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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 101
18 163 A1 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem die
in einem Ventilsitzkörper
ausgebildeten Abspritzöffnungen
durch einen Wulst vor den im Brennraum zirkulierenden Gemischströmungen abgeschirmt sind.
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Auch
aus der
DE 101 30
206 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem
die Abspritzöffnungen
vor den Temperaturen und den im Brennraum zirkulierenden Gemischströmungen geschützt werden.
Dies geschieht mittels eines Flammschutzsiebs, welches an einem
abströmseitigen Ende
des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist.
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Nachteilig
bei den aus den oben genannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventil ist
insbesondere, daß die
Maßnahmen
zur Strahlaufbereitung und zum Schutz der Abspritzöffnungen
vor Verkokungsrückständen aufwendig
herzustellen sind und oft zusätzliche
Bauteile erfordern. Die mit den gängigen Herstellungsmethoden
in den herkömmlichen
Ventilsitzkörpern
ausgebildeten Abspritzöffnungen
ermöglichen
zudem keine zufriedenstellende Strahlaufweitung.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß das
Brennstoffeinspritzventil an einem dem Brennraum zugewandten Ende
eine Spritzlochscheibe aufweist, welche aus mehreren Schichten ausgebildet ist
und zumindest eine Abspritzöffnung
umfaßt.
Die die Schichten in Form von Bohrungen durchziehende Abspritzöffnung ist
dabei durch Versätze
der Bohrungen zueinander gekennzeichnet. Die Spritzlochscheibe erlaubt
dadurch kürzere
Abspritzöffnungen mit
einer verbesserten Strahlaufbereitung sowie vielfältigen Möglichkeiten
der Gestaltung der Abspritzöffnungen
und dadurch weitere Verbesserungen bei der Formung der Gemischwolke.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhafterweise
sind Schichten mit Stütz-, Meß-, Wärmeleitungs-
und Schutzfunktionen vorgesehen, welche in beliebiger weise kombinierbar
sind.
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Ebenso
ist von Vorteil, daß die
Schichten aus dünnen
Folien von 15 μm – 35 μm, vorzugsweise
ca. 25 μm,
Dicke herstellbar sind und so kurze Abspritzöffnungen mit besseren Strahlaufbereitungseigenschaften
erzeugt werden können.
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Von
Vorteil ist außerdem,
daß in
den Schichten durch entsprechend angeordnete Bohrungen beliebige
gestufte, schräge,
sich erweiternde und/oder verengende Abspritzöffnungen herstellbar sind.
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Weiterhin
ist von Vorteil, daß in
beliebigen Schichten Brennstoff- und Drallkanäle angeordnet sein können, um
dem Brennstoff vor der Einspritzung einem Drall unterwerfen zu können.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils in einer Gesamtansicht,
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2 einen schematischen Ausschnitt
aus dem ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich II in 1,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich II in 1,
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4 ein drittes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich II in 1,
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5 ein viertes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich II in 1,
und
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6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich II in 1.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind
dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen.
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Ein
in 1 dargestelltes erstes
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist
in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
ausgeführt.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere
zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten
Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2,
in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht
mit einem Ventilschließkörper 4 in
Wirkverbindung, der mit einer an dem Düsenkörper 2 ausgebildeten
Ventilsitzfläche 6 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt
es sich im Ausführungsbeispiel
um ein nach innen öffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine in einer Sprizlochscheibe 5 ausgebildete
Abspritzöffnung 7 verfügt.
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Die
Spritzlochscheibe 5 ist dabei an einem dem Brennraum der
Brennkraftmaschine zugewandten abströmseitigen Ende 36 des
Brenrstoffeinspritzventils 1 angeordnet. Sie weist erfindungsgemäß mehrere
Schichten 37 auf, welche aus unterschiedlichen Materialien
hergestellt sind, um unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen zu können. Eine
detaillierte Darstellung der Spritzlochscheibe 5 sowie
ihrer Funktion ist den 2 bis 6 und der zugehörigen Beschreibung
zu entnehmen.
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Der
Düsenkörper 2 ist
durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet.
Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt
und auf einen Spulenträger 12 gewickelt,
welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt.
Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch
eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander
durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden.
Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von
einem über einen
elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom
erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben,
die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die
Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche
scheibenförmig
ausgeführt ist.
Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15.
An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich
der Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit
der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit
dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich
eine Rückstellfeder 23 ab,
welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine Hülse 24 auf
Vorspannung gebracht wird.
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In
der Ventilnadelführung 14 und
im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30 und 31.
Der Brennstoff wird über
eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine
nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine
weitere Dichtung 35 gegen einen nicht weiter dargestellten
Zylinderkopf abgedichtet.
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An
der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 32,
welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt
auf einem zweiten Flansch 33 auf, welcher über eine
Schweißnaht 34 kraftschlüssig mit
der Ventilnadel 3 verbunden ist.
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Im
Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von
der Rückstellfeder 23 entgegen
seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an
der Ventilsitzfläche 6 in
dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut
diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen
der Federkraft der Rückstellfeder 23 in
Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung
zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen
Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt
den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls
in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung
stehende Ventilschließkörper 4 hebt von
der Ventilsitzfläche 6 ab,
und der über
die Brennstoffkanäle 30 und 31 geführte Brennstoff
wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
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Wird
der Spulenstrom abgeschaltet, fällt
der Anker 20 nach genügendem
Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom
Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in
Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung
bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung
bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt
und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
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2 zeigt in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt
aus dem ersten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1.
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Das
direkte Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
stellt hohe Anforderungen an die Eigenschaften der Einspritzung, um
die gewünschten
Ziele wie z. B. geringer Brennstoffverbrauch, Einhaltung von Emissionswerten, stabiler,
ruhiger Motorlauf sowie die Verbesserung der allgemeinen Fahreigenschaften über die
Lebensdauer zu erreichen. Entscheidend hierfür ist die Gestaltung der Abspritzgeometrie.
Brennstoffeinspritzventile 1 mit mehreren Abspritzöffnungen 7 sind
hier besonders bevorzugt, da die Abspritzöffnungen 7 einen breiten
Raum zur Modellierung der eingespritzten Gemischwolke bieten.
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Bisher
wurden die Strahlbilder durch herstellungstechnisch bedingt gerade
durch das abströmseitige
Ende 36 des Brennstoffeinspritzventils 1 verlaufende
Abspritzöffnungen 7 geformt,
wodurch die Ausbreitung der Gemischwolke eingeschränkt ist. Zudem
darf beim direkten Einspritzen von Brennstoff das die Abspritzöffnungen 7 beinhaltende
Bauteil nicht zu dünn
sein, da es sonst den hohen Drücken nicht
standhalten kann, was bedingt durch die Länge der Abspritzöffnungen 7 weitere
Einschränkungen
in der Strahlaufweitung mit sich bringt. Auch der fertigungsbedingte
Minimaldurchmesser der Abspritzöffnungen 7,
welcher ca. 100 μm
nicht unterschreitet, schränkt
die Strahlaufweitung ein, da die Anzahl der Abspritzöffnungen 7 sowie
die minimale Tröpfchengröße beschränkt sind.
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Um
den genannten Einschränkungen
Rechnung zu tragen und das Strahlbild in Hinsicht auf die Eigenschaften
der Brennkraftmaschine zu verbessern, ist die Spritzlochscheibe 5 des
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 dabei
aus mehreren Schichten 37 aufgebaut. Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel
sind drei Schichten 37 sowie eine Abspritzöffnung 7 vorgesehen.
Die Schichten 37 erfüllen
dabei unterschiedliche Aufgaben. Eine dem Brennraum der Brennkraftmaschine
zugewandte Außenschicht 37a ist
dabei beispielsweise aus einem besonders glatten Material ausgebildet,
um die Bildung von Ablagerungen zu vermindern.
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Eine
Zwischenschicht 37b kann beispielsweise aus Kupfer gefertigt
sein und damit die Aufgabe der Wärmeleitung übernehmen.
Je kühler
der Bereich um die Abspritzöffnung 7 gehalten
werden kann, desto besser ist das Brennstoffeinspritzventil 1 vor
Ablagerungen geschützt,
da der auf dem abströmseitigen
Ende 36 des Brennstoffeinspritzventils 1 nach
der Einspritzung verbleibender Brennstoff dann flüssig bleibt
und bei der nächsten
Einspritzung abtransportiert wird.
