Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist durch die DE 101 41 678 A1 bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzventil weist zwei Einspritzventilglieder auf, wobei in einem hohl ausgebildeten ersten Einsritzventilglied ein zweites Einspritzventilglied verschiebbar geführt ist. Durch das erste Einspritzventilglied wird wenigstens eine erste Einspritzöffnung gesteuert und durch das zweite Einspritzventilglied wird wenigstens eine zweite Einspritzöffnung gesteuert. Die Einspritzventilglieder weisen jeweils eine Dichtfläche auf, mit denen diese mit einem Ventilsitz zur Steuerung der Einspritzöffnungen zusammenwirken. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen mit einer Hochdruckquelle verbundenen Druckraum auf, wobei das erste Einspritzventilglied von dem im Druckraum herrschenden Druck beaufschlagt gegen eine Schließkraft in einer Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen ersten Einspritzöffnung bewegbar ist. Bei geöffnetem erstem Einspritzventilglied ist das zweite Einspritzventilglied ebenfalls von dem im Druckraum herrschenden Druck beaufschlagt gegen eine Schließkraft in einer Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen zweiten Einspritzöffnung bewegbar. Mit dem zweiten Einspritzventilglied ist ein Steuerkolben verbunden, der einen Steuerraum begrenzt, wobei durch den im Steuerraum herrschenden Druck über den Steuerkolben eine in

Öffnungsrichtung auf das zweite Einspritzventilglied wirkende Kraft erzeugt wird. Der im Steuerraum herrschende Druck wird variabel eingestellt, um einen variablen Öffnungsdruck des zweiten Einspritzventilglieds zu ermöglichen. Wenn der Druck im Druckraum den Öffnungsdruck des ersten Einspritzventilglieds erreicht, so bewegt sich das erste Einspritzventilglied in Öffnungsrichtung und gibt die wenigstens eine erste Einspritzöffnung frei. Dabei wird nur ein Teil des gesamten Einspritzquerschnitts des Kraftstoffeinspritzventils freigegeben. Wenn der Druck im Druckraum auch den Öffnungsdruck des zweiten Einspritzventilglieds erreicht, so bewegt sich auch das zweite Einspritzventilglied in Öffnungsrichtung und gibt die wenigstens eine zweite Einspritzöffnung frei, so dass dann der gesamte Einspritzquerschnitt freigegeben ist. Der Durchmesser der Einspritzventilglieder ist aufgrund der an der Brennkraftmaschine vorliegenden beengten Platzverhältnisse begrenzt, wobei das zweite Einspritzventilglied einen kleinen Durchmesser aufweist und an diesem in geschlossener Stellung, wenn dieses mit seiner Dichtfläche am Ventilsitz anliegt, nur eine kleine Fläche von dem im Druckraum herrschenden Druck beaufschlagt ist.

Während des Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils kann es zu einem Verschleiß der Dichtfläche und/oder des Ventilsitzes kommen, was dazu führt, dass sich die druckbeaufschlagte Fläche des zweiten Einspritzventilglieds ändert, was wiederum wegen der kleinen Fläche zu einer wesentlichen Änderung des Öffnungsdrucks des zweiten Einspritzventilglieds führt. Dabei ist dann nicht mehr gewährleistet, dass das zweite Einspritzventilglied in der erforderlichen Weise öffnet und die eingespritzte Kraftstoffmenge kann nicht mehr genau kontrolliert werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass am Steuerkolben zusätzlich zu der am zweiten Einspritzventilglied vorhandenen, vom Druck im Druckraum beaufschlagten kleinen Fläche eine weitere vom selben Druck wie im Druckraum beaufschlagte Fläche vorhanden ist, so dass der Öffnungsdruck des zweiten Einspritzventilglieds nur noch in geringerem Maße von der Größe der Fläche am zweiten Einspritzventilglied, die sich verschleißabhängig ändert, abhängig ist. Somit kann auch bei einer sich verschleißabhängig ändernden Fläche am zweiten Einspritzventilglied dessen Öffnungsdruck zumindest annähernd konstant gehalten werden.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils angegeben. Mit der Ausbildung gemäß Anspruch 2 kann der Einfluss von Änderungen der Druckfläche am zweiten Einspritzventilglied auf den Öffnungsdruck weiter verringert werden. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 wird eine Dämpfung der Öffnungshubbewegung des zweiten Einspritzventilglieds erreicht, wodurch ein sprungartiger Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge beim Öffnen des zweiten Einspritzventilglieds vermieden werden kann. Die Ausbildung gemäss Anspruch 5 ermöglicht eine Beeinflussung der Öffnungs-und Schließbewegung des zweiten Einspritzventilglieds durch den im Raum herrschenden Druck.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 ermöglicht einen kompakten Aufbau einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in vereinfachter Darstellung in einem Längsschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Figur 3 in vergrößerter Darstellung einen in Figur 1 mit III bezeichneten Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und Figur 4 einen Hubverlauf von Einspritzventilgliedern über der Zeit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In den Figuren 1 bis 3 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 12 dargestellt, das Bestandteil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs ist. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann beispielsweise als sogenanntes Pumpe-Düse-System oder als Pumpe-Leitung-Düse-System ausgebildet sein und weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 12 auf. Bei einer Ausbildung als Pumpe-Leitung-Düse-System ist die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 entfernt vom Kraftstoffeinspritzventil 12 angeordnet und mit diesem über eine Leitung verbunden. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 kann auch Bestandteil eines Speicher-Kraftstoffeinspritzsystems sein, bei dem Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher dem Kraftstoffeinspritzventil 12 zugeführt wird. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung als Pumpe-Düse-System ausgebildet, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und das Kraftstoffeinspritzventil 12 direkt miteinander verbunden

