Die Verwendung von derartigen Steuerventilen weist je- doch den Nachteil auf, daß zur Freigabe und Überdeckung von Zu-und Abführungen für den unter Hochdruck stehen- den Kraftstoff Steuerkanten vorgesehen werden, die üb- licherweise kleine Überdeckungen aufweisen, welche wie- derum zu großen Leckageströmen in dem Steuerventil füh- ren. Damit kann nur ein unzureichend gleichmäßiger Öff- nungsdruck in dem Steuerventil eingestellt werden.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist dazu übergegangen worden, Einsitzventile und insbesondere Doppelsitzven- tile einzusetzen, welche gegenüber Schieberventilen den Vorteil aufweisen, daß die Hublänge deutlich vergrößert werden kann und bei denen eine hohe Dichtwirkung an den Sitzen erzielbar ist. Darüber hinaus ist in Versuchen festgestellt worden, daß die Hublänge z. B. bei einem Doppelsitzventil derart gering gewählt werden kann, daß eine direkte Ansteuerung des Ventils durch einen Aktua- tor, der beispielsweise als eine piezoelektrische Steu- ereinheit ausgebildet ist, erfolgen kann.

Derartige aus der Praxis bekannte Doppelsitzventile stellen den Öffnungsdruck für die Düse über ein hubge- steuertes System derart zur Verfügung, daß bei einer bestimmten Stellung des Ventilglieds des Steuerventils ein Düsenraum mit Hochdruck beaufschlagt wird, was zu einem Öffnen der Düse führt.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß ab Erreichen des Dü- senöffnungsdruckes die Düse nur sehr schwer wieder zu schließen ist, da die Düse in Öffnungsstellung des Ven- tilglieds permanent mit Hochdruck bzw. ihrem Öffnungs- druck beaufschlagt wird und damit nicht mehr aktiv an- steuerbar ist, um das Steuerventil zu schließen und an- schließend wieder zu öffnen, um beispielsweise eine Nacheinspritzung durchzuführen.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist den Vorteil

auf, daß sie mit einem kombinierten druck-und hubge- steuerten System ausgestattet ist, mittels dem die Düse aktiv steuerbar ist und eine Nacheinspritzung auf ein- fache Art und Weise durchführbar ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoff- einspritzvorrichtung besteht darin, daß der Druckaufbau flacher verläuft und damit langsamer ist, wodurch die Einspritzmenge geringer ist und ein verschlepptes Schließen, wie es bei einem rein druckgesteuerten Sy- stem auftritt, vermieden wird.

Erfindungsgemäß ist ab einem definierten Hubweg des Ventilglieds unter Hochdruck zugeführter Kraftstoff aus dem Steuerraum abführbar, wodurch die Düse druckgesteu- ert geöffnet wird. Bei einer Verringerung des Hubes un- terhalb dieses vordefinierten Hubes des Ventilglieds liegt in dem Steuerraum wieder Hochdruck an, da in Ab- hängigkeit des Hubweges des Ventilglieds das Schließ- element von einer den Steuerraum entlastenden und eine Einspritzung zulassenden Öffnungsstellung in eine Schließstellung bewegbar ist. Die Düse wird dann, ob- wohl der erste Ventilsitz noch geöffnet ist und in dem Düsenraum noch Hochdruck anliegt, geschlossen.

Damit wird die Einspritzung des Kraftstoffes in vor- teilhafter Weise einerseits hubgesteuert beendet, und andererseits liegt im Düsenraum nach wie vor Hochdruck für eine eventuelle sich an die Haupteinspritzung an- schließende Nacheinspritzung an.

Die Düse kann somit hubgesteuert schnell und ohne Ver- zögerung geschlossen werden, womit vorteilhafterweise auch eine Rauchbildung verhindert wird. Weiter kann mittels einer nachgelagerten Einspritzung ein Kohlen- wasserstoffanteil im Abgas der Brennkraftmaschine er- heblich reduziert werden.

Eine erwünschte zweite nachfolgende Einspritzung kann bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrich- tung durch Vergrößerung des Hubes des Ventilglieds über den vordefinierten Hubweg ausgeführt werden. Wenn daran anschließend der erste Ventilsitz mittels dem Ventil- glied wieder verschlossen wird, ist die Zufuhr von un- ter Hochdruck stehendem Kraftstoff in den Düsenraum un- terbrochen. Während die Hochdruckzuführung ab dem er- sten Ventilsitz entlastet ist, liegt im Steuerraum Hochdruck an, welcher eine geschlossene Düse gewährlei- stet.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be- schriebenen Ausführungsbeispiel.

