magnetanker 130 ist während der Magnetanker 130 in formschlüssigem Kontakt mit dem Polstück 127 ist .
Diese Oszillationen sind beispielhaft in der Figur 4 dargestellt, welche den Abstand nl der Ventilnadel 135 vom Ventilsitz 145 (gestrichelte Linie) und die Position des Magnetankers 130
(durchgezogene Linie) in Abhängigkeit von der Öffnungsdauer Ti des Kraftstoffeinspritzventils 115 zeigt. Die Öffnungsdauer Ti ist dabei insbesondere die Dauer eines an die Spule 125 angelegten elektrischen Stromsignals.
Der oszillatorische Verlauf der Nadelposition ist in dem mittels eines Kreises markierten Bereich zu erkennen. Er führt zu der in Figur 3 mittels der gestrichelten Ellipse markierten Nicht- linearität der Einspritzmenge mf Abhängigkeit von der Öff¬ nungsdauer Ti bei dem Kraftstoffeinspritzventil 100 der Figur 1.
Demgegenüber zeigt die Figur 2 einen Ausschnitt eines Kraft- stoffeinspritzventils 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das grundsätzlich dem in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen bekannten Kraftstoffventil 100 entspricht. Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der Ventilbaugruppe 105 des Kraft¬ stoffeinspritzventils 100 in einem einen Längsschnitt. Dabei ist zur Vereinfachung nur die in der Zeichenebene rechte Hälfte der Ventilbaugruppe 105 dargestellt.
Im Unterschied zum Kraftstoffeinspritzventil 100 der Figur 1 ist der Leerhub 220 des Magnetankers 130 mittels einer Anker- rückstellfeder 240 sichergestellt. Der Permanentmagnet 175 kann mit Vorteil weggelassen sein. Gegenüberliegende Enden der Ankerrückstellfeder 240 können beispielsweise gegen den Stopper 170 und gegen den Magnetanker 130 abgestützt sein, wie in Figur 2 gezeigt. Zur Aufnahme der jeweiligen Enden können Aussparungen 245, 250 im Magnetanker 130 bzw. im Stopper 170 vorgesehen sein.
Ist der Stopper vom Polstück 127 verschieden, kann ein Ende der Ankerrückstellfeder 240 auch gegen das Polstück 127 selbst abgestützt sein. Vorliegend folgt die Ankerrückstellfeder 240 in radialer Richtung dem Magnetanker 130 bzw. dem Stopper 170 nach. Alternativ können die Enden der Ankerrückstellfeder 240 auch in zentralen Durchgangsöffnungen des Magnetankers 130 und/oder des Stoppers 170 bzw. des Polstücks 127 angeordnet sein. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist ein Ende der Anker- rückstellfeder nicht gegen den Stopper 170 sondern gegen die Ventilnadel 135, insbesondere gegen das Anschlagelement 165 abgestützt. Details zur Anordnung und Gestalt von Ankerrück¬ stellfeder 240, Anschlagelement 165 (auch Mitnehmer genannt), Magnetanker 130 und Stopper 170 bzw. Polstück 127 sind in der deutschen Patentanmeldung Nr . 10 2013219 974.0 offenbart, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug in die vorliegende Offenbarung aufgenommen wird.
Im unbestromten Ruhezustand des Kraftstoffeinspritzventils 100 befindet sich der Magnetanker 130 aufgrund der Federbelastung durch die Ankerrückstellfeder 240 in einer ersten Position 205, in der er von dem Anschlagelement 165 der Ventilnadel 135 beabstandet ist. Mittels Beaufschlagung der Spule 125 mit einem Betriebsstrom wird eine Magnetkraft Fm auf den Magnetanker 130 erzeugt, um diesen gegen die Federkraft der Ankerrückstellfeder 240 von der ersten Position 205 um den Leerhub 220 gegenüber der Ventilnadel 135 axial zu verschieben, bis er in einer zweiten Position 210 in Kontakt mit dem Anschlagelement 165 kommt.
Von dort wird er mittels der Magnetkraft Fm um den Betätigungsweg 225 zu einer dritten Position 215 verschoben, in der er an dem Stopper 170 anschlägt. Auf dem Betätigungsweg 225 nimmt der Magnetanker 130 mittels des Anschlagelements 165 die Ventilnadel gegen die Federkraft Ff der Schließfeder 155 von der
Schließposition 230 zur Öffnungsposition 235 mit. In der Öffnungsstellung der Ventilbaugruppe 105 ist der Magnetanker 130 in der dritten Position 215 in formschlüssigem Kontakt mit dem Stopper 170 und die Ventilnadel 135 ist in der Öffnungsposition 235, wobei ihr Anschlagelement 165 in formschlüssigem Kontakt mit dem Magnetanker 130 ist.
