DE19907897A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere ein Hochdruckeinspritzventil, zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine, das sich dadurch auszeichnet, dass an einem Ventilsitzelement (26) ein Kegelabschnitt mit einer Ventilsitzfläche (27) ausgebildet ist, an den sich unmittelbar stromabwärts eine Austrittsöffnung (32) anschließt. Die Austrittsöffnung (32) besitzt eine Eintrittsebene (52), eine Austrittsebene (53) und eine Mittelachse (58), wobei der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) versetzt zur Ventillängsachse (8) liegt und die Mittelachse (58) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft. Stromaufwärts des Ventilsitzelements (26) ist ein scheibenförmiges Drallelement (47) angeordnet, das sowohl zur Erzeugung eines Rechtsdralls als auch eines Linksdralls einsetztbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1, des Anspruchs 13 bzw. des Anspruchs 14.

Aus der DE 197 57 299 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts eines Ventilsitzes eine Kraftstoffeinspritzkammer angeordnet ist. Mit dem Ventilsitz wirkt zum Öffnen und Schließen des Ventils eine axial bewegliche Ventilnadel zusammen, die entsprechend der Kontur des Ventilsitzes einen konisch verlaufenden Schließabschnitt besitzt. Stromaufwärts des Ventilsitzes ist am äußeren Umfang der Ventilnadel ein schräg verlaufender Drallkanal vorgesehen. Der Drallkanal mündet in eine ringförmige Wirbelkammer, die zwischen der Ventilnadel und einem äußeren Ventilgehäuse gebildet ist. Aus dieser Wirbelkammer wird der Kraftstoff zum Ventilsitz geführt. Aus der dem Ventilsitz nachfolgenden Kraftstoffeinspritzkammer strömt der Kraftstoff in eine Austrittsöffnung, die geringfügig versetzt zum Mittelpunkt der Bodenoberfläche der Kraftstoffeinspritzkammer beginnt und schräg geneigt zur Ventillängsachse stromabwärts verläuft.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 13 hat den Vorteil, dass es auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar ist. Dabei ist das Einspritzventil besonders an seinem stromabwärtigen Ende einfach und trotzdem sehr exakt montierbar. Des weiteren wird mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil eine sehr gute Zerstäubung und eine sehr exakte Abspritzung des Brennstoffs z. B. direkt in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine erreicht. Es wird eine besonders gleichmäßige Front des abgespritzten Sprays erzielt. Außerdem lassen sich Einzelsträhnen im Spray mit großer Penetrationstiefe und -geschwindigkeit vermeiden.

In besonders vorteilhafter Weise wird dem Ventilsitz im Ventilsitzelement drallbehafteter Brennstoff auf einem extrem kurzen Strömungsweg zugeführt. Dieser sehr kurze Strömungsweg wird auch insofern garantiert, dass die Austrittsöffnung bereits unmittelbar am Ende der Ventilsitzfläche unter Vermeidung von irgendwelchen Sammelräumen beginnt.

Das scheibenförmige Drallelement gemäß Anspruch 1 ist sehr einfach strukturiert und dadurch einfach ausformbar. Dem Drallelement kommt die Aufgabe zu, eine Drall- bzw. Drehbewegung im Brennstoff zu erzeugen. Da es sich bei dem Drallelement um ein Einzelbauteil handelt, sind bei dessen Handhabung im Herstellungsprozess keine Einschränkungen zu erwarten.

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

In idealer Weise kann ein und dasselbe scheibenförmige Drallelement sowohl für Linksdrall als auch für Rechtsdrall eingesetzt werden. Durch den Einbau des Drallelements entweder mit der Vorderseite oder mit der Rückseite dem Ventilsitz zugewandt lässt sich diese Variation äußerst einfach bewerkstelligen.

Im Vergleich zu Drallkörpern, die an einer Stirnseite Nuten oder ähnliche drallerzeugende Vertiefungen aufweisen, kann in dem Drallelement mit einfachsten Mitteln ein innerer Öffnungsbereich geschaffen werden, der sich über die gesamte axiale Dicke des Drallelements erstreckt und von einem äußeren umlaufenden Randbereich umgeben ist.

