WO2017108244A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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WO2017108244A1
WO2017108244A1 PCT/EP2016/076773 EP2016076773W WO2017108244A1 WO 2017108244 A1 WO2017108244 A1 WO 2017108244A1 EP 2016076773 W EP2016076773 W EP 2016076773W WO 2017108244 A1 WO2017108244 A1 WO 2017108244A1
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nozzle
fuel
injection
fuel injector
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PCT/EP2016/076773
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French (fr)
Inventor
Michael Kurz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to EP16793833.1A priority patent/EP3394418A1/de
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    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04—Injectors peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
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    • 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
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    • F02M51/0671—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 having an elongated valve body attached thereto

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for injecting two liquid and / or gaseous fuels into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Internal combustion engine which for carrying out various forms of fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine, a dual-fuel
  • Fuel injector used in this dual-fuel fuel injector, a first nozzle arrangement, whereby diesel fuel can flow into a combustion chamber, and a second nozzle arrangement, which can discharge gaseous fuel into the combustion chamber, are arranged.
  • the invention is based on the object, a fuel! injector for
  • the fuel injector for injection of two liquid and / or gaseous fuels comprises an injector housing with a nozzle body and a valve body, wherein a first liftably arranged nozzle needle for opening and closing an injection cross section is arranged in the injector housing.
  • the first nozzle needle is formed as a hollow needle, in which a second liftably arranged nozzle needle is arranged. This acts to open and close at least one injection port with a formed in the first nozzle needle inner nozzle seat.
  • the first nozzle needle and the second nozzle needle define one
  • Injection chamber which can be filled with fuel via an inlet throttle.
  • the second nozzle needle In an upper switching position, the second nozzle needle abuts against a sealing seat and thereby separates a connection between the injection space and the
  • Injection of this fuel can be terminated in a combustion chamber of an internal combustion engine, without the second nozzle needle has to reverse their movement.
  • a valve element in the interior of the valve body, a valve element is arranged, which has a multi-stage through-hole. In this blind hole project both the first nozzle needle and the second nozzle needle protrude.
  • the sealing seat is formed on the valve element in order to achieve a compact construction.
  • the valve element can be fastened separately in a simple manner.
  • the inlet throttle may be formed in the valve element.
  • valve element is subjected to a force in the direction of the nozzle seat by a spring. This allows a flexible and very simple fixation of the valve element in Fuel injector without additional fixation, for example by a
  • the first nozzle needle is formed stepped on the outer circumference to make room for a further space in which further components can be accommodated or which can be used to make the injector slimmer.
  • the at least one injection opening is formed on the end face of the first nozzle needle facing a combustion chamber.
  • the nozzle body and the first nozzle needle delimit an antechamber.
  • a spring is present, which applies force to the first nozzle needle in the direction of the combustion chamber.
  • a separating device in particular a membrane, to be arranged in the prechamber, which separates the liquid and / or gaseous fuels from one another, so that the two fuels do not mix despite the unavoidable leakage gaps.
  • valve element and the second nozzle needle limit a subspace in the upper switching position.
  • This subspace forms part of the injection space, wherein it is provided in an advantageous embodiment of the inventive idea that the inlet throttle opens into the subspace.
  • the second nozzle needle is subjected to force by a return spring in the direction of the inner nozzle seat.