sind und eine Baueinheit bilden. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen in einer Zylinderbohrung 16 in einem Pumpenkörper 14 dicht geführten Pumpenkolben 18 auf, der durch einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Der Pumpenkolben 18 begrenzt im Zylinder 16 einen Pumpenarbeitsraum 22, in dem beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet wird.

Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird beim Saughub des Pumpenkolbens 18 in nicht näher dargestellter Weise Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs zugeführt.

Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen Ventilkörper 26 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, in dem ein erstes Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist. Wie in Figur 2 dargestellt weist der Ventilkörper 26 an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine erste, vorzugsweise mehrere erste Einspritzöffnungen 32 auf, die über den Umfang des Ventilkörpers 26 verteilt angeordnet sind. Das erste Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 36 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die ersten Einspritzöffnungen 32 abführen. Im Ventilkörper 26 ist zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30 zum Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das erste Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht.

Das erste Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch eine Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende des

ersten Einspritzventilglieds 28 greift direkt oder über ein Zwischenstück eine erste vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das erste Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die erste Schließfeder 44 ist in einem ersten, durch eine Bohrung 46 gebildeten Federraum des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.

Das erste Einspritzventilglied 28 des Kraftstoffeinspritzventils 12 ist hohl ausgebildet und in diesem ist in einer koaxial im Einspritzventilglied 28 ausgebildeten Bohrung ein zweites Einspritzventilglied 128 verschiebbar geführt. Durch das zweite Einspritzventilglied 128 wird wenigstens eine zweite Einspritzöffnung 132 im Ventilkörper 26 gesteuert. Die wenigstens eine zweite Einspritzöfnung 132 ist in Richtung der Längsachse der Einspritzventilglieder 28, 128 zu der wenigstens einen ersten Einspritzöffnung 32 zum Brennraum hin versetzt angeordnet.

Das zweite Einspritzventilglied 128 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 134 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 136 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die zweiten Einspritzöffnungen 132 abführen. Das zweite Einspritzventilglied 128 kann zweiteilig ausgebildet sein und einen die Dichtfläche 134 aufweisenden, dem Brennraum zugewandten Teil und einen vom Brennraum weg an den ersten Teil anschließenden zweiten Teil aufweisen. Nahe dem brennraumseitigen Ende des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist an diesem eine ausserhalb des Ventilsitzes 136 liegende Druckfläche 142 gebildet, auf die bei geöffnetem erstem Einspritzventilglied 28 der im Druckraum 40 herrschende Druck wirkt.

An die den ersten Federraum bildende Bohrung 46 vom Brennraum weg anschließend ist wie in den Figuren 1 und 3