Um eine eindeutige Einbaulage des Drallelements zu garantieren und eine Verwechslung zwischen Rechtsdrall und Linksdrall zu vermeiden bzw. eine Verdrehsicherung des Drallelements zu gestalten, sind am äußeren Umfang des Drallelements in vorteilhafter Weise Einbauhilfen angeformt.

Durch eine Ausbildung eines der Führung der Ventilnadel dienenden Führungselements mit abwechselnden zahnförmig hervorstehenden Bereichen und dazwischenliegenden Ausnehmungen am äußeren Umfang ist auf einfache Weise eine Möglichkeit geschaffen, um ein optimales Einströmen in die Drallkanäle des darunterliegenden Drallelements zu garantieren.

Der modulare Aufbau der Elemente Führungs-, Drall- und Ventilsitzelement und die damit verbundene Funktionstrennung hat den Vorteil, dass die einzelnen Bauteile sehr flexibel gestaltet werden können, so dass durch einfache Variation eines Elements unterschiedliche abzuspritzende Sprays (Spraywinkel, statische Abspritzmenge) erzeugbar sind.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 13 hat zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen den Vorteil, dass aufgrund der "windschiefen" Anordnung der Austrittsöffnung drallbehaftete, feinstzerstäubte Brennstoffsprays ganz gezielt in besonders gewünschte Randbereiche z. B. eines Zylinders abspritzbar sind, ohne dass z. B. eine gewollte Hohlkegelverteilung aufgegeben werden muss.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 14 hat den Vorteil, dass speziell gewünschte Sonderstrahlformen des abgespritzten Brennstoffs auf einfache Weise erzielbar sind. Diese sind besonders dann erwünscht, wenn bestimmte schwierige Einbauverhältnisse an der Brennkraftmaschine vorherrschen oder ganz gezielt schräge, aber nicht rotationssymmetrische Brennstoffsprays z. B. bei der Benzindirekteinspritzung in den Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden sollen. Auf diese Weise werden von einem idealen Hohlkegel abweichende Spraykegel abgespritzt, bei denen ein gewisser Abschattungsbereich vorliegt. Auf der Seite des Abschattungsbereichs kann der Spraykegel wie abgeschnitten wirken, womit z. B. eine auf dieser Seite zu vermeidende Wandbenetzung wirkungsvoll verhindert wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils, Fig. 2a eine Draufsicht auf .einen mittleren Bereich eines Ventilsitzelements für ein nach Definition sogenanntes "Rechtsdrall-Ventil", Fig. 2b eine Draufsicht auf einen mittleren Bereich eines Ventilsitzelements für ein nach Definition sogenanntes "Linksdrall-Ventil", Fig. 2c eine Draufsicht auf einen mittleren Bereich eines Ventilsitzelements mit zweidimensionalem Versatz der Austrittsöffnung, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2a, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 als ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung analog Fig. 4, Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung analog Fig. 4, Fig. 7 einen vereinfachten symbolischen Schnitt durch einen Spraykegel, der beim Abspritzen von Brennstoff aus Ventilen gemäß den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und 6 entsteht, Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines scheibenförmigen Drallelements in einer Draufsicht, Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel eines Führungselements in einer Draufsicht, Fig. 10 ein zweites Drallelement und Fig. 11 ein drittes Drallelement.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 beispielsweise als ein Ausführungsbeispiel dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen, als Innenpol eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend hohlzylindrischen Kern 2. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders als Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Ein beispielsweise gestufter Spulenkörper 3 aus Kunststoff nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 und einem ringförmigen, nichtmagnetischen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 4 mit einem L-förmigen Querschnitt einen besonders kompakten und kurzen Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.

In dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsöffnung 7 vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse 8 erstreckt. Der Kern 2 des Magnetkreises dient auch als Brennstoffeinlaßstutzen, wobei die Längsöffnung 7 einen Brennstoffzufuhrkanal darstellt. Mit dem Kern 2 oberhalb der Magnetspule 1 fest verbunden ist ein äußeres metallenes (z. B. ferritisches) Gehäuseteil 14, das als Außenpol bzw. äußeres Leitelement den Magnetkreis schließt und die Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig umgibt. In der Längsöffnung 7 des Kerns 2 ist zulaufseitig ein Brennstofffilter 15 vorgesehen, der für die Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile sorgt, die aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder Beschädigungen verursachen könnten. Der Brennstofffilter 15 ist z. B. durch Einpressen im Kern 2 fixiert.

