Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse für Brenn¬ kraftmaschinen mit einem Düsenkörper mit Spritzlöchern für Brennstoff und zwei koaxialen Ventilnadeln, bei welcher die äußere Hohlnadel und . die innere Ventilnadel federnd abge¬ stützt sind und mit gesonderten Spritzlöchern zusammenwirken und die Hohlnadel radiale Bohrungen aufweist.

Um die Einspritzung in eine Vor- und eine Haupteinspritzung zu unterteilen, um günstigeres Emissionsverhalten zu erzielen und gleichzeitig die Geräuschentwicklung herabzusetzen und einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen, ist beispielsweise aus der DE-OS 31 13 475 eine Ausbildung bekanntgeworden, bei welcher eine zwei Nadeln aufweisende Düse vorgesehen ist. Eine äußere Hohlnadel enthält hiebei eine koaxial geführte Düsennadel, wobei beide Nadeln federbelastet und axial verschiebbar sind. Die Hohlnadel weist hiebei radiale Boh¬ rungen zur Verbindung mit dem Druckraum der inneren Ventil- nadel auf. Die Nadeln wirken mit gesonderten Spritzlöchern zusammen und durch geeignete Bemessung der Federn sowie der für das Abheben der Nadeln von ihrem Sitz wirksamen Druck¬ schultern lassen sich die Steuerzeiten für die Vorein¬ spritzung und die Haupteinspritzung vorgeben. Bei derartigen Ausbildungen gehen die Vor- und die Haupteinspritzung unmit¬ telbar ineinander über, so daß eine scharfe Trennung zwischen Vor- und Haupteinspritzung nicht erfolgt. Im übrigen sind koaxiale Kegelsitze erforderlich, wodurch eine relativ aufwendige Bearbeitung zur Vermeidung von Toleranzproblemen notwendig ist. Der Beginn, das Ende und die Dauer der Vorein- spritzung sind hiebei verschleißabhängig und nicht exakt definiert. Dadurch, daß die innere Nadel ihren Sitz in der äußeren Düsennadel hat, sind die Bewegungen der beiden Nadeln miteinander gekoppelt und es ist ein großes Volumen zwischen dem Ventil und den Spritzlöchern konstruktiv erforderlich.

welches die Gefahr eines Nachtropfens der Düse mit sich bringt.

Aus der DE-OS 27 11 391 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekanntgeworden, bei der in einer Hohlnadel eine Ventilnadel koaxial geführt ist. Beide Nadeln sind federbelastet und wirken mit gesonderten Spritzlöchern zusammen. Die Kraft¬ stoffzufuhr erfolgt über radiale Bohrungen in der Hohlnadel im Inneren zur Düsenspitze, wobei in Abhängigkeit von den Federkräften und den beaufschlagten Flächen der Düsennadel die Reihenfolge der Öffnung und die Öffnungszeiten der den Düsennadeln zugeordneten Spritzlöcher gesteuert werden kann. Auch bei dieser bekannten Ausbildung gehen somit die Vor- und Haupteinspritzung unmittelbar ineinander über, so daß eine scharfe Trennung der Einspritzvorgänge nicht möglich wird.

, Eine weitere bekannte Ausbildung gemäß der DE-OS 27 10 216 weist einen in einer Düsennadel geführten Steuerkolben auf. Der Steuerkolben gibt hiebei nach Abheben der Düsennadel über einen vorbestimmten Hub über radiale Steuerkanten zusätzliche Spritzlöcher frei. Da die Vor- und die Haupteinspritzung lediglich hubabhängig von einem gemeinsamen Steuerglied, nämlich der Düsennadel, welche den Steuerkolben enthält, gesteuert sind, gehen die Vorteile der Voreinspritzung bei Vollast und bei höheren Drehzahlen verloren. Eine klare Trennung in Vor- und Haupteinspritzung ist auch bei dieser Ausbildung nicht möglich.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Ausbildung einer Einspritzdüse der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Möglichkeit ergibt, die Vor- und Haupt ^' einspritzung klar zu trennen und die Steuerzeiten genau und unabhängig von den SteuerZeiten der Haupteinspritzung festlegen zu können. Darüberhinaus zielt die Erfindung darauf ab, eine derartige Ausbildung bei möglichst geringem Fertigungsaufwand zu verwirklichen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfin-

