sich nicht die Öffnung beider Nadeln in Zeitpunkt und Dauer beliebig steuern lässt. Die äußere Ventilnadel öffnet druck- gesteuert gegen die Kraft einer Schließfeder, während die innere Ventilnadel-zusätzlich zur Schließkraft einer Schließfeder-eine Kraft durch den hydraulischen Druck in einem Steuerraum erfährt. Durch ein Magnetventil lässt sich so jedoch nur steuern, ob die innere Ventilnadel bei einem Einspritzzyklus öffnet oder nicht. Die äußere Ventilnadel kann durch das Magnetventil in ihrem Öffnungsverhalten nicht beeinflusst werden. Dies setzt der Steuerung des exakten Einspritzzeitpunkts und der genauen Einspritzmenge eine Grenze, was natürlich auch die weitere Optimierung der Verbrennung erschwert.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn- zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegen- über den Vorteil auf, dass durch ein einziges Steuerventil Öffnungszeitpunkt und Öffnungsdauer sowohl der äußeren als auch der inneren Ventilnadel steuerbar ist. Hierzu weist das im Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils angeordnete Steu- erventil einen Ventilraum auf, in dem ein Ventilglied ange- ordnet ist. Das Ventilglied ist zwischen zwei Endpositionen beweglich, wobei das Ventilglied in der ersten Endposition bewirkt, dass sowohl der Steuerraum, als auch der Steuer- druckraum mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt sind, so dass sowohl die äußere Ventilnadel als auch die innere Ven- tilnadel in ihrer Schließstellung verharren. Fährt das Ven- tilglied schnell in seine zweite Endposition, so wird nur der Steuerraum in den Leckölraum druckentlastet, während der Steuerdruckraum seinen Druck praktisch beibehält. Hierdurch öffnet nur die äußere Ventilnadel, während die innere Ven- tilnadel in ihrer Schließstellung verharrt. Sollen beide Ventilnadeln, also sowohl die innere als auch die äußere

Ventilnadel aufgesteuert werden, so fährt das Ventilglied etwas langsamer von seiner ersten in die zweite Endposition, wodurch jetzt auch der Druck im Steuerdruckraum so weit ab- sinkt, dass zusätzlich zur äußeren Ventilnadel auch die in- nere Ventilnadel öffnet. Über die Schaltzeit des Steuerven- tils lässt sich also einstellen, ob der gesamte Einspritz- querschnitt oder nur ein Teil des Einspritzquerschnitts auf- gesteuert wird. Es ist eine Steuerung der Koaxial-Variodüse mittels nur eines einzigen Steuerventils möglich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung wird das Ventilglied durch einen Aktor bewegt, der vorzugsweise elektrisch betrieben ist. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des Aktors als Piezo-Aktor, da dieser den Vorzug aufweist, mit nahezu beliebiger Geschwindigkeit schaltbar zu sein. Das durch den Aktor bewegte Ventilglied lässt sich so mit unterschiedlicher Geschwindigkeit von der ersten Endposition in die zweite Endposition fahren, wobei sich durch die Schaltgeschwindigkeit der Einspritzquer- schnitt einstellen lässt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge- genstandes der Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar.

Zeichnung In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, Figur 2 eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Aus- schnitts von Figur 1,

Figur 3 eine Vergrößerung von Figur 1 im mit III be- zeichneten Ausschnitt, Figur 4 den Zeitverlauf von Druck, Nadelhub und Ventil- gliedhub beim Aufsteuern nur der äußeren Ventil- nadel und Figur 5 den zeitlichen Verlauf von Ventilgliedhub, Druck und Nadelhub beim Aufsteuern beider Ventilna- deln.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt. Das Kraftstoffein- spritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Haltekörper 14, einen Steuerkörper 12, eine Zwischenscheibe 9, einen Zwischenkörper 7 und einen Ventilkörper 3 umfasst, die in dieser Reihenfolge aneinander anliegen. Die einzelnen Bau- teile des Gehäuses 1 werden durch eine Spannmutter 5 gegen- einander gepresst und in ihrer Lage zueinander fixiert. Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 16 ausgebildet, in der eine äußere Ventilnadel 20 längsverschiebbar angeordnet ist. Die äußere Ventilnadel 20 wird in einem brennraumabgewandten Ab- schnitt in der Bohrung 16 geführt und verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 27. Die äuße- re Ventilnadel 20 erstreckt sich bis zu einer am brennraum- seitigen Ende der Bohrung 16 ausgebildeten Sitzfläche 24, in welcher mehrere Einspritzöffnungen 30 ausgebildet sind, die die Sitzfläche 24 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbinden. Zwischen der äußeren Ventilnadel 20 und der Wand der Bohrung 16 ist ein Ringkanal 28 ausgebildet, der von der Sitzfläche 24 bis zur Höhe der Druckschulter 27 reicht. Auf Höhe der Druckschulter 27 erweitert sich der Ringkanal 28 zu einem Druckraum 26, in den ein im Ventilkörper 3, dem Zwi- schenkörper 7, der Zwischenscheibe 9, dem Steuerkörper 12 und dem Ventilhaltekörper 14 verlaufender Zulaufkanal 10

