EP1012472A1 - Brennstoffeinspritzventil und verfahren zur montage eines brennstoffeinspritzventils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, das sich dadurch auszeichnet, daß es eine mehrschichtige Drallscheibe (30) stromabwärts eines an einem Ventilsitzelement (13) angeformten Ventilsitzes (15) besitzt, wobei wenigstens diese beiden Bauteile von der zuströmseitigen Richtung her in einer Durchgangsöffnung (10) eines Ventilsitzträgers (9) eingebaut sind. Der Ventilsitzträger (9) weist einen unteren Bodenbereich (17) auf, der für eine Querschnittsverringerung der Durchgangsöffnung (10) stromabwärts des Ventilsitzes (15) sorgt. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

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Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils nach der Gattung des Anspruchs 12.

Aus der DE-PS 39 43 005 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem im Sitzbereich mehrere scheibenförmige Elemente angeordnet sind. Bei Erregung des Magnetkreises wird eine als Flachanker fungierende flache Ventilplatte von einer mit ihr zusammenwirkenden gegenüberliegenden Ventilsitzplatte abgehoben, die gemeinsam ein Plattenventilteil bilden. Stromaufwärts der Ventilsitzplatte ist ein Drallelement angeordnet, das den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Eine Anschlagplatte begrenzt den axialen Weg der Ventilplatte auf der der

Ventilsitzplatte gegenüberliegenden Seite. Die Ventilplatte wird mit großem Spiel von dem Drallelement umgeben; eine gewisse Führung der Ventilplatte übernimmt damit das Drallelement. Im Drallelement sind an dessen unterer Stirnseite mehrere tangential verlaufende Nuten eingebracht, die vom äußeren Umfang ausgehend bis in eine mittlere Drallkammer reichen. Durch das Aufliegen des Drallelements mit seiner unteren Stirnseite auf der Ventilsitzplatte liegen die Nuten als Drallkanäle vor.

Aus der WO 96/11335 ist bereits ein

Brennstoffeinspritzventil bekannt, an dessen stromabwärtigen Ende ein mehrscheibiger Zerstäubungsvorsatz mit einer Drallaufbereitung angeordnet ist. Dieser Zerstäubungsvorsatz ist stromabwärts eines in einem Ventilsitzträger eingebauten scheibenförmigen Führungselements und eines Ventilsitzes ebenfalls am Ventilsitzträger vorgesehen, wobei ein zusätzliches Stützelement den Zerstäubungsvorsatz in einer definierten Position hält. Der Zerstäubungsvorsatz ist zweischeibig bzw. vierscheibig ausgeführt, wobei die einzelnen Scheiben aus rostfreiem Stahl oder Silizium hergestellt sind. Entsprechend kommen bei der Herstellung der Öffnungsgeometrien in den Scheiben konventionelle Bearbeitungsverfahren zum Einsatz, wie Erodieren, Stanzen oder Ätzen. Jede einzelne Scheibe des Zerstäubungsvorsatzes wird separat gefertigt, wonach entsprechend der gewünschten Scheibenanzahl alle gleich großen Scheiben zur Bildung des vollständigen Zerstäubungsvorsatzes aufeinander gestapelt werden. Die Montage des Zerstäubungsvorsatzes erfolgt vom stromabwärtigen, abspritzseitigen Ende des Ventils aus. Von dieser Seite aus werden das Führungselement, das Ventilsitzelement, der Zerstäubungsvorsatz und das Stützelement in die gestufte Durchgangsöffnung des Ventilsitzträgers bis zu einem Anschlag eingeführt. Dieser gesamte Bauteilkomplex wird dadurch im Ventilsitzträger festgehalten, daß ein Endbereich des Ventilsitzträgers nachfolgend mittels Bördeln oder Biegen umgelegt wird.

Aus der EP-PS 0 616 663 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, daß ein Ventilsitzelement - 3 -

in Abspritzrichtung in einen auf dem Ventilgehäuse aufschraubbaren Vorsatzkörper einsetzbar ist. Das Ventilsitzelement liegt dabei auf einer Schulter des Vorsatzkörpers auf und wird damit zumindest teilweise von dem Vorsatzkörper Untergriffen. Der Vorsatzkörper wird mit dem eingelegten Ventilsitzelement jedoch entgegengesetzt der Abspritzrichtung auf dem Ventilgehäuse solange aufgeschraubt bis das Ventilsitzelement an einem stromaufwärts von ihm angeordneten Dralleinsatz zur Anlage kommt.

