WO2006072487A1

WO2006072487A1 - Multi-fächerstrahl-düse und brennstoffeinspritzventil mit multi-fächerstrahl-düse

Info

Publication number: WO2006072487A1
Application number: PCT/EP2005/055700
Authority: WO
Inventors: Volker Holzgrefe; Stefan Arndt; Christian Heinen; Markus Gesk; Armin Schülke; Guenter Dantes; Joerg Heyse; Andreas Krause; Kai Gartung
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2005-01-03
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2006-07-13
Also published as: DE502005010248D1; CN101094984A; EP1836387B1; DE102005000620A1; US20090321541A1; JP2008527230A; EP1836387A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass stromabwärts eines einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörpers (16) eine Multi-Fächerstrahl-Düse (23) angeordnet ist. Die Multi-Fächerstrahl-Düse (23) ist scheibenförmig mit einem mittleren ausgewölbten kuppenartigen Düsenbereich (28) ausgebildet, der eine elliptische Erstreckung aufweist. Im Düsenbereich (28) der als Zerstäubereinrichtung dienenden Multi-Fächerstrahl-Düse (23) sind eine Vielzahl von richtungsparallelen Abspritzschlitzen (30) vorgesehen, die z.B. in einer Reihe angeordnet sind. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Multi-Fächerstrahl-Düse und Brennstoffeinspritzventil mit Multi-Fächerstrahl-Düse

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Multi-Fächerstrahl-Düse nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 7.

Aus der DE 196 36 396 Al ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts der Ventilsitzfläche eine Lochscheibe vorgesehen ist, die eine Vielzahl von Abspritzöffnungen aufweist. Die günstigerweise zehn bis zwanzig Abspritzöffnungen befinden sich in einer Ebene der Lochscheibe, die senkrecht zur Ventillängsachse verläuft. Der größte Teil der Abspritzöffnungen ist schräg bzw. geneigt in der Lochscheibe eingebracht, so dass die Öffnungsachsen der Abspritzöffnungen keine Parallelität zur Ventillängsachse besitzen. Da die Neigungen der Abspritzöffnungen unterschiedlich gewählt werden können, ist eine Divergenz der abzuspritzenden Einzelstrahlen leicht erreichbar. Die Abspritzöffnungen sind beispielsweise durch Laserstrahlbohren in der Lochscheibe in einer weitgehend einheitlichen Größe eingebracht. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 198 47 625 Al ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem am stromabwärtigen Ende eine schlitzförmige Austrittsöffnung vorgesehen ist. Die Austrittsöffnung ist entweder in einer Lochscheibe oder unmittelbar im Düsenkörper selbst ausgebildet. Die schlitzförmigen Austrittsöffnungen sind stets zentral an der Ventillängsachse eingebracht, so dass die Abspritzung des Brennstoffs achsparallel aus dem Brennstoffeinspritzventil heraus erfolgt. Stromaufwärts des Ventilsitzes ist eine Drallnut vorgesehen, die den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Die flache Austrittsöffnung sorgt dafür, dass der Brennstoff fächerartig abgespritzt wird. Bekannt ist zudem noch ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine aus der US 6,019,296 A, bei dem am stromabwärtigen Ende eine schlitzförmige Austrittsöffnung vorgesehen ist, aus der Brennstoff unter einem Winkel zur Ventillängsachse austreten kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Multi-Fächerstrahl-Düse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mit ihr feinstzerstäubende Fluidsprays abspritzbar sind. Über die sehr engen Abspritzschlitze werden eine Vielzahl von Fächerstrahlen erzeugt, die vorerst parallel zueinander die Multi-Fächerstrahl-Düse verlassen und mit Abstand zur Multi- Fächerstrahl-Düse in kleine Tröpfchen zerfallen. In idealer Weise erfolgen in der Multi- Fächerstrahl-Düse stromaufwärts der Abspritzschlitze Frontalkollisionen von Teilströmen des Fluids. Die Kollisionen finden quer zur Schlitzrichtung der Abspritzschlitze statt. Als Reaktion entstehen in den Abspritzschlitzen fächerartige Aufspreizungen der Strömung. Beim Verlassen der Abspritzschlitze entstehen aus der divergenten Strömung ebene Fächerstrahlen, die durch ihre Aufspreizungen stark ausdünnen und ab einer gewissen Zerfallsstrecke in entsprechend kleine Tröpfchen zerfallen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Multi-Fächerstrahl-Düse möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, die Multi-Fächerstrahl-Düse mikrogalvanisch einlagig oder mit mehreren Strukturebenen herzustellen. Auf diese Weise sind einfach und in großen

