DE10122241A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), in dem in einer Bohrung (3) eine kolbenförmige äußere Ventilnadel (10) längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung (3) ausgebildeten Ventilsitz (13) zur Steuerung wenigstens einer Einspritzöffnung (7) zusammenwirkt. Im Gehäuse (1) ist ein Steuerraum (24) ausgebildet, wobei der Druck im Steuerraum (24) durch ein Ventil (33) regelbar ist und durch den Druck im Steuerraum (24) wenigstens mittelbar eine Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes (13) auf die äußere Ventilnadel (10) ausgebübt. An der äußeren Ventilnadel (10) ist wenigstens eine Druckfläche (9; 101) ausgebildet, die durch den Druck in einem zwischen der äußeren Ventilnadel (10) und der Wand der Bohrung (3) ausgebildeten und bis zum Ventilsitz (13) reichenden Druckraum (5) beaufschlagt ist, so daß sich eine der Schließkraft entgegengerichtete Öffnungskraft auf die äußere Ventilnadel (10) ergibt. In der äußeren Ventilnadel (10) eine innere Ventilnadel (12) geführt, die wenigstens eine zusätzliche Einspritzöffnung (7) am Ventilsitz (13) steuert und die vom Druck im Steuerraum (24) zumindest mittelbar in Richtung des Ventilsitzes (13) beaufschlagt wird (Fig. 1).

Description

Stand der Technik

Zur Senkung der Emissionen und zur Steigerung des Wirkungs­ grads von Brennkraftmaschinen mit direkter Kraftstoffein­ spritzung ist es ein Ziel, den Kraftstoff möglichst fein zerstäubt in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzu­ spritzen. Hierzu wird zum einen der Einspritzdruck erhöht, mit dem der Kraftstoff durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird. Zum anderen wird die Anzahl der Spritzlö­ cher des Kraftstoffeinspritzventils erhöht, so daß der Durchmesser der einzelnen Spritzlöcher gesenkt werden kann. Das Ziel dieser Maßnahme ist es, die Strahlenenergie bei Einspritzstrahlen zu erhöhen bei gleichzeitiger Verringerung des Tropfendurchmessers. Sollen sehr kleine Mengen gefördert werden, so werden bei hohen Drücken am Kraftstoffeinspritz­ ventil die Einspritzzeiten sehr kurz. Dies hat einen hefti­ gen Verbrennungsverlauf mit entsprechend großer Geräuschent­ wicklung zur Folge.

Beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 470 348 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit variablem Ein­ spritzquerschnitt bekannt, bei dem zwei Reihen von Ein­ spritzöffnungen ausgebildet sind. Diese Einspritzöffnungen werden von einer inneren Ventilnadel und einer die Ventilna­ del umgebenden Hülse gesteuert, wobei sowohl die Hülse als auch die Innennadel von Schließfedern beaufschlagt sind, die diese in Anlage an einen Ventilsitz drücken, wodurch die Einspritzöffnungen verschlossen werden. Wird Kraftstoff un­ ter hohem Druck in entsprechende Druckräume eingebracht, so werden die Hülse und die Innennadel vom Kraftstoffdruck in diesen Druckräumen beaufschlagt. Je nach Druck des einge­ führten Kraftstoffs hebt nur die Innennadel vom Ventilsitz ab und gibt die erste Reihe von Einspritzöffnungen frei oder es heben sukzessiv die Innennadel und die Hülse vom Ventil­ sitz ab, so daß beide Reihen von Einspritzöffnungen nachein­ ander aufgesteuert werden. Das Öffnen der Innennadel bzw. der Hülse erfolgt also druckgesteuert, so daß das sukzessive Aufsteuern von Innennadel und äußerer Hülse durch eine ge­ schickte Auslegung der Druckflächen und der Kraft der Schließfedern erreicht wird.

Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, bei denen eine Ventilna­ del eine Druckfläche aufweist, die ständig mit Kraftstoff unter hohem Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird. Die Gegenkraft wird nicht durch eine Schließfeder erzeugt, son­ dern hydraulisch durch einen Ventilkolben, der auf die Ven­ tilnadel wirkt und der durch den Kraftstoffdruck in einem Steuerraum wiederum eine Schließkraft auf die Ventilnadel ausübt. Als Beispiel sei hier die Schrift DE 198 27 267 A1 genannt. Durch Veränderung des Kraftstoffdrucks im Steuer­ raum ändert sich die Schließkraft auf die Ventilnadel, so daß diese durch die hydraulische Kraft auf die Druckfläche bewegt wird. Solche hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzsyste­ me werden in vielen modernen Brennkraftmaschinen eingesetzt, insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen in Per­ sonenkraftwagen.

Eine Verbindung beider Systeme, also des variablen Ein­ spritzquerschnitts und des hubgesteuerten Einspritzsystems, wäre für eine weitere Optimierung des Verbrennungsprozesses besonders vorteilhaft. Bisher war dies jedoch nicht ohne großen Aufwand möglich, den variablen Einspritzquerschnitt ohne weiteres auf die hubgesteuerten Systeme zu übertragen. Hierzu sind komplizierte Dichtkanten oder zusätzliche Steu­ erventile nötig, die aufwendig zu fertigen und kosteninten­ siv sind.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegen­ über den Vorteil auf, daß mit einem hubgesteuerten Ein­ spritzsystem zwei Reihen von Einspritzöffnungen sukzessiv aufsteuerbar sind und so eine Einspritzverlaufsformung mög­ lich ist, ohne daß zusätzliche Steuerkanten oder Steuerven­ tile nötig sind. In der äußeren Ventilnadel ist eine innere Ventilnadel geführt, wobei sowohl die äußere Ventilnadel als auch die innere Ventilnadel wenigstens eine Einspritzöffnung steuert. Im Kraftstoffeinspritzventil ist ein kraftstoffge­ füllter Steuerraum ausgebildet, durch dessen Druck die Ven­ tilnadeln zumindest mittelbar in Richtung des Ventilsitzes beaufschlagt werden. Wird der Druck im Steuerraum verändert, so verändert sich auch die Schließkraft durch die Ventilna­ deln, so daß eine Ansteuerung der Einspritzöffnungen möglich ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird durch die Öffnungshubbewegung der äußeren Ventilnadel eine Drosselverbindung gebildet, so daß die innere Ventilnadel nicht mehr vom Druck im Steuerraum beaufschlagt wird. Hier­ durch wird die Schließkraft auf die innere Ventilnadel in einfacher Weise reduziert, ohne daß eine Steuerkante oder ein weiteres Ventil notwendig wäre.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die äußere Ventil­ nadel mit einer äußeren Kolbenstange verbunden, deren Stirn­ fläche vom Druck im Steuerraum beaufschlagt ist und dadurch die Schließkraft auf das Ventilglied erzeugt. Hierdurch las­ sen sich die Funktion der Ventilnadel und der druckbeauf­ schlagten Kolbenstange in vorteilhafter Weise voneinander trennen und so jeweils optimal gestalten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Dros­ selverbindung zwischen der Stirnseite der Kolbenstange und einer ortsfesten Grundfläche gebildet, so daß in einfacher und damit gut zu fertigenden Weise die Drosselverbindung ausgebildet werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist auch die innere Ventilnadel mit einer inneren Kolbenstange verbunden, deren Stirnseite ebenfalls vom Druck im Druckraum beauf­ schlagt ist und so die Schließkraft auf die innere Ventilna­ del erzeugt. Dadurch läßt sich auch hier die Funktion von Ventilnadel und Kolbenstange trennen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die innere Kolbenstange in der äußeren Kolbenstange geführt, so daß beide Kolbenstangen koaxial zueinander angeordnet sind. Hierdurch läßt sich die Verbindung der äußeren Kolbenstange zur äußeren Ventilnadel und der inneren Ventilnadel zur in­ neren Kolbenstange in vorteilhafter Weise einfach realisie­ ren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kommt die in­ nere Kolbenstange bei der Öffnungshubbewegung der inneren Ventilnadel an einer an der Innenseite der äußeren Kolben­ stange ausgebildeten Anschlagfläche zur Anlage. Hierdurch wird der Hubanschlag der inneren Ventilnadel in einfacher Art und Weise realisiert, ohne daß ein Hubanschlag am Gehäu­ se des Kraftstoffeinspritzventils ausgebildet sein muß.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die äu­ ßere Kolbenstange an ihrem brennraumabgewandten Ende einen nach innen kragenden Bereich auf. Hierdurch wird durch die äußere Ventilnadel, den nach innen kragenden Bereich und die innere Ventilnadel ein innerer Steuerraum begrenzt, der mit dem Steuerraum verbunden, wobei die Verbindung in Form einer Verbindungsbohrung ausgebildet ist. Hierdurch läßt sich der Druckausgleich zwischen dem Steuerraum und dem inneren Steu­ erraum und damit die Schließkraft auf die innere Ventilnadel bei der Öffnungshubbewegung durch Gestaltung der Verbin­ dungsbohrung abstimmen, so daß ein definiertes sukzessives Öffnen von äußerer Ventilnadel und innerer Ventilnadel stattfindet und damit die gewünschte Einspritzverlaufsfor­ mung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die innere Ventilnadel eine Druckfläche auf, die erst nachdem die äußere Ventilnadel vom Ventilsitz abgehoben hat vom Druck im Druckraum beaufschlagt wird. Hierdurch ergibt sich nur dann eine Öffnungskraft auf die innere Ventilnadel, wenn eine Einspritzung erfolgen soll. Dadurch wirkt zwischen den Einspritzungen keine Öffnungskraft auf die innere Ven­ tilnadel und diese verschließt die ihr zugeordneten Ein­ spritzöffnungen stets sicher.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Druck im Steuerraum durch eine durch ein Ventil steuerbare Verbindung mit einem Leckölraum eingestellt. So ist nur dieses eine 2/2-Ventil für die Drucksteuerung not­ wendig, da die Zulaufdrossel unverändert bleibt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verschließt die äußere Kolbenstange bei der Öffnungshubbewe­ gung der äußeren Ventilnadel die Zulaufdrossel zumindest teilweise. Hierdurch kommt es zu einer weiteren Absenkung des Drucks im Steuerraum, so daß die Schließkraft auf die innere Ventilnadel weiter abnimmt. Durch eine entsprechende Auslegung der öffnenden Kräfte auf die Ventilnadeln läßt sich erreichen, daß die innere Ventilnadel erst nachdem die äußere Ventilnadel die Zulaufdrossel verschlossen hat, eine Öffnungshubbewegung ausführt und so die Einspritzöffnungen sukzessiv aufgesteuert werden. Auf diese Weise ist die Ein­ spritzrate zu Beginn der Einspritzung kleiner als während der Haupteinspritzung, bei der sämtliche Einspritzöffnungen freigegeben sind, so daß eine Einspritzverlaufsformung er­ reicht wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen­ standes der Erfindung sind der Beschreibung der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiele des erfin­ dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,

