DE10048935A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschine, das u. a. einen Aktuator (10, 11, 12) und ein bewegliches Ventilteil (5, 7), das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (22) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzkörper (16) ausgebildet ist, aufweist. DOLLAR A Stromabwärts des Ventilsitzes (22) ist ein scheibenförmiges Drallelement(25) angeordnet, das wenigstens einen Einlassbereich (27) als auch wenigstens eine Auslassöffnung (29) hat, und das wenigstens einen Drallkanal (28) stromaufwärts der Auslassöffnung (29) besitzt. Der Einlassbereich (27) in dem Drallelement (25) wird zentral angeströmt. Von ihm gehen sämtliche Drallkanäle (28) aus, wodurch dem die Drallkanäle (28) ausschließlich radial von innen nach außen durchströmenden Brennstoff eine Drallkomponente aufgeprägt wird. DOLLAR A Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich insbesondere als Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist bereits vielfach bekannt, an Brennstoffeinspritzventilen drallerzeugende Elemente vorzusehen, mit denen dem abzuspritzenden Brennstoff eine Drallkomponente aufgeprägt wird, durch die der Brennstoff besser zerstäubt wird und in kleinere Tröpfchen zerfällt. Dabei ist es bereits bekannt, einerseits die drallerzeugenden Mittel stromaufwärts, also vor dem Ventilsitz und andererseits stromabwärts, also hinter dem Ventilsitz anzuordnen.

Drallerzeugende Mittel, die stromabwärts des Ventilsitzes angeordnet sind, sind üblicherweise derart gestaltet, dass in radial außen liegende Enden von Drallkanälen Brennstoff eingeleitet wird, der dann radial einwärts zu einer Drallkammer geführt wird, in die er mit einer tangentialen Komponente eintritt. Aus der Drallkammer tritt dann der drallbehaftete Brennstoff aus. Aus der DE-OS 198 15 775 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts des Ventilsitzes eine Drallscheibe vorgesehen ist, die einen solchen Strömungsverlauf aufweist.

Beispiele für Brennstoffeinspritzventile mit Drallelementen stromaufwärts des Ventilsitzes zeigen beispielsweise die WO 98/35159 oder die DE-OS 197 36 682. Auch bei diesen Ventilen sind die Drallelemente grundsätzlich so ausgeführt, dass der Brennstoff radial von außen in Richtung zum zentralen Ventilsitz zugeführt wird.

Des weiteren ist bereits aus der DE-OS 195 27 626 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts des Ventilsitzes eine Düsenplatte vorgesehen ist. Diese Düsenplatte weist eine Vielzahl von schaufelradähnlich angeordneten Drallvertiefungen auf, die ringförmig über die Düsenplatte verteilt sind. Jede einzelne Drallvertiefung besitzt einen Einlassbereich, von dem aus der Brennstoff mit einer teilweise radialen Komponente in Richtung eines Ringspalts mit größerem Durchmesser transportiert wird.

In der DE-OS 196 07 288 wurde bereits die sogenannte Multilayergalvanik zur Herstellung von Lochscheiben, die insbesondere für den Einsatz an Brennstoffeinspritzventilen geeignet sind, ausführlich beschrieben. Dieses Herstellungsprinzip einer Scheibenherstellung durch mehrfaches galvanisches Metallabscheiden verschiedener Strukturen aufeinander, so dass eine einteilige Scheibe vorliegt, soll ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt vorliegender Erfindung zählen. Die mikrogalvanische Metallabscheidung in mehreren Ebenen, Lagen bzw. Schichten kann auch zur Herstellung der Drallscheiben zum Einsatz kommen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mit ihm eine sehr hohe Zerstäubungsgüte eines abzuspritzenden Brennstoffs erzielt wird. Als Konsequenz können mit einem solchen Einspritzventil einer Brennkraftmaschine u. a. die Abgasemission der Brennkraftmaschine reduziert und ebenso eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs erzielt werden.

In vorteilhafter Weise ist das Drallelement sehr einfach und zuverlässig an dem Brennstoffeinspritzventil befestigbar. Durch die zentrale Anströmung des Drallelements liegen die benötigten Befestigungsstellen weit abseits des Ventilsitzes, der darauf folgenden Auslassöffnung und des Einlassbereichs des Drallelements. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Reduzierung des Totvolumens in der Anströmung hinter dem Ventilsitz. Die Gefahr sogenannter Nachspritzer im motorischen Betrieb wird so stark reduziert, da nur wenig oder kein Brennstoff in dem Zuströmbereich gespeichert wird.