  • the first nozzle needle a gaseous fuel flow into the combustion chamber controls and / or that the second nozzle needle controls a liquid fuel flow into the combustion chamber.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention
  • FIG. 2 (a) is an enlarged view of the fuel injector according to the invention in the region of the first nozzle needle and the second nozzle needle, wherein the first nozzle needle has an injection cross-section and the second
  • Nozzle needle closes at least one injection port
  • Fig. 2 (b) an enlarged view of the fuel according to the invention! Njektors in the region of the first nozzle needle and the second nozzle needle, wherein the first nozzle needle closes the injection cross-section, the second nozzle needle has released at least one injection port,
  • Fig. 2 (c) an enlarged view of the fuel according to the invention! Njektors in the region of the first nozzle needle and the second nozzle needle, wherein the first nozzle needle has released the injection cross-section and the second nozzle needle closes the at least one injection port,
  • Fig. 3 (a) is a diagram in which on the one hand the stroke H of the first nozzle needle and the stroke h second nozzle needle is plotted against the time t and in the other hand, the injection quantity m of the fuel or of the gas is shown as a function of time t ,
  • Fig. 3 (b) is a diagram in which on the one hand the stroke H of the first nozzle needle and the stroke h of the second nozzle needle is plotted against the time t and in the other hand, the injection quantity m of the fuel or the gas as a function of time t is. This is set second possible injection scenario, where here a
  • FIG. 1 shows a fuel injector according to the invention consisting of an injector housing 1, which has a nozzle body 2, a valve body 3 and a
  • Holding body 4 comprises. Between the valve body 3 and the holding body 4, a magnetic coil 33 is inserted. Furthermore, the fuel injector has an inner pole 5 and a magnet armature 6 consisting of an anchor plate 9 and an anchor bolt 10. In this case, the valve body 3, the holding body 4 and the inner pole 5 define an armature space 22 in which the magnet armature 6 is arranged.
  • the anchor bolt 10 dips into a through hole 13 of the valve body 3 and protrudes into a pressure chamber 21, wherein this pressure chamber 21 is formed in the nozzle body 2 and in the valve body 3 and through the
  • Valve body 3 is limited. Via a rail 23, the armature space 22 can be filled with liquid fuel, which can enter via a feed throttle 49 in the pressure chamber 21.
  • a valve element 14 is arranged, which defines a subspace 44 of the pressure chamber 21 together with the nozzle body 2.
  • a spring 15 is arranged in the pressure chamber 21, which is supported on the valve element 14 and this force in the direction of the nozzle body 2 and thereby fixed in place.
  • the subspace 44 of the pressure chamber 21 has a first liftably arranged nozzle needle 7, which is designed as a hollow needle and in which a second liftably arranged nozzle needle 8 is arranged.
  • the second nozzle needle 8 with its magnet armature facing end side in a through hole 13 of the
  • Valve element 14 out and is firmly connected to the anchor bolt 10 of the armature 6.
  • the subspace 44 of the pressure chamber 21 is due to the
  • Nozzle needle arrangements in turn divided into several individual rooms.
  • the nozzle body 2 with the first nozzle needle 7 on the one hand closes a
  • Inlet channel 48 connected to a formed between a clamping nut 31, the nozzle body 2, the valve body 3 and the holding body 4 gas space 30 is.
  • the gas is fed via a gas supply 32 into the gas space 30.
  • the pre-chamber 28 has a spring 39 and a separator 19, in particular a membrane, which separates the liquid and / or gaseous fuels from each other.
  • the second nozzle needle 8 together with the first nozzle needle 7 and the valve element 14, an injection chamber 20. This is about a in the
  • Valve element 14 formed inlet throttle 36 connected to the pressure chamber 21 and is therefore filled with the first fuel, preferably with liquid fuel.
  • the first nozzle needle 7 closes in a lower
  • the mode of operation of the fuel injector according to the invention is as follows: When the magnetic coil 33 is energized, a magnetic force builds up in the inner pole 5, so that the magnet armature 6 and the second nozzle needle 8 fixedly connected thereto are moved in the direction as shown in FIG. 2 (a) of the inner pole 5 are pulled. As a result, the inner nozzle seat 25 is released and liquid fuel escapes from the injection chamber 20 via a blind bore 34 in the first nozzle needle 7 and via at least one injection opening 35 in the combustion chamber 29 of the internal combustion engine. After a stroke h of the second nozzle needle 8, this reaches an upper switching position and is located on a sealing seat 38 (see Fig. 2 (b)). The sealing seat 38 is on the on
  • Inlet throttle 36 and the flow through the at least one injection port 35 is selected so that the first nozzle needle 7 only moves upward when the second nozzle needle 8 has reached the sealing seat 38.
  • Injection section 27 leads to the introduction of preferably gaseous fuel into the combustion chamber 29 of the internal combustion engine.
