Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen Stand der Technik Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es dem Oberbegriff des An- spruchs 1 entspricht. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der DE-OS 27 11 390 bekannt und weist einen Ventilkörper auf, in dem eine Bohrung ausgebildet ist, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz be- grenzt wird, von dem wenigstens zwei Einspritzöffnungen ab- gehen. In der Bohrung ist eine Ventilaußennadel angeordnet, die in der Bohrung längsverschiebbar ist und die an ihrem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche aufweist, mit der die Ventilaußennadel mit dem Ventilsitz zur Steuerung wenigstens einer der Einspritzöffnungen zusammenwirkt. Zwi- schen der Ventilaußennadel und der Wand der Bohrung ist ein Druckraum ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Die Ventilaußennadel weist eine mittige Längsbohrung auf, die sich über die gesamte Länge der Ven- tilaußennadel erstreckt. In dieser Längsbohrung ist eine Ventilinnennadel längsverschiebbar angeordnet, die an ihrem brennraumseitigen Ende ebenfalls eine Ventildichtfläche auf- weist, mit der sie mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Beide Ventilnadeln steuern hierbei jeweils wenigstens eine der Einspritzungsöffnungen, so dass je nachdem, ob nur die Ven- tilaußennadel oder die Ventilaußennadel und die Ventilinnen- nadel vom Ventilsitz abgehoben haben, eine Kraftstoffein- spritzung durch sämtliche oder nur durch einen Teil der Ein- spritzöffnungen erfolgt.

Die Ventilnadeln werden durch eine Schließkraft, die auf ihr jeweiliges brennraumabgewandtes Ende ausgeübt wird, in ihrer Schließstellung gehalten. Um die Ventilaußennadel aufzusteu- ern wird entweder die Schließkraft reduziert oder der Druck im Druckraum erhöht, so dass sich eine hydraulische Öff- nungskraft auf die Ventilaußennadel ergibt, die größer als die Schließkraft ist. Nach dem Abheben der Ventilaußennadel vom Ventilsitz wird auch die Ventilinnennadel vom Kraft- stoffdruck des Druckraums beaufschlagt. Soll die Ventilin- nennadel geschlossen bleiben, muss die Schließkraft entspre- chend hoch sein. Soll sie hingegen öffnen, so muss die Schließkraft reduziert werden. Dies macht eine steuerbare Schließkraft auf die Ventilinnennadel nötig, was einen rela- tiv hohen technischen Aufwand bedeutet, da beispielsweise eine Vorrichtung für eine einstellbare hydraulische Schließ- kraft vorhanden sein muss. Dies macht diese Kraftstoffein- spritzventile relativ teuer und aufwendig in der Fertigung.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn- zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegen- über den Vorteil auf, dass eine Steuerung der Schließkraft auf die Ventilinnennadel nicht mehr notwendig ist. Hierzu ist die Ventilaußennadel so ausgebildet, dass die Ventilin- nennadel ab einem bestimmten Druckniveau im Druckraum in der Längsbohrung der Ventilaußennadel eingeklemmt wird. Dies be- wirkt eine Verbindung der Ventilnadeln und damit eine ge- meinsame Bewegung von Ventilaußennadel und Ventilinnennadel, was eine Kraftstoffeinspritzung durch sämtliche Einspritz- öffnungen ermöglicht. Falls der Druck im Druckraum das be- stimmte Druckniveau nicht erreicht, öffnet nur die Ventilau- ßennadel und gibt damit lediglich ein Teil der Einspritzöff- nungen frei.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist zwischen der Ventilinnennadel und der Wand der Längsbohrung ein Ringraum ausgebildet, der mit einem drucklosen Leckölraum verbindbar ist. Hierdurch kann sich in diesem Ringraum kein Gegendruck zum Kraftstoffdruck des Druckraums aufbauen und die Einklemmfunktion der Ventilau- ßennadel beeinträchtigen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ven- tilinnennadel einen Führungsabschnitt auf, der durch eine radiale Erweiterung gebildet wird. Mit diesem Führungsab- schnitt wird die Ventilinnennadel in der Längsbohrung der Ventilaußennadel geführt, so dass zwischen dem Führungsab- schnitt und der Wand der Längsbohrung nur ein sehr schmaler Ringspalt vorhanden ist, der die Ventilinnennadel in der Ventilaußennadel bei einem entsprechenden Druck im Druckraum nur im Führungsabschnitt einklemmt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Füh- rungsabschnitt in der Nähe des Ventilsitzes angeordnet, so dass eine exakte Führung der Ventilinnennadel in der Ventil- außennadel in Bezug auf den Ventilsitz ermöglicht wird.