Stückzahlen exakt reproduzierbar Abspritzschlitze mit filigranen Öffnungsstrukturen, wie z.B. Schlitzbreiten von ca. 20 bis 100 μm, insbesondere 20 bis 50 μm, und Schlitzlängen von bis zu 1 mm, insbesondere unter 150 μm herstellbar.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine gleichmäßige Feinstzerstäubung des Brennstoffs erreicht wird, wobei eine besonders hohe Aufbereitungsqualität und Zerstäubungsgüte mit sehr kleinen Fluidtröpfchen erzielt wird. In idealer Weise besitzt die Multi-Fächerstrahl-Düse am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils eine Vielzahl von sehr kleinen richtungsparallelen Abspritzschlitzen, so dass Brennstoffsprays mit extrem kleinen Brennstofftröpfchen mit einem Sauter Mean Diameter (SMD) von ca. 20 μm abspritzbar sind. Auf diese Weise kann sehr wirkungsvoll die HC-Emission der Brennkraftmaschine deutlich reduziert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 7 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

In idealer Weise handelt es sich bei der Multi-Fächerstrahl-Düse um eine Mikrolochscheibe, die eine Vielzahl von sehr kleinen Abspritzschlitzen aufweist, die eine Schlitzbreite von jeweils ca. 20 bis 100 μm besitzen. Die Abspritzschlitze sind parallel angeordnet, linienförmig aufgereiht und dabei möglichst gleichmäßig und großflächig über einen z.B. gewölbten Düsenbereich verteilt. Durch diese Aufteilung ist pro einzelnem Abspritzschlitz die zu zerstäubende Durchflussmenge entsprechend klein.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein teilweise dargestelltes Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils mit einem Ausführungsbeispiel einer Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Schnittdarstellung, Figur 2 das Ventilende mit der Multi- Fächerstrahl-Düse gemäß Figur 1 in einer um 90° gedrehten Schnittdarstellung, Figur 3 die Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Ansicht gemäß Figur 2, Figur 4 die Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Ansicht gemäß Figur 1, Figur 5 die Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Unteransicht, Figur 6 eine zweite Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Unteransicht, Figur 7 die Multi-Fächerstrahl-Düse gemäß Figur 6 in einer Seitenansicht, Figur 8 eine dritte Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Unteransicht, Figur 9 eine vierte Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Unteransicht, Figur 10 ein erstes symbolhaftes Werkzeug zur Herstellung einer Multi-Fächerstrahl-Düse, Figur 11 ein zweites symbolhaftes Werkzeug zur Herstellung einer Multi-Fächerstrahl-Düse, Figur 12 einen Schnitt durch eine mikrogalvanisch hergestellte fünfte Multi-Fächerstrahl-Düse, Figur 13 eine Schnittdarstellung eines Schnittes entlang der Linie XIII-XIII in Figur 12, Figur 14 eine sechste Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse in einer teilweisen Unteransicht, Figur 15 einen Schnitt durch eine siebente Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse entlang einer der - A -

Figur 13 entsprechenden Schnittebene, Figur 16 einen Schnitt durch eine achte Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse entlang einer der Figur 13 entsprechenden Schnittebene und Figur 17 einen Querschnitt durch eine einlagig galvanisch abgeschiedene Multi-Fächerstrahl- Düse im Bereich eines Abspritzschlitzes.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Figur 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil hat einen nur schematisch angedeuteten, einen Teil eines Ventilgehäuses bildenden, rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem z. B. kugelförmigen Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind, fest verbunden ist.

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

In dem stromabwärts liegenden Ende des Ventilsitzträgers 1 ist ein Ventilsitzkörper 16 z.B. durch Schweißen dicht montiert. An der dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 ist eine erfindungsgemäße Multi-Fächerstrahl-Düse 23 als Zerstäubereinrichtung befestigt. Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Multi- Fächerstrahl-Düse 23 erfolgt beispielsweise durch eine umlaufende und dichte, mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht 26, die z.B. an der Stirnseite 17 oder am äußeren Umfang von Ventilsitzkörper 16 und Multi-Fächerstrahl-Düse 23 vorgesehen ist. Zur sicheren Befestigung der sehr dünnen scheibenförmigen Multi-Fächerstrahl-Düse 23 am Ventilsitzkörper 16 wird die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 von einer Stützscheibe 25 Untergriffen. Die Stützscheibe 25 ist dabei ringförmig ausgeführt, um einen mittleren kalottierten bzw. ausgewölbten kuppenartigen Düsenbereich 28 der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 in einer inneren Öffnung aufzunehmen.

Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 16 mit der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 in der Längsöffnung 3 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an einer sich stromabwärts konisch verjüngenden Ventilsitzfläche 29 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.

In dem Ventilsitzkörper 16 ist stromabwärts der Ventilsitzfläche 29 eine Austrittsöffnung 27 vorgesehen, von der aus der abzuspritzende Brennstoff in einen Strömungshohlraum 24 eintritt, der durch die gewölbte oder kalottierte Ausbildung des Düsenbereichs 28 der Multi- Fächerstrahl-Düse 23 gebildet ist. Dabei weist die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 z.B. im Bereich der Ventillängsachse 2 ihren größten Abstand zur Stirnseite 17 auf, während im Bereich der Schweißnaht 26 die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 als dünne Scheibe ohne Wölbung unmittelbar am Ventilsitzkörper 16 anliegt und durch die Stützscheibe 25 stabilisiert ist. Bei einer ausreichend druckstabilen und dicken Auslegung der mikrogalvanisch hergestellten Multi- Fächerstrahl-Düse 23 kann auch auf eine Stützscheibe 25 ganz verzichtet werden. Die Ausbildung des Düsenbereichs 28 wird vor allen Dingen in den Figuren 3 bis 5 deutlich.

In idealer Weise sind in der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 und insbesondere in deren Düsenbereich 28 eine Vielzahl von sehr kleinen Abspritzschlitzen 30 vorgesehen, die richtungsparallel verlaufen. Die Abspritzschlitze 30 weisen eine Schlitzbreite von jeweils ca. 20 bis 100 μm, insbesondere 20 bis 50 μm, und eine Schlitzlänge von bis zu 1 mm, insbesondere unter 150 μm auf, so dass Brennstoffsprays mit extrem kleinen

Brennstofftröpfchen mit einem Sauter Mean Diameter (SMD) von ca. 20 μm abspritzbar sind. Auf diese Weise kann sehr wirkungsvoll die HC-Emission der Brennkraftmaschine deutlich gegenüber bekannter Einspritzanordnungen reduziert werden. Pro Multi-Fächerstrahl-Düse 23 sind zwischen zwei und sechzig Abspritzschlitze 30 vorgesehen, wobei eine Anzahl von acht bis vierzig Abspritzschlitzen 30 optimale Zerstäubungsergebnisse bringt.

Figur 2 zeigt das stromabwärtige Ventilende des Brennstoffeinspritzventils mit der Multi- Fächerstrahl-Düse 23 gemäß Figur 1 in einer um 90° gedrehten Seitenansicht. Dabei wird besonders deutlich, dass der mittlere Düsenbereich 28 eine langgestreckte elliptische Form hat. Während das abgespritzte Brennstoffspray in seiner Längsausrichtung gemäß Figur 1 z.B. einen Außenwinkel ß mit ca. 15° besitzt, ist ein Außenwinkel α des Brennstoffsprays in seiner Querausrichtung gemäß Figur 2 ca. 30° groß. Über den Düsenbereich 28 mit den vielen Abspritzschlitzen 30 wird also ein Brennstoffspray mit elliptischem Strahlquerschnitt abgegeben, das in feinste Tröpfchen zerfällt.

In den Figuren 3, 4 und 5 ist die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 in Seitenansichten gemäß Figuren 1 und 2 sowie in einer Unteransicht nochmals als Einzelbauteil dargestellt. Die Abspritzschlitze 30 sind bei diesem ersten Ausführungsbeispiel mittig im Düsenbereich 28 angeordnet und mit jeweils identischer Größe und Form ausgebildet. Die Abspritzschlitze 30 können die Querschnittsform eines Rechtecks, eines Langlochs, einer Ellipse bzw. einer Linse o.a. haben, wobei das Verhältnis von Länge zu größter Breite der Abspritzschlitze 30 >= 2:1 beträgt. Zwei benachbarte Abspritzschlitze 30 weisen z.B. einen Abstand von ca. 40 bis 300 μm auf. Der Abstand von Schlitzmitte zu Schlitzmitte beträgt somit ca. 100 bis 400 μm. Die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 wird in vorteilhafter Weise mikrogalvanisch in einer Galvaniklage hergestellt. Die Abspritzschlitze 30 haben durch diese Herstelltechnologie senkrecht zur Scheibenoberfläche verlaufende Wandungen. Der mittlere Düsenbereich 28 mit den Abspritzschlitzen 30 wird nach der galvanischen Herstellung der Scheibe z.B. prägetechnisch ausgeformt. In den Figuren 10 und 11 sind symbolhaft zwei Prägewerkzeuge 32, 33 zur Herstellung des Düsenbereichs 28 der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 dargestellt, wobei das in Figur 10 gezeigte Werkzeug 32 kreisringförmig bzw. teilkreisringförmig und das in Figur 11 gezeigte Werkzeug 33 elliptisch bzw. teilelliptisch ausgeführt ist. Dabei wird die Wölbung des Düsenbereichs 28 konvex in Abspritzrichtung zeigend ausgeformt. In vorteilhafter Weise besteht die Scheibe der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 aus Nickel, das sehr duktil ist, also beim Prägen leicht ohne Materialrisse umgeformt werden kann.