Fig. 2 eine Vergrößerung von Fig. 1 im mit II bezeich­ neten Bereich,

Fig. 3 eine Vergrößerung von Fig. 1 im mit III bezeich­ neten Bereich,

Fig. 4 den gleichen Ausschnitt wie Fig. 3, wobei die äußere Kolbenstange in einer anderen Schaltstellung ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfaßt ein Gehäuse 1, das mehrtei­ lig aufgebaut sein kann. Das Gehäuse 1 weist an seinem brennraumseitigen Endbereich eine Bohrung 3 auf, in der eine kolbenförmige äußere Ventilnadel 10 angeordnet ist. Die äu­ ßere Ventilnadel 10 wird in einem brennraumabgewandten Ab­ schnitt in der Bohrung 3 dichtend geführt und verjüngt sich unter Bildung einer Druckschulter 9 dem Brennraum zu. Am brennraumseitigen Ende geht die äußere Ventilnadel 10 in ei­ ne konische Druckfläche 101 und schließlich in eine eben­ falls konische Ventildichtfläche 11 über, wobei die Dicht­ fläche 11 in Schließstellung der äußeren Ventilnadel 10 an einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung 3 ausgebildeten Ventilsitz 13 zur Anlage kommt. In Fig. 2 ist eine vergrö­ ßerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts von Fig. 1 im Bereich des Ventilsitzes 13 dargestellt. Durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 3 ist auf Höhe der Druckschulter 9 ein Druckraum 5 im Gehäuse 1 ausgebildet, der sich als ein die äußere Ventilnadel 10 umgebender Ring­ kanal bis zum Ventilsitz 13 fortsetzt. Im Ventilsitz 13 sind mehrere Einspritzöffnungen 7 ausgebildet, die in einer er­ sten Einspritzöffnungsreihe 107 und in einer axial dazu ver­ setzt angeordneten zweiten Einspritzöffnungsreihe 207 ange­ ordnet sind. Bei Anlage der äußeren Ventilnadel 10 am Ven­ tilsitz 13 verschließt diese alle Einspritzöffnungen 7 gegen den Druckraum 5, so daß aus diesem kein Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen 7 gelangen kann.