Die durch die zentrale Anströmung der Drallkanäle radial weiter außen liegende Abspritzgeometrie kann bei bestimmten Einbaubedingungen, insbesondere bei Verwendung des Brennstoffeinspritzventils zum direkten Einspritzen in den Brennraum einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, da auf diese Weise die Gefahr einer Verkokung der Abspritzgeometrie herabgesetzt ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Sehr einfach kann mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil ein schräges Abspritzen von Brennstoff unter einem Winkel γ zur Ventillängsachse erfolgen, das unter bestimmten Einbaubedingungen erforderlich sein kann. In dem Drallelement können schräg verlaufende Auslassöffnungen bereits einfach integriert sein, ohne dass ein Abspritzbauteil schräg am Einspritzventil montiert werden muss.

In besonders vorteilhafter Weise ist das Drallelement auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Drallelemente in reproduzierbarer Weise äußerst präzise in sehr großen Stückzahlen gleichzeitig gefertigt werden können (hohe Batchfähigkeit). Besonders vorteilhaft ist es dabei, das Drallelement mittels der sogenannten Multilayergalvanik herzustellen. Aufgrund ihrer metallischen Ausbildung sind solche Drallelemente sehr bruchsicher und gut montierbar. Die Anwendung der Multilayergalvanik erlaubt eine extrem große Gestaltungsfreiheit, da die Konturen der Öffnungsbereiche (Einlassbereiche, Drallkanäle, Auslassöffnungen) in dem Drallelement frei wählbar sind.

Besonders vorteilhaft ist es, das Drallelement bestehend aus drei Lagen bzw. Schichten aufzubauen, indem zwei oder drei Galvanikschritte zur Metallabscheidung vorgenommen werden. Dabei stellt die stromaufwärtige Schicht eine Deckelschicht mit einer zentralen Einlassöffnung dar, die die Drallkanäle einer mittleren Drallerzeugungsschicht vollständig abdeckt. Die Drallerzeugungsschicht wird von mehreren Materialbereichen gebildet, die aufgrund ihrer Konturgebung und ihrer geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkanäle vorgeben. Durch den Galvanikprozess werden die einzelnen Schichten ohne Trenn- oder Fügestellen so aufeinander aufgebaut, dass sie durchgehend homogenes Material darstellen. Insofern sind "Schichten" als gedankliches Hilfsmittel zu verstehen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein teilweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil im Schnitt, Fig. 2 eine Draufsicht auf ein in Fig. 1 entlang der Linie I-I gezeigtes Drallelement, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils mit einem eine schräg verlaufende Auslassöffnung aufweisenden Drallelement, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drallelements mit drei Drallkanälen in einer Draufsicht, Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein mittels Multilayergalvanik hergestelltes Drallelement, Fig. 6 eine Ansicht einer mittleren Drallerzeugungsschicht des in Fig. 5 geschnitten dargestellten Drallelements im Querschnitt, Fig. 7 eine zweite Querschnittsansicht einer mittleren Drallerzeugungsschicht eines mittels Multilayergalvanik hergestellten Drallelements, Fig. 8 eine dritte Querschnittsansicht einer mittleren Drallerzeugungsschicht eines mittels Multilayergalvanik hergestellten Drallelements und Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines teilweise dargestellten Brennstoffeinspritzventils mit einem Drallelement.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist als ein erstes Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise und vereinfacht dargestellt. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 7 aufweist.

Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.

Anstelle des elektromagnetischen Kreises kann auch ein anderer erregbarer Aktuator, wie z. B. ein Piezostack, in einem vergleichbaren Brennstoffeinspritzventil verwendet werden bzw. das Betätigen des axial beweglichen Ventilteils durch einen hydraulischen Druck oder Servodruck erfolgen.

Zur Führung der Ventilnadel 5 während der Axialbewegung dient eine Führungsöffnung 13 eines Führungselements 14. Das Führungselement 14 weist wenigstens eine Strömungsöffnung 15 auf, durch die Brennstoff aus der Längsöffnung 3 in Richtung zu einem Ventilsitz strömen kann. Das z. B. scheibenförmige Führungselement 14 ist beispielsweise mittels einer umlaufenden Schweißnaht fest mit einem Ventilsitzkörper 16 verbunden. Der Ventilsitzkörper 16 ist z. B. an dem dem Kern 12 abgewandten Ende des Ventilsitzträgers 1 durch Schweißen dicht montiert.