Der Kraftstoffinj ektor 100 beispielsweise zum Betrieb bei einem Nenndruck von 350 bar ausgelegt. Insbesondere ist er dafür dazu ausgelegt, bis zu einem maximalen Kraftstoffdruck von 420 bar zu öffnen. Die Federkonstante der Schließfeder 155 hat bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Wert von 100 N/mm oder mehr, vorliegend von 300 N/mm. Bei dem bekannten Kraftstoff¬ einspritzventil der Figur 1 beträgt die Federkonstante der Schließfeder 155 dagegen nur 14 N/mm. Die Schließfeder ist bei einer Ausgestaltung mit einer Kraft zwischen 10 N und 30 N vorgespannt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Vorliegend beträgt die Vorspannung 20 N.
Die Aktorbaugruppe ist beispielsweise für einen maximalen Betriebsstrom mit einem Wert zwischen 10 A und 20 A ausgelegt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Vorliegend ist sie für einen maximalen Betriebsstrom von 12 A ausgelegt. Die Induktivität der Spule 125 hat bei einer Ausgestaltung einen Wert zwischen 0, 1 mH und 10 mH, wobei die Grenzen eingeschlossen sind, zum Beispiel einen Wert von 2 mH. Die Induktivität ist dabei insbesondere im geschlossenen Zustand des Kraftstoffinj ektors 100 gemessen (d.h. Magnetanker 130 in der ersten Position 205 und Ventilnadel 135 in der Schließposition 230) . Vorliegend hat die Induktivität im geschlossenen Zustand einen Wert zwischen 2 mH und 4 mH. Ist der Magnetanker 130 in der zweiten Position 210 und die Spule mit dem maximalen Betriebsstrom von 12 A beaufschlagt sinkt die Induktivität beispielsweise auf einen Wert zwischen 0,16 mH und 0,8 mH. Der Leerhub 220 hat beispielsweise einen Wert zwischen 40 ym und 120 ym, wobei die Grenzen eingeschlossen sind, vorliegend beträgt er 40 ym. Der Betätigungsweg 225 hat beispielsweise eine Länge von 40 ym oder mehr, vorzugsweise zwischen 40 ym und 100 ym, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Vorliegend hat der Betäti- gungsweg 225 eine Länge von etwa 90 ym.
Auf diese Weise sind die Federkonstante der Schließfederl55 und die Magnetkraft der Aktorbaugruppe 120 derart aneinander an- gepasst, dass bei konstanter Magnetkraft Fm der Betrag der Summenkraft aus der Federkraft Ff und der Magnetkraft Fm mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel 135 von der Schließposition 230 monoton abnimmt. In der Öffnungsstellung 215, 235 hat der Betrag der Summenkraft einen Wert von 50 % oder weniger des Betrags der Summenkraft, wenn die Ventilnadel 135 die Schließposition 230 verlässt (Magnetanker 130 in der zweiten Position 210) . Dabei ist die Summenkraft in der Öffnungsstellung 215, 235 von der Schließposition 230 weg gerichtet, so dass der Magnetanker 130 und Ventilnadel 135 mittels der Magnetkraft Fm in der Öffnungsstellung 215, 235 gehalten sind.
Zugleich ist die Summenkraft so gering, dass die Ventilnadel nach Durchlaufen von etwa 50 ym des Betätigungswegs 225 nur noch schwach zum Polstück 127 hin beschleunigt wird und für mindestens 15 ym, vorzugsweise für mindestens 30 ym vor dem Anschlag des Magnetankers 130 am Stopper 170 durch den Strömungswiderstand des Kraftstoffs im Ventilkörper 160 gebremst wird. Mit Vorteil ist die Geschwindigkeit des Magnetankers 130 beim Anschlag an den Stopper 170 geringer, zum Beispiel um mindestens 30 ~6 geringer, vorzugsweise um mindestens 60 % geringer, als bei einer Position, die dem Durchlaufen der ersten 50 ym des Betätigungswegs entspricht .
Figur 6 zeigt den Verlauf der Kraft F in Abhängigkeit von der Öffnungsdauer Ti, d.h. von der Dauer des an die Spule 125 angelegten elektrischen Stromsignals, für die Magnetkraft Fm, die Federkraft Ff und die vom Kraftstoff auf die Ventilnadel 135 ausgeübte Kraft Fh. Dabei sind zur besseren Übersichtlichkeit nur die (positiven) Beträge von Federkraft Ff und Magnetkraft Fm aufgetragen, obwohl die beiden Kräfte in entgegengesetzte
Richtungen wirken. Die Figur 5 zeigt über der gleichen Zeitachse den Abstand nl der Ventilnadel 135 von der Schließposition 230 in Abhängigkeit von der Öffnungsdauer Ti (gestrichelte Linie) und die Position des Magnetankers 130 (durchgezogene Linie) .
