Aus der DE 196 26 576 Al ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem zur elektromagnetischen Betätigung ein Anker mit einer elektrisch erregbaren Magnetspule zusammenwirkt und der Hub des Ankers über eine Ventilnadel auf einen Ventilschließkörper übertragen wird. Der Ventilschließkörper wirkt mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen. Die Rückstellung der Ventilnadel und des Ventilschließkörpers erfolgt durch eine Rückstellfeder.

Nachteilig an dem aus der DE 196 26 576 AI bekannten Brennstoffeinspritzventil ist, daS sich kleine Einspritzmengen aufgrund des festen, relativ großen Öffnungsquerschnitts nur mit hohem Aufwand des elektronischen Steuergeräts realisieren lassen. Aufgrund der kurzen Einspritzzeit und der steilen Schaltflanken erfordern kleine Einspritzmengen eine hohe elektrische Ansteuerleistung.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch den zweistufigen Öffnungshub mit zwei Schaltstellungen, die unterschiedliche Volumenströme durch das Brennstoffeinspritzventil zulassen, kleine Zumeßmengen und kurze Zumeßzeiten erreichbar sind. Von Vorteil ist insbesondere die Möglichkeit, mit unterschiedlich hohen Stromstärken zwei Schaltstellungen des Brennstoffeinspritzventils anzusteuern. Zum Erreichen von kleinen Zumeßmengen und kurzen Öffnungszeiten bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, wenn nur eine kleine Brennstoffmenge zur Verfügung stehen muS, kann die untere Schaltstellung angefahren werden, bei höheren Drehzahlen und größerem Brennstoffbedarf die obere. Bei kleinen Zumeß-bzw.

Einspritzmengen wird das Brennstoffeinspritzventil nur bis zur ersten Schaltstellung, d. h. bis zu einem Ventilteilhub, geöffnet. Dabei ergeben sich im Vergleich zur zweiten Schaltstellung bei vollem Ventilhub längere Zumeßzeiten, was geringere Anforderungen an die elektrische Ansteuerung stellt. Dies führt zu niedrigen Kosten und geringer thermischer Belastung der elektrischen Komponenten.

Der Öffnungsvorgang wird durch eine geringere Federkraft der ersten Rückstellfeder, welche geringere Ansteuerleistungen ermöglicht, begünstigt, während beim Schließvorgang aus der zweiten Schaltstellung durch eine zweite Rückstellfeder eine zusätzliche Beschleunigungskraft zur Verfügung steht, um das Brennstoffeinspritzventil schnell zu schließen. Die Federkonstante der ersten Rückstellfeder ist so dimensioniert, daß die ausgeübte Federkraft noch sicher ausreicht, um das Brennstoffeinspritzventil gegen den Druck im Brennraum der Brennkraftmaschine abzudichten.

Beide Schaltstellungen können über den gleichen Stromkreis angesteuert werden und setzen damit nicht den aufwendigen Einbau eines zweiten Stromkreises voraus, da das Erreichen

der Schaltstellungen lediglich einen unterschiedlich hohen Erregerstrom erfordert.

Auch durch die in. den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch gegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Die zweite Rückstellfeder wird bei der Öffnungsbewegung bis zur zweiten Schaltstellung nur nach Durchlaufen des Teilhubs in einem relativ kleinen Resthub betätigt. Ein von der zweiten Rückstellfeder vorgespannter Anschlagkörper dient als Anschlag, wenn nur der Teilhub durchlaufen und eine kleine Zumeßmenge erreicht werden soll.