Die Stellung des Ventilsitzkörpers 16 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 7 an einer sich stromabwärts konisch verjüngenden Ventilsitzfläche 22 des Ventilsitzkörpers 16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule 10 beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar. Der Ventilschließabschnitt 7 wirkt mit der kegelstumpfförmigen Ventilsitzfläche 22 des Ventilsitzkörpers 16 zu einem Dichtsitz zusammen. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 22 weist der Ventilsitzkörper 16 eine zentrale Auslassöffnung 23 auf.

An dem Ventilsitzkörper 16 ist stromabwärts der Auslassöffnung 23 ein z. B. scheibenförmiges Drallelement 25 angeordnet, das beispielsweise wiederum durch Schweißen an dem Ventilsitzkörper 16 befestigt ist. Das Drallelement 25 besitzt einen einzigen zentralen Einlassbereich 27, der unmittelbar der Auslassöffnung 23 des Ventilsitzkörpers 16 folgt und der im Bereich der Ventillängsachse 2 liegt. Von diesem Einlassbereich 27 ausgehend erstreckt sich wenigstens ein Drallkanal 28 radial nach außen, der dort in eine Auslassöffnung 29 des Drallelements 25 mündet.

Das Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere als sogenanntes Mehrlochventil (Fig. 4) ausgeführt, das sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum eignet.

Insbesondere Brennstoffeinspritzventile für die Direkteinspritzung von Brennstoff in einen Brennraum, deren Austrittsöffnungen direkt der Brennraumatmosphäre ausgesetzt sind, sind stark verkokungsanfällig. Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil soll in hohem Maße vermieden werden, dass Verkokungsablagerungen des Brennraums im Bereich der Auslassöffnungen 29 diese zusetzen und so die Einspritzmengen über die Lebensdauer des Ventils erheblich verändern.

Bei dem Drallelement 25 handelt es sich um ein scheibenförmiges Bauteil, das als Spritzlochscheibe ausgeführt ist und das zumindest im Bereich der Öffnungsstruktur 27, 28, 29 zweilagig ausgebildet ist. Dabei beinhaltet die obere, dem Ventilsitzkörper 16 zugewandte Lage den zentralen Einlassbereich 27 und den wenigstens einen Drallkanal 28, während die untere Lage der Öffnungsstruktur von der Auslassöffnung 29 gebildet wird. Das Drallelement 25 ist beispielsweise aus einem Blech hergestellt, wobei die Öffnungskonturen mittels Stanzen, Prägen, Erodieren und/oder Laserbohren eingebracht werden.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das in Fig. 1 entlang der Linie I-I gezeigte Drallelement 25. Dabei wird deutlich, dass der Drallkanal 28 von dem zentralen Einlassbereich 27 radial nach außen verläuft, um in eine versetzt zur Ventillängsachse 2 liegende Drallkammer 30 tangential zu münden. Die Öffnungskontur der oberen Lage des Drallelements 25 entspricht damit weitgehend einer 6-Form bzw. 9-Form. Die Kanten des Einlassbereichs 27, des Drallkanals 28 und der Drallkammer 30 sind z. B. abgeschrägt, so dass sich für den Drallkanal 28 eine eingekerbte rinnen- bzw. v-förmige Geometrie ergeben kann, die also invers dachfirstförmig ist. Da der Drallkanal 28 tangential in die Drallkammer 30 mündet und die Auslassöffnung 29 mittig zur Drallkammer 30 angeordnet ist, von der sie ringförmig umgeben ist, liegt die parallel zur Ventillängsachse 2 verlaufende Auslassöffnung 29 mit einem Versatz zum Drallkanal 28 vor.

Auf diese Weise wird einem die Drallkammer 30 durchströmenden Brennstoff eine Drallkomponente aufgeprägt.

Je nach Wunsch bezüglich der Strahlstrukturierung und/oder der Strahlhomogenität bzw. den Einbaubedingungen am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und deren Brennraumbedingungen kann es sinnvoll sein, die Anzahl der Auslassöffnungen 29, deren Anordnung zueinander und deren Winkel zur Ventillängsachse 2 zu variieren. In den Fig. 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Drallelementen 25 dargestellt.