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 kommt auch zur Herstellung der hier verwendeten und erfindungsgemäß eingebauten Zerstäuberscheiben zum Einsatz.

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 sowie eine an die jeweiligen Erfordernisse (z.B. Einbaubedingungen, Motorkonfigurationen, Zylinderausformungen, Zündkerzenposition) angepaßte, sehr variabel gestaltbare Strahl- bzw. Sprayformung erzielt wird. Als Konsequenz können durch die Verwendung von sehr einfach im Brennstoffeinspritzventil einsetzbaren Zerstäuberscheiben u.a. die Abgasemission einer mit entsprechenden - 4 -

Brennstoffeinspritzventilen ausgerüsteten Brennkraftmaschine reduziert und ebenso eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs erzielt werden.

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

In besonders vorteilhafter Weise ist die Zerstäuberscheibe mittels Multilayergalvanik hergestellt. Aufgrund ihrer metallischen Ausbildung sind die Zerstäuberscheiben sehr bruchsicher und gut montierbar. Die Anwendung der Multilayergalvanik erlaubt eine extrem große Gestaltungsfreiheit, da die Konturen der Öffnungsbereiche (Einlaßbereiche, Drallkanäle, Drallkammer, Auslaßöffnung) in der Zerstäuberscheibe frei wählbar sind. Besonders im Vergleich zu Siliziumscheiben, bei denen aufgrund der Kristallachsen erreichbare Konturen streng vorgegeben sind (Pyramidenstümpfe) , ist diese flexible Formgebung sehr vorteilhaft.

Das metallische Abscheiden hat besonders im Vergleich zur Herstellung von Siliziumscheiben den Vorteil einer sehr großen Materialvielfalt. Die verschiedensten Metalle mit ihren unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften und

Härten können bei der zur Herstellung der Zerstäuberscheiben verwendeten Mikrogalvanik zum Einsatz kommen.

Von Vorteil ist es, die Zerstäuberscheibe in Form einer Drallscheibe auszuführen. Besonders vorteilhaft ist es, die Drallscheibe bestehend aus drei Schichten aufzubauen, indem drei Galvanikschritte zur Metallabscheidung vorgenommen werden. Die Drallerzeugungsschicht wird von einem oder mehreren Materialbereichen gebildet, die aufgrund ihrer Konturgebung und ihrer geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkammer und 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.

In vorteilhafter Weise sind in der Drallscheibe zwei, drei, vier oder sechs Drallkanäle vorgesehen. Die Materialbereiche können entsprechend der gewünschten Konturgebung der Drallkanäle sehr unterschiedliche Formen besitzen, z.B. stegartig oder spiralförmig sein.

Weitere Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele noch näher benannt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 hat den Vorteil einer besonders einfachen Befestigung einer Zerstäuberscheibe am stromabwärtigen Ventilende. Unter Verzicht von Schweißnähten ist so eine Zerstäuberscheibe sicher fixierbar. Die Außenkontur eines teilweise ein Ventilgehäuse bildenden Ventilsitzträgers kann besonders einfach und kompakt mit einem zur Aufnahme von Ventilbauteilen benutzten Bodenbereich gestaltet werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen Figur 1 ein teilweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil im Schnitt mit einer Zerstäuberscheibe am stromabwärtigen Ventilende, Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines stromabwärtigen Ventilendes, Figur 4 ein drittes Ausfuhrungsbeispiel eines stromabwärtigen Ventilendes, Figur 5 ein viertes Ausfuhrungsbeispiel eines stromabwärtigen Ventilendes, Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines stromabwärtigen Ventilendes und Figur 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Figur 1 beispielhaft und vereinfacht dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, 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 .

Das Ventil erstreckt sich entlang einer Ventillängsachse 8. Ein Ventilgehäuse wird zumindest teilweise von einem langgestreckten, gestuften Ventilsitzträger 9 gebildet, in dessen innerer Durchgangsöffnung 10 ein axial bewegliches Ventilteil vorgesehen ist. Dieses Ventilteil besteht wenigstens aus einem Anker 11 und einer stangenförmigen Ventilnadel 12, die von dem Ventilsitzträger 9 umschlossen ist. Der Ventilsitzträger 9 ist Teil eines Ventilgehäuses und konzentrisch zur Ventillängsachse 8 ausgebildet. Das Ventilteil kann z.B. auch in Form einer flachen Scheibe mit integriertem Anker ausgebildet sein.