düng im wesentlichen darin, daß die innere Ventilnadel als Steuerkolben ausgebildet ist, dessen Mantel im Bereich der Mündungen der radialen Bohrungen der Hohlnadel von einer ringförmigen Ausnehmung gebildete Steuerkanten aufweist, und daß ausgehend von der ringförmigen Ausnehmung des Mantels des Steuerkolbens Kanäle zu einem am Steuerkolben angeordneten Sitz eines mit dem Steuerkolben zusammenwirkenden Ventil¬ schließgliedes, wie z.B. einer Kugel, oder zu einem mit dem Steuerkolben verbundenen Ventilschließglied führen. Dadurch, daß ein in einer Hohlnadel im wesentlichen dichtend geführter Steuerkolben vorgesehen ist, welcher mit radialen Bohrungen der Hohlnadel zusammenwirkt, kann zunächst unabhängig von einer Bewegung der Hohlnadel und ausschließlich definiert durch die Federbelastung des Steuerkolbens der Steuerkolben zur Freigabe von Spritzlöchern verschoben werden. Dadurch, daß der Steuerkolben selbst Sitzflächen für ein mit dem Steuerkolben zusammenwirkendes Ventilschließglied aufweist, lassen sich hier die Öffnungsdruckverhältnisse und die Zeiten exakt definieren und es wird in einfacher Weise die Möglich- keit geschaffen, ein sich selbst zentrierendes Schließglied ohne aufwendige Doppelpassung, beispielsweise eine Kugel, als Ventilschließglied einzusetzen. Bei Ausbildung des Steuerkol¬ bens mit diesem Ventilschließglied müssen die Kanäle des Steuerkolbens außerhalb der durch das Schließglied zu dich- tenden Austrittsquerschnitte münden, wodurch sich ein etwas höherer Fertigungsaufwand ergibt. Durch die Steuerkanten des Steuerkolbens wird nach einem vorbestimmten Hub des Steuer¬ kolbens der Druck wiederum abgebaut und es erfolgt ein definiertes Schließen der zugeordneten Spritzlöcher, bevor die Haupteinspritzung durch Abheben der Hohlnadel von ihrem Sitz eingeleitet wird. Gleichzeitig mit dieser Haupt¬ einspritzung werden wiederum auch die Spritzlöcher, der Voreinspritzung freigegeben, so daß der volle Austritts¬ querschnitt für die Haupteinspritzung zur Verfügung steht. Dies wiederum ermöglicht es, mit geringeren Einspritzdrücken das Auslangen zu finden. Die den Steuerkolben beaufschlagende

Feder ^* kann in einfacher Weise gegen die Hohlnadel selbst abgestützt sein und kann relativ klein dimensioniert sein, so daß die Verschiebung des Steuerkolbens mit geringer Trägheit möglich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind die Kanäle des Steuerkolbens von einer an die ringförmige Ausnehmung angeschlossenen axialen Bohrung gebildet, welche an der den Spritzlöchern zugewandten Stirn- fläche konisch erweitert ist, und es wirkt diese Stirnfläche mit einer Ventilkugel zusammen. Diese konische Erweiterung erlaubt es die Kugel mit seitlichem Spiel zu lagern, da sie sich gegenüber der konischen Dichtfläche des Steuerkolbens immer zentriert. Diese selbstzentrierende Ausbildung erlaubt eine billige Fertigung bei hoher Präzision und aufgrund des geringen Sitzdurchmessers eine kleinere Druckfläche, was wiederum zu einer Verkleinerung der Druckfeder führt. Eine¬ derartig kleine Druckfeder für den Steuerkolben läßt sich bequem im Inneren der Hohlnadel unterbringen.