Dabei zeigt Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils mit einem eine schräg verlaufende Auslassöffnung 29 aufweisenden Drallelement 25 in der gleichen Ansicht wie Fig. 1, so dass für übereinstimmende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Bei diesem Beispiel weist die Auslassöffnung 29 einen Winkel γ zur Ventillängsachse 2 auf, wobei die Auslassöffnung 29 derart geneigt verläuft, dass sie in Abspritzrichtung zur Ventillängsachse 2 hin gerichtet ist. Die Neigungsrichtung kann jedoch auch umgekehrt sein; auch eine windschiefe Ausbildung der Auslassöffnung 29 ist möglich.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drallelements 25 mit drei Drallkanälen 28 in einer Draufsicht. Von dem zentralen Einlassbereich 27 gehen nun drei Drallkanäle 28 aus, die z. B. um 120° versetzt zueinander radial nach außen verlaufen. An ihren Enden mündet jeder Drallkanal 28 in jeweils eine Drallkammer 30, von der wiederum der drallbehaftete Brennstoff in eine Auslassöffnung 29 eintreten und von dort abgespritzt werden kann. Die Drallkanäle 28 können auch ungleichmäßig über den Umfang verteilt sein. Für eine gewünschte Ausfüllung des Brennraums mit Brennstoff können die Auslassöffnungen 29 beispielsweise mit unterschiedlichen Winkeln zur Ventillängsachse 2 ausgerichtet sein, wobei sich z. B. alle Auslassöffnungen 29 in stromabwärtiger Richtung unter Winkeln von der Ventillängsachse 2 entfernen oder ihr zugewandt gerichtet sind.

In den Fig. 5 bis 9 sind Ausführungsbeispiele von Drallelementen 25 dargestellt, die nach dem gleichen Prinzip wie bei den Beispielen gemäß Fig. 1 bis 4 angeströmt und durchströmt werden, jedoch mittels der sogenannten Multilayergalvanik hergestellt sind.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes mittels Multilayergalvanik hergestelltes Drallelement 25. Gebildet wird das scheibenförmige Drallelement 25 z. B. aus drei galvanisch aufeinander abgeschiedenen Ebenen, Lagen bzw. Schichten, die somit im eingebauten Zustand axial aufeinander folgen. Bezeichnet werden die drei Schichten des Drallelements 25 im folgenden entsprechend ihrer Funktion mit Einlassschicht 35, Drallerzeugungsschicht 36 und Bodenschicht 37. Die obere Einlassschicht 35 weist einen größeren Außendurchmesser als die Drallerzeugungsschicht 36 und die Bodenschicht 37 auf. Eine solche Außenkontur ist für einen einfachen und sicheren Einbau des Drallelements 25 in eine Aufnahmeöffnung 39 eines Aufnahmeteils 40 (Fig. 9) zweckmäßig.

Der Brennstoff strömt zentral über einen als kreisförmige Einlassöffnung ausgebildeten mittleren Einlassbereich 27 in der oberen Einlassschicht 35, die ansonsten eine reine Materialschicht ist, in das Drallelement 25 ein. Von dort gelangt er stromabwärts in einen zentralen Bereich 42 der mittleren Drallerzeugungsschicht 36. Von dem zentralen Bereich 42 aus kann der Brennstoff ungehindert in beispielsweise vier Drallkanäle 28 in der mittleren Drallerzeugungsschicht 36 eintreten. Die Drallerzeugungsschicht 36 ist durch galvanische Metallabscheidung derart aufgebaut, dass sich in einer bestimmten gewünschten Struktur Materialbereiche 43 und Öffnungsbereiche (zentraler Bereich 42, Drallkanäle 28) abwechseln. Fig. 6 zeigt zum besseren Verständnis eine Ansicht der mittleren Drallerzeugungsschicht 36 des in Fig. 5 geschnitten dargestellten Drallelements 25 im Querschnitt.