In der äußeren Ventilnadel 10 ist eine innere Ventilnadel 12 angeordnet, die kolbenförmig ausgebildet ist und die an ih­ rem brennraumseitigen Ende eine konische Druckfläche 112 und eine Ventildichtfläche 14 aufweist. Kommt die innere Ventil­ nadel 12 am Ventilsitz 13 zur Anlage, so berührt die Ventil­ dichtfläche 14 den Ventilsitz 13 zwischen der ersten Ein­ spritzöffnungsreihe 107 und der zweiten Einspritzöffnungs­ reihe 207. Durch das Zusammenspiel der äußeren Ventilnadel 10 und der innerer Ventilnadel 12 lassen sich die Einspritz­ öffnungsreihen 107, 207 mit dem Druckraum 5 verbinden. Liegt die äußere Ventilnadel 10 mit der Ventildichtfläche 11 am Ventilsitz 13 an, so werden beide Einspritzöffnungsreihen 107, 207 gegen den Druckraum 5 verschlossen. Hebt nur die äußere Ventilnadel 10 vom Ventilsitz 13 ab, während die in­ nere Ventilnadel 12 mit der Ventildichtfläche 14 am Ventil­ sitz 13 anliegt, so wird nur die erste Einspritzöffnungsrei­ he 107 mit dem Druckraum 5 verbunden, während die zweite Einspritzöffnungsreihe 207 durch die innere Ventilnadel 12 verschlossen bleibt. Erst wenn auch die innere Ventilnadel 12 vom Ventilsitz 13 abhebt, wird die zweite Einspritzöff­ nungsreihe 207 mit dem Druckraum 5 verbunden.

Über einen im Gehäuse 1 verlaufenden Zulaufkanal 15 ist der Druckraum 5 mit einem Hochdruckanschluß 17 verbunden, der mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoff­ hochdruckquelle verbunden ist. Die Kraftstoffhochdruckquelle liefert hierbei bei Betrieb der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Kraftstoffhochdruck, so daß im Zulaufkanal 15 und somit auch im Druckraum 5 stets dieser Kraftstoffdruck herrscht und einen Kraftstoffhochdruckbereich bildet.

Brennraumabgewandt zur Bohrung 3 ist im Gehäuse 1 eine als Sackbohrung ausgeführte Kolbenbohrung 18 ausgebildet, die eine Grundfläche 19 aufweist. In der Kolbenbohrung 18 ist eine äußere Kolbenstange 20 längsverschiebbar angeordnet, die mit ihrer dem Brennraum zugewandten Stirnseite an der äußeren Ventilnadel 10 anliegt und die mit ihrer brennraum­ abgewandten Stirnseite 21 einen am Ende der Kolbenbohrung 18 ausgebildeten Steuerraum 24 begrenzt. Durch eine radiale Er­ weiterung der Kolbenbohrung 18 ist am brennraumseitigen End­ bereich der Kolbenstange 20 ein Federraum 8 im Gehäuse 1 ausgebildet, in dem eine Feder 42 unter Druckvorspannung an­ geordnet ist. Die Feder 42 stützt sich am brennraumabgewand­ ten Ende ortsfest ab und liegt an ihrem brennraumzugewandten Ende an einem Federteller 44 an, der mit der äußeren Kolben­ stange 20 verbunden ist, so daß die Feder 42 eine Kraft in Richtung auf den Ventilsitz 13 auf die äußere Kolbenstange 20 und damit auch auf die äußere Ventilnadel 10 ausübt.