Zeichnung In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin- dung dargestellt, welches in der nachfolgenden Be- schreibung näher erläutert wird. Dabei zeigt die einzi- ge Figur der Zeichnung eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, wobei ein Ventilglied in einer

Hochdruckzuführung zu einem Düsenraum der Kraftstoff- einspritzvorrichtung angeordnet ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt vereinfacht eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 mit einem Aktuator 2, der mit einem Ventilglied 3 in Wirkverbindung steht. Dieses Ventilglied 3 ist in einer Hochdruckzuführung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 angeordnet, die eine Hochdruck-Kraftstoffquelle 8 mit einem nicht näher dargestellten Düsenraum einer in ei- nen Brennraum einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahr- zeugs führenden Einspritzdüse verbindet. Zur Verschie- bung des Ventilglieds 3 in einem Ventilgehäuse 16 ist ein Aktuator 2 vorgesehen, mittels dem das Ventilglied 3 derart ansteuerbar ist, daß es von einem ersten Ven- tilsitz 4 abhebbar ist.

Wenn das Ventilglied 3 an dem ersten Ventilsitz 4 an- liegt, trennt es den Düsenraum von der Hochdruck- Kraftstoffquelle 8 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1. In dieser Stellung des Ventilglieds 3 liegt in dem Düsenraum kein Hochdruck an, und die Einspritzdüse ist geschlossen. Einem Steuerraum 6 wird über eine erste Hochdruckleitung 7 permanent Kraftstoff von der als Common-Rail-System 8 ausgebildeten Hochdruck-Kraft- stoffquelle unter Hochdruck zugeführt, womit ein den Steuerraum 6 begrenzendes und in diesem axial ver- schiebbar angeordnetes Betätigungselement 9 mit diesem Hochdruck beaufschlagt wird.

Das Betätigungselement 9, welches auch als Ventilnadel bezeichnet wird, erstreckt sich in den Düsenraum, wobei der Steuerraum 6 über das Betätigungselement 9 derart mit der Düse in Wirkverbindung steht, daß bei Anliegen von Hochdruck in dem Steuerraum 6 die Düse durch das Betätigungselement 9 in geschlossener Stellung gehalten wird.

Der Steuerraum 6 ist über einen Ablaufkanal 10 mit ei- ner ersten Leckageölleitung 11 verbunden, über welchen unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Steuerraum 6 abgeführt werden kann. Dieser Ablaufkanal 10 ist über ein mit einem zweiten Ventilsitz 12 zusammenwirkendes kugelförmig ausgebildetes Schließelement 13 gegen Durchfluß von Kraftstoff verschließbar.

Ein Federelement 14, welches sich mit seinem dem Schließelement 13 abgewandten Ende an dem Ventilglied 3 abstützt, übt entsprechend seiner Vorspannung über ein Zwischenteil 15 eine in Richtung des zweiten Ventilsit- zes 12 wirkende Federkraft auf das Schließelement 13 aus. Das Zwischenteil 15 ist in dem Ventilgehäuse 16 koaxial zu dem Ventilglied 3 verschiebbar geführt.

In einem Bereich zwischen einer ersten, aktuatorseiti- gen Führung 17 des Ventilglieds 3 und einer im Bereich des dem Aktuator 2 abgewandten Endes des Ventilglieds 3 vorgesehenen zweiten Führung 18 des Ventilglieds 3 ist ein Ringraum 19 der Hochdruckzuführung in dem Ventilge- häuse 16 um das Ventilglied 3 vorgesehen, in den eine zweite Hochdruckleitung 20 mündet.

An den Ringraum 19 schließt sich eine Ausnehmung 21 des Ventilglieds 3 an, wobei der Ringraum 19 und die Aus- nehmung 21 bei geschlossenem ersten Ventilsitz 4 von- einander getrennt sind und im Bereich der Ausnehmung 21 eine weitere Hochdruckleitung 22 der Hochdruckzuführung abzweigt, die zu dem Düsenraum führt.