Die inneren Materialbereiche 43 sind flügelähnlich abgeknickt oder bogenförmig oder parabelförmig ausgebildet, so dass sich als Zwischenräume zwischen den Materialbereichen 43 die Drallkanäle 28 in ähnlich abgeknickter Form ergeben. Die Drallkanäle 28 werden vom zentralen Bereich 42 her nach außen hin durchströmt, wo der aus ihnen austretende Brennstoff aufgrund der Kanalgestaltung drallbehaftet in einen ringförmigen Strömungsbereich 44 eintritt, teilweise gegen die Innenwandung eines äußeren Materialbereichs 43' prallt und in Rotation versetzt wird. Der ringförmige Strömungsbereich 44 ist also von dem ebenfalls ringförmigen Materialbereich 43' außen umgeben. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel schließt sich an den ringförmigen Strömungsbereich 44 der mittleren Drallerzeugungsschicht 36 als Auslassöffnung 29 ein Ringspalt in der unteren Bodenschicht 37 an. Die Auslassöffnung 29 liegt damit nach außen hin versetzt zum zentralen Einlassbereich 27 des Drallelements 25 vor.

Fig. 7 und 8 zeigen zwei weitere Querschnittsansichten einer mittleren Drallerzeugungsschicht 36 eines mittels Multilayergalvanik hergestellten Drallelements 25. Bei diesen beiden Drallelementen 25 sind in der mittleren Drallerzeugungsschicht 36 drei innere Materialbereiche 43 vorgesehen, die wiederum so abgeschieden sind, dass die zwischen ihnen gebildeten Drallkanäle 28 hakenförmig verlaufen und einem sie durchströmenden Brennstoff eine Drallkomponente aufgeprägt wird. Der äußere ringförmige Materialbereich 43' ist an seiner Innenseite beispielsweise sechseckig ausgeführt, so dass der ringförmige Strömungsbereich 44 durch diese sechseckige Wandung begrenzt ist.

Im in Fig. 7 dargestellten Beispiel verlaufen die inneren Materialbereiche 43 mit ihren nach außen hin zeigenden Begrenzungsflächen 45 parallel zu den Wandungsabschnitten der sechseckigen Innenseite des äußeren Materialbereichs 43'. Dagegen sind die Materialbereiche 43 der Drallerzeugungsschicht 36 des Drallelements 25 gemäß Fig. 8 derart ausgeformt, dass jeweils ungefähr die Mitte jeder einzelnen nach außen hin zeigenden Begrenzungsfläche 45 der Materialbereiche 43 einem Eckpunkt der sechseckigen Innenseite des äußeren Materialbereichs 43' gegenüberliegt. Diese Strukturen der Drallerzeugungsschicht 36 sind in beliebiger Weise veränderbar.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines teilweise dargestellten Brennstoffeinspritzventils mit einem Drallelement 25. Dieses Drallelement 25 weist gegenüber allen vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen einen erheblichen Unterschied auf. Die Bodenschicht 37 des Drallelements 25 ist mit einem kleineren Außendurchmesser als dem Außendurchmesser der darüber liegenden Drallerzeugungsschicht 36 ausgeführt und besitzt keine Auslassöffnung 29. Statt dessen ist an dem Aufnahmeteil 40 in Höhe der Bodenschicht 37 des Drallelements 25 ein nach innen stehenden Kragen 46 vorgesehen. Dieser Kragen 46 untergreift das Drallelement 25 an der Drallerzeugungsschicht 36 und reicht maßgenau nahe bis an die Bodenschicht 37 heran. Zwischen der Bodenschicht 37 und dem Kragen 46 verbleibt ein schmaler Spalt, der als Ringspalt die Auslassöffnung 29 bildet. Die in Fig. 9 gezeigten Befestigungsmöglichkeiten des Aufnahmeteils 40 sowie des Drallelements 25 in dem Aufnahmeteil 40 mit (Laser-)Schweißnähten sind entsprechend auch auf Befestigung der Drallelemente 25 der Fig. 5 bis 8 anwendbar.

Die Weite der als Ringspalt ausgebildeten Auslassöffnung 29 kann so eingestellt werden, dass die Auslassöffnung 29 gegenüber dem Querschnitt der Drallkanäle 28 den drosselnden Querschnitt darstellt. Der dadurch in dem Strömungsbereich 44 und der Auslassöffnung 29 stattfindende Strömungsaufstau führt dazu, dass das Geschwindigkeitsfeld über den Umfang der Auslassöffnung 29 homogenisiert wird. Insofern lassen sich lokale Brennstoffmengenanhäufungen und Strähnen vermeiden. Sind jedoch gerade solche Strähnen für bestimmte Strahlbilder gewünscht, so kann die Weite der Ringspalt- Auslassöffnung 29 gegenüber den Drallkanalweiten vergrößert werden, so dass in den Bereichen der in den Strömungsbereich 44 ausmündenden Drallkanäle 28 Brennstoffanhäufungen verursacht werden. Anstelle des Ringspalts als Auslassöffnung 29 können auch völlig andersartig ausgeformte Auslassöffnungen 29 vorgesehen sein.