In der äußeren Kolbenstange 20 ist eine innere Kolbenstange 22 angeordnet, die in der äußeren Kolbenstange 20 längsver­ schiebbar ist. An ihrem brennraumzugewandten Ende liegt die innere Kolbenstange 22 an der inneren Ventilnadel 12 an, so daß sich die innere Kolbenstange 22 und die innere Ventilna­ del 12 synchron bewegen. Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des Steuerraums 24. Der Steuerraum 24 wird von der Grundfläche 19, der Wand der Kolbenbohrung 18 und der Stirnseite 21 der äußeren Kolbenstange 20 begrenzt. Die äußere Kolbenstange 20 weist an ihrem brennraumabgewand­ ten Ende einen nach innen kragenden Bereich 27 auf, so daß durch die äußere Kolbenstange 20 und die brennraumabgewandte Stirnseite 31 der inneren Kolbenstange 22 ein innerer Steu­ erraum 29 begrenzt wird, der über eine Verbindungsbohrung 28 in der äußeren Kolbenstange 20 mit dem Steuerraum 24 verbun­ den ist. Im Inneren der äußeren Kolbenstange 20 ist eine An­ schlagfläche 23 ausgebildet, die die Längsbewegung der inne­ ren Kolbenstange 22 begrenzt. In Schließstellung des Kraft­ stoffeinspritzventils, also wenn sowohl die innere Ventilna­ del 12 als auch die äußere Ventilnadel 10 am Ventilsitz 13 anliegen, verbleibt ein axialer Abstand zwischen der An­ schlagfläche 23 und der brennraumabgewandten Stirnseite 31 der inneren Kolbenstange 22.

Der Steuerraum 24 ist über eine Zulaufdrossel 25 mit dem Zu­ laufkanal 15 verbunden. Darüber hinaus ist der Steuerraum 24 über eine Ablaufdrossel 25 mit einem im Gehäuse 1 ausgebil­ deten Leckölraum 30 verbunden. Im Leckölraum 30 ist ein längsbeweglicher Magnetanker 34 angeordnet, der an seinem dem Steuerraum 24 zugewandten Ende eine Dichtkugel 32 auf­ weist. Der Magnetanker 34 wird durch eine Schließfeder 38 beaufschlagt, die den Magnetanker 34 in Richtung des Steuer­ raums 24 drückt. Weiter ist im Leckölraum 30 ein Elektroma­ gnet 36 angeordnet, der bei geeigneter Bestromung eine an­ ziehende Kraft auf den Magnetanker 34 ausübt und ihn vom Steuerraum 24 entgegen der Kraft der Schließfeder 38 wegbe­ wegt. Ist der Elektromagnet 36 nicht bestromt, so wird der Magnetanker 34 von der Schließfeder 38 in Richtung des Steu­ erraums 24 gedrückt, und die Dichtkugel 32 verschließt die Ablaufdrossel 26. Bei Bestromung des Elektromagneten 36 wird der Magnetanker 34 vom Steuerraum 24 wegbewegt und die Dichtkugel 32 gibt die Ablaufdrossel 26 frei. In dieser Stellung kann Kraftstoff aus dem Steuerraum 24 in den Leckölraum 30 über die Ablaufdrossel 26 abfließen. Der Ma­ gentanker 34, die Dichtkugel 32 und der Elektromagnet 36 bilden so ein Ventil 33.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzven­ tils, also wenn kein Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 7 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, verschließt die Dichtkugel 32 die Ablaufdrossel 26. Durch die Zulaufdrossel 25 herrscht im Steuerraum 24 der gleiche Kraftstoffdruck wie im Zulaufkanal 15. Hierdurch ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Stirnseite 21 der äußeren Kolbenstange 20 und auf die Stirnseite 31 der inneren Kol­ benstange 22, die diese auf die äußere Ventilnadel 10 bzw. der innere Ventilnadel 12 übertragen, so daß die Ventilna­ deln 10,12 in Anlage am Ventilsitz 13 gedrückt werden und die Einspritzöffnungen 7 verschließen. Das Größenverhältnis der Stirnseite 21 zu der Druckschulter 9 bzw. der Druckflä­ che 101 der äußeren Ventilnadel 10 ist so ausgelegt, daß in diesem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils die hydrauli­ sche Kraft auf die Stirnseite 21 der äußeren Kolbenstange 20 überwiegt. Soll eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum geschehen, so wird der Elektromagnet 36 bestromt, wodurch sich der Magnetanker 34 und damit auch die Dichtku­ gel 32 von der Ablaufdrossel 26 wegbewegen und über die Ab­ laufdrossel 26 den Steuerraum 24 mit dem Leckölraum 30 ver­ binden. Die Durchflußwiderstände von Zulaufdrossel 25 und Ablaufdrossel 26 sind so ausgelegt, daß der Kraftstoffdruck hierdurch im Steuerraum 24 abfällt, und zwar so weit, daß die äußere Ventilnadel 10 durch die Druckfläche 101 und die Druckschulter 9 eine größere hydraulische Kraft erfährt als die jetzt noch auf die Stirnseite 21 der äußeren Kolbenstan­ ge 20 wirkende hydraulische Kraft im Steuerraum 24.

