Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen Stand der Technik Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es der Gattung des Patentan- spruchs 1 entspricht. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzven- til ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 30 36 583 AI bekannt. Das aus dem Stand der Technik bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper mit einer darin ausgebildeten Bohrung auf. In der Bohrung ist eine äu- ßere Ventilnadel geführt und in der äußeren Ventilnadel wie- derum eine innere Ventilnadel. Beide Ventilnadeln wirken mit einem Ventilsitz zusammen, der die Bohrung am brennraumsei- tigen Ende abschließt. Im Ventilsitz sind eine äußere und eine innere Einspritzöffnungsreihe ausgebildet, wobei die innere Einspritzöffnungsreihe von der inneren Ventilnadel und die äußere Einspritzöffnungsreihe von der äußeren Ven- tilnadel gesteuert wird. Durch eine Längsbewegung der Ven- tilnadeln in der Bohrung entgegen einer Schließkraft wird entweder nur die äußere Einspritzöffnungsreihe aufgesteuert oder beide Einspritzöffnungsreihen gleichzeitig, so dass Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen fließen kann, von wo er in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

Sowohl die äußere Ventilnadel als auch die innere Ventilna- del weisen an ihren Ventildichtflächen, mit denen sie am Ventilsitz anliegen, jeweils eine Dichtkante auf, die eine Abdichtung des Druckraums gegen die jeweilige Einspritzöff- nungsreihe sicherstellt. Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass das Einspritzventil während der geschlossenen Phase, in der kein Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen austreten soll, die beiden Einspritzöffnungsreihen nicht ausreichend gegeneinander abdichtet. Dadurch können zum ei- nen Verbrennungsgase aus dem Brennraum als sogenanntes Rück- blasen in den Raum, der zwischen den beiden Ventilnadeln vorhanden ist, eindringen. Zum anderen kann Kraftstoff, der sich durch den Betrieb auch zwischen den Ventilnadeln befin- det, als Leckage in den Brennraum fließen und dort zu einer Erhöhung der Kohlenwasserstoff-Emissionen führen.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn- zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass keine Leckage und damit kein Austritt von Kraftstoff zwischen den Einspritzungen möglich ist und dass aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine keine Verbrennungs- gase durch die Einspritzöffnungen in das Kraftstoffein- spritzventil eindringen können. Hierzu weist die äußere Ven- tilnadel eine nach innen kragende Dichtlippe auf, die eine innere Dichtkante aufweist. Diese innere Dichtkante kommt in Schließstellung der äußeren Ventilnadel am Ventilsitz zur Anlage und dichtet so die äußere Einspritzöffnungsreihe ge- gen die innere Einspritzöffnungsreihe ab. Durch die an der Dichtlippe ausgebildete innere Dichtkante kann zwischen den Einspritzungen kein Kraftstoff aus dem Ringraum durch die Einspritzöffnungen und damit unkontrolliert in den Brennraum gelangen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist zwischen der äußeren Ventilnadel und der inne- ren Ventilnadel ein Ringraum ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Der Kraftstoff im Ringraum beaufschlagt die an der inneren Ventilnadel ausgebildete Druckfläche, so dass eine vom Ventilsitz weggerichtete Kraft auf die innere Ventilnadel ausgeübt wird. Auf diese Weise kann die innere Ventilnadel in einfacher Weise hydraulisch gesteuert werden, wobei sich der Ringraum mit nur wenig Auf- wand realisieren lässt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die äußere Ventilnadel im wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet, und der Druckraum ist durch eine Auskehlung in der Innenman- telfläche der äußeren Ventilnadel gebildet. Diese Ausbildung des Ringraums ist einfach zu fertigen und erlaubt eine be- liebige Gestaltung des Ringraums was Volumen und Lage anbe- langt. Darüber hinaus kann es in vorteilhafter Weise vorge- sehen sein, den Ringraum über wenigstens eine in der äußeren Ventilnadel ausgebildete Bohrung mit einem Druckraum zu ver- binden, um so den Ringraum mit Kraftstoff unter hohem Druck zu befüllen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Dichtlippe eine vom Ventil abgewandte Sitzfläche auf, an der die innere Ventilnadel mit einer Dichtfläche in Schließstel- lung zur Anlage kommt. Hierdurch wird die innere Dichtkante, die an der Dichtlippe ausgebildet ist, durch die Schließ- kraft der inneren Ventilnadel zusätzlich gegen den Ventil- sitz gepresst, so dass die Dichtwirkung der inneren Dicht- kante deutlich verbessert wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die äu- ßere Ventilnadel neben der inneren Dichtkante eine zusätzli- che äußere Dichtkante auf, welche stromaufwärts zur inneren Dichtkante und auch stromaufwärts zur äußeren Einspritzöff- nungsreihe angeordnet ist. Auf diese Weise verschließen die innere und die äußere Dichtkante die äußere Einspritzöff- nungsreihe vollständig, so dass kein Kraftstoff durch die äußere Einspritzöffnungsreihe unkontrolliert in den Brenn- raum gelangen kann. Es können auch auf umgekehrtem Weg keine Verbrennungsgase aus dem Brennraum in das Kraftstoffein- spritzventil eindringen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dicht- lippe so gestaltet, dass bei der Schließbewegung der äußeren Ventilnadel zuerst die innere Dichtkante am Ventilsitz zur Anlage kommt und erst mit der weiteren Schließbewegung unter elastischer Verformung der Dichtlippe auch die äußere Dicht- kante. Durch die elastische Verformung der Dichtlippe wird die Anpresskraft an der inneren Dichtkante erhöht, so dass in dem Fall, in dem nur die innere Ventilnadel vom Ventil- sitz abhebt und dadurch die innere Einspritzöffnungsreihe freigibt, nach wie vor eine sichere Abdichtung an der inne- ren Dichtkante der äußeren Ventilnadel gegeben ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge- genstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschrei- bung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt : - Figur 1 zeigt im Längsschnitt ein Kraftstoffeinspritzven- til im wesentlichen Bereich, Figur 2 eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Aus- schnitts von Figur 1 und Figur 3 eine Vergrößerung von Figur 2 im Bereich des Ven- tilsitzes.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Figur 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. In einem Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 3 aus- gebildet, wobei die Bohrung 3 durch einen Ventilsitz 10 ver- schlossen wird, der im wesentlichen konisch ausgebildet ist.

In Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in der Brenn- kraftmaschine ist dieser Ventilsitz 10 am brennraumseitigen Ende der Bohrung 3 angeordnet. In der Bohrung 3 ist eine äu- ßere Ventilnadel 5 angeordnet, die dort längsverschiebbar ist und in einem brennraumabgewandten Abschnitt der Bohrung 3 geführt ist. In der äußeren Ventilnadel 5 ist eine kolben- förmig innere Ventilnadel 7 längsverschiebbar geführt, die eine Längsachse 2 aufweist, welche mit der Längsachse der äußeren Ventilnadel 5 zusammenfällt. Die äußere Ventilnadel 5 weist an ihrem dem Ventilsitz 10 zugewandten Ende eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 6 auf, die in Schließstellung der äußeren Ventilnadel 5 am Ventilsitz 10 zur Anlage kommt. Die innere Ventilnadel 7 weist ebenso eine im wesentlichen konische Dichtfläche 8 auf, die in Schließ- stellung ebenfalls am Ventilsitz 10 zur Anlage kommt. Durch eine Verjüngung der äußeren Ventilnadel 5 ist brennraumzuge- wandt zum geführten Abschnitt der äußeren Venilnadel 5 eine Druckschulter 11 ausgebildet. Zwischen der äußeren Ventilna- del 5 und der Wand der Bohrung 3 ist ein Druckraum 16 ausge- bildet, der über einen im Ventilkörper 1 ausgebildeten Zu- laufkanal 18 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist.

Auf Höhe der Druckschulter 11 ist der Druckraum 16 radial erweitert, so dass sich der Zulaufkanal 18 im Ventilkörper 1 ausbilden lässt, ohne die Führung der äußeren Ventilnadel 5 in der Bohrung 3 durch eine zu geringe Wandstärke zwischen der Bohrung 3 und dem Zulaufkanal 18 zu schwächen. Durch ei- ne in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung kann eine Schließkraft auf die äußere Ventilnadel 5 und unabhängig da- von auf die innere Ventilnadel 7 ausgeübt werden, wobei die jeweilige Schließkraft beide Ventilnadeln 5,7 in Richtung des Ventilsitzes 10 beaufschlagt. Eine Längsbewegung der Ventilnadeln 5,7 in der Bohrung 3 findet dadurch statt, dass entweder die öffnende Kraft auf die äußere Ventilnadel 5, die durch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 11 erzeugt wird, durch den ansteigenden Druck im Druckraum 16 die Schließkraft übersteigt oder dass bei einem zumindest näherungsweise gleichbleibenden Kraftstoffdruck im Druckraum 16 die Schließkraft auf die äußere Ventilnadel 5 vermindert wird. Nach dem gleichen Prinzip lässt sich auch die Längsbe- wegung der inneren Ventilnadel 7 steuern.