An ihrem unteren Ende ist die Durchgangsöffnung 10 wenigstens einmal, aber in zweckmäßiger Weise mehrfach gestuft ausgeführt, wobei sich in Strömungsrichtung gesehen mit jeder Stufe der Querschnitt der Durchgangsöffnung 10 verkleinert. In der Durchgangsöffnung 10 sind wenigstens ein z.B. scheibenförmiges Ventilsitzelement 13 und eine

Zerstäuberscheibe 30 angeordnet, wobei die Zerstäuberscheibe 30 dem Ventilsitzelement 13 stromabwärts folgt. Das Ventilsitzelement 13 weist eine sich stromabwärts kegelstumpfförmig verjüngende Ventilsitzfläche 15 auf. Die Ventilnadel 12 besitzt an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 16. Dieser beispielsweise halbkugelförmig abgerundete Ventilschließabschnitt 16 wirkt in bekannter Weise mit der Ventilsitzfläche 15 zum Öffnen und Schließen des Ventils zusammen.

Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt beispielsweise in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 12 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient der angedeutete elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2 und dem Anker 11. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 16 abgewandten Ende der Ventilnadel 12 z . B . durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. - 8 -

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.

Der Hub der Ventilnadel 12 wird u.a. durch die Ventilsitzfläche 15 vorgegeben. Eine Endstellung der Ventilnadel 12 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 16 an der

Ventilsitzfläche 15 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 12 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 11 an der stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 2 ergibt. Die Oberflächen der Bauteile im letztgenannten Anschlagbereich sind beispielsweise verchromt .

Die erfindungsgemäß eingebaute Zerstäuberscheibe 30 wird in den Ausführungsbeispielen aufgrund ihrer Geometrie und ihrer speziellen Funktionsweise als Drallscheibe 30 bezeichnet. Die Drallscheibe 30 ist z.B. mittels Multilayergalvanik hergestellt und umfaßt drei aufeinander abgeschiedene metallische Schichten.

Eine nicht dargestellte Grundvariante sieht vor, daß in der Durchgangsöffnung 10 im stromabwärtigen Ventilende nur das Ventilsitzelement 13 und die Drallscheibe 30 eingebaut sind. Dabei sind beide Bauteile 13 und 30 weitgehend mit dem gleichen Außendurchmesser ausgebildet wie der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 10. Die Drallscheibe 30 liegt dabei auf einer unteren Schulter 18 des Ventilsitzträgers 9 auf, die eine Querschnittsverringerung der Durchgangsöffnung 10 zur Folge hat. Dabei ist die Schulter 18 Teil eines sich zumindest teilweise quer zur Ventillängsachse 8 erstreckenden Bodenbereichs 17 des Ventilsitzträgers 9. Als erfindungswesentliches Kennzeichen dieser nicht dargestellten Variante und aller nachfolgenden Ausführungsbeispiele läßt sich festhalten, daß sämtliche Einbauteile am stromabwärtigen Ventilende in der Durchgangsöffnung 10 von der Zuströmseite des Ventils her eingebracht und montiert werden. Durch die Ausbildung des Bodenbereichs 17, durch den zumindest eine Schulter 18 gebildet ist, und der damit geschaffenen Auflage und Montagehilfe ist ein Einbau von der Abspritzseite des Ventils her ausgeschlossen.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel sind zusätzlich zu den bereits beschriebenen Bauteilen weitere Einbauteile in der Durchgangsöffnung 10 vorgesehen, mit deren Hilfe ein besonders sicherer und dichter Einbau der Drallscheibe 30 garantiert ist. In diesem Fall liegt ein scheibenförmiges Dichtelement 19 unterhalb des

Ventilsitzelements 13 auf der Schulter 18 auf. Das Dichtelement 19 ist mit dem gleichen Außendurchmesser wie der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 10 ausgeführt. Besonders geeignete Materialien für das Dichtelement 19 sind Aluminium, Kupfer, Nickel oder Teflon®. Die stromabwärts der Schulter 18 in ihrer Öffnungsweite verkleinerte Durchgangsöffnung 10 nimmt in diesem Abschnitt 21 sowohl die Drallscheibe 30 als auch ein Stützelement 20 auf. Das Stützelement 20 ist an seiner Außenkontur z.B. gestuft ausgeführt und sitzt mit einer entsprechenden Stufe definiert auf einer weiteren Schulter 22 des Bodenbereichs 17 im unteren Abschnitt 21 der Durchgangsöffnung 10 auf. In - l o ¬

dern unteren Abschnitt 21 der Durchgangsöffnung 10 stellt das Stützelement 20 ein maßgenaues Einbauteil dar.