mündet. In den Druckraum 26 und damit auch in den Ringkanal 26 kann über den Zulaufkanal 10 Kraftstoff unter hohem Druck eingebracht werden. Die äußere Ventilnadel 20 weist eine Längsbohrung 21 auf, in der eine innere Ventilnadel 22 längsverschiebbar angeordnet ist. Zur Verdeutlichung der Steuerung der Einspritzöffnungen 30 durch die Ventilnadeln 20,22 zeigt Figur 2 den mit II bezeichneten Ausschnitt von Figur 1 vergrößert. Die Sitzfläche 24 ist konisch ausgebil- det und die Einspritzöffnungen 30 gruppieren sich in zwei Einspritzöffnungsreihen, nämlich in eine äußere Einspritz- öffnungsreihe 130 und in eine innere Einspritzöffnungsreihe 230. Die äußere Ventilnadel 20 weist an ihrem brennraumsei- tigen Ende eine konische äußere Ventildichtfläche 32 auf, so dass eine Dichtkante 34 gebildet wird, mit der die äußere Ventilnadel 20 in ihrer Schließstellung an der Sitzfläche 24 zur Anlage kommt. Die äußere Einspritzöffnungsreihe 130, die aus wenigstens zwei Einspritzöffnungen 30 besteht, die be- züglich der Längsachse der Bohrung 16 in einer Radialebene liegen, sind stromabwärts dieser Dichtkante 34 angeordnet.

Die innere Ventilnadel 22 weist an ihrem brennraumseitigen Ende eine innere Ventildichtfläche 36 und eine Konusfläche 38 auf, wobei an deren Übergang eine Dichtkante 37 ausgebil- det ist, mit der die innere Ventilnadel 22 an der Sitzfläche 24 in ihrer Schließstellung anliegt. Die innere Einspritz- öffnungsreihe 230, die ebenfalls aus wenigstens zwei Ein- spritzöffnungen besteht, die in einer gemeinsamen Radialebe- ne zur Längsachse der Bohrung 16 angeordnet sind, münden stromabwärts der Dichtkante 37 der inneren Ventilnadel 22 in die Sitzfläche 24.

Das Zusammenspiel der beiden Ventilnadeln 20,22 zur Steue- rung der Einspritzöffnungen 30 ist wie folgt : Soll nur durch die äußere Einspritzöffnungsreihe 130 Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die Brennkraftma-

schine in einem Teillastbereich betrieben werden soll, so hebt zur Einspritzung nur die äußere Ventilnadel 20 von der Sitzfläche 24 ab. Dadurch kann Kraftstoff, der im Ringkanal 28 unter hohem Druck anliegt, zwischen der äußeren Ventil- dichtfläche 32 und der Sitzfläche 24 zur äußeren Einspritz- öffnungsreihe 130 strömen und wird von dort in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die innere Ventilnadel 22 bleibt hierbei in ihrer Schließstellung, d. h. in Anlage an der Sitzfläche 24, so dass die innere Einspritzöffnungs- reihe 230 verschlossen bleibt. Soll durch sämtliche Ein- spritzöffnungen 30 eingespritzt werden, so hebt auch die in- nere Ventilnadel 22 von der Sitzfläche 24 ab, wodurch auch die innere Einspritzöffnungsreihe 230 freigegeben wird.