  • the second nozzle needle 8 is located on the inner nozzle seat 25 of the first
  • Nozzle needle 7 in its upper switching position and thus closes the at least one injection port 35.
  • FIG. 3 (a) shows the injection process described above in a diagram in which the stroke H of the first nozzle needle 7 and the stroke h of the second nozzle needle 8 are shown as a function of the time t.
  • Nozzle needle 7 and the second nozzle needle 8 in the upper switching position. After switching off the solenoid 33, the first nozzle needle 7 and the second nozzle needle 8 together return the negative stroke h or H.
  • the injection amount m of gaseous fuel is reduced during the movement of the nozzle needles 7 and 8 in the direction of the combustion chamber 29 and is set at time t.2 with closure of the injection cross section 27.
  • FIG. 3 (b) illustrates an alternative injection form of the fuel injector according to the invention.
  • the energization of the solenoid 33 is stopped several times before the second nozzle needle 8 has reached the sealing seat 38.
  • the sealing seat 38 As a result, only small quantities m of liquid fuel are introduced into the combustion chamber 29. Only after the third energization of the solenoid 33 for
  • Time U is the maximum stroke h of the second nozzle needle 8 and thus reaches the maximum injection amount of liquid fuel.
  • the injection of gaseous fuel now begins at time t 5 , when the first nozzle needle 7 moves in the direction of the second nozzle needle 8.
  • Fuel injector Several pre- and post-injections of liquid fuel can be made.

Abstract

Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von zwei flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoffen mit einem Injektorgehäuse (1), das einen Düsenkörper (2) und einen Ventilkörper (3) umfasst. In diesem Injektorgehäuse (1) ist eine erste hubbeweglich angeordnete Düsennadel (7) zum Öffnen und Schließen eines Einspritzquerschnitts (27) angeordnet. Dabei ist die erste Düsennadel (7) als Hohlnadel ausgebildet, in welcher eine zweite hubbeweglich angeordnete Düsennadel (8) angeordnet ist. Diese wirkt zum Öffnen und Schließen mindestens einer Einspritzöffnung (35) mit einem in der ersten Düsennadel (7) ausgebildeten inneren Düsensitz (25) zusammen. Die erste Düsennadel (7) und die zweite Düsennadel (8) begrenzen einen Einspritzraum (20), welcher mit Kraftstoff über eine Zulaufdrossel (36) befüllbar ist. Weiter liegt die zweite Düsennadel (8) in einer oberen Schaltstellung an einem Dichtsitz (38) an und trennt dadurch eine Verbindung zwischen dem Einspritzraum (20) und der Zulaufdrossel (36).

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoff injektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von zwei flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoffen in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Aus der DE 10 2013 014 329 A1 ist ein Brennverfahren für eine
Brennkraftmaschine bekannt, welches zur Ausführung verschiedener Formen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einen Dual-Fuel-
Kraftstoffinjektor verwendet. Dabei ist in diesem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor eine erste Düsenanordnung, wodurch Dieselkraftstoff in einen Brennraum fließen kann, und eine zweite Düsenanordnung, welche gasförmigen Kraftstoff in den Brennraum ausbringen kann, angeordnet.
Mittels eines solchen Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors ist es möglich, eine
Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Diesel-/Gasmotor, sowohl im reinen Flüssigkraftstoffbetrieb als auch im kombinierten Flüssigkraftstoff- /Gasbetrieb zu betreiben. Sowohl die Dauer und Menge als auch die Reihenfolge der jeweiligen Einspritzungen von Flüssigkraftstoff/ Gas und das
Mischungsverhältnis beeinflussen erheblich die Zündeigenschaften und damit die Effizienz des gesamten Einspritzsystems.
Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff! njektor zur
Einspritzung von zwei flüssigen und/ oder gasförmigen Kraftstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 auf eine Weise weiterzubilden, welcher beide auf grundlegende Weise unterschiedlichen Einspritzarten in einem Injektor zusammenführt und die Zündeigenschaften und somit die Effizienz des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems verbessert. Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor dadurch gelöst, dass der Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von zwei flüssigen und/ oder gasförmigen Kraftstoffen ein Injektorgehäuse mit einem Düsenkörper und einem Ventilkörper umfasst, wobei im Injektorgehäuse eine erste hubbeweglich angeordnete Düsennadel zum Öffnen und Schließen eines Einspritzquerschnitts angeordnet ist. Dabei ist die erste Düsennadel als Hohlnadel ausgebildet, in der eine zweite hubbeweglich angeordnete Düsennadel angeordnet ist. Diese wirkt zum Öffnen und Schließen mindestens einer Einspritzöffnung mit einem in der ersten Düsennadel ausgebildeten inneren Düsensitz zusammen. Außerdem begrenzen die erste Düsennadel und die zweite Düsennadel einen
Einspritzraum, welcher über eine Zulaufdrossel mit Kraftstoff befüllbar ist. In einer oberen Schaltstellung liegt die zweite Düsennadel an einem Dichtsitz an und trennt dadurch eine Verbindung zwischen dem Einspritzraum und der
Zulaufdrossel.
Durch die Sperrung der Verbindung des Einspritzraums und der Zulaufdrossel wird der Nachlauf von Kraftstoff unterbunden. Auf diese Weise kann die
Einspritzung dieses Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine beendet werden, ohne dass die zweite Düsennadel ihre Bewegung umkehren muss.
Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung werden in den
Unteransprüchen aufgeführt.
In erster vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass im Inneren des Ventilkörpers ein Ventilelement angeordnet ist, das eine mehrstufig ausgebildete Durchgangsbohrung aufweist. In diese Sacklochbohrung ragen sowohl die erste Düsennadel als auch die zweite Düsennadel hinein.
Dabei kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Dichtsitz an dem Ventilelement ausgebildet ist, um einen kompakten Aufbau zu erreichen. Dabei kann das Ventilelement auf einfache Weise separat befestigt werden.
Weiter kann die Zulaufdrossel in dem Ventilelement ausgebildet sein.
Weiter kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass das Ventilelement durch eine Feder in Richtung des Düsensitzes kraftbeaufschlagt ist. Dies ermöglicht eine flexible und sehr einfache Fixierung des Ventilelements im Kraftstoffinjektor ohne zusätzliche Fixierung, beispielsweise durch einen
Schweißvorgang.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Düsennadel am Außenumfang gestuft ausgebildet ist, um Platz für einen weiteren Raum zu schaffen, in dem weitere Komponenten untergebracht werden können oder der verwendet werden kann, um den Injektor schlanker zu gestalten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es mit Vorteil vorgesehen, dass die mindestens eine Einspritzöffnung an der einem Brennraum zugewandten Stirnseite der ersten Düsennadel ausgebildet ist. Somit ist kein separates Bauteil nötig, was eine einfachere Fertigung ermöglicht.
In konstruktiver Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass der Düsenkörper und die erste Düsennadel eine Vorkammer begrenzen. In dieser Vorkammer ist eine Feder vorhanden, welche die erste Düsennadel in Richtung des Brennraums kraftbeaufschlagt.
Weiter kann es vorgesehen sein, dass in der Vorkammer eine Trennvorrichtung, insbesondere eine Membran, angeordnet ist, welche die flüssigen und/ oder gasförmigen Kraftstoffe voneinander trennt, so dass sich die beiden Kraftstoffe trotz der unvermeidlichen Leckagespalte nicht vermischen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Ventilelement und die zweite Düsennadel in der oberen Schaltstellung einen Teilraum begrenzen. Dieser Teilraum bildet einen Teil des Einspritzraums, wobei es in vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen ist, dass die Zulaufdrossel in den Teilraum mündet. Damit kann ein präzises Ende der Einspritzung gewährleistet werden.