Die Drallscheibe 30 liegt auf der oberen Stirnseite 24 des Stützelements 20 auf, wobei die Drallscheibe 30 teilweise in den unteren Abschnitt 21 der Durchgangsöffnung 10 eingepaßt ist. Das Dichtelement 19 drückt von der dem Stützelement 20 abgewandten Seite zumindest auf den äußeren Randbereich der Drallscheibe 30. Im Stützelement 20 ist eine Auslaßöffnung 26 ausgebildet, die z.B. mittels Stanzen oder Erodieren eingebracht ist und durch die der nun drallbehaftete Brennstoff das Brennstoffeinspritzventil verläßt.

Für die Benzindirekteinspritzung sind beispielsweise aufgrund von bestimmten Ξinbaubedingungen unmittelbar am Brennraum Einspritzventile von Vorteil, die ein zur Ventillängsachse 8 schräg geneigtes Spray abspritzen. Dabei soll z.B. ein drallbehaftetes, möglichst rotationssymmetrisches Hohlkegelspray mit einer Gleichverteilung über den Hohlkegelumfang erzeugt werden.

Eine mögliche Gestaltungsvariante zur Erzeugung eines geneigten Sprays ist in Figur 1 dargestellt, bei der die Auslaßöffnung 26 im Stützelement 20 schräg geneigt zur Ventillängsachse 8 eingebracht ist. Die Auslaßöffnung 26 beginnt z.B. an der oberen Stirnseite 24 mittig und endet an der unteren Stirnseite 34 des Stützelements 20 außermittig, wobei die Neigung der Auslaßöffnung 26 den Strahlwinkel des Gesamtsprays zur Ventillängsachse 8 bestimmt. Die Strahlausrichtung ist mit einem Pfeil und γ gekennzeichnet, wobei γ auf den Winkel des Sprays zur Ventillängsachse 8 hindeutet . - 11 -

Bei der Drallscheibe 30 handelt es sich um ein einteiliges Bauteil, da die einzelnen Schichten unmittelbar aufeinander galvanisch abgeschieden (Multilayergalvanik) und nicht erst nachträglich gefügt werden. Die Folgeschicht verbindet sich aufgrund galvanischer Haftung fest mit der jeweils darunterliegenden Schicht. Gebildet wird die Drallscheibe 30 hier aus drei galvanisch aufeinander abgeschiedenen Ebenen, Lagen bzw. Schichten, die somit im eingebauten Zustand in Strömungsrichtung direkt aufeinander folgen.

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.

Charakteristisch für das Verfahren der sukzessiven Anwendung von photolithographischen Schritten (UV-Tiefenlithographie) und anschließender Mikrogalvanik ist, daß es auch in - 12 -

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 Drallscheiben 30 gleichzeitig gefertigt werden.

Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II -II in Figur 1 durch die Ventilnadel 12 mit Blick auf ein Führungselement 28, das neben der Führung der axial beweglichen Ventilnadel 12 auch als Kiemmittel für den gesamten Einbaukomplex in der Durchgangsöffnung 10 dient. Während beispielsweise eine erste Führung des axial beweglichen Ventilteils mit dem Anker 11 erfolgt, ist eine zweite untere Führung in einer inneren Führungsöffnung 29 des Führungselements 28 gewährleistet. Das Führungselement 28 ist beispielsweise in der Form eines Dreikants ausgebildet, wobei die drei Kantenbereiche eine gewisse flächige Ausdehnung besitzen und damit drei leicht gewölbte Klemmflächen 35 darstellen.