Zur Steuerung der beiden Ventilnadeln 20,22 dienen die Vor- richtungen, die im Zwischenkörper 7, der Zwischenscheibe 9, dem Steuerkörper 12 und auch im Ventilhaltekörper 14 ange- ordnet sind. Dieser in Figur 1 mit III bezeichnete Aus- schnitt ist in Figur 3 näher dargestellt. Im Zwischenkörper 7 ist koaxial zur Bohrung 16 eine Kolbenbohrung 45 ausgebil- det, die im Durchmesser unter Bildung einer Anlagefläche 41 gestuft ausgebildet ist. In der Aufnahmebohrung 35 ist ein äußerer Druckkolben 40 angeordnet, der an der äußeren Ven- tilnadel 20 anliegt und sich synchron mit dieser in Längs- richtung bewegen kann. An der Außenseite des äußeren Druck- kolbens 40 ist eine Ringfläche 39 angeordnet, zwischen der und der Anlagefläche 41 eine Schließfeder 44 unter Druckvor- spannung angeordnet ist, die als Schraubendruckfeder ausge- bildet ist und den äußeren Druckkolben 40 umgibt. Durch die Stirnfläche 51 des äußeren Druckkolbens 40, die Zwischen- scheibe 9 und die Wand der Kolbenbohrung 45 wird ein Steuer- raum 50 begrenzt, der über eine Zulaufdrossel 70 mit dem Zu- laufkanal 10 verbunden ist, der hier als Hochdruckraum dient, in dem stets Kraftstoff unter hohem Druck anliegt.

Neben der Kraft der Schließfeder 44 wirkt also auf den äuße-

ren Druckkolben 40 und damit auf die äußere Ventilnadel 20 die hydraulische Kraft auf die Stirnfläche 51, die durch den Druck im Steuerraum 50 ergibt beaufschlagt wird.

Der äußere Druckkolben 40 weist eine Führungsbohrung 47 auf, in der ein innerer Druckkolben 42 längsverschiebbar angeord- net ist. Der innere Druckkolben 42 liegt an der inneren Ven- tilnadel 22 an und bewegt sich stets synchron mit dieser.

Durch die Führungsbohrung 47 und die Stirnfläche 53 des in- neren Druckkolbens 42 ist ein Steuerdruckraum 52 begrenzt, durch dessen Druck sich eine hydraulische Kraft auf den Druckkolben 42 und damit auch auf die innere Ventilnadel 22 in Richtung der Sitzfläche 24 ergibt.

Im Ventilhaltekörper 14 ist ein Aufnahmekörper 13 angeord- net, in welchem sich ein Aktor 46 und ein mit diesem verbun- denes Druckstück 48 befindet. Durch den Aktor 46, der vor- zugsweise als Piezo-Aktor ausgeführt ist, wird das Druck- stück 48 in Längsrichtung entgegen oder in Richtung der Kraft einer Feder 49 bewegt, die zwischen dem Druckstück 48 und dem Aufnahmekörper 13 angeordnet ist. Das Druckstück 48 ist mit einem Ventilglied 60 verbunden, das in einem Ventil- raum 68 angeordnet ist, welcher im Steuerkörper 12 ausgebil- det ist und zusammen mit einem ersten Ventilsitz 62 und ei- nem diesem gegenüberliegenden zweiten Ventilsitz 64 ein Steuerventil 58 bildet. Das Ventilglied 60 ist im wesentli- chen als Halbkugel ausgebildet, wobei die halbkugelförmige Ventildichtfläche 66 mit dem ersten Ventilsitz 62 zusammen- wirkt, während die flache Seite des Ventilglieds 60 mit dem zweiten Ventilsitz 64 zusammenwirkt, der als Flachsitz aus- gebildet ist. Der Ventilraum 68 weist eine Verbindung 59 zu einem im Ventilhaltekörper 14 ausgebildeten Leckölraum 78 auf, wobei die Verbindung 59 durch das Ventilglied 60 durch sein Zusammenwirken mit dem ersten Ventilsitz 62 geöffnet und geschlossen werden kann. Darüber hinaus weist der Ven-