In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann es vorteilhaft vorgesehen sein, dass die zweite Düsennadel durch eine Rückstellfeder in Richtung des inneren Düsensitzes kraftbeaufschlagt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Düsennadel einen gasförmigen Kraftstofffluss in den Brennraum steuert und/ oder dass die zweite Düsennadel einen flüssigen Kraftstofffluss in den Brennraum steuert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor,
Fig. 2(a)eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich der ersten Düsennadel und der zweiten Düsennadel, wobei die erste Düsennadel einen Einspritzquerschnitt und die zweite
Düsennadel mindestens eine Einspritzöffnung verschließt,
Fig. 2(b) eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektors im Bereich der ersten Düsennadel und der zweiten Düsennadel, wobei die erste Düsennadel den Einspritzquerschnitt verschließt, die zweite Düsennadel die mindestens eine Einspritzöffnung freigegeben hat,
Fig. 2(c) eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektors im Bereich der ersten Düsennadel und der zweiten Düsennadel, wobei die erste Düsennadel den Einspritzquerschnitt freigegeben hat und die zweite Düsennadel die mindestens eine Einspritzöffnung verschließt,
Fig. 3(a)ein Diagramm, in dem einerseits der Hubweg H der ersten Düsennadel und der Hubweg h zweiten Düsennadel gegen die Zeit t aufgetragen ist und in dem andererseits die Einspritzmenge m des Kraftstoffs bzw. des Gases in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt ist. Dies stellt ein erstes mögliches Einspritzszenario dar, wie es in Fig. 2 dargestellt ist,
Fig. 3(b) ein Diagramm, in dem einerseits der Hubweg H der ersten Düsennadel und der Hubweg h der zweiten Düsennadel gegen die Zeit t aufgetragen ist und in dem andererseits die Einspritzmenge m des Kraftstoffs bzw. des Gases in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt ist. Dies stellt ein zweites mögliches Einspritzszenario dar, wobei hier eine
Mehrfacheinspritzung der beiden Kraftstoffe dargestellt ist.
Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen
Bezugsziffern versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor bestehend aus einem Injektorgehäuse 1 , das einen Düsenkörper 2, einen Ventilkörper 3 und einen
Haltekörper 4 umfasst. Zwischen dem Ventilkörper 3 und dem Haltekörper 4 ist eine Magnetspule 33 eingefügt. Des Weiteren weist der Kraftstoffinjektor einen Innenpol 5 und einen Magnetanker 6 bestehend aus einer Ankerplatte 9 und einem Ankerbolzen 10 auf. Dabei begrenzen der Ventilkörper 3, der Haltekörper 4 und der Innenpol 5 einen Ankerraum 22, in dem der Magnetanker 6 angeordnet ist. Der Ankerbolzen 10 taucht in eine Durchgangsbohrung 13 des Ventilkörpers 3 ein und ragt dabei in einen Druckraum 21 hinein, wobei dieser Druckraum 21 im Düsenkörper 2 und im Ventilkörper 3 ausgebildet ist und durch den
Ventilkörper 3 begrenzt wird. Über ein Rail 23 ist der Ankerraum 22 mit flüssigem Kraftstoff befüllbar, wobei dieser über eine Zulaufdrossel 49 in den Druckraum 21 eintreten kann. Innerhalb des Druckraums 21 ist neben einer Rückstellfeder 24, welche an einer Abstützhülse 26 befestigt ist, ein Ventilelement 14 angeordnet, das zusammen mit dem Düsenkörper 2 einen Teilraum 44 des Druckraums 21 begrenzt. Weiterhin ist im Druckraum 21 eine Feder 15 angeordnet, welche sich an dem Ventilelement 14 abstützt und dieses in Richtung des Düsenkörpers 2 kraftbeaufschlagt und dadurch ortsfest fixiert. Der Teilraum 44 des Druckraums 21 weist eine erste hubbeweglich angeordnete Düsennadel 7 auf, welche als Hohlnadel ausgebildet ist und in welcher eine zweite hubbeweglich angeordnete Düsennadel 8 angeordnet ist. Dabei ist die zweite Düsennadel 8 mit ihrer dem Magnetanker zugewandten Stirnseite in einer Durchgangsbohrung 13 des
Ventilelements 14 geführt und ist mit dem Ankerbolzen 10 des Magnetankers 6 fest verbunden. Der Teilraum 44 des Druckraums 21 ist aufgrund der
Düsennadelanordnungen wiederum in mehrere Einzelräume unterteilt. Dabei schließt der Düsenkörper 2 mit der ersten Düsennadel 7 einerseits eine
Vorkammer 28 und andererseits einen Raum 47 ein, welcher über einen
Zulaufkanal 48 mit einem zwischen einer Spannmutter 31 , dem Düsenkörper 2, dem Ventilkörper 3 und dem Haltekörper 4 gebildeten Gasraum 30 verbunden ist. Das Gas wird über eine Gasversorgung 32 in den Gasraum 30 eingespeist. Die Vorkammer 28 weist eine Feder 39 und eine Trennvorrichtung 19 auf, insbesondere eine Membran, welche die flüssigen und/ oder gasförmigen Kraftstoffe voneinander trennt.