In den Figuren 3 bis 7 sind weitere Ausfuhrungsbeispiele der erfindungsgemäß ausgestalteten Ventilenden mit Drallscheiben 30 dargestellt, die vom grundlegenden Aufbau her dem stromabwärtigen Ventilende in Figur 1 entsprechen. In den Ausführungsbeispielen der nachfolgenden Figuren sind die gegenüber dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gleichbleibenden bzw. gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht mehr näher erläutert. Es wird im folgenden nur noch auf Unterschiede und Besonderheiten aufmerksam gemacht .

Mit dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel soll vor allen Dingen darauf hingewiesen werden, daß auf das - 13 -

Stützelement 20 auch verzichtet werden kann. Somit liegt die Drallscheibe 30 unmittelbar mit ihrer unteren Schicht auf der unteren Schulter 22 des Bodenbereichs 17 auf. Die Auslaßöffnung 26 stellt nun das stromabwärtige Ende der Durchgangsöffnung 10 im Bodenbereich 17 dar, die sich entweder mit einer senkrechten Wandung oder mit einer stromabwärts konisch sich erweiternden Wandung (Figur 3) konzentrisch zur Ventillängsachse 8 erstreckt oder schräg geneigt zur Ventillängsachse 8, wie in Figur 1 gezeigt, verläuft.

In den Figuren 4 und 5 sind zwei Ausführungsformen von Zerstäuberscheiben in Form von Drallscheiben 30 gezeigt, die nicht mittels Multilayergalvanik hergestellt sind. Die Drallscheiben 30 werden dabei durch wenigstens zwei aufeinander gestapelte Blechlagen 41, 42, 43 gebildet, so daß von sogenannten Blechlaminat-Scheiben gesprochen werden kann. Diese Drallscheiben 30 sind beispielsweise mit einem solchen Außendurchmesser ausgeführt, daß sie großflächig auf dem Stützelement 20 aufliegen und daß das scheibenförmige

Dichtelement 19 im äußeren Randbereich der Drallscheiben 30 zwischen dem Ventilsitzelement 13 und der Drallscheibe 30 wirken kann. Bei der Herstellung der Blechlagen 41, 42, 43 kommen Verfahren, wie Erodieren, Stanzen, Prägen oder Ätzen zum Einsatz. Die Befestigung der einzelnen Blechlagen aufeinander zur Bildung von Blechlaminat-Zerstäuberscheiben erfolgt z.B. mittels Prägen, Bördeln, Laserheften, Laserschweißen, Diffusionslöten, Hartlöten oder Kleben.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Beispiel ist eine zweilagige Drallscheibe 30 vorgesehen, wobei eine dem Ventilsitz 15 zugewandte obere Blechlage 41 in einem - 14 -

mittleren Scheibenbereich von der unteren Blechlage 43 beabstandet ist. Der zwischen beiden Blechlagen 41, 43 gebildete Zwischenraum im mittleren Scheibenbereich bildet eine Drallkammer 44, die über mehrere in der oberen Blechlage eingebrachte Einströmöffnungen 45 versorgt wird.

Der drallbehaftete Brennstoff tritt über eine in der unteren Blechlage 43 ausgebildete Auslaßöffnung 46 aus der Drallscheibe 30 aus und unmittelbar darauf in die Auslaßöffnung 26 des Stützelements 20 oder des Bodenbereichs 17 des Ventilsitzträgers 9 ein.

In Figur 5 ist ein Ventilende dargestellt, in dem eine dreilagige Drallscheibe 30 vorgesehen ist. Zwischen der oberen Blechlage 41 und der unteren Blechlage 43 ist eine weitere Blechlage 42 eingebracht. Während in der oberen

Blechlage 41 mehrere Einströmöffnungen 45 und in der unteren Blechlage 43 eine Auslaßöffnung 46 vorgesehen sind, weist die mittlere Blechlage 42 eine ÖffnungsStruktur auf, die aus Drallkanälen und einer Drallkammer 44 besteht. Die Drallkanäle münden zur Drallbeaufschlagung des Brennstoffs tangential in die Drallkammer 44.