tilraum 68 eine Ablaufdrossel 72 auf, die den Ventilraum 68 mit dem Steuerraum 50 verbindet. Die Ablaufdrossel 72 bleibt hierbei stets offen, unabhängig von der Stellung des Ventil- glieds 60. Durch das Zusammenspiel des Ventilglieds 60 mit dem zweiten Ventilsitz 64 wird ein Verbindungskanal 74 ge- steuert, der eine Verbindung zwischen dem Ventilraum 68 und dem Steuerdruckraum 52 bildet. Der Verbindungskanal 74 reicht hierbei bis in den Zwischenkörper 7 und mündet seit- lich in die Kolbenbohrung 45. Die Verbindung zum Steuer- druckraum 52 wird über eine Querbohrung 55 im äußeren Druck- kolben 40 hergestellt. Diese Verbindung des Steuerdruckraums 52 zum Verbindungskanal 74 bleibt bei jeder Stellung des äu- ßeren Druckkolbens 40 erhalten. Im Verbindungskanal 74 ist eine Drosselstelle 76 vorgesehen, die den möglichen Kraft- stoffstrom durch den Verbindungskanal 74 begrenzen kann und die bei Bedarf auch entfallen kann.

Die Funktionsweise des Steuerventils 58 ist wie folgt. Zu Beginn des Einspritzzyklus ist das Ventilglied 60 in Anlage am ersten Ventilsitz 62, so dass die Verbindung 59 des Ven- tilraums 68 zum Leckölraum 78 verschlossen ist. Der Verbin- dungskanal 74 und die Ablaufdrossel 72 sind geöffnet, so dass der Steuerdruckraum 52 und der Steuerraum 50 hydrau- lisch mit dem Ventilraum 68 verbunden sind. Durch die Zu- laufdrossel 70 herrscht im Steuerraum 50 der Einspritzdruck Po, der auch im Hochdruckkanal 10 herrscht. Derselbe Druck Po ist aufgrund der offenen Verbindungen natürlich auch im Steuerdruckraum 52 vorhanden. Soll nur durch die äußere Ein- spritzöffnungsreihe 130 Kraftstoff eingespritzt werden, so schaltet der Aktor 46 über das Druckstück 48 das Ventilglied 60 sehr rasch vom ersten Ventilsitz 62 in Anlage an den zweiten Ventilsitz 64. Dadurch wird die Verbindung des Ven- tilraums 68 zum Leckölraum 78 geöffnet und der Verbindungs- kanal 74 verschlossen. Da dieser Schaltvorgang sehr schnell geschieht, fällt der Druck im Steuerdruckraum 52 nur unwe-

sentlich ab. Durch die jetzt vorhandene Verbindung des Ven- tilraums 68 zum Leckölraum 78, in welchem stets ein sehr niedriger Kraftstoffdruck herrscht, sinkt der Druck im Druckraum 50, da die Zulaufdrossel 70 und die Ablaufdrossel 72 so aufeinander abgestimmt sind, dass über die Ablaufdros- sel 72 mehr Kraftstoff aus dem Steuerraum 50 abfließt als ü- ber die Zulaufdrossel 70 aus dem Hochdruckkanal 10 nachflie- ßen kann. Hierdurch erniedrigt sich die hydraulische Kraft auf die Stirnfläche 51 des äußeren Druckkolbens 40, so dass die auf die Druckschulter 27 wirkenden hydraulischen Kräfte im Druckraum 26 die äußere Ventilnadel 20 von der Sitzfläche 24 abhebt, so dass die äußere Einspritzöffnungsreihe 130 freigegeben wird. Die Bewegung der äußeren Ventilnadel 20 und des äußeren Ventilkolbens 40 wird so lange fortgesetzt, bis die Stirnseite 51 des äußeren Ventilkolbens 40 an der Zwischenscheibe 9 zur Anlage kommt. Durch die Bewegung des äußeren Ventilkolbens bezüglich des inneren Ventilkolbens 42, der ortsfest bleibt, vergrößert sich zwar das Volumen des Steuerdruckraums 52 geringfügig, jedoch fällt aufgrund des großen Volumens von Steuerdruckraum 52 und Verbindungs- kanal 74 auch hierdurch der Druck im Steuerdruckraum nicht wesentlich ab.