Die Ventilkugel selbst kann unter Freilassen von Kanälen zu den Spritzlöchern des Düsenkörpers am Grund des Düsenkörpers anliegen. Auf diese Weise wird ein besonders kurzer Weg zwischen Ventilsitz und Spritzlöchern erzielt, wodurch sich eine saubere Trennung zwischen Vor- und Haupteinspritzung auch bei sehr hohen Drehzahlen erzielen läßt, wobei nach der Haupteinspritzung kein Nachtropfen auftritt. Gleichzeitig wird ein günstiger Strömungsverlauf zwischen Kugelventil und Spritzlöchern erzielt, wobei dadurch, daß die Dichtung des Ventils gegenüber dem Steuerkolben erzielt wird, für das öffnen eine geringere Beschleunigung erforderlich ist, wodurch diese Ausbildung besonders für hohe Drehzahlen geeignet ist.

Alternativ kann die Ausbildung so getroffen sein, daß die Hohlnadel ein Sackloch aufweist, in dessen den Spritzlöchern

zugewandter Stirnwand eine Bohrung für die Verbindung zu den dem Steuerkolben zugeordneten Spritzlöchern im Düsenkörper angeordnet ist, daß die Hohlnadel auf gegenüber den vom Steuerkolben gesteuerten Spritzlöchern größerem Radius mit einer Sitzfläche des Düsenkörpers zusammenwirkt und daß die Ventilkugel und gegebenenfalls eine Kanäle freilassende Kugelauflage zwischen dem Steuerkolben und der den Spritz¬ löchern zugewandten Stirnwand des Sackloches angeordnet sind. Bei einer derartigen Ausbildung wird die Düsenkörperspitze weitgehend geschont und durch die gegebenenfalls vorgesehene Kugelauflage als gesonderter Bauteil ein Toleranzausgleich erzielt. Bei einer derartigen Ausbildung ist eine genaue Fertigung des Sacklochbodens nicht erforderlich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung der erfindungs¬ gemäßen Einspritzdüse weist die Hohlnadel in ihrem der Nadel¬ spitze abgewandten Endbereich der Bohrung einen .Federraum für die Aufnahme der den Steuerkolben beaufschlagenden Feder auf. Die Maßnahme, den Federraum in der Bohrung selbst vorzusehen, ist insbesondere der Tatsache zu verdanken, daß der Steuer¬ kolben nur eine kleine Druckfläche aufweist und der Öffnungs¬ druck für die Voreinspritzung gering ist und daher mit relativ geringen Federkräften abgestützt werden kann.

Zur Begrenzung des Hubes des Steuerkolbens kann mit Vorteil der Federraum mit einem einen einstellbaren Anschlag für den Steuerkolben aufweisenden Druckzapfen abschließbar sein. Diese Verstellbarkeit des Anschlages erlaubt es, die Vorein- spritzmenge exakt einzustellen und vereinfacht die Bearbei- tung und Montage.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausbildung so getroffen, daß die Düse getrennte Zulaufleitungen für die Haupteinspritzung und die Voreinspritzung aufweist, daß in die Zulaufleitungen ein mit einem drehzahlabhängigen Druck, insbesondere mit dem Vorpumpendruck, beaufschlagbarer Steuer-

Schieber eingeschaltet ist und daß der Steuerschieber in Abhängigkeit vom beaufschlagenden Druck einen freigebenden oder drosselnden Querschnitt in den Zulaufleitungen aufweist. Durch die Einschaltung eines von einem drehzahlabhängigen Druck, insbesondere vom Vorpumpendruck, beaufschlagbaren Steuerschiebers in die getrennten Zulaufleitungen ist es möglich, den zeitlichen Abstand des Spritzbeginnes zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung mit steigender Drehzahl zu vergrößern, wodurch eine deutliche Trennung zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung über einen weiteren Drehzahlbereich erreichbar ist. Durch eine Veränderung des Querschnitts in den Zulaufleitungen durch den Steuerscnieber ergibt sich weiters die Möglichkeit, das Mengenverhältnis zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung zu ändern.