dargestellt im Ventilkörper 26 eine einen zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ausgebildet, in dem eine zweite, auf das zweite Einspritzventilglied 128 wirkende Schließfeder 144 angeordnet ist. Die den zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ist im Durchmesser etwas kleiner ausgebildet als die den ersten Federraum bildende Bohrung 46. Das erste Einspritzventilglied 28 ragt mit seinem Ende in den ersten Federraum hinein und stützt sich in diesem an der ersten Schließfeder 144 ab. Die erste Schließfeder 44 stützt sich mit ihrem dem ersten Einspritzventilglied 28 abgewandten Ende an einer zwischen der den ersten Federraum bildenden Bohrung 46 und der den zweiten Federraum bildenden Bohrung 146 angeordneten Trennwand 47 ab. Das zweite Einspritzventilglied 128 ragt mit einer Druckstange, die einstückig mit dem Einspritzventilglied 128 oder als separates Teil ausgebildet sein kann, aus dem ersten Einspritzventilglied 28 heraus und verläuft durch den ersten Federraum und durch eine in der Trennwand 47 ausgebildete Bohrung 45 mit kleinerem Durchmesser hindurch bis in die Bohrung 146. Die den zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ist im Durchmesser gegenüber der Bohrung 45 größer ausgebildet. In der Bohrung 146 ist ein mit der Druckstange des zweiten Einspritzventilglieds 128 verbundener oder mit dieser einstückig ausgebildeter Steuerkolben 147 angeordnet, durch den zur Trennwand 47 hin in der Bohrung 146 ein Steuerraum 50 begrenzt wird. Die Druckstange des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist in der Bohrung 45 dicht geführt, so dass der Steuerraum 50 vom ersten Federraum getrennt ist. Auf der dem Steuerraum 50 abgewandten Seite des Steuerkolbens 147 greift die zweite Schließfeder 144 an.

Die zweite Schließfeder 144 stützt sich mit ihrem dem Steuerkolben 147 abgewandten Ende am Boden des zweiten Federraums ab. Der durch den Steuerkolben 147 auf der dem Steuerraum 50 abgewandten Seite begrenzte Raum 148, in dem die zweite Schließfeder 144 angeordnet ist, weist eine Verbindung 145 mit einem Niederdruckbereich auf,

beispielsweise mit einem Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter 24.

Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 48 in den Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12. Durch ein elektrisch gesteuertes Ventil 23 wird eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums 22 mit einem Entlastungsraum gesteuert, als der beispielsweise zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein Bereich dienen kann, in dem ein gegenüber dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 etwas erhöhter Druck aufrechterhalten wird. Solange keine Kraftstoffeinspritzung erfolgen soll ist durch das durch eine elektronische Steuereinrichtung 54 angesteuerte Steuerventil 23 die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 22 mit dem Entlastungsraum geöffnet, so daß sich im Pumpenarbeitsraum 22 kein Hochdruck aufbauen kann. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung erfolgen soll wird durch das Steuerventil 23 der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum getrennt, so daß sich beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck aufbauen kann. Das Steuerventil 23 kann als Magnetventil oder als Piezoventil ausgebildet sein.

Der Steuerraum 50 ist mit dem Kanal 48 verbunden, so dass im Steuerraum 50 derselbe Druck herrscht wie im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12. Wenn das erste Einspritzventilglied 28 geöffnet ist, das heißt mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abgehoben ist, so ist die Druckfläche 142 des zweiten Einspritzventilglieds 128 von dem im Druckraum 40 herrschenden Druck beaufschlagt, durch den entsprechend der Größe der Druckfläche 142 eine Kraft in Öffnungsrichtung 29 auf das zweite Einspritzventilglied 128 erzeugt wird. Zusätzlich ist auch die den Steuerraum 50 begrenzende Ringfläche 149 des Steuerkolbens 147 von dem im Steuerraum 50 herrschenden Druck, der gleich hoch ist wie

der im Druckraum 40 herrschende Druck, beaufschlagt, durch den entsprechend der Größe der Ringfläche 149 des Steuerkolbens 147 ebenfalls eine Kraft in Öffnungsrichtung 29 auf das zweite Einspritzventilglied 128 erzeugt wird. Die Ringfläche 149 des Steuerkolbens 147 ist dabei größer als die Druckfläche 142 des zweiten Einspritzventilglieds 128.

In Schließrichtung wirkt auf das zweite Einspritzventilglied 128 die zweite Schließfeder 144 sowie eine durch den im Raum 148 herrschenden Druck auf den Steuerkolben 147 erzeugte Kraft.

Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 23 geöffnet, so daß Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 in den Pumpenarbeitsraum 22 gelangt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 wird der Beginn der Kraftstoffeinspritzung dadurch festgelegt, daß das Steuerventil 23 schließt, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum getrennt ist und sich im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck aufbaut. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12 so hoch ist, dass die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das erste Einspritzventilglied 28 erzeugte Druckkraft größer ist als die Kraft der ersten Schließfeder 44, so öffnet das Kraftstoffeinspritzventil 12 indem das erste Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abhebt und die wenigstens eine erste Einspritzöffnung 32 freigibt. Die in Schließrichtung durch die zweite Schließfeder 144 und den im Raum 148 herrschenden auf das zweite Einspritzventilglied 128 ausgeübte Schließkraft ist größer als die durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck über die Druckfläche 142 und die durch den im Steuerraum 50 herrschenden Druck über die Ringfläche 149 auf das zweite Einspritzventilglied 128 ausgeübte Kraft