Sobald die äußere Ventilnadel 10 vom Ventilsitz 13 abhebt gibt sie die erste Einspritzöffnungsreihe 107 frei, durch die jetzt Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Dadurch wird nun auch die Druckfläche 112 der inneren Ventilnadel 12 vom Kraftstoffdruck des Druck­ raums 5 beaufschlagt, so daß die innere Ventilnadel 12 eine Öffnungskraft erfährt. Der verbleibende Kraftstoffdruck im Steuerraum 24 ist jedoch so hoch, daß die hydraulische Kraft auf die Stirnseite 31 der inneren Kolbenstange 22 weiterhin ausreicht, die innere Ventilnadel 12 entgegen der Öffnungs­ kraft in Schließstellung zu halten. Im Zuge der Öffnungshub­ bewegung kommt die äußere Kolbenstange 20 schließlich an der Grundfläche 19 zur Anlage, wodurch der Steuerraum 24 durch eine zusätzliche Drosselstelle 45, die sich zwischen der Stirnseite 21 der äußeren Kolbenstange 20 und der Grundflä­ che 19 bildet, weitgehend gegen die Ablaufdrossel 26 ver­ schlossen wird. Diese Stellung der äußeren Kolbenstange 20 ist in der Fig. 4 dargestellt. Hierdurch wird der weitere Zufluß von Kraftstoff aus dem Steuerraum 24 zur Ablaufdros­ sel 26 vermindert, und der Druck im inneren Steuerraum 29 fällt weiter ab. Aufgrund des jetzt niedrigeren hydrauli­ schen Drucks im inneren Steuerraum 29 bewegt sich, getrieben durch die hydraulische Kraft auf die Druckfläche 112, auch die innere Ventilnadel 12 und damit auch die innere Kolben­ stange 22 vom Ventilsitz 13 weg, so daß die zweite Ein­ spritzöffnungsreihe 207 aufgesteuert wird. Die innere Kol­ benstange 22 bewegt sich dabei in axialer Richtung, bis sie an der Anschlagfläche 23 der äußeren Kolbenstange 20 zur An­ lage kommt. Durch das sukzessive Aufsteuern der beiden Ein­ spritzöffnungsreihen 107 und 207 erreicht man so eine Ein­ spritzverlaufsformung, bei der zu Beginn der Einspritzung zwar mit vollem Druck, jedoch nur durch ein Teil der Ein­ spritzöffnungen 7 Kraftstoff in den Brennraum der Brenn­ kraftmaschine eingespritzt wird, während bei der Hauptein­ spritzung durch sämtliche Einspritzöffnungen 7 beider Ein­ spritzöffnungsreihen 107 und 207 eingespritzt wird und damit auch mit einer höheren Einspritzrate. Um den Einspritzvor­ gang zu beenden, wird die Bestromung des Elektromagneten 36 beendet und angetrieben durch die Schließfeder 38 verschließt die Dichtkugel 32 am Magnetanker 34 die Ablauf­ drossel 26, so daß sich durch den durch die Zulaufdrossel 25 nachströmenden Kraftstoff erneut der Kraftstoffdruck des Zu­ laufkanals 15 im Steuerraum 24 aufbaut und sowohl die äußere Kolbenstange 20 als auch die innere Kolbenstange 22 in Rich­ tung des Ventilsitzes 13 drückt, so daß die innere Ventilna­ del 12 und die äußere Ventilnadel 10 zurück in die Schließ­ stellung bewegt werden.