Da in den Zulaufleitungen ein sehr hoher Druck vor Beginn der Einspritzung aufgebaut wird, ist bevorzugt der Steuerschieber in die Zulaufleitung zur Voreinspritzung und in eine Bypass-Leitung zur Leitung für die Haupteinspritzung einge- schaltet, wodurch die Beanspruchung des Steuerschiebers wesentlich herabgesetzt werden kann, da nur mehr ein Teil der unter hohem Druck stehenden Haupteinspritzmenge über den Steuerschieber geleitet wird. Vorzugsweise wird so vorge¬ gangen, daß der Steuerschieber bei einer Drosselung des Querschnitts in der Zulaufleitung zur Haupteinspritzung einen vergrößerten Querschnitt in der Zulaufleitung zur Vorein¬ spritzung freigibt, wodurch das Mengenverhältnis zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung bei steigenden Dreh¬ zahlen zugunsten der Voreinspritzung verschoben wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungεbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig.l schematisch eine Pumpe-Düse-Baueinheit, wobei die Details der Düse dieser Figur nicht entnommen werden können. In Fig.2 ist eine vergrößerte Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritz-

düse im Längsschnitt gezeigt. Fig.3 zeigt einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig.2 und Fig.4 eine vergrößerte Darstellung des unteren Endbereiches der Düse nach Fig.2. In Fig.5 ist eine abgewandelte Ausbildung einer Düse entspre- chend den Fig.2, 3 und 4 dargestellt, bei welcher die Kugel des Ventils auf einer Kugelauflage gelagert ist. Fig.6 zeigt einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig.5. Fig. 7 zeigt den Einspritzdruckverlauf über den Nockenwellenwinkel für verschiedene Drehzahlen. Fig. 8 zeigt in einer abgewandelten Ausbildung einen Schnitt durch einen in die Zulaufleitungen eingeschalteten Steuerschieber und Fig. 9 zeigt einen Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8. Schließlich ist in Fig. 10 der Einspritzdruckverlauf über den Nockenwellenwinkel für verschiedene Drehzahlen bei Verwendung eines Steuerschiebers gemäß Fig. 8 und 9 eingetragen.

In Fig.l ist eine Pumpe-Düse-Baueinheit dargestellt, in welcher der Pumpenkolben mit 1 bezeichnet ist. Im Anschluß an den Arbeitsraum 2 dieses Pumpenkolbens ist ein Rückschlag- ventil 3 vorgesehen, aus welchem über Zulaufleitungen 4 und 5 für die Haupteinspritzung sowie die Voreinspritzung Kraft¬ stoff zur Düse 6 gelangt. Die Düse enthält Düsennadeln 7, wobei die Düsennadelfeder für die äußere Ventilnadel mit' 8 bezeichnet ist. Die Düsennadelfeder 8 ist als Schraubenfeder ausgebildet und an einem Federteller 9 abgestützt, welcher über ein balliges Lager mit der äußeren Düsennadel zusammen¬ wirkt.

Der Düsenkörper ist mit 10 bezeichnet und enthält Spritz- löcher 11 und 12, wobei die Details der Ausbildung der Düse 6 beispielsweise der Fig.2 entnommen werden können.

In Fig.2 ist ersichtlich, daß innerhalb der äußeren Düsen¬ nadel 7 ein Steuerkolben 13 in radialer Richtung dichtend und in axialer Richtung verschieblich geführt ist. Die äußere Düsennadel 7, welche als Hohlnadel ausgebildet ist, weist

radiale Durchbrechungen 14 auf, welche in eine Ringnut 15 des Steuerkolbens 13 in der gezeigten Ruhelage münden. Der Steuerkolben 13 ist über eine im Inneren der hohlen Düsen¬ nadel 7 enthaltene Schraubenfeder 29 federnd abgestützt. Zur Sicherung der Feder in der Hohlnadel und zur Einstellung der Federkraft ist ein Druckzapfen 16 als Verschlußstück der Bohrung der hohlen Düsennadel 7 vorgesehen, welcher einen zapfenförmigen Ansatz 17 als Anschlag für einen zapfen- förmigen Fortsatz 18 des Steuerkolbens 13 aufweist. Der freie Abstand zwischen diesen beiden Anschlägen 17 und 18 bestimmt die mögliche Voreinspritzmenge.