Da sich die Strahleigenschaften eines BrennstoffeinspritzventilsmitDrallaufbereitungüber den Ventilhub ändern, können außerdem in den zwei Schaltstellungen zwei unterschiedliche Strahlbilder erzeugt werden.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils, Fig. 2A ein Diagramm des Verlaufs des Erregerstroms als Funktion der Zeit fur das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils, Fig. 2B ein Diagramm des Verlaufs des Hubs als Funktion der Zeit für das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und

Fig. 2C ein Diagramm des Verlaufs des Volumenstroms durch das Brennstoffeinspritzventil als Funktion des Hubs für das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Fig. 1 zeigt in einer axialen Schnittdarstellung den abspritzseitigen Bereich eines Brennstoffeinspritzventils 1.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 dient z. B. zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer fremdgezündeten, gemischverdichtenden Brennkraftmaschine und ist als nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1 ausgeführt.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt eine Magnetspule 2, welche von einem magnetischen Rückflußkörper 3 umgeben ist, sowie einen Kern 4 und einen Düsenkörper 5, welche von einem Ventilgehäuse 6 umgeben sind. Zwischen dem Kern 4 und dem Düsenkörper 5 ist ein Anker 7 angeordnet, der durch eine erste Rückstellfeder 8 beaufschlagt ist. Die erste Rückstellfeder 8 liegt endseitig an einer Stützhülse 9 an, welche die erste Rückstellfeder 8 vorspannt. Der Anker 7 steht mit einer Ventilnadel 10 in kraft-und formschlüssiger Verbindung, an deren abspritzseitigen Ende ein Ventilschließkörper 11 ausgebildet ist. Der Ventilschließkörper 11 bildet mit einer Ventilsitzfläche 12 einen Dichtsitz. In einem Ventilsitzkörper 13 ist mindestens eine Abspritzöffnung 14 ausgebildet.

Der Brennstoff wird zentral zugeleitet und über Brennstoffkanale 15a, 15b, 15c zum Dichtsitz geführt.

Mit der Ventilnadel 10 ist ein rohrförmiger Ventilnadelanschlag 16 verbunden. Auf einem an der Innenwandung des Düsenkörpers 5 angebrachten Auflagering 17, welcher insbesondere in eine zentrale Ausnehmung 23 des

Brennstoffeinspritzventils 1 eingepreßt sein kann, liegt ein axial verschiebbarer, ringförmiger Anschlagkörper 18, durch den die Ventilnadel 10 hindurchragt. Der Anschlagkörper 18 wird durch eine zweite Rückstellfeder 19 beaufschlagt, welche durch einen ebenfalls an der Innenwand des Düsenkörpers 5 angebrachten Federstellring 2. 0 vorgespannt wird.

Ein Gesamthub hges entspricht der Größe eines ersten Arbeitsspaltes 21, welcher zwischen dem Anker 7 und dem Kern 4 ausgebildet ist. Ein Teilhub hteil entspricht der Größe eines zweiten Arbeitsspaltes 22, welcher zwischen dem Ventilnadelanschlag 16 und dem Anschlagkörper 18 ausgebildet ist. Der erste Arbeitsspalt 21 ist dabei größer als der zweite Arbeitsspalt 22 bemessen. Ein Resthub hrest entspricht der Differenz hges~hteil Wird der Magnetspule 2 ein elektrischer Erregerstrom zugeführt, wird ein Magnetfeld aufgebaut, welches den Anker 7 in Richtung auf den Kern 4 beschleunigt. Der Anker 7 nimmt die mit ihm verbundene Ventilnadel 10 mit. Während der Anker 7 und die Ventilnadel 10 den Teilhub hteil durchlaufen, muß die Magnetfeldstärke lediglich die Federkraft der schwach dimensionierten ersten Rückstellfeder 8 überwinden, damit der Anker 7 in Richtung auf den Kern 4 beschleunigt werden kann. Die Federkonstante der ersten Rückstellfeder 8 ist so dimensioniert, daß die Federkraft sicher ausreicht, um das Brennstoffeinspritzventil 1 gegen den nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine abzudichten.

Nachdem der Anker 7 und die mit ihm verbundene Ventilnadel 10 den Teilhub hteil zurückgelegt haben, schlägt der Ventilnadelanschlag 16 an dem durch die zweite Rückstellfeder 19 beaufschlagten Anschlagkörper 18 an. Das Brennstoffeinspritzventil 1 wird durch Bestromen mit einer ersten Haltestromstärke Ihaltl in eine erste Schaltstellung nur teilweise geöffnet ; durch den kleinen Öffnungsquerschnitt kann eine kleine Brennstoffmenge zugemessen werden. Dies ist insbesondere bei kleinen

Drehzahlen der Brennkraftmaschine wünschenswert, da hier sehr kleine Zumeßmengen erforderlich sind.