In besonders vorteilhafter Weise ist das Stützelement 20 oder der Ventilsitzträger 9 mit einer Auslaßöffnung 26 versehen, mit der eine unmittelbare Strömungsbeeinflussung des aus der Drallscheibe 30 austretenden drallbehafteten Brennstoffs erzielt wird. Somit wird nach der Drallerzeugung auf sehr einfache Art und Weise noch die Strahlformung vorgenommen. Die statische Strömungsmenge und die die Strahlwinkel betreffenden Strahlparameter werden durch die geometrische Anordnung getrennt voneinander eingestellt. Die Einstellung der statischen Strömungsmenge erfolgt mit der - 15 -

Drallscheibe 30, während die Strahlwinkel des Sprays (sowohl der Öffnungswinkel des eigentlichen Strahls bzw. Sprays als auch der Spraywinkel γ zur Ventillängsachse 8 bei Schrägabspritzung) mit der Auslaßöffnung 26 stromabwärts der Drallscheibe 30 eingestellt werden.

In den Figuren 6 und 7 ist ein weiteres Beispiel eines Ventilendes gezeigt, wobei Figur 7 ein Schnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 6 ist. Das Ventilende in Figur 6 ist nur vereinfacht dargestellt und soll nur das prinzipielle Einbaukonzept verdeutlichen, das dem aller vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele entspricht. Auch hier sind die Drallscheibe 30 und das Ventilsitzelement 13 von der zuströmseitigen Richtung in den Ventilsitzträger 9 eingebracht, da der untere Bodenbereich 17 durch seine Quererstreckung einen Einbau dieser Ventilteile von der Abspritzseite her nicht zuläßt.

Der Ventilsitzträger 9 ist bei dem Beispiel gemäß Figur 6 ohne Stufen ausgeführt. Statt dessen ist der Bodenbereich 17 ringkragenförmig umgelegt. Das Ventilsitzelement 13 besitzt an seiner unteren Stirnseite 49 mehrere radial verlaufende Nuten 50, die sternförmig verlaufen und durch die eine radiale Ausbreitung des Brennstoffs erreicht wird. Im mittleren Bereich der Stirnseite 49 ist eine geringfügige Vertiefung 48 vorgesehen, in die die Drallscheibe 30 maßgenau und zentriert eingesetzt wird. Beim Einbau des Ventilsitzelements 13 und der Drallscheibe 30 sind beide Bauteile miteinander verbunden. Mit Hilfe eines von der dem Bodenbereich 17 abgewandten Seite wirkenden Saugerwerkzeugs kann ebenfalls die Drallscheibe 30 am Ventilsitzelement 13 gehalten werden, um die Montage zu erleichtern. Die - 16 -

Drallscheibe 30 kommt letztlich zur Anlage an einem inneren ringförmigen Endbereich 57 des Bodenbereichs 17, der z.B. hakenförmig gestaltet ist.

Durch den axialen Fügedruck beim Einschieben des

Ventilsitzelements 13 wird die Drallscheibe 30 etwas in den erhabenen Endbereich 57 eingedrückt. Die so erzielbare Abdichtung der Drallscheibe 30 reicht aus, so daß auf zusätzliche Dichtelemente verzichtet werden kann. Da die Drallscheibe 30 deutlich innerhalb ihres äußeren Umfangs auf dem Endbereich 57 des Ventilsitzträgers 9 aufliegt, ist die Durchbiegungsgefahr der Drallscheibe 30 beim Anliegen eines hohen Brennstoffdrucks reduziert. Eine druckdichte Verbindung von Ventilsitzelement 13 und Ventilsitzträger 9 wird z.B. dadurch erreicht, daß über den Umfang im

Berührungsbereich beider Bauteile ein Klebstoff, z.B. ein Kapillar-Locktite-Kleber eingebracht wird. Als Alternative dazu kann auch eine umlaufende Schweißnaht angebracht werden.

Die Drallscheibe 30 weist beispielsweise drei mittels Multilayergalvanik hergestellte und aufeinander abgeschiedene Schichten 51, 52, 53 auf. Die obere Schicht 51 ist dabei eine Deckelschicht ohne Öffnungsstrukturen, die somit die unter ihr liegende Drallkammer 44 vollständig abdeckt und ein radiales Strömen nach außen durch die Nuten 50 erlaubt. Die mittlere Schicht 52 ist als Drallerzeugungsschicht ausgebildet, in der mehrere voneinander beabstandete Materialbereiche 52' vorgesehen sind, die durch ihre Konturen die Abmessungen der inneren Drallkammer 44 und von in sie mündenden Drallkanälen 55 bestimmen. In die Drallkanäle 55 tritt der Brennstoff von - 17 -

außen ein, um sie dann in Richtung zur Drallkammer 44 zu durchströmen. Die Materialbereiche 52' sind beispielsweise tropfenförmig, schaufelartig, stegförmig oder spiralförmig ausgeführt. Die untere Schicht 53 besitzt nur die Auslaßöffnung 46, von der aus der Brennstoff sofort in die Auslaßöffnung 26 des Ventilsitzträgers 9 gelangt.