Der Kern 2 bildet mit dem Gehäuseteil 14 das zulaufseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils, wobei sich das obere Gehäuseteil 14 beispielsweise in axialer Richtung stromabwärts gesehen gerade noch über die Magnetspule 1 hinaus erstreckt. An das obere Gehäuseteil 14 schließt sich dicht und fest ein unteres rohrförmiges Gehäuseteil 18 an, das z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus einem Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bzw. einen langgestreckten Ventilsitzträger 21 umschließt bzw. aufnimmt. Die beiden Gehäuseteile 14 und 18 sind z. B. mit einer umlaufenden Schweißnaht fest miteinander verbunden.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das untere Gehäuseteil 18 und der weitgehend rohrförmige Ventilsitzträger 21 durch Verschrauben fest miteinander verbunden; Schweißen, Löten oder Bördeln stellen aber ebenso mögliche Fügeverfahren dar. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und dem Ventilsitzträger 21 erfolgt z. B. mittels eines Dichtrings 22. Der Ventilsitzträger 21 besitzt über seine gesamte axiale Ausdehnung eine innere Durchgangsöffnung 24, die konzentrisch zu der Ventillängsachse 8 verläuft.

Mit seinem unteren Ende 25, das auch zugleich den stromabwärtigen Abschluss des gesamten Brennstoffeinspritzventils darstellt, umgibt der Ventilsitzträger 21 ein in der Durchgangsöffnung 24 eingepasstes scheibenförmiges Ventilsitzelement 26 mit einer sich stromabwärts kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 27. In der Durchgangsöffnung 24 ist die z. B. stangenförmige, einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt aufweisende Ventilnadel 20 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 28 aufweist. Dieser beispielsweise kugelig oder teilweise kugelförmig bzw. abgerundet ausgebildete oder sich keglig verjüngende Ventilschließabschnitt 28 wirkt in bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement 26 vorgesehenen Ventilsitzfläche 27 zusammen.

Stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 ist im Ventilsitzelement 26 eine Austrittsöffnung 32 für den Brennstoff eingebracht. In Fig. 1 ist diese Austrittsöffnung 32 nur als Sackloch dargestellt, da es sich bei der Schnittdarstellung in Fig. 1 um einen mittigen Schnitt durch das Brennstoffeinspritzventil handelt, die Austrittsöffnung 32 jedoch eine schräg geneigte Erstreckung zur Ventillängsachse 8 hat, wie es Fig. 2a veranschaulicht. Die Austrittsöffnung 32 in Fig. 1 verläuft also entweder in die Zeichenebene hinein bzw. aus ihr heraus.

Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Ein Piezoaktor als erregbares Betätigungselement ist jedoch ebenso denkbar. Ebenso ist eine Betätigung über einen gesteuert druckbelasteten Kolben denkbar. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 20 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 angeordneten Rückstellfeder 33 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2, den Gehäuseteilen 14 und 18 und dem Anker 19. Der Anker 19 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 28 abgewandten Ende der Ventilnadel 20 z. B. durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. Zur Führung der Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung mit dem Anker 19 entlang der Ventillängsachse 8 dient einerseits eine im Ventilsitzträger 21 am dem Anker 19 zugewandten Ende vorgesehene Führungsöffnung 34 und andererseits ein stromaufwärts des Ventilsitzelements 26 angeordnetes scheibenförmiges Führungselement 35 mit einer maßgenauen Führungsöffnung 55. Der Anker 19 ist während seiner Axialbewegung von dem Zwischenteil 4 umgeben.

Zwischen dem Führungselement 35 und dem Ventilsitzelement 26 ist ein weiteres scheibenförmiges Element, und zwar ein Drallelement 47 angeordnet, so dass alle drei Elemente 35, 47 und 26 unmittelbar aufeinanderliegen und im Ventilsitzträger 21 Aufnahme finden. Die drei scheibenförmigen Elemente 35, 47 und 26 sind beispielsweise stoffschlüssig fest miteinander verbunden.