Zeichnung In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffein- spritzventil dargestellt. Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil und Figur 2 eine Vergrößerung der Figur 1 im Bereich des Ven- tilsitzes.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffein- spritzventil im Längsschnitt dargestellt. In einem Ventil-

körper 1 ist eine Bohrung 3 ausgebildet, die an ihrem brenn- raumseitigen Ende von einem Ventilsitz 5 begrenzt wird, der konisch ausgebildet ist und von dem eine erste Einspritzöff- nungsreihe 9 und eine zweite Einspritzöffnungsreihe 10 abge- hen. Jede Einspritzöffnungsreihe 9,10 besteht hierbei aus wenigstens einer Einspritzöffnung. Vorzugsweise umfassen die Einspritzöffnungsreihen 9,10 jedoch mehrere Einspritzöff- nungen, die bezüglich der Längsachse der Bohrung 3 auf der- selben Höhe angeordnet sind. In der Bohrung 3 ist eine kol- benförmige Ventilaußennadel 12 längsverschiebbar angeordnet, die in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 3 dichtend geführt ist. Die Ventilaußennadel 12 verjüngt sich ausgehend vom geführten Abschnitt dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 8 und geht an ihrem brennraum- seitigen Ende in eine konische Ventildichtfläche 16 über, mit der sie mit dem Ventilsitz 5 zur Steuerung der äußeren Einspritzöffnungsreihe 9 zusammenwirkt. Zwischen der Ventil- außennadel 12 und der Wand der Bohrung 3 ist ein Druckraum 7 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 8 radial erwei- tert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums 7 mündet ein in der Zeichnung nicht dargestellter und im Ventilkörper 1 verlaufender Zulaufkanal, über den der Druckraum 7 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist.

Die Ventilaußennadel 12 weist eine mittig verlaufende Längs- bohrung 24 auf, in der eine kolbenförmige Ventilinnennadel 14 längsverschiebbar angeordnet ist. Am brennraumseitigen Ende der Ventilinnennadel 14 ist eine konische Ventildicht- fläche 18 ausgebildet, mit der die Ventilinnennadel 14 mit dem Ventilsitz 5 zur Steuerung der zweiten Einspritzöff- nungsreihe 10. zusammenwirkt. Hierbei weist die Ventilinnen- nadel 14 einen ersten Führungsabschnitt 20 auf, der durch eine radiale Erweiterung gebildet ist und mit dem die Venti- linnennadel 14 in der Längsbohrung 24 geführt ist. Um eine genaue Führung auch im brennraumabgewandten Abschnitt der Ventilinnennadel 14 zu erreichen ist durch eine radiale Er-

weiterung ein zweiter Führungsabschnitt 22 ausgebildet, in dem die Ventilinnennadel ebenfalls in der Längsbohrung 24 geführt ist. Zwischen diesen Führungsabschnitten 20,22 ist an der Ventilinnennadel 14 ein Freistich ausgebildet, so dass zwischen der Ventilinnennadel 14 und der Wand der Längsbohrung 24 ein Ringraum 25 gebildet wird. Der Ringraum 25 ist über den zwischen dem zweiten Führungsabschnitt 22 und der Wand der Längsbohrung 24 ausgebildeten Ringspalt mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölraum ver- bunden, in dem stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht.

Dadurch wird ein eventuell im Ringraum 25 herrschender Über- druck rasch abgebaut.

Sowohl die Ventilaußennadel 12 als auch die Ventilinnennadel 14 werden an ihrem brennraumseitigen Ende jeweils von einer Schließkraft beaufschlagt, die beispielsweise von einem Fe- derelement erzeugt wird. Hierdurch werden die Ventilaußenna- del 12 und die Ventilinnennadel 14 gegen den Ventilsitz 5 gedrückt, wobei sie die erste Einspritzöffnungsreihe 9 und die zweite Einspritzöffnungsreihe 10 gegen den Druckraum 7 verschließen. Figur 2 zeigt das Zusammenwirken der Ventilau- ßennadel 12 und der Ventilinnennadel 14 mit dem Ventilsitz 5. Damit sich auf die Ventilinnennadel 14 ebenfalls bei Druckbeaufschlagung eine in Längsrichtung wirkende hydrauli- sche Kraft ergibt um die Öffnungshubbewegung zu unterstützen ist am ventilsitzseitigen Ende der Ventilinnennadel 14 zwi- schen dem ersten Führungsabschnitt 20 und der inneren Ven- tildichtfläche 18 eine Druckfläche 19 ausgebildet. Die Schließkraft auf die Ventilinnennadel 14 ist jedoch so groß, dass eine Druckbeaufschlagung der Druckfläche 19 nicht aus- reicht, die Schließkraft zu überwinden.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventil ist wie folgt :