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Des
weiteren kann eine Stützschicht 37c und/oder
eine Meßschicht 37d vorgesehen
sein, wobei die Stützschicht 37c vorzugsweise
aus hochelastischem Material, wie z. B. einem Metall mit amorpher Struktur,
und Federeigenschaften zur Aufnahme von Kräften aufgebaut ist, während die
Meßschicht 37d zur
Ermittlung von Drücken
und Kräften
im Bereich des abströmseitigen
Endes 36 des Brennstoffeinspritzventils 1 konzipiert
sein kann. Insbesondere die Schichten 37b, 37c und 37d können dabei
beliebig vertauscht und so angeordnet sein, daß den Anforderungen an das
Brennstoffeinspritzventil 1 am besten Rechnung getragen
wird.
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Die
Abspritzöffnung 7 ist
im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel
gerade ausgebildet. Bedingt durch die geringe Dicke der Spritzlochscheibe 5 ist
hier jedoch bereits bei einer einzelnen Abspritzöffnung 7 eine gute
Strahlaufweitung möglich.
Die Abspritzöffnung 7 kann
auch beliebige andere Formen annehmen, wie im Folgenden beschrieben.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1 im gleichen Ausschnitt wie 2.
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Im
Gegensatz zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist das Brennstoffeinspritzventil 1 in der Spritzlochscheibe 5 zumindest
zwei Abspritzöffnungen 7 auf,
welche nicht parallel zu einer Längsachse 38 des
Brennstoffeinspritzventils 1 verlaufen, sondern einen Winkel α mit der
Längsachse 38 einschließen. Dieser
muß nicht
zwingend für alle
Abspritzöffnungen 7 gleich
groß sein.
Die Neigung der Abspritzöffnungen 7 wird
dabei dadurch erzielt, daß die
Position der jeweiligen Anteile der Abspritzöffnungen 7 in Form
von Bohrungen 41 in jeder Schicht 37 versetzt
zu der jeweils vorhergehenden Schicht 37 angeordnet sind.
Die solchermaßen
hergestellten Abspritzöffnungen 7 sind
einfach herstellbar und können
beliebig angebracht werden, um beliebige Winkel α zu erzeugen.
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Durch
die gestufte Anordnung der Bohrungen 41 zueinander wird
eine Schuppenstruktur in den Abspritzöffnungen 7 erzeugt,
welche Mikrowirbel in der Brennstoffströmung erzeugt. Ergebnis ist
ein extrem schwankungsarmer Einspritzstrahl.
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Wie
im vorigen Ausführungsbeispiel
sind drei Schichten 37 vorgesehen, welche eine Außenschicht 37a und
beliebige, an die Anforderungen an das Brennstoffeinspritzventil 1 angepaßte Zwischen-, Stütz- und/oder
Meßschichten 37b, 37c, 37d umfassen
können.
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In 4 ist eine weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt, welches ebenfalls zumindest
zwei Abspritzöffnungen 7 sowie
eine Spritzlochscheibe 5 aus sechs Schichten 37 umfaßt. Hier
ist die Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten der
verschiedenen Schichten 37a bis 37d noch größer. So
können
Zwischen- und Stützschichten 37b und 37c in
beliebiger Weise kombiniert werden. Die Außenschicht 37a bleibt
der Verringerung der Ablagerungen halber jedoch vorzugsweise in
allen Ausführungsbeispielen
an gleicher Position.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsvariante
ist 5 zu entnehmen.
Hierbei ist einerseits die Abspritzöffnung 7 gestuft ausgeführt, so
daß sich
die Abspritzöffnung 7 in
einer Abströmrichtung
des Brennstoffs erweitert. Dies ist in einfacher Weise realisierbar,
indem die Bohrungen 41 in den jeweils aufeinanderfolgenden
Schichten 37 in Abströmrichtung größer werden.
Vorteil dieser Ausführungsform
ist die Möglichkeit
der Strahlaufweitung, wodurch die Gemischwolke im Brennraum positiv
beeinflußt
werden kann, sowie die Bildung von Mikroverwirbelungen, welche die
Gefahr von Ablagerungen vermindern.