in Öffnungsrichtung 29, so dass das zweite Einspritzventilglied 128 in seiner geschlossenen Stellung verbleibt. Am Kraftstoffeinspritzventil 12 wird somit mit den ersten Einspritzöffnungen 32 nur ein Teil des gesamten Einspritzquerschnitts geöffnet, so daß entsprechend nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Dies ist vorzugsweise bei einer Voreinspritzung von Kraftstoff der Fall. In Figur 4 ist der Verlauf des Hubs h der beiden Einspritzventilglieder 28,128 über der Zeit t während eines Einspritzzyklus dargestellt. Der Hub des ersten Einspritzventilglieds 28 ist mit durchgezogenen Linien dargestellt und der Hub des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist mit gestrichelter Linie dargestellt. Die Voreinspritzung ist mit A bezeichnet und es ist ersichtlich, dass hierbei nur das erste Einspritzventilglied 28 öffnet und infolge dessen nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Die Voreinspritzung wird beendet, indem das Steuerventil 23 öffnet, so dass der Druck im Druckraum 40 sinkt.

Zu einer Haupteinspritzung wird das Steuerventil 23 wieder geschlossen, so dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 entsprechend dem Profil des Nockens 20 wieder ansteigt. Bei Erreichen des Öffnungsdrucks öffnet das erste Einspritzventilglied 28 und gibt die ersten Einspritzöffnungen 32 frei. Wenn das erste Einspritzventilglied 28 geöffnet ist, so wirkt der im Druckraum 40 herrschende Druck auf die Druckfläche 142 des zweiten Einspritzventilglieds 128 und wenn die durch den im Druckraum 40 und im Steuerraum 50 herrschenden Druck über die Flächen 142 und 149 in Öffnungsrichtung 29 auf das zweite Einspritzventilglied 128 erzeugte Kraft größer ist als die auf dieses in Schließrichtung wirkende Kraft, so öffnet auch das zweite Einspritzventilglied 128 und gibt die zweiten Einspritzöffnungen 132 frei. Somit ist der gesamte Einspritzquerschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 12

freigegeben. Die Öffnungsbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 und damit die Freigabe der zweiten Einspritzöffnungen 132 erfolgt verzögert nach der Öffnungshubbewegung des ersten Einspritzventilglieds 28 und der Freigabe der ersten Einspritzöffnungen 32 wie dies in Figur 4 bei der mit B bezeichneten Haupteinspritzung dargestellt ist. Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird das Steuerventil 23 geöffnet, so dass der Druck im Druckraum 40 und im Steuerraum 50 sinkt und die Einspritzventilglieder 28,128 schließen.

Es kann vorgesehen sein, daß die durch die ersten Einspritzöffnungen 32 und die zweiten Einspritzöffnungen 132 gebildeten Einspritzquerschnitte zumindest annähernd gleich groß sind, so daß bei der Öffnung nur des ersten Einspritzventilglieds 28 der halbe gesamte Einspritzquerschnitt freigegeben wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die ersten Einspritzöffnungen 32 einen kleineren oder größeren Einspritzquerschnitt bilden als die zweiten Einspritzöffnungen 132.

Es kann vorgesehen sein, dass in der Verbindung 145 des Raums 148 mit dem Niederdruckbereich eine Drosselstelle 150 angeordnet ist. Durch die Drosselstelle 150 kann bei der Öffnungshubbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 Kraftstoff nur verzögert verdrängt werden, wodurch die Öffnungshubbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 gedämpft wird. Hierdurch wird eine größere Verzögerung der Öffnungshubbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 gegenüber der Öffnungshubbewegung des ersten Einspritzventilglieds 28 und damit ein flacherer Anstieg der eingespritzten Kraftstoffmenge erreicht. Die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht sich somit bei der Öffnungshubbewegung des zweiten Einspritzventilglieds nicht sprungartig sondern allmählich.

In Figur 3 ist das Kraftstoffeinspritzventil 12 ausschnittsweise gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel, jedoch der Raum 148 zusätzlich zu dessen Verbindung 145 mit dem Niederdruckbereich auch eine Verbindung 160 mit dem Pumpenarbeitsraum 22 aufweist, wobei in der Verbindung 160 eine Drosselstelle 162 angeordnet ist. Durch die Verbindung 160 des Raums 148 mit dem Pumpenarbeitsraum 22 wird die auf das zweite Einspritzventilglied 128 in Schließrichtung wirkende Kraft zusätzlich zu der Kraft der zweiten Schließfeder 144 erhöht, wodurch das Öffnungs-und Schließverhalten des zweiten Einspritzventilglieds 128 beeinflusst werden kann.