Es kann auch vorgesehen sein, nur durch die erste Ein­ spritzöffnungsreihe 107 Kraftstoff einzuspritzen. Hierzu wird das Ventil 33, das durch den Elektromagneten 34, den Magnetanker 34 und die Dichtkugel 32 gebildet wird, wieder geschlossen, ehe der Kraftstoffdruck im Steuerraum 24 so weit abgesunken ist, daß sich die innere Ventilnadel 12 öff­ net. Die Ablaufdrossel 26 ist dann bereits wieder geschlos­ sen ehe die die äußere Kolbenstange 20 mit der Stirnfläche 21 an der Grundfläche 19 der Kolbenbohrung 18 zur Anlage kommt. Hierdurch ergibt sich zwischen der Stirnfläche 21 und der Grundfläche 19 ein hydraulisches Polster, das die Öff­ nungsbewegung der äußeren Kolbenstange 20 dämpft und einen Druckabfall im Steuerraum 24 verhindert, so daß die innere Kolbenstange 22 stets eine ausreichende Schließkraft auf die innere Ventilnadel 12 ausübt.

Es kann auch vorgesehen sein, daß die äußere Kolbenstange 20 bei der Öffnungshubbewegung der äußeren Ventilnadel 10 die Zulaufdrossel 25 teilweise überdeckt, so daß der Querschnitt der Zulaufdrossel 25 reduziert wird, diese aber nicht völlig verschlossen wird. Dies kann beispielsweise durch einen ver­ bleibenden Ringspalt zwischen der äußeren Kolbenstange 20 und der Wand der Kolbenbohrung 18 realisiert werden. Die Verbindung des Steuerraum 24 mit der Ablaufdrossel 26 wird beispielsweise durch in radialer Richtung verlaufende Nuten an der Stirnseite 21 der äußeren Kolbenstange 20 sicherge­ stellt. Hierdurch ist der Kraftstoffzufluß durch die Zulauf­ drossel 25 in den Steuerraum 24 deutlich verringert, so daß der Kraftstoffdruck im Steuerraum 24 und, über die Verbin­ dungsbohrung 28, auch im inneren Steuerraum 29 weiter ab­ fällt und die innere Kolbenstange 22 und damit die innere Ventilnadel 12 in der oben beschriebenen Weise öffnet.