Eine in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 eingeschobene, eingepresste oder eingeschraubte Einstellhülse 38 dient zur Einstellung der Federvorspannung der über ein Zentrierstück 39 mit ihrer stromaufwärtigen Seite an der Einstellhülse 38 anliegenden Rückstellfeder 33, die sich mit ihrer gegenüberliegenden Seite am Anker 19 abstützt. Im Anker 19 sind ein oder mehrere bohrungsähnliche Strömungskanäle 40 vorgesehen, durch die der Brennstoff von der Längsöffnung 7 im Kern 2 aus über stromabwärts der Strömungskanäle 40 ausgebildete Verbindungskanäle 41 nahe der Führungsöffnung 34 im Ventilsitzträger 21 bis in die Durchgangsöffnung 24 gelangen kann.

Der Hub der Ventilnadel 20 wird durch die Einbaulage des Ventilsitzelements 26 vorgegeben. Eine Endstellung der Ventilnadel 20 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 28 an der Ventilsitzfläche 27 des Ventilsitzelements 26 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 20 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 19 an der stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 2 ergibt. Die Oberflächen der Bauteile im letztgenannten Anschlagbereich sind beispielsweise verchromt.

Die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit deren Erregung erfolgt über Kontaktelemente 43, die noch außerhalb des Spulenkörpers 3 mit einer Kunststoffumspritzung 44 versehen sind. Die Kunststoffumspritzung 44 kann sich auch über weitere Bauteile (z. B. Gehäuseteile 14 und 18) des Brennstoffeinspritzventils erstrecken. Aus der Kunststoffumspritzung 44 heraus verläuft ein elektrisches Anschlusskabel 45, über das die Bestromung der Magnetspule 1 erfolgt. Die Kunststoffumspritzung 44 ragt durch das in diesem Bereich unterbrochene obere Gehäuseteil 14.

Fig. 2a ist eine Draufsicht auf einen mittleren Bereich des Ventilsitzelements 26 für ein nach Definition sogenanntes "Rechtsdrall-Ventil". Konzentrisch zur Ventillängsachse 8 ist innerhalb des mittleren Bereichs die sich in stromabwärtiger Richtung kegelig verjüngende Ventilsitzfläche 27 ausgebildet, mit der der Ventilschließabschnitt 28 der Ventilnadel 20 zu einem Sitzventil zusammenwirkt. Zur Definition der Lage der Austrittsöffnung 32 im Ventilsitzelement 26 ist es notwendig, zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen 49, 50 zu deklarieren, die in ihrer Erstreckungsrichtung jeweils gedachte Ebenen aufspannen, wobei im Schnittpunkt der beiden Achsen 49, 50 bzw. der beiden gedachten vertikalen Ebenen die Ventillängsachse 8 verläuft. Die erste Achse 49 ist die in Fig. 2a waagerecht verlaufende Achse, und die zweite Achse 50 ist die in Fig. 2a senkrecht verlaufende Achse.

Die beiden Achsen 49, 50 verlaufen dabei in Fig. 2a nur zur besseren Verdeutlichung senkrecht und waagerecht. Sie können jedoch auch jede andere Position um 360° gedreht einnehmen.

Entscheidend ist nur ihre senkrechte Stellung zueinander und ihr Schnittpunkt an der Ventillängsachse 8.

Die Ventilsitzfläche 27 bildet einen Kegelabschnitt im Ventilsitzelement 26, der an seinem stromabwärtigen Ende in einem Bodenbereich 51 (Fig. 3 und 4) mit geringem Durchmesser ausläuft. Erfindungsgemäß liegt der tiefste Punkt des Bodenbereichs 51 nicht auf der Ventillängsachse 8, sondern versetzt auf einer der Achsen 49 oder 50, in Fig. 2a liegt ein Versatz z zur Achse 50 vor. Von der tiefsten Stelle des Bodenbereichs 51 ausgehend erstreckt sich die Austrittsöffnung 32 in stromabwärtiger Richtung. Die Eintrittsebene 52 der Austrittsöffnung 32 fällt mit dem Bodenbereich 51 zusammen und liegt also ebenso mit einem Versatz z zur Achse 50 vor. Allerdings befindet sich der Mittelpunkt 54 der Eintrittsebene 52 auf der Achse 49 liegend. Die Erstreckung der Austrittsöffnung 32 bis hin zu ihrer Austrittsebene 53 erfolgt parallel zur entlang der Achse 50 gedachten aufgespannten Ebene, jedoch nicht parallel zur Ventillängsachse 8. Vielmehr verläuft die Austrittsöffnung 32 schräg geneigt zur Ventillängsachse 8 in stromabwärtiger Richtung von ihr weg, wobei der Mittelpunkt 54' der Austrittsebene 53 bei einer Projektion der Austrittsebene 53 in die Ebene der Eintrittsebene 52 ebenfalls den gleichen Versatz z zur Achse 50 aufweist. In Kurzform lässt sich die Geometrie der Austrittsöffnung 32 mit außermittig und achsschräg charakterisieren. Die Fig. 3 und 4 verdeutlichen die beschriebene Geometrie anschaulich. Dabei zeigt Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2a, während Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 verdeutlicht.