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Ebenso
besteht die Möglichkeit,
die Konturen der Abspritzöffnungen 7 im
Zu- und Ablaufbereich so zu gestalten, daß Laval- oder Venturidüsen mit
dem Vorteil geringen Druckabfalls im Bereich der Abspritzöffnungen 7 herstellbar
sind.
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Weiterhin
umfaßt
die Spritzlochscheibe 5 in einer der Schichten 37 einen
Zuleitungskanal 39, durch welchen der einzuspritzende Brennstoff
seitlich zugeleitet und dadurch mit einem Drall versehen werden
kann. Durch den schichtweisen Aufbau der Spritzlochscheibe 5 ist
es in einfacher Weise möglich,
Zuleitungskanäle 39 in
beliebigen Schichten 37 anzuordnen.
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Die
Anzahl der Schichten 37 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wiederum drei, wovon die dem Brennraum zugewandte Außenschicht 37a in
ihrer Position festgelegt ist, während
die anderen beiden Schichten 37 als Zwischen-, Stütz- und/oder
Meßschichten 37b, 37c, 37d ausgebildet sein
können.
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Ein
in 6 dargestelltes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1 weist wieder sechs Schichten 37 mit
einer gestuften Abspritzöffnung 7 sowie
dem zusätzlichen
Merkmal eines Drallkanals 40 auf. Der Drallkanal 40 steht
dabei mit dem Zuleitungskanal 39 in Verbindung, wodurch
der Brennstoff in noch effektiverer Weise einem Drall unterworfen
werden kann. Die Auswahl und Anordnung der Schichten 37 ist wiederum
von der Außenschicht 37a abgesehen
beliebig.
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Wie
aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen
ersichtlich, ist jede Kombination zwischen beliebig vielen Schichten,
einzelnen und mehreren Abspritzöffnungen 7 sowie
gestuften Abspritzöffnungen 7 denkbar.
Es ist z. B. auch möglich,
mehrere Abspritzöffnungen 7 gestuft
herzustellen, um so einerseits mehrere und andererseits aufgeweitete
Brennstoffstrahlen in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen
und so ein homogeneres Gemisch zu bilden.
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Weiterhin
ist es auch möglich,
die einzelnen Schichten in beispielsweise konzentrische Kreiszonen
aufzuteilen, so daß z.
B. in einem inneren Kreis die Abspritzöffnungen 7 angeordnet
sind und die Schicht 37 in diesem Bereich aus einem hoch
wärmeleitfähigen Material
besteht, während
ein äußerer, konzentrischer
Ring aus einem anderen Material besteht und andere Funktionen wie
z. B. eine Stützfunktion
erfüllt.
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Da
die einzelnen Schichten 37 der Spritzlochscheibe 5 Federstahleigenschaften
haben, ist es möglich,
das Totvolumen zwischen Ventilschließkörper 4 und der Spritzlochscheibe 5 zu
reduzieren. Hierbei ist der Dichtsitz so geformt, daß beim Schließen des
Brennstoffeinspritzventils 1 der Ventilschließkörper 4 zunächst auf
die Spritzlochscheibe 5 trifft und von dieser abprallt.
Die Anordnung im Bereich des Dichtsitzes ist dabei so gestaltet,
daß bereits
vor dem Auftreffen des Ventilschließkörpers 4 auf der Spritzlochscheibe 5 der
Brennstofffluß unterbrochen
wird. Dadurch wird bei kleinen Hüben
im Bereich der gesperrten Brennstoffzufuhr eine Luftbewegung in
den Abspritzöffnungen 7 erzeugt,
wodurch ebenfalls die Gefahr von Ablagerungen verringert wird.
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Die
in 5 und 6 dargestellten Drallkanäle 40 können auch
mit einem anderen Kühlmedium
als Brennstoff beaufschlagt werden, welches beispielsweise über die
Zuelitungskanäle 39 oder
durch separate Kanäle
zuleitbar ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
für beliebige Bauweisen
von nach innen öffnenden
Brennstoffeinspritzventilen 1 geeignet. Die Merkmale der
Ausführungsbeispiele
können
beliebig miteinander kombiniert werden.