Bei Beaufschlagung der Zuführungsleitung 5 mit Kraftstoff unter Druck baut sich über die radialen Durchbrechungen 14 und die Ringnut 15 im Inneren des Steuerkolbens 13 Druck auf, wobei eine axiale Bohrung 19 vorgesehen ist, über welche dieser Druck an einem Ventilsitz 20 zur Wirkung gelangt. Bei Überschreiten der Kraft der den Steuerkolben belastenden Feder 29 hebt der Steuerkolben 13 mit seinem Ventilsitz 20 von einem von einer Kugel 21 gebildeten Ventilschließglied ab, wodurch der Kraftstoff über die auf kleinerem Radius befindlichen Spritzlöcher 12 ausgespritzt wird. Beim Abheben des Steuerkolbens 13 überschleift die Unterkante der ring¬ förmigen Ausnehmung 15 die radialen Durchbrechungen 14 der äußeren Hohlnadel 7, so daß die weitere Zufuhr von Kraftstoff unter Druck unterbunden wird. Unter der Kraft der Feder 29 kann der Steuerkolben 13 mit seinem Ventilsitz 20 wiederum in dichtende Anlage an die Kugel 21 gelangen, wobei zwischen¬ zeitlich durch den über die Zuführungsleitung 4 aufgebauten Haupteinspritzdruck und die Schultern 22 die äußere Hohlnadel 7 von ihrem Sitz abhebt und die auf größerem Durchmesser liegenden Spritzlccher 11 freigibt. Gleichzeitig werden aber auch die Spritzlöcher 12, welche auf kleinerem Radius liegen, neuerlich freigegeben.

Details dieser Ausbildung nach Fig.2 sind den Fig.3 und 4 zu entnehmen. In Fig.3 ist die ringförmige Ausnehmung 15 er¬ sichtlich, welche über die radialen Bohrungen 14 in der Hohlnadel 7 mit der Zulaufbohrung 5 für die Voreinspritz- kraftstoffmenge in Verbindung steht.

Aus der Darstellung nach Fig.4 ist ersichtlich, daß nach Abheben des Ventilkörpers 13 von dem Schließglied, welches von der Kugel 21 gebildet ist, die über die axiale Bohrung 19 des Steuerkolbens 13 zugeführte Kraftstoffmenge an der Ventilkugel 21 vorbei in die Spritzlöcher 12 gelangen kann. Die Sitzfläche 20 des Steuerkolbens 13 hebt bei dieser Freigabe der Spritzlöcher 12 unabhängig von einer Ver¬ schiebung der äußeren Hohlnadel 7 von der Kugel 21 ab. Nach neuerlichem Absenken der Sitzfläche 20 auf die Kugel 21 und Überschreiten der Kraft, welche für das Anheben der Hohlnadel 7 erforderlich ist, hebt.die Hohlnadel 7 von ihrer Sitzfläche 22 am Grund des Düsenkörpers 10 ab, so daß die Spritzlöcher 11 und die Spritzlöcher 12 für die Haupteinspritzung zur Verfügung stehen.

Bei der Ausbildung nach Fig.5 und 6 weist die Hohlnadel 7 ein Sackloch 23 auf, dessen den Spritzlöchern 11 und 12 zuge¬ wandte Stirnwand 24 eine axiale Bohrung 25 für die Zuführung von Kraftstoff zu den Spritzlöchern 12 aufweist. An der Stirnwand 24 ist ein Auflageteil 26 festgelegt, welcher die das Ventilschließglied darstellende Kugel 21 trägt und den freien Durchgang von Kraftstoff zur axialen Bohrung 25 ermöglicht. Zu diesem Zweck weist der Auflageteil 26, wie aus Fig.6 hervorgeht, Stege 27 auf, zwischen welchen Durch¬ brechungen 28 freibleiben.