Die Fig. 2a, 3 und 4 veranschaulichen ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem der Versatz z der Mittelachse 58 der Austrittsöffnung 32, auf der die beiden Mittelpunkte 54, 54' liegen, zur Achse 50 kleiner ist als der Radius der Austrittsöffnung 32. Besonders den Fig. 2a und 4 ist dabei gut zu entnehmen, dass der rechte Rand der Austrittsöffnung 32 von der Mittelachse 58 aus gesehen über die Achse 50 bzw. die Ventillängsachse 8 übersteht. Ein weiteres konstruktives Merkmal der Austrittsöffnung 32 besteht darin, dass bei einer Projektion der Eintrittsebene 52 und der Austrittsebene 53 in eine Ebene keine Überlappung der beiden Ebenen 52, 53 vorliegt, wie den Fig. 2a und 3 entnehmbar ist. Dies wird durch einen entsprechenden Neigungswinkel der Mittelachse 58 zur Ventillängsachse 8 sowie die axiale Länge der Austrittsöffnung 32 erreicht. Die Austrittsöffnung 32 endet beispielsweise in einem konvex ausgewölbten Abspritzbereich 66. Mit einem entsprechend ausgewählten Drallelement 47 (Fig. 11) liegt in Kombination mit dem in Fig. 2a gezeigten Ventilsitzelement 26 ein sogenanntes "Rechtsdrall- Ventil" vor.

Wird die Austrittsöffnung 32 gespiegelt um die Achse 50 im Ventilsitzelement 26 eingebracht, wie es Fig. 2b als zweites Ausführungsbeispiel zeigt, so entsteht ein Ventilsitzelement 26, das zusammen mit einem entsprechend ausgebildeten und vorgeschalteten Drallelement 47 (Fig. 10) ein sogenanntes "Linksdrall-Ventil" ergibt.

In Fig. 2c ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, das weitgehend dem in Fig. 2a gezeigten entspricht. Jedoch ist die Eintrittsebene 52 der Austrittsöffnung 32 nun zweidimensional versetzt. Zusätzlich zum Versatz z zur Achse 50 liegt bei diesem Beispiel der Mittelpunkt 54 der Eintrittsebene 52 auch um einen Betrag y zur Achse 49 vor. Weitere nicht dargestellte Ausführungsbeispiele können derart gestaltet sein, dass der Mittelpunkt 54 der Eintrittsebene 52 an verschiedenen Punkten der mit Mittelachse 58 bezeichneten Achse liegt. In vorteilhafter Weise sollte der Versatz y zu beiden Seiten der Achse 49 jedoch gering sein, so dass die Eintrittsebene 52 z. B. noch eine gewisse Überschneidung mit der Achse 49 hat. Legt man durch Verdrehen der beiden senkrecht zueinander stehenden Achsen 49, 50 die Achse 49 derart, dass sie wiederum durch den Mittelpunkt 54 und die Ventillängsachse 8 verläuft, so stellt man fest, dass die Parallelität von Mittelachse 58 und Achse 50 aufgehoben ist. Der zweidimensionale Versatz y, z wirkt sich also dahingehend aus, dass die Austrittsöffnung 32 nun "windschief" verläuft.

Ein stromaufwärts des Ventilsitzes 27 angeordnetes Drallelement 47 wird anhand der Fig. 8 näher beschrieben. In besonders vorteilhafter Weise wird dem Kegelabschnitt mit der Ventilsitzfläche 27 im Ventilsitzelement 26 drallbehafteter Brennstoff auf einem extrem kurzen Strömungsweg zugeführt. Dieser sehr kurze Strömungsweg wird auch insofern garantiert, dass die Austrittsöffnung 32 bereits unmittelbar am Ende der Ventilsitzfläche 27 unter Vermeidung von irgendwelchen Sammelräumen beginnt. Das Führungselement 35 weist eine maßgenaue innere Führungsöffnung 55 auf, durch die sich die Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung hindurch bewegt. Vom äußeren Umfang her besitzt das Führungselement 35 über den Umfang verteilt mehrere Ausnehmungen 56 (siehe auch Fig. 9), womit eine Brennstoffströmung am äußeren Umfang des Führungselements 35 entlang in das Drallelement 47 hinein und weiter in Richtung zur Ventilsitzfläche 27 garantiert ist.