Die Magnetkraft Fm steigt nach dem Einschalten des Spulenstroms zunächst an, bis bei einem ersten Zeitpunkt T]_ zunächst die
Bewegung des Magnetankers 130 von der ersten Position 205 weg beginnt und der Magnetanker 130 nachfolgend bei einem zweiten Zeitpunkt T2 an das Anschlagelement 165 anschlägt. Bei dem zweiten Zeitpunkt T2 beginnt die Bewegung der Ventilnadel 135 von der Schließposition 230 weg. Die Magnetkraft Fm wird von diesem Zeitpunkt 2 an zumindest näherungsweise konstant gehalten, indem der Betriebsstrom durch die Spule von einem Maximalwert kontinuierlich auf einen Haltestrom abgesenkt wird. Dagegen steigt die Federkraft Ff ab dem Zeitpunkt 2 ausgehend von der
Vorspannung an, bis sie ihren Maximalwert erreicht, wenn das Ventil zu einem nachfolgenden, dritten Zeitpunkt T3 in die
Öffnungsstellung 215, 235 gelangt. Der Maximalwert der Fe¬ derkraft Ff entspricht vorliegend etwa dem 2,5-fachen der Vorspannung . Die Summenkraft aus Federkraft Ff und magnetischer Kraft Fm hat einen Wert von etwa 40 N, wenn die Ventilnadel im Zeitpunkt 2 die Schließposition 230 verlässt und nur noch einen Wert von etwa 15 N, wenn der Magnetanker 130 bzw. die Ventilnadel 135 im Zeitpunkt T3 in Kontakt mit dem Stopper 170 kommt. Dies entspricht einer Reduktion der Summenkraft auf weniger als 40 %.
Dabei ist der Betrag der Magnetkraft Fm in beiden Fällen größer als der Betrag der Federkraft Ff, so dass die Summenkraft jeweils in Öffnungsrichtung gerichtet ist. Wenn der Magnetanker 130 bzw. die Ventilnadel 135 im Zeitpunkt T3 in Kontakt mit dem Stopper
170 kommt, ist der Betrag der Summenkraft jedoch kleiner als der Betrag der hydraulischen Kraft Fh, mit welcher der Kraftstoff der Bewegung der Ventilnadel 135 entgegen wirkt, so dass die Ventilnadel vor dem Erreichen der Öffnungsposition 235 durch den Strömungswiderstand des Kraftstoffs gebremst wird. Das Überschießen der Nadel 135 über die Öffnungsposition 235 beim Anschlag des Magnetankers 130 an den Stopper 170 ist so besonders gering und Oszillationen der Nadelposition sind vermieden. Dies ist in der Figur 5 anhand der gestrichelten Linie gezeigt, die den Abstand nl der Ventilnadel 135 von der Schließposition 230 in Abhängigkeit von der Öffnungsdauer Ti für das vorliegende Kraftstoffeinspritzventil 100 wiedergibt. Auch die Position des Magnetankers 130 hat mit Vorteil keinen oszillierenden Verlauf (siehe die durchgezogene Linie der Figur 5) . Die Einspritzmenge mf ist so besonders präzise einstellbar. Das Kraftstoffein- spritzventil 100 ist zur Erzielung einer vorgegebenen Einspritzmenge mf besonders einfach ansteuerbar.
Die Kraft Fm des Magnetankers 130 von etwa 65 N auf die Ventilnadel 135 beim Eingehen der formschlüssigen Verbindung zwischen
Magnetanker 130 und Anschlagelement 165 im Zeitpunkt 2 ent¬ spricht etwa dem 1,3-fachen der Summe aus der Vorspannung der Schließfeder 155 von vorliegend 20 N und der vom Kraftstoff in der Schließposition 230 auf die Ventilnadel 135 ausgeübten hydraulischen Kraft von etwa 30 N. So ist mittels des Leerhubs und dem Magnetankers ein ausreichender Kraftstoß sichergestellt, um die Ventilnadel 135 von der Schließposition 230 weg zu bewegen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ausführungsbeispielen und Patentansprüchen beinhaltet.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil (100) mit
- einer Ventilbaugruppe (105), die eine verschieblich gelagerte Ventilnadel (135) und einen Ventilsitz (150) aufweist, welche mechanisch miteinander wechselwirken um in einer Schließposition (230) der Ventilnadel (135) Kraftstofffluss durch eine Ein¬ spritzöffnung (115) des Kraftstoffeinspritzventils (100) zu verhindern und in anderen Positionen der Ventilnadel (135) frei zu geben,
- einer vorgespannten Schließfeder (155) , welche eine Federkraft (Ff) auf die Ventilnadel (135) ausübt, die die Ventilnadel (135) in Richtung zur Schließposition (230) hin belastet,
- einer elektromagnetischen Aktorbaugruppe (120) , die eine Spule (125), ein Polstück (127) und einen Magnetanker (130) aufweist, wobei
-- der Magnetanker (130) gegenüber der Ventilnadel (135) verschieblich gelagert und in einem Ruhezustand des Kraft¬ stoffeinspritzventils (100) von einem Anschlagelement (165) der Ventilnadel (135) beabstandet ist,