Die zweite Düsennadel 8 bildet zusammen mit der ersten Düsennadel 7 und dem Ventilelement 14 einen Einspritzraum 20. Dieser ist über eine in dem
Ventilelement 14 ausgebildete Zulaufdrossel 36 mit dem Druckraum 21 verbindbar und ist daher mit dem ersten Kraftstoff, vorzugsweise mit flüssigem Kraftstoff, befüllbar. Die erste Düsennadel 7 verschließt in einer unteren
Schaltstellung mit Hilfe der Feder 39 einen in dem Düsenkörper 2 ausgebildeten Einspritzquerschnitt 27, über welchen vorzugsweise gasförmiger Kraftstoff in einen Brennraum 29 eingespritzt werden kann. Die zweite Düsennadel 8 ist über die Rückstellfeder 24 in Richtung eines in der ersten Düsennadel 7
ausgebildeten inneren Düsensitzes 25 kraftbeaufschlagt und schließt in einer unteren Schaltstellung mindestens eine in der ersten Düsennadel 7 ausgebildete Einspritzöffnung 35, über welche flüssiger Kraftstoff in den Brennraum 29 fließen kann. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist wie folgt: Bei einer Bestromung der Magnetspule 33 baut sich eine Magnetkraft im Innenpol 5 auf, so dass der Magnetanker 6 und die mit diesem fest verbundene zweite Düsennadel 8, wie in Figur 2(a) dargestellt, in Richtung des Innenpols 5 gezogen werden. Dadurch wird der innere Düsensitz 25 freigegeben und flüssiger Kraftstoff entweicht aus dem Einspritzraum 20 über eine Sacklochbohrung 34 in der ersten Düsennadel 7 und über mindestens eine Einspritzöffnung 35 in den Brennraum 29 der Brennkraftmaschine. Nach einem Hubweg h der zweiten Düsennadel 8 erreicht diese eine obere Schaltstellung und liegt an einem Dichtsitz 38 an (siehe Fig. 2(b)). Der Dichtsitz 38 ist dabei an dem am
Außenumfang mehrstufig ausgebildeten Ventilelement 14 ausgebildet. Dadurch wird ein Teilraum 45 des Einspritzraums 20 gebildet, wobei in diesen Teilraum 45 die Zulaufdrossel 36 mündet. Das Durchflussverhältnis zwischen der
Zulaufdrossel 36 und dem Durchfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 35 ist dabei so gewählt, dass die erste Düsennadel 7 sich erst dann nach oben bewegt, wenn die zweite Düsennadel 8 den Dichtsitz 38 erreicht hat. Beim
Erreichen des Dichtsitzes 38 verschließt die zweite Düsennadel 8 die
Zulaufdrossel 36, was zu einem Druckabfall im Einspritzraum 20 führt. Die resultierenden Kräfte auf die erste Düsennadel wirken nun nicht mehr in
Schließrichtung, sondern bewirken mit Hilfe der Feder 39 ein Abheben der ersten Düsennadel 7 in Richtung des Innenpols 5. Die Freilegung des
Einspritzquerschnitts 27 führt zur Einbringung von vorzugsweise gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum 29 der Brennkraftmaschine. Nach einem Hubweg H liegt die zweite Düsennadel 8 an dem inneren Düsensitz 25 der ersten
Düsennadel 7 in ihrer oberen Schaltstellung an und verschließt somit die mindestens eine Einspritzöffnung 35. Der Einspritzvorgang von flüssigem
Kraftstoff in den Brennraum 29 der Brennkraftmaschine ist, wie in Figur 2(c) dargestellt, beendet. Der im Einspritzraum 20 noch vorhandene flüssige Kraftstoff ist nun vollkommen isoliert.