Figur 2 zeigt eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Aus- schnitts von Figur 1. Im Ventilsitz 10 sind mehrere Ein- spritzöffnungen ausgebildet, die den Ventilsitz 10 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbinden. Die Einspritz- öffnungen sind in zwei Einspritzöffnungsreihen 12 ; 14 ange- ordnet, wobei die innere Einspritzöffnungsreihe 12 näher an der Längsachse 2 liegt als die äußere Einspritzöffnungsreihe 14. Die innere Ventilnadel 7 weist an ihrem brennraumzuge- wandten Ende eine Abfolge aus einer Konusfläche 107, einer sich daran anschließenden ersten Zylinderfläche 117, einer darauf folgenden zweiten Konusfläche 207, einer darauf fol- genden zweiten Zylinderfläche 217 und einer daran grenzenden dritten Konusfläche 307 auf. Der Öffnungswinkel der dritten Konusfläche 307 ist größer als der Öffnungswinkel des koni- schen Ventilsitzes 10, so dass am Übergang der zweiten Zy- linderfläche 217 zur dritten Konusfläche 307 eine Dichtkante 27 gebildet ist, die in Schließstellung der inneren Ventil- nadel 7 am Ventilsitz 10 zur Anlage kommt. Die Dichtkante 27 kommt hierbei stromaufwärts der inneren Einspritzöffnungs- reihe 12 am Ventilsitz 10 zur Anlage, so dass die Dichtkante 27 die innere Einspritzöffnungsreihe 12 verschließen kann.

Die äußere Ventilnadel 5 weist nahe ihres brennraumseitigen Endes eine Auskehlung 19 auf, so dass zwischen der inneren Ventilnadel 7 und der äußeren Ventilnadel 5 ein Ringraum 20 gebildet ist. Der Ringraum 20 ist über mehrere über den Um- fang der äußeren Ventilnadel 5 verteilt angeordneten Verbin- dungsbohrungen 22 mit dem Druckraum 16 verbunden, und somit herrscht im Ringraum 20 stets der gleiche Kraftstoffdruck wie im Druckraum 16. Die brennraumseitige Endfläche der äu- ßeren Ventilnadel 5 ist näherungsweise konisch ausgebildet und weist durch einen daran ausgebildeten Ringwulst eine äu- ßere Dichtkante 32 auf, die bei Anlage am Ventilsitz 10 den Druckraum 16 gegen die äußere Einspritzöffnungsreihe 14 ver- schließt. Am brennraumseitigen Ende der äußeren Ventilnadel 5 ist eine nach innen kragende Dichtlippe 25 ausgebildet, an der durch einen ringfömigen Wulst eine innere Dichtkante 30 ausgebildet ist, die in Schließstellung der äußeren Ventil- nadel 5 ebenfalls am Ventilsitz 10 zur Anlage kommt. Die in- nere Dichtkante 30 und die äußere Dichtkante 32 sind hierbei so angeordnet, dass die äußere Dichtkante 32 stromaufwärts und die innere Dichtkante 30 stromabwärts der äußeren Ein- spritzöffnungsreihe 14 angeordnet sind, so dass bei der An- lage der beiden Dichtkanten 30,32 am Ventilsitz 10 die äu- ßere Einspritzöffnungsreihe 14 dichtend verschlossen wird.

Die Dichtlippe 25 ist elastisch verformbar und so ausgebil- det, dass bei der Schließbewegung der vom Ventilsitz 10 ab- gehobenen äußeren Ventilnadel 5 zuerst die innere Dichtkante 30 am Ventilsitz 10 zur Anlage kommt und erst danach durch eine elastische Verformung der Dichtlippe 25 auch die äußere Dichtkante 32. Um die Dichtwirkung der inneren Dichtkante 30 zu verbessern ist es in diesem Ausführungsbeispiel vorgese- hen, dass die dem Ventilsitz 10 abgewandte Seite der Dicht- lippe 25 als Sitzfläche 26 ausgebildet ist, die, wenn die innere Ventilnadel 7 in Schließstellung ist, an der als Dichtfläche dienenden zweiten Konusfläche 207 anliegt. Hier- durch ergibt sich eine zusätzliche Schließkraft auf die Dichtlippe 25 und damit auf die innere Dichtkante 30, was die Dichtwirkung der inneren Dichtkante 30 verstärkt.