Wird der Erregerstrom nicht weiter erhöht, verbleibt die Ventilnadel 10 in der erreichten ersten Schaltstellung, da das Magnetfeld nicht weiter aufgebaut und der Anker 7 und die Ventilnadel 10 nicht weiter beschleunigt werden.

Wird der die Magnetspule 2 erregende Strom ausgeschaltet, fällt der Ventilnadelanschlag 16 von dem Anschlagkörper 18 ab. Das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.

Bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine ist dagegen eine größere Zumeßmenge des Brennstoffs nötig, weshalb eine zweite Schaltstellung angesteuert wird. Dazu muß zusätzlich der Resthub hrest gegen die Federkräfte der ersten Rückstellfeder 8 und der zweiten Rückstellfeder 19 zurückgelegt werden, was durch eine weitere Steigerung des Erregerstroms über die erste Haltestromstärke Ihalt hinaus, welche das Brennstoffeinspritzventil 1 in die erste Schaltstellung öffnet, geschieht. Die zweite Rückstellfeder 19 wird dabei um den Resthub hrest zusammengedrückt. Die zweite Schaltstellung ist erreicht, wenn der Anker 7 am Kern 4 anschlägt und der erste Arbeitsspalt 21 geschlossen ist.

Da der Öffnungsquerschnitt in dieser Schaltstellung maximal ist, kann bei gleicher Zumeßzeit eine größere Brennstoffmenge zugemessen werden als in der ersten Schaltstellung.

Wird der die Magnetspule'2 erregende elektrische Erregerstrom abgeschaltet, baut sich das Magnetfeld ab, und der Anker 7 fällt vom Kern 4 ab. Dies kann sehr schnell geschehen, da sich die Federkräfte der ersten Rückstellfeder 8 und der zweiten Rückstellfeder 19 summieren. Daher steht am Ende des Öffnungsvorganges die Gesamtfederkraft der ersten Rückstellfeder 8 und der zweiten Rückstellfeder 19 zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 zur Verfügung. Durch die Gesamtfederkraft der ersten Rückstellfeder 8 und der zweiten Rückstellfeder 19 wird der

Anker 7 in Schließrichtung beschleunigt, wodurch die Ventilnadel 10 sehr schnell in ihre Ausgangslage zurückkehren kann.

Fig. 2A-2C zeigen zur Verdeutlichung des zweistufigen Schaltens des Brennstoffeinspritzventils 1 drei Diagramme, in denen der Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom I als Funktion der Zeit t, dem Hub h des Ankers 7 als Funktion der Zeit t sowie der Volumenstrom Q als Funktion des Ventilhubs h qualitativ dargestellt sind.

In den Fig. 2A-2C werden folgende Abkürzungen verwendet : hges Gesamthub hteil Teilhub hrest Resthub = hges-hteil to Beginn des Schaltzyklus mit der ersten Ansteuerphase tl Zeit, nach welcher der Anker 7 den Teilhub hteil durchlaufen hat t2 Beginn der zweiten Ansteuerphase t3 Zeit, nach welcher der Anker 7 den Resthub hrest durchlaufen hat Ihaltl Haltestrom der ersten Ansteuerphase Ihalt2 Haltestrom der zweiten Ansteuerphase Imax Maximalstromstärke Qteil Brennstoffvolumenstrom bei hteil Qmax maximaler Brennstoffvolumenstrom bei hges- Fig. 2A stellt den Verlauf des Erregerstroms I als Funktion der Zeit t-dar. Wird der Erregerstrom I eingeschaltet, baut sich in der Magnetspule 2 ein Magnetfeld auf und zieht den Anker 7 mit der Ventilnadel 10 an den Kern 4. Der Erregerstrom I steigt zunächst auf einen Maximalwert Imax an, um dann auf einen ersten Haltestrom Ihalt abzusinken.