Wird die Bestromung der Magnetspule 33 beendet, wird die Magnetkraft abgebaut, durch welche der Magnetanker 6 in Richtung des Innenpols 5 gezogen wurde. Die in Längsrichtung hydraulisch wirksame Fläche der
brennraumabgewandten Stirnseite der zweiten Düsennadel 8, die vom Druck im Teilraum 45 des Einspritzraums 20 beaufschlagt ist, ist nun größer als die in Längsrichtung hydraulisch wirksame Fläche auf die zweite Düsennadel 8 im momentan isolierten Einspritzraum 20. Mit Hilfe der Rückstellkraft der
Rückstellfeder 24 in Richtung des Brennraums 29 auf die zweite Düsennadel 8 bewegt sich diese aus dem Dichtsitz 38 in Richtung des Brennraums 29. Es kommt zu einem Druckausgleich zwischen dem Teilraum 45 des Einspritzraums 20 und dem Einspritzraum 20, da sich der Teilraum 45 des Einspritzraums 20 wieder in den Einspritzraum 20 einfügt. Der Druck im Gasraum 30 und damit im Raum 47 entspricht etwa dem Druck im Einspritzraum 20, wohingegen der Druck in der Vorkammer 28 aufgrund der geöffneten ersten Düsennadel 7 geringer ist. Aufgrund der dadurch resultierenden Kräfte auf die erste Düsennadel 7 bewegt sich die erste Düsennadel 7 in Richtung des Einspritzquerschnitts 27. Damit wird die Einbringung von gasförmigen Kraftstoff in den Brennraum 29 beendet.
Figur 3(a) stellt den oben beschriebenen Einspritzvorgang in einem Diagramm dar, in dem der Hubweg H der ersten Düsennadel 7 und der Hubweg h der zweiten Düsennadel 8 in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt ist. Außerdem ist auch die Einspritzmenge m von flüssigem und gasförmigem Kraftstoff als
Funktion der Zeit t abgebildet. Der maximale Hubweg h der zweiten Düsennadel
8 ist am Zeitpunkt ti erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ti beginnt die erste
Düsennadel 7 in Richtung des Magnetankers 6 zu verfahren und gibt den Einspritzquerschnitt 27 frei. Die maximale Einspritzmenge m von flüssigem bzw. gasförmigem Kraftstoff ist in beiden Fällen dann erreicht, wenn die erste
Düsennadel 7 bzw. die zweite Düsennadel 8 in der oberen Schaltstellung sind. Nach Abschalten der Magnetspule 33 legen die erste Düsennadel 7 und die zweite Düsennadel 8 zusammen den negativen Hubweg h bzw. H zurück. Die Einspritzmenge m von gasförmigem Kraftstoff reduziert sich während der Bewegung der Düsennadeln 7 und 8 in Richtung des Brennraums 29 und wird zum Zeitpunkt t.2 mit Schließung des Einspritzquerschnitts 27 eingestellt.