Die Drallelemente 25 gemäß Fig. 5 bis 9 werden in mehreren metallischen Schichten beispielsweise durch galvanische Abscheidung aufgebaut (Multilayergalvanik). Aufgrund der tiefenlithographischen, galvanotechnischen Herstellung gibt es besondere Merkmale in der Konturgebung, von denen hiermit einige in Kurzform zusammenfassend aufgeführt sind:

• - Schichten mit über die Scheibenfläche konstanter Dicke,
• - durch die tiefenlithographische Strukturierung weitgehend senkrechte Einschnitte in den Schichten, welche die jeweils durchströmten Hohlräume bilden (fertigungstechnisch bedingte Abweichungen von ca. 3° gegenüber optimal senkrechten Wandungen können auftreten),
• - gewünschte Hinterschneidungen und Überdeckungen der Einschnitte durch mehrlagigen Aufbau einzeln strukturierter Metallschichten,
• - Einschnitte mit beliebigen, weitgehend achsparallele Wandungen aufweisenden Querschnittsformen,
• - einteilige Ausführung der Drallscheibe, da die einzelnen Metallabscheidungen unmittelbar aufeinander erfolgen.

In den folgenden Abschnitten wird nur in Kurzform das Verfahren zur Herstellung der Drallelemente 25 erläutert. Ausführlich wurden sämtliche Verfahrensschritte der galvanischen Metallabscheidung zur Herstellung einer Lochscheibe bereits in der DE-OS 196 07 288 beschrieben. Charakteristisch für das Verfahren der sukzessiven Anwendung von photolithographischen Schritten (UV-Tiefenlithographie) und anschließender Mikrogalvanik ist, dass es auch in großflächigem Maßstab eine hohe Präzision der Strukturen gewährleistet, so dass es ideal für eine Massenfertigung mit sehr großen Stückzahlen (hohe Batchfähigkeit) einsetzbar ist. Auf einem Nutzen oder Wafer kann eine Vielzahl von Drallelementen 25 gleichzeitig gefertigt werden.

Ausgangspunkt für das Verfahren ist eine ebene und stabile Trägerplatte, die z. B. aus Metall (Titan, Stahl), Silizium, Glas oder Keramik bestehen kann. Auf die Trägerplatte wird optional zunächst wenigstens eine Hilfsschicht aufgebracht. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Galvanikstartschicht (z. B. TiCuTi, CrCuCr, Ni), die zur elektrischen Leitung für die spätere Mikrogalvanik benötigt wird. Das Aufbringen der Hilfsschicht geschieht z. B. durch Sputtern oder durch stromlose Metallabscheidung. Nach dieser Vorbehandlung der Trägerplatte wird auf die Hilfsschicht ein Photoresist (Photolack) ganzflächig aufgebracht, z. B. aufgewalzt oder aufgeschleudert.

Die Dicke des Photoresists sollte dabei der Dicke der Metallschicht entsprechen, die in dem später folgenden Galvanikprozess realisiert werden soll, also der Dicke der unteren Bodenschicht 37 des Drallelements 25. Die Resistschicht kann aus einer oder mehreren Lagen einer fotostrukturierbaren Folie oder einem Flüssigresist (Polyimid, Photolack) bestehen. Falls optional eine Opferschicht in die später erzeugten Lackstrukturen galvanisiert werden soll, ist die Dicke des Photoresists um die Dicke der Opferschicht zu vergrößern. Die zu realisierende Metallstruktur soll mit Hilfe einer photolithographischen Maske invers in dem Photoresist übertragen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Photoresist direkt über die Maske mittels UV-Belichtung (Leiterplattenbelichter oder Halbleiterbelichter) zu belichten (UV-Tiefenlithographie) und nachfolgend zu entwickeln.