Soll eine Einspritzung von Kraftstoff nur durch die äußere Einspritzöffnungsreihe 9 erfolgen, so wird der Druck im Druckraum 7 von einem anfänglich niedrigen Druck auf ein erstes Druckniveau erhöht. Eine solche Einspritzung, die ei- nen gegenüber dem maximalen Druck reduzierten Kraftstoff- druck aufweist, wird beispielsweise zur Voreinspritzung bei schnelllaufenden Brennkraftmaschinen verwendet, um eine lei- sere Verbrennung zu erreichen. Dieses erste Druckniveau reicht aus, eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 8 und auf Teile der äußeren Ventildichtfläche 16 auszuüben, die größer ist als die Schließkraft auf die Ventilaußennadel 12. Die Ventilaußennadel 12 hebt daraufhin vom Ventilsitz 5 ab und gibt die äußere Einspritzöffnungsreihe 9 frei, so dass durch diese Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Durch das Abheben der Ventilaußennadel 12 vom Ventil- sitz 5 wird jetzt auch die Ventilinnennadel 14 vom Kraft- stoffdruck beaufschlagt, durch den sich eine hydraulische Kraft auf die Druckfläche 19 ergibt. Die Kraft ist aller- dings bei diesem ersten Druckniveau geringer als die Schließkraft auf die Ventilinnennadel 14, so dass die Venti- linnennadel 14 in ihrer Schließstellung am Ventilsitz 5 ver- harrt. Durch Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zum Druckraum 7 sinkt dort der Druck und die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 8 entfällt. Hierauf bewegt sich die Ventilau- ßennadel 12 zurück in ihre Schließstellung, wobei die äußere Einspritzöffnungsreihe 9 wieder verschlossen wird.

Um eine Einspritzung durch sämtliche Einspritzöffnungen durchzuführen wird der Druck im Druckraum von einem anfäng- lich niedrigen Druck, der zumindest unterhalb des ersten Druckniveaus liegt, rasch auf ein höheres, zweites Druckni- veau gehoben. Die Ventilaußennadel 12 öffnet in der oben be- schriebenen Weise, wobei jetzt durch den hohen Druck im Druckraum 7 eine stärkere elastische Einformung der Ventil- außennadel 12 radial nach innen auftritt. Durch ein nur sehr geringes Spiel des ersten Führungsabschnitts 20 in der

Längsbohrung 24 reicht dies aus, die Ventilinnennadel 14 in der Längsbohrung 24 einzuklemmen, so dass sich jetzt die Ventilaußennadel 12 und die Ventilinnennadel 14 gemeinsam bewegen, wodurch sowohl die äußere Einspritzöffnungsreihe 9 als auch die innere Einspritzöffnungsreihe 10 aufgesteuert werden. Zur Beendigung der Einspritzung wird der Druck im Druckraum abgesenkt, vorzugsweise indem die Kraftstoffzufuhr zum Druckraum 7 unterbrochen wird. Angetrieben durch die Schlie#kräfte gleiten hierauf die Ventilau#ennadel 12 und die Ventilinnennadel 14 zurück in Anlage an den Ventilsitz 5. Die Ventilaußennadel 12 erweitert sich wieder, so dass bei der nächsten Einspritzung eine unabhängige Bewegung der Ventilaußennadel 12 relativ zur Ventilinnennadel 14 möglich ist.

Es kann bei diesem Kraftstoffeinspritzventil also über den Druck im Druckraum 7 eingestellt werden, ob eine Einsprit- zung nur durch eine oder durch beide Einspritzöffnungsreihen 9,10 erfolgen soll, ohne dass weitere Steuerungsmittel für die Ventilinnennadel 14 nötig wären, etwa eine Vorrichtung, mit der, je nach gewünschten Einspritzvorgang, eine verän- derliche Schließkraft ausgeübt werden kann. Da die Ventilin- nennadel 14 durch die Ventilaußennadel 12 bewegt wird, kann bei geeigneter Dimensionierung der Druckschulter 8 und der inneren Ventildichtfläche 18 auch die Druckfläche 19 entfal- len.

Für ein einwandfreies Funktionieren ist es vorteilhaft, wenn der Ringraum 25 so mit dem Leckölraum verbunden ist, dass in den Pausen zwischen zwei Einspritzungen eine Entlastung des Ringraums 25 erfolgt und bis zur nächsten Einspritzung dort wieder ein niedriger Druck herrscht. Ein zu hoher Druck im Ringraum 25 kann zu einem Gegendruck führen, der eine radia- le Verformung der Ventilaußennadel 12 durch den Druck im Druckraum 7 reduziert und unter Umständen das Einklemmen der Ventilinnennadel 14 verhindert.

Das Druckniveau, ab dem die Ventilinnennadel 14 in der Ven- tilaußennadel 12 festgeklemmt wird, beträgt vorzugsweise 50 bis 100 MPa, kann jedoch auch höher oder niedriger sein. Es sollte auf jeden Fall einen deutlichen Abstand vom Druck bei der Voreinspritzung aufweisen, damit dabei kein kurzzeitiges Öffnen der Ventilnadeln auftritt und zusätzliche Kraftstoff- mengen unbeabsichtigt in den Brennraum gelangen.