-- die Spule (125) dazu ausgebildet ist, eine Magnetkraft (Fm) auf den Magnetanker (130) zu erzeugen, wenn sie zum Freigeben des Kraftstoffflusses durch die Einspritzöffnung (115) bestromt wird, um den Magnetanker (130) zum Polstück (127) hin zu bewegen und
-- der Magnetanker (130) auf seinem Weg zum Polstück (127) hin zunächst einen Leerhub (220) zu dem Anschlagelement (165) hin zurück legt und nachfolgend eine formschlüssige Verbindung mit diesem eingeht, so dass er die Ventilnadel (135) in Richtung zu dem Polstück (127) hin mitnimmt,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Federkonstante der Schließfeder (155) und die Magnetkraft (Fm) der Aktorbaugruppe (120) derart aneinander angepasst sind, dass der Betrag der Summenkraft aus der Federkraft (Ff) und der Magnetkraft (Fm) , bei gleich bleibender oder zunehmender Magnetkraft (Fm) , mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel (135) von der Schließposition (230) abnimmt oder, bei zunehmender Magnetkraft (Fm) , mit zunehmendem Abstand der Ventilnadel (135) von der Schließposition (230) zumindest gleich bleibt.
2. Kraftstoffeinspritzventil (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- die Aktorbaugruppe (120) dazu ausgelegt ist, das Kraft- stoffeinspritzventil in einer Öffnungsstellung (215, 235) zu halten, bei welcher der Magnetanker (130) oder die Ventilnadel (135) an einem Stopper (170) anliegt und das Anschlagelement (165) der Ventilnadel (135) in Kontakt mit dem Magnetanker ( 130 ) ist und
- die Schließfeder derart ausgelegt ist, dass sich die Federkraft (Ff) im Verlauf von der Schließposition (230) zu der Öffnungsstellung (235, 215) gegenüber der Vorspannung mindestens verdoppelt .
3. Kraftstoffeinspritzventil (100) nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche mit einem Stopper (170) , der die Bewegung des Magnetankers (130) und/oder der Ventilnadel (135) zum Polstück (127) hin begrenzt, wobei die Federkonstante der Schließfeder (155) und die Magnetkraft (Fm) der Aktorbaugruppe (120) derart aneinander angepasst sind dass die Summenkraft, wenn der
Magnetanker (130) und/oder die Ventilnadel (135) in Kontakt mit dem Stopper (170) kommt, von der Schließposition (230) weg gerichtet ist und einen Betrag hat der höchstens halb so groß ist wie der Betrag der Summenkraft wenn die Ventilnadel (135) die Schließposition (230) verlässt.
4. Kraftstoffeinspritzventil (100) nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, wobei die Federkonstante der Schließfeder (155) und die Magnetkraft (Fm) der Aktorbaugruppe (120) derart aneinander angepasst sind, dass die Ventilnadel (135) im Betrieb des Kraftstoffeinspritzventil (100) durch den Strömungswi¬ derstand des Kraftstoffs in der Ventilbaugruppe (105) gebremst wird, wenn der Abstand der Ventilnadel (135) von der
Schließposition (230) einen vorgegebenen Wert überschreitet.
5. Kraftstoffeinspritzventil (100) nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, wobei die Federkonstante der Schließfeder (135) und die Magnetkraft (Fm) der Aktorbaugruppe (120) derart aneinander angepasst sind, dass der Betrag der Summenkraft mit dem Abstand der Ventilnadel (135) von der Schließposition (230) monoton abnimmt.
6. Kraftstoffeinspritzventil (100) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, das mittels des Leerhubs (220) und des
Magnetankers (130) derart ausgelegt ist, dass eine Kraft des Magnetankers (130) auf die Ventilnadel (135) beim Eingehen der formschlüssigen Verbindung einen Wert von 1, 3 oder mehr der Summe aus der Vorspannung der Schließfeder (155) und einer vom Kraftstoff in der Schließposition (230) auf die Ventilnadel (135) ausgeübten hydraulischen Kraft hat.
7. Kraftstoffeinspritzventil (100) nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, das zum Betrieb bei einem Kraftstoffdruck von 500 bar oder weniger ausgelegt ist und wobei die Federkonstante der Schließfeder (135) 100 N/mm oder mehr beträgt.
8. Kraftstoffeinspritzventil (100) nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, wobei der Magnetanker (130) mittels einer Ankerrückstellfeder (240) in Richtung von dem Anschlagelement (165) weg federbelastet ist.
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