Weiter ist das Ventilglied 3 mit einer mittigen Bohrung 23 versehen, in welcher ein dritter Ventilsitz 24 aus- gebildet ist. Letzterer ist mit einem kugelförmigen Verschlußelement 25 verschließbar. Der dritte Ventil- sitz 24 befindet sich zwischen dem zweiten Ventilsitz 12 und dem aktuatorseitigen Ende des Ventilglieds 3 und steuert eine Druckmittelverbindung von der Ausnehmung 21 zur Leckageölleitung 11. Diese Druckmittelverbindung ist hier als schräg im Ventilglied 3 verlaufender Kanal 36 ausgeführt. Zur Betätigung des Verschlußelements 25 dient ein Stößel. 37, dem ein zweites Federelement 26 entgegenwirkt. Letzteres stützt sich mit seinem dem Verschlußelement 25 abgewandten Ende am Ventilglied 3 ab.

Ein am Verschlußelement 25 anliegender Stößel 37 er- streckt sich koaxial zum Ventilglied 3 in Richtung des Steuerraums 6. Mit seinem steuerraumseitigen Ende liegt der Stößel 37 an einer tellerartigen Scheibe 38 an, welche an einer Schulter im Inneren des Ventilgehäuses 16 festgelegt ist. Die Scheibe 38 weist Durchbrüche auf, durch die hindurch sich in Richtung des Ventil- glieds 3 erstreckende Fortsätze eines Brückenglieds 40 ragen. Am Ende dieser Fortsätze stützt sich das Feder- element 14 ab. Das dazu gegenüberliegende steuerraum-

seitige Ende des Brückglieds 40 steht in Wirkverbindung mit dem Zwischenteil 15. Letzteres ist im wesentlichen zentrisch zur Längsachse des Ventilglieds 3 plaziert und leitet die Kraft des Federelements 14 an das Schließelement 13 weiter. Das Schließelement 13 wird dadurch in der dargestellten Grundstellung der Kraft- stoffeinspritzvorrichtung 1 trotz des Hochdrucks im Steuerraum 6 in Schließstellung gehalten.

Der Aktuator ist als eine piezoelektrische Steuerein- heit 2 ausgebildet und auf der dem Steuerraum 6 abge- wandten Seite des Ventilglieds 3 angeordnet. Zwischen der piezoelektrischen Steuereinheit 2 und dem Ventil- glied 3 ist eine Umkehrübersetzung 27 vorgesehen, wel- che eine erste Hydraulikkammer 28, eine zweite Hydrau- likkammer 29 und ein im Querschnitt U-förmiges, an sei- nem der piezoelektrischen Steuereinheit 2 abgewandten Ende offen ausgebildetes Stellelement 30 aufweist.

Ein plattenartig ausgebildetes Ende 31 des Ventilglieds 3 greift kolbenartig in das zwischen der piezoelektri- schen Steuereinheit 2 und dem Ventilglied 3 angeordnete Stellelement 30 ein, wobei die erste Hydraulikkammer 28 von dem Stellelement 30 und dem plattenartigen Ende 31 des Ventilglieds 3 begrenzt ist. Die zweite Hydraulik- kammer 29 ist auf der der ersten Hydraulikkammer 28 ab- gewandten Seite des plattenartigen Endes 31 vorgesehen, wobei die zweite Hydraulikkammer 29 von dem Ventilge- häuse 16, dem Stellelement 30 und dem Ventilglied 3 be- grenzt ist und als geschlossenes System ausgebildet ist.

Das Stellelement 30 weist eine in die erste Hydraulik- kammer 28 mündende Leckölbohrung 32 auf und greift mit seinem offenen Ende in die zweite Hydraulikkammer 29 derart ein, daß sich ein Abstand zwischen dem Stellele- ment 30 und dem Ventilglied 3 bzw. dem plattenartigen Ende 31 des Ventilglieds 3 bei einer Betätigung der piezoelektrischen Steuereinheit 2 verringert.

Die Betätigung der piezoelektrischen Steuereinheit 2 wird auf an sich bekannte Weise durch eine genau defi- nierte, an die piezoelektrische Keramik der piezoelek- trischen Steuereinheit 2 angelegte Spannung erzeugt und bewirkt einen der angelegten Spannung entsprechenden Hub des Ventilglieds 3.