Figur 3(b) veranschaulicht eine alternative Einspritzform des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors. Hier wird die Bestromung der Magnetspule 33 mehrfach beendet, bevor die zweite Düsennadel 8 den Dichtsitz 38 erreicht hat. Dadurch werden nur kleine Mengen m an flüssigen Kraftstoff in den Brennraum 29 eingebracht. Erst nach der dritten Bestromung der Magnetspule 33 zum
Zeitpunkt U ist der maximale Hubweg h der zweiten Düsennadel 8 und damit die maximale Einspritzmenge an flüssigen Kraftstoff erreicht. Die Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff beginnt nun zum Zeitpunkt t5, wenn sich die erste Düsennadel 7 in Richtung der zweiten Düsennadel 8 bewegt. Mit Erreichen des maximalen Hubwegs H der ersten Düsennadel 7 zum Zeitpunkt t.6 wird die maximal mögliche Einspritzmenge m von gasförmigem Kraftstoff in den
Brennraum 29 eingespritzt. Nach Beendigung der Magnetspulenbestromung legen die erste Düsennadel 7 und die zweite Düsennadel 8 zusammen den negativen Hubweg h bzw. H zurück und beenden den Einspritzvorgang. Es folgt eine erneute Magnetspulenbestromung, welche vor Erreichen des maximalen Hubwegs h der zweiten Düsennadel 8 beendet wird und es wird wiederum nur eine kleine Menge m an flüssigen Kraftstoff in den Brennraum 29 eingespritzt. Dies ist nur eine mögliche Einspritzform des erfindungsgemäßen
Kraftstoffinjektors. Es können mehrere Vor- und Nacheinspritzungen von flüssigem Kraftstoff vorgenommen werden.

Claims

Ansprüche
Kraftstoff! njektor zur Einspritzung von zwei flüssigen und/ oder gasförmigen Kraftstoffen mit einem Injektorgehäuse (1 ), das einen Düsenkörper (2) und einen Ventilkörper (3) umfasst, wobei im Injektorgehäuse (1 ) eine erste hubbeweglich angeordnete Düsennadel (7) zum Öffnen und Schließen eines Einspritzquerschnitts (27) angeordnet ist, wobei die erste Düsennadel (7) als Hohlnadel ausgebildet ist, in der eine zweite hubbeweglich angeordnete Düsennadel (8) angeordnet ist, welche zum Öffnen und Schließen mindestens einer Einspritzöffnung (35) mit einem in der ersten Düsennadel ausgebildeten inneren Düsensitz (25) zusammenwirkt, wobei die erste Düsennadel (7) und die zweite Düsennadel (8) einen Einspritzraum (20) begrenzen, welcher mit Kraftstoff über eine Zulaufdrossel (36) befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (8) in einer oberen Schaltstellung an einem Dichtsitz (38) anliegt und dadurch eine Verbindung zwischen dem
Einspritzraum (20) und der Zulaufdrossel (36) trennt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Inneren des Ventilkörpers (3) ein Ventilelement (14) angeordnet ist, welches eine mehrstufig ausgebildete Durchgangsbohrung aufweist, in welche die erste Düsennadel (7) und die zweite Düsennadel (8) hineinragen.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Dichtsitz (38) an dem Ventilelement (14) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ventilelement (14) durch eine Feder (15) in Richtung des
Düsenkörpers (2) kraftbeaufschlagt ist.
5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zulaufdrossel (36) in dem Ventilelement (14) ausgebildet ist.
6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Düsennadel (7) am Außenumfang gestuft ausgebildet ist. 7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Einspritzöffnung (35) an der einem Brennraum (29) zugewandten Stirnseite der ersten Düsennadel (7) ausgebildet ist. 8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 , 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der innere Düsensitz (25) an der brennraumzugewandten Stirnseite der ersten Düsennadel (7) ausgebildet ist. 9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Düsenkörper (2) und die erste Düsennadel (7) eine Vorkammer (28) begrenzen, in welcher eine Feder (39) vorhanden ist, die die erste Düsennadel (7) in Richtung des Ventilkörpers (3) kraftbeaufschlagt.
10. Kraftstoff! njektor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Vorkammer (28) eine Trennvorrichtung (19), insbesondere eine Membran, angeordnet ist, welche die flüssigen und/ oder gasförmigen Kraftstoffe voneinander trennt.
1 1 . Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2, 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ventilelement (14) und die zweite Düsennadel (8) in der oberen Schaltstellung einen Teilraum (45), welcher einen Teil des Einspritzraums
(20) bildet, begrenzen.
12. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zulaufdrossel (36) in den Teilraum (45) mündet.
13. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Düsennadel (8) durch eine Rückstellfeder (24) in Richtung des inneren Düsensitzes (25) kraftbeaufschlagt ist.
14. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Düsennadel (7) den Fluss eines gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum (29) steuert.
15. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Düsennadel (8) den Fluss eines flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum (29) steuert.
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