Claims (12)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei­ nem Gehäuse (1), in dem in einer Bohrung (3) eine kolben­ förmige äußere Ventilnadel (10) längsverschiebbar ange­ ordnet ist, die mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung (3) ausgebildeten Ventilsitz (13) zur Steuerung wenigstens einer Einspritzöffnung (7) zusammenwirkt, und mit einem im Gehäuse (1) ausgebildeten Steuerraum (24), wobei der Druck im Steuerraum (24) durch ein Ventil (33) regelbar ist und wobei durch den Druck im Steuerraum (24) wenigstens mittelbar eine Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes (13) auf die äußere Ventilnadel (10) ausge­ übt wird, und mit wenigstens einer an der äußeren Ventil­ nadel (10) ausgebildeten Druckfläche (9; 101), die durch den Druck in einem zwischen der äußeren Ventilnadel (10) und der Wand der Bohrung (3) ausgebildeten und bis zum Ventilsitz (13) reichenden Druckraum (5) beaufschlagt ist, so daß sich eine der Schließkraft entgegengerichtete Öffnungskraft auf die äußere Ventilnadel (10) ergibt, da­ durch gekennzeichnet, daß in der äußeren Ventilnadel (10) eine innere Ventilnadel (12) geführt ist, die wenigstens eine zusätzliche Einspritzöffnung (7) am Ventilsitz (13) steuert und die vom Druck im Steuerraum (24) zumindest mittelbar in Richtung des Ventilsitzes (13) beaufschlagt wird.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch die Öffnungshubbewegung der äuße­ ren Ventilnadel (10) eine Drosselverbindung (45) gebildet wird, so daß die innere Ventilnadel (12) nicht mehr we­ nigstens mittelbar vom Druck im Steuerraum (24) beauf­ schlagt ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die äußere Ventilnadel (10) mit einer äußeren Kolbenstange (20) verbunden ist, die sich syn­ chron mit der äußeren Ventilnadel (10) bewegt und die ei­ ne der äußeren Ventilnadel (10) abgewandte Stirnfläche (21) aufweist, welche vom Druck im Steuerraum (24) beauf­ schlagt ist und so die Schließkraft auf die äußere Ven­ tilnadel (10) erzeugt.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drosselverbindung (45) zwischen der Stirnseite (21) der äußeren Kolbenstange (20) und einer ortsfesten Grundfläche (19) gebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Ventilnadel (12) mit einer inneren Kolbenstange (22) verbunden ist, welche sich syn­ chron mit der inneren Ventilnadel (12) bewegt und welche eine Stirnfläche (31) aufweist, die vom Druck im Steuer­ raum (24) in Schließrichtung der inneren Ventilnadel (12) beaufschlagt ist und so die Schließkraft auf die innere Ventilnadel (12) erzeugt.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die äußere Kolbenstange (20) als Hülse ausgebildet ist und die innere Kolbenstange (22) in der äußeren Kolbenstange (20) geführt ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Kolbenstange (22) bei der durch die Öffnungskraft auf eine Druckfläche (112) der inneren Ventilnadel (12) bewirkten Öffnungsbewegung an einer an der Innenseite der äußeren Kolbenstange (20) ausgebildeten Hubanschlagfläche (23) zur Anlage kommt.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am brennraumabgewandten Ende der äuße­ ren Kolbenstange (20) ein nach innen kragender Bereich (27) ausgebildet ist, so daß durch die Innenseite der äu­ ßeren Kolbenstange (20), den nach innen kragenden Bereich (27) und die Stirnseite (21) der inneren Kolbenstange (22) ein innerer Steuerraum (29) begrenzt wird, der nur durch eine Verbindungsbohrung (28) in der äußeren Kolben­ stange (20) mit dem Steuerraum (24) verbunden ist.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Ventilnadel (12) eine Druck­ fläche (112) aufweist, die erst nach dem Abheben der äu­ ßeren Ventilnadel (10) vom Ventilsitz (13) vom Druck im Druckraum (5) beaufschlagt wird, so daß sich eine Öff­ nungskraft auf innere Ventilnadel (12) ergibt.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerraum (24) über eine Zulauf­ drossel (25) mit einem Kraftstoffhochdruckbereich verbun­ den ist und über eine Ablaufdrossel (26) mit einem Leckölraum (30), in dem ein niedrigerer Kraftstoffdruck herrscht als im Kraftstoffhochdruckbereich, wobei die Ab­ laufdrossel (26) durch ein Ventil (33) verschlossen wer­ den kann.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die äußere Kolbenstange (20) bei der Öffnungsbewegung der äußeren Ventilnadel (10) die Zulauf­ drossel (25) teilweise verschließt und so einen reduzier­ ten Zulaufquerschnitt vom Kraftstoffhochdruckbereich in den Steuerraum (24) einstellt.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Ventilsitz (13) eine erste Ein­ spritzöffnungsreihe (107) und eine dazu in axialer Rich­ tung versetzt angeordnete zweite Einspritzöffnungsreihe (207) ausgebildet ist, wobei die zweite Einspritzöff­ nungsreihe (207) durch die innere Ventilnadel (12) gegen den Druckraum (5) verschließbar ist, während die äußere Ventilnadel (10) sowohl die zweite Einspritzöffnungsreihe (207) als auch die erste Einspritzöffnungsreihe (107) ge­ gen den Druckraum (5) verschließen kann.