In den Fig. 5 und 6 sind ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung analog Fig. 4 gezeigt. Diese Beispiele unterscheiden sich nur durch die Größe des Versatzes z von dem Beispiel gemäß Fig. 2a, 3 und 4. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Versatz z der Mittelachse 58 der Austrittsöffnung 32, auf der die beiden Mittelpunkte 54, 54' liegen, zur Achse 50 so gewählt, dass er gleich dem Radius der Austrittsöffnung 32 ist. Somit liegt der rechte Rand der Austrittsöffnung 32 auf der Achse 50. Im Gegensatz dazu ist die Austrittsöffnung 32 bei dem Beispiel gemäß Fig. 6 so weit zur Achse 50 versetzt angeordnet, dass der Versatz z größer ist als der Radius der Austrittsöffnung 32.

Mit den beiden letztgenannten Ausführungen der Austrittsöffnung 32 sind in vorteilhafter Weise Sonderstrahlformen des abgespritzten Brennstoffs erzielbar. Diese sind besonders dann erwünscht, wenn bestimmte schwierige Einbauverhältnisse an der Brennkraftmaschine vorherrschen oder ganz gezielt schräge, aber nicht rotationssymmetrische Brennstoffsprays z. B. bei der Benzindirekteinspritzung in den Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden sollen. Fig. 7 zeigt einen idealisierten symbolischen Schnitt durch einen Spraykegel 67, der beim Abspritzen von Brennstoff aus Ventilen gemäß den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und 6 entsteht, wobei durch einen gewissen Abschattungsbereich 68 eine Abweichung von der Rotationssymmetrie eines Kegels vorliegt. Auf der Seite des Abschattungsbereichs 68 kann der Spraykegel 67 wie abgeschnitten wirken.

In Fig. 8 ist ein zwischen Führungselement 35 und Ventilsitzelement 26 eingebettetes Drallelement 47 als Einzelbauteil in einer Draufsicht dargestellt. Das Drallelement 47 kann kostengünstig beispielsweise mittels Stanzen, Drahterodieren, Laserschneiden, Ätzen oder anderen bekannten Verfahren aus einem Blech oder durch galvanische Abscheidung hergestellt werden. In dem Drallelement 47 ist ein innerer Öffnungsbereich 90 ausgeformt, der über die gesamte axiale Dicke des Drallelements 47 verläuft. Der Öffnungsbereich 90 wird von einer inneren Drallkammer 92, durch die sich der Ventilschließabschnitt 28 der Ventilnadel 20 hindurch erstreckt, und von einer Vielzahl von in die Drallkammer 92 mündenden Drallkanälen 93 gebildet. Die Drallkanäle 93 münden tangential in die Drallkammer 92 und stehen mit ihren der Drallkammer 92 abgewandten Enden 95 nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements 47 in Verbindung. Vielmehr verbleibt zwischen den als Einlauftaschen ausgebildeten Enden 95 der Drallkanäle 93 und dem äußeren Umfang des Drallelements 47 ein umlaufender Randbereich 96.

Bei eingebauter Ventilnadel 20 wird die Drallkammer 92 nach innen von der Ventilnadel 20 (Ventilschließabschnitt 28) und nach außen durch die Wandung des Öffnungsbereichs 90 des Drallelements 47 begrenzt. Durch die tangentiale Einmündung der Drallkanäle 93 in die Drallkammer 92 bekommt der Brennstoff einen Drehimpuls aufgeprägt, der in der weiteren Strömung bis in die Austrittsöffnung 32 erhalten bleibt. Durch die Fliehkraft wird der Brennstoff weitgehend hohlkegelförmig abgespritzt. Die Enden 95 der Drallkanäle 93 dienen als Sammeltaschen, die großflächig ein Reservoir zum turbulenzarmen Einströmen des Brennstoffs bilden. Nach der Strömungsumlenkung tritt der Brennstoff langsam und turbulenzarm in die eigentlichen tangentialen Drallkanäle 93 ein, wodurch ein weitgehend störungsfreier Drall erzeugbar ist.