Der zeitliche Verlauf des Ventilgliedweges V, des Drucks p im Steuerdruckraum 52 und des Hubs h der äußeren Ventilnadel 20 und der inneren Ventilnadel 22 ist in Figur 4 darge- stellt. Das obere Diagramm der Figur 4 zeigt die Bewegung des Ventilglieds 60, die zu einem Zeitpunkt to einsetzt und die zum Zeitpunkt t1 am zweiten Ventilsitz 64 zur Anlage kommt. Das mittlere Diagramm gibt den Druck p im Steuer- druckraum 52 wieder, und es zeigt sich ein Druckabfall vom Einspritzdruck po bis zu einem Druckniveau, das oberhalb des Drucks pi liegt, wobei der Druck pl den Druck bezeichnet, bei dem die innere Ventilnadel 22, angetrieben durch die hydraulische Kraft auf die innere Ventildichtfläche 36, von

der Sitzfläche 24 abhebt. Die äußere Ventilnadel 20, deren Hub h im unteren Diagramm der Figur 4 dargestellt ist, be- ginnt ihre Bewegung kurz nach dem Zeitpunkt to und setzt die Bewegung fort, bis sie ihren Maximalhub erreicht hat. Zum Zeitpunkt t2 schaltet das Steuerventil 58 erneut und das Ventilglied 60 erreicht zum Zeitpunkt t3 wieder seine Aus- gangsposition am ersten Ventilsitz 62. Der Steuerraum 50 be- füllt sich über die Zulaufdrossel 70 mit dem Einspritzdruck des Hochdruckkanals 10 und über den Verbindungskanal 74 baut sich auch im Steuerdruckraum 52 wieder der Druck po auf.

Durch den ansteigenden Druck im Steuerraum 50 wird die äuße- re Ventilnadel 20 zurück in ihre Schließstellung gedrückt.

Soll durch sämtliche Einspritzöffnungen 30 eingespritzt wer- den, so schaltet das Steuerventil 58 langsamer als bei der eben geschilderten Einspritzung durch die äußere Einspritz- öffnungsreihe 130. Durch die relativ langsame Bewegung des Ventilglieds 60 bleibt für eine gewisse Zeit, wenn sich das Ventilglied 60 zwischen dem ersten Ventilsitz 62 und dem zweiten Ventilsitz 64 befindet, sowohl der Verbindungskanal 74 als auch die Verbindung zum Leckölraum 78 geöffnet, so dass der Druck im Steuerdruckraum 52 unter den Öffnungsdruck der inneren Ventilnadel 22, den Druck pl, abfällt. Dadurch bewegt sich in der oben beschriebenen Art und Weise der äu- ßere Druckkolben 40 und auch der innere Druckkolben 42, so dass sowohl die äußere Ventilnadel 20 als auch die innere Ventilnadel 22 von der Sitzfläche 24 abheben und sämtliche Einspritzöffnungen 30 freigeben. In Figur 5 ist in der sel- ben Art und Weise wie in Figur 4 der zeitliche Verlauf der maßgebenden Größen dargestellt. Es zeigt das obere Diagramm der Figur 5 den langsameren Verlauf der Bewegung des Ventil- glieds 60, wobei die Bewegung zurück in die Ausgangsposition am ersten Ventilsitz 62 mit der gleichen Geschwindigkeit wie bei Einspritzung im Teillastbereich erfolgen kann. Der Druckverlauf des Drucks p im Steuerdruckraum 52 zeigt einen

Abfall des Drucks unter den Druck pl, so dass die innere Ventilnadel 22 ihre Hubbewegung zum Zeitpunkt tl beginnt.

Dies ist im unteren Diagramm der Figur 5 durch die gestri- chelte Linie dargestellt. Das Schließen des Kraftstoffein- spritzventil erfolgt analog zum Teillastbereich durch den Wiederaufbau des Drucks im Steuerraum 50 und im Steuerdruck- raum 52.

Als Aktor 46 eignet sich vorzugsweise ein Piezo-Aktor, der einen Hub abhängig von der angelegten Spannung ausführt.

Durch eine einfache Spannungsregelung lässt sich so nahezu jeder zeitliche Verlauf bei der Bewegung des Ventilglieds 60 realisieren. Neben einem Piezo-Aktor kommen auch andere Ak- toren in Betracht, beispielsweise schnell schaltende Magnet- aktoren, deren Schaltgeschwindigkeit abhängig von der Mag- netfeldstärke gesteuert werden kann.