Dieser ist hoch genug, um den Ventilnadelanschlag 16 an dem Anschlagkörper 18 zu halten, aber nicht ausreichend, den Anker 7 mit der Ventilnadel 10 gegen die Kraft der zweiten Rückstellfeder 19 weiter in Hubrichtung zu bewegen. Das Brennstoffeinspritzventil 1 befindet sich somit in der

ersten Schaltstellung und ermöglicht durch den kleinen Öffnungsquerschnitt die Zumessung einer kleinen Brennstoffmenge.

Wird der Erregerstrom I zum Schalten in die zweite Schaltstellung auf den Maximalwert Imax erhöht, wird der Anker 7 mit der Ventilnadel 10 gegen die Gesamtfederkraft der ersten Rückstellfeder 8 und der zweiten Rückstellfeder 19 zum Kern 4 gezogen. Vom Maximalwert Imax sinkt der Erregerstrom I auf einen zweiten Haltestrom Ihalt2 ab, welcher hoch genug ist, den Anker 7 am Kern 4 zu halten.

Fig. 2B zeigt den Hub h als Funktion der Zeit t. Zur Zeit to ist das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen, die Magnetspule. 2 wird bestromt. Durch den nicht instantan erfolgenden Aufbau des Magnetfeldes verbleibt der Anker 7 während einer kurzen Phase, in welcher das Magnetfeld noch zu schwach ist, in Ruhestellung. Dann wird der Anker 7 in Richtung Kern 4 gezogen. Zur Zeit tl hat der Anker 7 entgegen der Federkraft der ersten Rückstellfeder 8 den Teilhub hteil durchlaufen und der Ventilnadelanschlag 16 schlägt an dem durch die zweite Rückstellfeder 19 beaufschlagten Anschlagkörper 18 an. In dieser ersten Schaltstellung verbleibt der Anker 7, wenn die Stromstärke I nicht weiter erhöht wird.

Bei weiterem Bestromen der Magnetspule 2 wiederholt sich der Vorgang, und der Anker 7 durchläuft den Resthub hrest bis zum Gesamthub hges gegen die Gesamtfederkraft der ersten Rückstellfeder 8 und der zweiten Rückstellfeder 19. Der Anker 7 wird durch den zweiten Haltestrom Ihalt2 am Kern 4 gehalten, wodurch das Brennstoffeinspritzventil 1 in der zweiten Schaltstellung verbleibt. Durch den größeren Öffnungsquerschnitt kann eine größere Brennstoffmenge zugemessen werden.

Fig. 2C zeigt den Volumenstrom Q des Brennstoffs durch das Brennstoffeinspritzventil 1 als Funktion des Hubs h. Während der ersten Ansteuerphase nimmt der Volumenstrom Q durch das

Brennstoffeinspritzventil 1 kontinuierlich zu, da der Öffnungsquerschnitt durch den von der Ventilsitzfläche 12 abhebenden Ventilschließkörper 11 zunimmt, bis bei der ersten Schaltstellung mit dem Hub hteil ein Volumenstrom Qteil erreicht ist. Wird der Anker 7 durch ein anwachsendes Magnetfeld weiter gegen die Gesamtfederkraft der ersten Rückstellfeder 8 und der zweiten Rückstellfeder 19 an den Kern 4 gezogen, steigt der durchflossene Querschnitt und damit der Volumenstrom Q weiter an, bis beim Anschlag des Ankers 7 am Kern 4 ein Maximalwert Qmax erreicht ist. Wird das Brennstoffeinspritzventil 1 in der ersten oder zweiten Schaltstellung gehalten, fließt pro Zeiteinheit jeweils ein konstanter Volumenstrom durch das Brennstoffeinspritzventil 1.

Bei Brennstoffeinspritzventilen 1 mit Drallaufbereitung wird ein hydrodynamisch optimiertes Strahlbild angestrebt. Da das Strahlbild eines Brennstoffeinspritzventils 1 vom Hub abhängig ist, kann das Brennstoffeinspritzventil 1 in den zwei Schaltstellungen unterschiedliche Strahlbilder erzeugen, die den Brennstoff z. B. unter verschiedenen Winkeln in den Brennraum einspritzen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1, insbesondere bei nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventilen 1, realisierbar.