Der Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines Führungselements 35 entnehmbar, das jedoch in vielen anderen Ausführungsvarianten ebenso einsetzbar ist. Über seinen äußeren Umfang besitzt das Führungselement 35 alternierend Ausnehmungen 56 und zahnförmig hervorstehende Bereiche 98. Die zahnförmigen Bereiche 98 können z. B. abgerundet ausgeformt sein. Die Herstellung des Führungselements 35 erfolgt z. B. durch Stanzen. Im Beispiel gemäß Fig. 9 sind die Ausnehmungsgrunde 99 geneigt ausgebildet, so dass die Ausnehmungsgrunde 99 in vorteilhafter Weise senkrecht zu den Achsen der Drallkanäle 93 des darunterliegenden Drallelements 47 verlaufen.

Die Fig. 10 und 11 sollen andeuten, dass es jederzeit möglich ist, ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil mit einem entweder einen Linksdrall oder einen Rechtsdrall erzeugenden Drallelement 47 auszustatten. Entsprechend sind dann gemäß der Ausbildung des Drallelements 47 die Ventilsitzelemente 26 mit verschieden gerichteten Austrittsöffnungen 32 zu variieren, wie die Fig. 2a und 2b verdeutlichen. In idealer Weise kann ein und dasselbe scheibenförmige Drallelement 47 sowohl für Linksdrall als auch für Rechtsdrall eingesetzt werden. Wie die Fig. 10 und 11 zeigen, ist das Drallelement 47 nach Fig. 11 nur das gespiegelte bzw. auf die Rückseite gelegte Drallelement 47 nach Fig. 10. Um eine eindeutige Einbaulage des Drallelements 47 zu garantieren und eine Verwechslung zwischen Rechtsdrall und Linksdrall zu vermeiden bzw. eine Verdrehsicherung des Drallelements 47 zu gestalten, sind am äußeren Umfang des Drallelements 47 z. B. Einbauhilfen 100 angeformt. Diese Einbauhilfen 100 können beispielsweise die Form von Kerben, Nuten oder anderen Vertiefungen, von Abflachungen oder auch von hervorstehenden Nasen oder anderen Erhebungen haben.

Claims (18)

1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem erregbaren Betätigungselement (1, 2, 19), mit einer axial entlang einer Ventillängsachse (8) bewegbaren Ventilnadel (20), die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt (28) aufweist, der zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz (27) an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) im Ventilsitzelement (26) ausgebildeten Austrittsöffnung (32), die eine Eintrittsebene (52), eine Austrittsebene (53) und eine Mittelachse (58) besitzt, wobei der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) versetzt zur Ventillängsachse (8) liegt und die Mittelachse (58) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft, und mit stromaufwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten drallerzeugenden Mitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die drallerzeugenden Mittel in Form eines scheibenförmigen Drallelements (47) ausgeführt sind.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (47) unmittelbar stromaufwärts des Ventilsitzelements (26) an diesem anliegt.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (47) derart ausgestaltet ist, dass mit ihm sowohl ein Rechtsdrall als auch ein Linksdrall erzielbar ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (47) einen inneren Öffnungsbereich (90) mit mehreren Drallkanälen (93) besitzt, der sich vollständig über die gesamte axiale Dicke des Drallelements (47) erstreckt, wobei die Drallkanäle (93) durch einen umlaufenden Randbereich (96) nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements (47) in Verbindung stehen.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Öffnungsbereich (90) des Drallelements (47) mittels Stanzen ausformbar ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Öffnungsbereich (90) von einer inneren Drallkammer (92) und von einer Vielzahl von in die Drallkammer (92) mündenden Drallkanälen (93) gebildet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallkanäle (93) von der Drallkammer (92) entfernt liegende Enden (95) aufweisen, die als Einlauftaschen einen größeren Querschnitt besitzen als der Rest der Drallkanäle (93).