Die letztlich im Photoresist entstehende Negativstruktur zur späteren Schicht 37 des Drallelements 25 wird galvanisch mit Metall (z. B. Ni, NiCo, NiFe, NiW, Cu) aufgefüllt (Metallabscheidung). Das Metall legt sich durch das Galvanisieren eng an die Kontur der Negativstruktur an, so dass die vorgegebenen Konturen formtreu in ihm reproduziert werden. Um die Struktur des Drallelements 25 zu realisieren, müssen die Schritte ab dem optionalen Aufbringen der Hilfsschicht entsprechend der Anzahl der gewünschten Schichten wiederholt werden, so dass bei einem dreilagigen Drallelement 25 zwei (laterales Überwachsen) oder drei Galvanikschritte vorgenommen werden. Für die Schichten eines Drallelements 25 können auch unterschiedliche Metalle verwendet werden, die jedoch nur in einem jeweils neuen Galvanikschritt einsetzbar sind.

Nach dem Abscheiden der oberen Einlassschicht 35 wird der verbliebene Photoresist aus den Metallstrukturen durch nasschemisches Strippen herausgelöst. Bei glatten, passivierten Trägerplatten (Substraten) lassen sich die Drallelemente 25 vom Substrat lösen und vereinzeln. Bei Trägerplatten mit guter Haftung der Drallelemente 25 wird die Opferschicht selektiv zu Substrat und Drallelement 25 weggeätzt, wodurch die Drallelemente 25 von der Trägerplatte abheben und vereinzelt werden können.

Claims (17)

1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventillängsachse (2), mit einem Aktuator (10, 11, 12), mit einem beweglichen Ventilteil (5, 7), das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (22) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzkörper (16) ausgebildet ist, und mit einem stromabwärts des Ventilsitzes (22) angeordneten Drallelement (25), das wenigstens einen Einlassbereich (27) als auch wenigstens eine Auslassöffnung (29) hat, und das wenigstens einen Drallkanal (28) stromaufwärts der Auslassöffnung (29) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Einlassbereich (27) in dem Drallelement (25) zentral vorgesehen ist, von dem sämtliche Drallkanäle (28) ausgehen, die von Brennstoff ausschließlich radial von innen nach außen durchströmbar sind.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Ventilsitzes (22) im Ventilsitzkörper (16) eine Auslassöffnung (23) zentral vorgesehen ist, die unmittelbar auf den Einlassbereich (27) des Drallelements (25) gerichtet ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (25) scheibenförmig ausgeführt ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (25) direkt am Ventilsitzkörper (16) befestigt ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (29) des Drallelements (25) radial nach außen versetzt zum Einlassbereich (27) angeordnet ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Einlassbereich (27) mehrere Drallkanäle (28) ausgehen, denen jeweils genau eine Auslassöffnung (29) zugeordnet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Einlassbereich (27) mehrere Drallkanäle (28) ausgehen, die in einer einzigen Auslassöffnung (29) münden.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (29) als Ringspalt ausgeführt ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Drallkanal (28) eine eingekerbte rinnen- bzw. v-förmige Geometrie hat.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Drallkanal (28) tangential in eine Drallkammer (30) mündet, die die Auslassöffnung (29) ringförmig umgibt.

11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallkanal (28) und die Drallkammer (30) in der gleichen Ebene des Drallelements (25) liegend zusammen eine 6-Form bzw. eine 9-Form bilden.

12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (25) durch mehrlagiges galvanisches Metallabscheiden herstellbar ist.

13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (25) zwei oder drei Schichten aufweist und die Schichten unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.

14. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer oberen Einlassschicht (35) ein einziger zentraler Einlassbereich (27) vorgesehen ist, in einer stromabwärts folgenden Drallerzeugungsschicht (36) ein zentraler Bereich (42) folgt, von dem aus Drallkanäle (28) radial nach außen verlaufen, und in einer unteren Bodenschicht (37) wenigstens eine gegenüber dem Einlassbereich (27) weiter außen liegende Auslassöffnung (29) eingebracht ist.

15. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallerzeugungsschicht (36) mehrere innere Materialbereiche (43) aufweist, die flügelähnlich abgeknickt oder bogenförmig oder parabelförmig ausgebildet sind, so dass sich als Zwischenräume zwischen den Materialbereichen (43) die Drallkanäle (28) in ähnlich abgeknickter Form ergeben.

16. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (25) in einem Aufnahmeteil (40) eingebracht ist, das am Ventilsitzkörper (16) befestigt ist.

17. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (40) einen Kragen (46) aufweist, der zum Drallelement (25) hin ragt, so dass zwischen dem Drallelement (25) und dem Kragen (46) ein Zwischenraum gebildet ist, der die Auslassöffnung (29) darstellt.