Aus Montagegründen ist das Ventilglied 3 in der gezeig- ten Ausführung mehrteilig derart ausgebildet, daß das plattenartige Ende 31 des Ventilglieds 3 über ein bol- zenartiges Verbindungsteil 33 mit kleinerem Durchmes- ser, das in dem Ventilgehäuse 16 geführt ist, mit einem den ersten Ventilsitz 4 in nicht angesteuerten Zustand der piezoelektrischen Steuereinheit 2 verschließenden Grundkörper 35 des Ventilglieds 3 verbunden ist, wobei das Verbindungsteil 33 hier in dem Grundkörper 35 ein- geschraubt ist.

Es liegt selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes, anstatt einer Verschraubung eine andere geeignete Ver- bindungsmöglichkeit zwischen dem bolzenartigen Verbin- dungsteil 33 und dem Grundkörper 35 des Ventilglieds 3, wie beispielsweise einen Preßsitz, eine Verklebung oder ähnliches vorzusehen.

Zwischen dem aktuatorseitigen Ende des Grundkörpers 35 des Ventilglieds 3 und dem Gehäuse 16 ist ein weiteres Federelement 34 vorgesehen, entgegen dessen Federkraft das Ventilglied 3 von dem ersten Ventilsitz 4 abhebbar ist, wobei das Ventilglied 3 im nicht angesteuerten Zu- stand der piezoelektrischen Steuereinheit 2 durch das weitere Federelement 34 in Anlage an dem ersten Ventil- sitz 4 gehalten wird.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der Figur der Zeichnung arbeitet dabei in nachfolgend beschriebe- ner Art und Weise.

Im dargestellten, nicht angesteuerten Zustand der pie- zoelektrischen Steuereinheit 2 liegt das Ventilglied 3 an dem ersten Ventilsitz 4 an. Die Kraftstoffzufuhr, welche von dem Common-Rail-System 8 unter Hochdruck zu dem Düsenraum über die Hochdruckzuführung bzw. die Hochdruckleitung 20, den Ringraum 19, die Ausnehmung 21 und die weitere Hochdruckleitung 22 erfolgt, wird durch das Ventilglied 3 bei Anlage an dem ersten Ventilsitz 4 unterbrochen. Das Schließelement 13 ist aufgrund der Vorspannung des zweiten Federelementes 14 gegen den zweiten Ventilsitz 12 gedrückt, so daß der Ablaufkanal 10 von diesem gegenüber dem Steuerraum 6 abgesperrt ist. In dem Steuerraum 6 liegt über die erste Hoch- druckleitung 7, welche zwischen dem Steuerraum 6 und dem Common-Rail-System 8 eine Verbindung herstellt, Hochdruck an, der auf das Betätigungselement 9 derart wirkt, daß die Düse geschlossen ist. Der dritte Ventil-

sitz 24 ist geöffnet, da der Stößel 37 aufgrund seiner Länge das Verschlußelement 25 abhebt.

Wird an der piezoelektrischen Steuereinheit 2 eine elektrische Spannung angelegt, erfolgt eine Längenände- rung der piezoelektrischen Keramik, welche auf das Stellelement 30 übertragen wird. Das Stellelement 30, das mit seinem offenen Ende in die zweite Hydraulikkam- mer 29 eingreift, taucht zunehmend in ein in der zwei- ten Hydraulikkammer 29 vorgesehenes inkompressibles Fluid ein. Dadurch wird auf die aktuatorabgewandte Sei- te des plattenartigen Endes 31 des Ventilglieds 3 eine Kraft ausgeübt. Diese Kraft wiederum wirkt auf ein in der ersten Hydraulikkammer 28 befindliches Fluid, wel- ches über die Leckölbohrung 32 des Stellelementes 30 aus der ersten Hydraulikkammer 28 ausströmt. Damit wird das Ventilglied 3 durch eine Betätigung der piezoelek- trischen Steuereinheit 2 von dem ersten Ventilsitz 4 in Richtung der piezoelektrischen Steuereinheit 2 um einen bestimmten Verstellweg bzw. Hubweg axial in dem Ventil- gehäuse 16 verschoben, und das Ventilglied 3 hebt von dem ersten Ventilsitz 4 ab. Da durch das Abheben des Ventilglieds 3 von dem ersten Ventilsitz 4 die Verbin- dung zwischen dem Common-Rail-System 8 zu dem Düsenraum durch das Ventilglied 3 freigegeben wird, wird der Dü- senraum mit Hochdruck beaufschlagt.