Neben den besonders bevorzugten Drallscheiben 30, von denen nur eine einzige von sehr vielen möglichen Gestaltungsvarianten in Figur 7 dargestellt ist, sind auch andere Ausführungsarten von mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Zerstäuberscheiben, wie z.B. einen Versatz von Einlaß und Auslaß aufweisende und somit einen sogenannten S-Schlag erzeugende Scheiben, die metallisch als Multilayergalvanik- Scheiben oder Blechlaminat-Scheiben gefertigt sein können, einsetzbar.

Claims

- 18 -Patentansprüche

1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventillängsachse (8) , mit einem Aktuator (1, 2, 11) zur Betätigung eines beweglichen Ventilteils (12) , das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (15) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzelement (13) ausgebildet ist, mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (15) angeordneten mehrschichtigen Zerstäuberscheibe (30) , und mit einem Ventilsitzträger (9) , der eine entlang der Ventillängsachse (8) verlaufende Durchgangsöffnung (10) besitzt, in der das Ventilsitzelement (13) und die Zerstäuberscheibe (30) eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der

Ventilsitzträger (9) derart ausgebildet ist, daß das Ventilsitzelement (13) und die Zerstäuberscheibe (30) nur von der zuströmseitigen Richtung her in der Durchgangsöffnung (10) einbaubar sind.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberscheibe als Drallscheibe - 19 -

(30) mit einer Drallkammer (44) und wenigstens zwei in sie mündenden Drallkanälen (55) ausgebildet ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (51, 52, 53) der Zerstäuberscheibe (30) mittels galvanischer

Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberscheibe (30) mehrlagig ausgeführt ist, indem wenigstens zwei Blechlagen (41, 42, 43) aufeinander aufgebaut sind.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzträger (9) einen unteren Bodenbereich (17) besitzt, in dem der Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung (10) gegenüber dem Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung (10) im Bereich des Ventilsitzelements (13) verringert ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenbereich (17) im Bereich der inneren Durchgangsöffnung (10) gestuft mit wenigstens einer Schulter (18, 22) ausgeführt ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenbereich (17) ringkragenförmig ausgeführt ist. - 20 -

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberscheibe (30) zumindest teilweise am Bodenbereich (17) anliegt.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Zerstäuberscheibe (30) ein die Durchgangsöffnung (10) im Bodenbereich (17) durchragendes Stützelement (20) vorgesehen ist, auf dessen oberer Stirnseite (24) die Zerstäuberscheibe (30) aufliegt.

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilsitzelement (13) und der Zerstäuberscheibe (30) ein Dichtelement (19) eingebracht ist.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Zerstäuberscheibe (30) eine Auslaßöffnung (26) vorgesehen ist, die achsparallel oder schräg geneigt unter einem Winkel γ zur Ventillängsachse (8) verläuft.

12. Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, das aufweist:

-einen Aktuator (1, 2, 11) zur Betätigung eines Ventilteils (12) , das entlang einer Ventillängsachse (8) axial bewegbar ist und zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (15) zusammenwirkt, -ein Ventilsitzelement (13), an dem der Ventilsitz (15) ausgeformt ist, - 21 -

-eine stromabwärts des Ventilsitzes (15) angeordnete mehrschichtige Zerstäuberscheibe (30)

-einen Ventilsitzträger (9) , der eine entlang der

Ventillängsachse (8) verlaufende Durchgangsöffnung (10) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberscheibe (30) und das Ventilsitzelement (13) nur von der zuströmseitigen

Richtung her in die Durchgangsöffnung (10) des

Ventilsitzträgers (9) eingebracht und dort fixiert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zerstäuberscheibe (30) und dem Ventilsitzelement

(13) in gleicher Richtung noch ein Stützelement (20) in die Durchgangsöffnung (10) eingebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zerstäuberscheibe (30) und dem Ventilsitzelement (13) ein Dichtelement (19) eingebracht wird.