In Figur 3 ist eine Vergrößerung im Bereich des Ventilsitzes 10 der Figur 2 dargestellt. Die Verstärkung der Dichtwirkung an der inneren Dichtkante 30 der Dichtlippe 25 ist nur dann angegeben, wenn die Dichtlippe 25 ausreichend weit nach in- nen ragt, so dass sie in Schließstellung der inneren Ventil- nadel 7 an der zweiten Konusfläche 207 anliegt. Ist diese Verstärkung der Dichtwirkung an der inneren Dichtkante 30 nicht gewünscht, kann es auch vorgesehen sein, die Dichtlip- pe 25 entsprechend zu verkürzen, so dass keine Anlage mehr an der inneren Ventilnadel 7 erfolgt. Die Verlängerung der Dichtlippe 25 um die Strecke h erlaubt also die Anlagekraft und damit die Dichtwirkung an der inneren Dichtkante 30 ein- zustellen.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt : Soll eine Einspritzung nur durch einen Teil der Ein- spritzöffnungen erfolgen, in diesem Konstruktionsbeispiel durch die innere Einspritzöffnungsreihe 12, so wird Kraft- stoff unter hohem Druck in den Druckraum 16 eingeführt.

Durch eine Verringerung der Schließkraft auf die innere Ven- tilnadel 7 ergibt sich über die hydraulische Kraft auf die erste Konusfläche 107, die als Druckfläche ausgebildet ist, eine Öffnungskraft auf die innere Ventilnadel 7 vom Ventil- sitz 10 weg, so dass die Dichtkante 27 vom Ventilsitz 10 ab- hebt und den Ringraum 20 mit der inneren Einspritzöffnungs- reihe 12 verbindet. Durch eine entsprechend hohe Schließ- kraft auf die äußere Ventilnadel 5 bleiben sowohl die innere Dichtkante 30 als auch die äußere Dichtkante 32 in Anlage am Ventilsitz 10 und halten so die äußere Einspritzöffnungsrei- he 14 verschlossen. Die innere Ventilnadel 7 setzt ihre Öff- nungsbewegung fort, bis sie an einem in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlag zur Anlage kommt. Soll durch den ge- samten Einspritzquerschnitt eingespritzt werden, so wird auch die Schließkraft auf die äußere Ventilnadel 5 redu- ziert, und die äußere Ventilnadel 5 hebt zuerst mit der äu- ßeren Dichtkante 32 und dann auch mit der inneren Dichtkante 30 vom Ventilsitz 10 ab, so dass nun Kraftstoff durch beide Einspritzöffnungsreihen 12,14 eingespritzt wird. Das Schließen des Kraftstoffeinspritzventils erfolgt in analoger Weise durch eine Erhöhung der Schließkraft auf die innere Ventilnadel 7 und auf die äußere Ventilnadel 5, wobei es vorgesehen sein kann, gleichzeitig den Druck im Druckraum 16 zu reduzieren. Hierdurch bewegen sich beide Ventilnadeln wieder auf den Ventilsitz 10 zu, bis sie mit der Dichtkante 27 bzw. mit der inneren Dichtkante 30 und der äußeren Dicht- kante 32 am Ventilsitz 10 anliegen. Durch die Anlage der in- neren Ventilnadel 7 mit der Konusfläche 207 an der Sitzflä- che 26 wird die Dichtlippe 25 und damit auch die innere Dichtkante 30 am Ventilsitz 10 zusätzlich angepresst.

Zwischen den einzelnen Einspritzungen herrscht im Brennraum ein zum Teil sehr hoher Druck, so dass Verbrennungsgase durch die Einspritzöffnungen in das Kraftstoffeinspritzven- til eindringen können. Dies wird bei dem vorliegenden Ein- spritzventil dadurch wirkungsvoll verhindert, dass die inne- re Einspritzöffnungsreihe 12 durch die innere Ventilnadel 7 sicher abgedichtet wird und die äußere Einspritzöffnungsrei- he 14 durch zwei Dichtkanten, nämlich die innere Dichtkante 30 und die äußere Dichtkante 32, abgedichtet wird. Brenn- raumgase können so weder in den Druckraum 16 noch in den Ringraum 20 gelangen. Umgekehrt ist es auch nicht möglich, dass Kraftstoff aus dem Ringraum 20 durch die Einspritzöff- nungen unkontrolliert in den Brennraum der Brennkraftmaschi- ne gelangt und dort zu erhöhten Kohlenwasserstoff-Emissionen führt.