Ab einem genau definierten Verstellweg bzw. Hubweg des Ventilglieds 3 ist eine Vorspannkraft des zweiten Fe- derelementes 14 derart reduziert, daß das Schließele- ment 13 aufgrund des in dem Steuerraum 6 anliegenden Hochdruckes von dem zweiten Ventilsitz 12 abgehoben

wird. Der unter Hochdruck in den Steuerraum 6 zugeführ- te Kraftstoff wird über den Ablaufkanal 10 aus dem Steuerraum 6 abgeführt und fließt über die Leckageöl- leitung 11 aus dem Gehäuse 16 ab. Damit wird der Druck in dem Steuerraum 6 reduziert und das Betätigungsele- ment 9 wird aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Düsenraum und dem Steuerraum 6 in Richtung des Steuer- raumes 6 verschoben, was ein Öffnen der Düse bewirkt.

In dieser ersten Stufe wird das Ventilglied 3 um den maximalen Hub verschoben, wobei gleichzeitig das Ver- schlußelement 25 den dritten Ventilsitz 24 schließt. In der Hochdruckleitung 22 baut sich Hochdruck auf, da die Druckmittelverbindung der Ausnehmung 21 mit der Lecköl- leitung 11 über dem dritten Ventilsitz 24 gesperrt ist.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung l bzw. die Düse sind in dieser Stellung des Ventilglieds aufgrund des anlie- genden Hochdrucks geöffnet.

Wenn das Ventilglied 3 anschließend in einer zweiten Stufe um etwa die Hälfte des maximalen Hubes in Rich- tung des ersten Ventilsitzes 4 zurück bewegt wird, wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 bzw. die Düse über diese Hubsteuerung geschlossen, da aufgrund der Feder- vorspannung des Federelementes 14 das Schließelement 13 gegen den Hochdruck des Steuerraumes 6 an den zweiten Ventilsitz 12 gedrückt wird und in dem Steuerraum 6 selbst wieder Hochdruck anliegt. Der in dem Steuerraum 6 anliegende Hochdruck verschiebt das Betätigungsele- ment 9 in Richtung des Düsenraums, wodurch die Düse ge- schlossen wird. Der dritte Ventilsitz 24 bleibt ge- schlossen, da die Länge des Stößels 37 nicht ausreicht,

um das Verschlußelement 25 vom dritten Ventilsitz 24 abzuheben. Damit bleibt das hohe Druckniveau in der Hochdruckleitung 22 bestehen.

Zur Realisierung einer sich an die erste Einspritzung anschließenden Nacheinspritzung wird das Ventilglied 3 in einer dritten Phase wieder um den maximalen Hub ver- schoben, und es erfolgt eine erneute Öffnung der Düse, da der zweite Ventilsitz wieder in der bereits be- schriebenen Art und Weise geöffnet wird.

Zur Beendigung der Nacheinspritzung wird die Kraft- stoffeinspritzvorrichtung 1 von dem unter Hochdruck zu- geführten Kraftstoff entlastet, indem der erste Ventil- sitz 4 in einer vierten Phase geschlossen und der drit- te Ventilsitz 24 von dem Verschlußelement 25 freigege- ben wird, womit der Kraftstoff über die Leckageöllei- tung. 11 abgeführt wird.

Die verschiedenen Stellungen des Ventilglieds 3 in den zuvor beschriebenen vier Phasen werden über verschieden hohe Spannungen, welche an die piezoelektrische Steuer- einheit 2 angelegt werden, realisiert. Bei Anlage des Ventilglieds 3 an dem ersten Ventilsitz 4 ist an die piezoelektrische Steuereinheit 2 keine Spannung bzw. nur eine derartig geringe Spannung angelegt, daß ein Durchfluß von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff zu dem Düsenraum sicher unterbrochen ist.

Die Federelemente 14,26,34 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie in der Figur dargestellt als Schraubenfedern ausgebildet. Es liegt jedoch selbstver-

ständlich im Ermessen des Fachmannes, andere für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Ausführungsformen der Federelemente, wie beispielsweise Tellerfederpakete oder dergleichen, vorzusehen.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, den Hoch- druck für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung über eine Hochdruck-Kraftstoffquelle zur Verfügung zu stellen, die jeweils nur eine einzelne Düse mit Hochdruck ver- sorgt.