Die Sitzfläche 20 des Steuerkolbens 13 ist hiebei, wie insbesondere aus Fig.5 ersichtlich ist, konisch ausgebildet, so daß eine lose Auflage der Kugel 21 als Ventilschließglied am Grund bzw. der Stirnwand 24 des Sackloches 23 ausreicht,

um einen sicher dichtenden Abschluß zwischen Ventilkugel 21 und Sitzfläche 20 zu gewährleisten.

Als Voreinspritzdruck genügen bei einer derartigen Ausbildung mit einem Steuerkolben Drücke zwischen 100 und 150 bar, wobei die Haupteinspritzung bereits ab Drücken von über 200 bar, beispielsweise 240 bar, erzielt werden kann. Sobald der Ein¬ spritzdruck unter den Schließdruck gesunken ist, v/erden alle Spritzöffnungen gleichzeitig geschlossen.

Der Einspritzdruckverlauf über den Nockenwellenwinkel ist aus Fig. 7 ersichtlich. Bei den im Vergleich dargestellten Drehzahlen von 400, 1300 und 2200 Umdrehungen pro Minute sinkt der Einspritzdruck zwischen Vor- und Haupteinspritzung für alle Ausführungsformen auf Null ab, so daß eine klare Trennung der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung bei beliebigen Drehzahlen erreicht wird.

In Fig. 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, wobei nach dem Rückschlagventil in den Zulaufleitungen ein Steuerschieber 29 in einem Schiebersitz 30 angeordnet ist. Mit 5 ist wiederum die Zulaufleitung für die Voreinspritzung bezeichnet, während die Zulaufleitung 4 für die Haupt¬ einspritzung strichliert angedeutet ist. Der Steuerschieber 29 ist in die Zulaufleitung 5 und in eine Bypassleitung 31 der Zulaufleitung 4 für die Haupteinspritzung eingeschaltet. Der Steuerschieber weist im Bereich der Leitungen 5 und 31 an seinem Umfang ringförmige Ausnehmungen 32 auf. Durch Auf¬ bringen eines drehzahlabhängigen Druckes, insbesondere des Vorpumpendruckes, wird der Steuerschieber 29 in Richtung des Pfeiles 33 gegen die Kraft einer im Inneren des Steuer¬ schiebers angeordneten Druckfeder 34 verschoben, wodurch der in der Zulaufleitung 5 von der Ausnehmung 32 freigegene Querschnitt vergrößert wird, während der in der Bypass-Lei- tung 31 freigegebene Querschnitt verringert wird. Es ergibt sich somit bei steigender Drehzahl und daher steigendem

Steuerdruck eine Verschiebung des Mengenverhältnisses zu¬ gunsten der Voreinspritzung. Mit 35 sind O-Ringe für die Dichtung angedeutet.

in Fig. 9 sind deutlich die ringförmigen Ausnehmungen 32 am Umfang des Steuerschiebers 29 zu erkennen und die Zulauf¬ leitungen sind strichliert angedeutet. Es wird wiederum deutlich, daß durch eine Verschiebung des Steuerschiebers 29 unterschiedliche Querschnitte in den Leitungen 5 und 31 freigegeben werden.

Der Einspritzdruckverlauf über den Nockenwellenwinkel ist aus Fig. 7 ersichtlich. Bei den im Vergleich dargestellten Dreh¬ zahlen von 400, 1300 und 2200 Umdrehungen pro Minute sinkt der Einspritzdruck zwischen Vor- und Haupteinspritzung für alle Ausführungsformen auf Null ab, so daß eine klare Trennung der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung bei beliebigen Drehzahlen erreicht wird.

Wird ein Steuerschieber gemäß einer Ausführung nach Fig. 8 und 9 verwendet, so ergibt sich ein Einspritzdruck¬ verlauf, wie er in Fig 10 dargestellt ist. Neben einer Trennung zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung ergibt sich im Vergleich mit Fig. 7 zusätzlich für steigende Drehzahlen eine Verschiebung des Mengenverhältnisses zu¬ gunsten der Voreinspritzung, wobei sich die jeweils einge¬ spritzte Kraftstoffmenge als Fläche unter den der Vorein¬ spritzung bzw. der Haupteinspritzung zugeordneten Kurvenzug ergibt.