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (47) am äußeren Umfang Einbauhilfen (100) aufweist, die der eindeutigen Charakterisierung der Einbaulage des Drallelements (47) dienen.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) eine erste gedachte horizontale Achse (49) verläuft, eine zweite gedachte horizontale Achse (50) senkrecht zur ersten Achse (49) verläuft und im Schnittpunkt der ersten und der zweiten Achse (49, 50) die Ventillängsachse (8) verläuft und der Mittelpunkt (54') der Austrittsebene (53) der Austrittsöffnung (32) bei einer Projektion in die Ebene der Eintrittsebene (52) den gleichen Versatz z zur zweiten Achse (50) hat wie der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) zur zweiten Achse (50).

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) eine erste gedachte horizontale Achse (49) verläuft, eine zweite gedachte horizontale Achse (50) senkrecht zur ersten Achse (49) verläuft und im Schnittpunkt der ersten und der zweiten Achse (49, 50) die Ventillängsachse (8) verläuft und der Mittelpunkt (54') der Austrittsebene (53) der Austrittsöffnung (32) bei einer Projektion in die Ebene der Eintrittsebene (52) einen anderen Versatz z zur zweiten Achse (50) hat als der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) zur zweiten Achse (50).

11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Projektion der Eintrittsebene (52) und der Austrittsebene (53) in eine Ebene keine Überlappung der beiden Ebenen (52, 53) vorliegt.

12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz als Ventilsitzfläche (27) einen Kegelabschnitt im Ventilsitzelement (26) bildet, der an seinem stromabwärtigen Ende in einem Bodenbereich (51) ausläuft, der unmittelbar die Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) bildet.

13. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem erregbaren Betätigungselement (1, 2, 19), mit einer axial entlang einer Ventillängsachse (8) bewegbaren Ventilnadel (20), die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt (28) aufweist, der zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz (27) an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) im Ventilsitzelement (26) ausgebildeten Austrittsöffnung (32), die eine Eintrittsebene (52), eine Austrittsebene (53) und eine Mittelachse (58) besitzt, wobei der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) versetzt zur Ventillängsachse (8) liegt und die Mittelachse (58) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft, und wobei durch den Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) eine erste gedachte horizontale Achse (49) verläuft, eine zweite gedachte horizontale Achse (50) senkrecht zur ersten Achse (49) verläuft und im Schnittpunkt der ersten und der zweiten Achse (49, 50) die Ventillängsachse (8) verläuft, und mit stromaufwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten drallerzeugenden Mitteln (47), dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (32) derart angeordnet ist, dass der Mittelpunkt (54') der Austrittsebene (53) der Austrittsöffnung (32) bei einer Projektion in die Ebene der Eintrittsebene (52) einen anderen Versatz z zur zweiten Achse (50) hat als der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) zur zweiten Achse (50).

14. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem erregbaren Betätigungselement (1, 2, 19), mit einer axial entlang einer Ventillängsachse (8) bewegbaren Ventilnadel (20), die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt (28) aufweist, der zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz (27) an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) im Ventilsitzelement (26) ausgebildeten Austrittsöffnung (32), die eine Eintrittsebene (52), eine Austrittsebene (53) und eine Mittelachse (58) besitzt, wobei der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) versetzt zur Ventillängsachse (8) liegt und die Mittelachse (58) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft, und wobei durch den Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) eine erste gedachte horizontale Achse (49) verläuft, eine zweite gedachte horizontale Achse (50) senkrecht zur ersten Achse (49) verläuft und im Schnittpunkt der ersten und der zweiten Achse (49, 50) die Ventillängsachse (8) verläuft, und mit stromaufwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten drallerzeugenden Mitteln (47), dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (32) derart angeordnet ist, dass zwischen der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) und der zweiten Achse (50) kein Schnittpunkt vorliegt.

15. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die drallerzeugenden Mittel in Form eines scheibenförmigen Drallelements (47) ausgeführt sind.

16. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Projektion der Eintrittsebene (52) und der Austrittsebene (53) in eine Ebene keine Überlappung der beiden Ebenen (52, 53) vorliegt.

17. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz als Ventilsitzfläche (27) einen Kegelabschnitt im Ventilsitzelement (26) bildet, der an seinem stromabwärtigen Ende in einem Bodenbereich (51) ausläuft, der unmittelbar die Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) bildet.

18. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (54') der Austrittsebene (53) der Austrittsöffnung (32) bei einer Projektion in die Ebene der Eintrittsebene (52) den gleichen Versatz z zur zweiten Achse (50) hat wie der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) zur zweiten Achse (50).