Die Wölbung des Düsenbereichs 28 hat in der Unteransicht einen elliptischen Querschnitt. Auf der Längsachse der Ellipse sind die Abspritzschlitze 30 z.B. äquidistant und parallel zueinander aufgereiht. Die Längsachsen der Abspritzschlitze 30 stehen senkrecht zur Längsachse der Ellipse. Die Wölbung des Düsenbereichs 28 hat entlang ihrer Breite einen kleineren Krümmungsradius (z.B. 0,25 mm) als den Krümmungsradius entlang ihrer Länge (z.B. 10 mm), wie die Figuren 3 und 4 verdeutlichen. Die Abspritzschlitze 30 verlaufen mit ihren Längsachsen entlang der stärkeren Krümmung und sind somit in Abspritzrichtung stark konvex gekrümmt. Die pro Abspritzschlitz 30 austretende Strömung tritt infolge dieser Krümmung als ebener Strahlfächer aus (Figur 2). Der Auffächerungswinkel α resultiert aus der Krümmung und der Lauflänge der Abspritzschlitze 30. Jeder Strahlfächer tritt senkrecht zur Oberfläche der Wölbung aus. Folglich wird zwischen den einzelnen Strahlfächern eine gleichmäßige Richtungsspreizung erreicht. Der gesamte Spreizwinkel entspricht dem Strahlwinkel ß (Figur 1). Die Strahlwinkel α und ß bestimmen den Querschnitt des Gesamtstrahls und sind beliebig variierbar. Somit kann das Seitenverhältnis des Gesamtstrahls individuell z.B. an die Geometrie eines Saugrohres angepasst werden.

Beispielhaft ist in der Figur 17 ein Querschnitt durch eine einlagig galvanisch abgeschiedene Multi-Fächerstrahl-Düse 23 im Bereich eines Abspritzschlitzes 30 dargestellt, bei der die Wandungen des Abspritzschlitzes 30 nicht senkrecht verlaufen, sondern trompetenförmig gewölbt über die gesamte Begrenzung des Abspritzschlitzes 30. Die Herstellung einer solchen Multi-Fächerstrahl-Düse 23 erfolgt derart, dass zuerst auf einen Substratkörper zwei Fotolackschichten aufeinander abgeschieden werden. Die zweite Lackschicht wird dabei erst nach dem Maskieren, Belichten und Strukturieren der ersten Lackschicht aufgebracht. Nach dem Maskieren, Belichten und Strukturieren der zweiten Lackschicht werden beide Lackschichten in einem Schritt entwickelt, d.h. unbelichtete Stellen der Lackschichten werden nasschemisch entfernt. Es bleiben auf dem Substratkörper an den belichteten Stellen gestufte Lacktürme als Reste der Lackschichten stehen, und zwar genau an den Stellen, an denen die Abspritzschlitze 30 der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 entstehen sollen. In der ersten Lackschicht hat der Lackturm eine deutlich größere Weite als in der zweiten Lackschicht, die dafür jedoch in deutlich größerer Höhe aufgebracht ist.

In einem nächsten Prozessschritt wird Metall auf den Substratkörper um die Lacktürme herum in einem einstufigen Prozess aufgalvanisiert. Die Galvanikschicht wächst zunächst vom Substratkörper aus an der ersten Lackschicht hoch, und überwächst diese erste Lackschicht an deren Oberfläche bis die Galvanikschicht den Umfang der zweiten Lackschicht komplett berührt. Die Galvanik wird in dem Moment gestoppt, in dem am Umfang der zweiten Lackschicht eine geringe Galvanikschichtdicke vorhanden ist. Durch das Überwachsen der ersten Lackschicht ergibt sich um die zweite Lackschicht im Bereich jedes Lackturms ein trichterförmiger Einzug in der Galvanikschicht („laterales Überwachsen"). Dieser Einzug an jedem Lackturm bildet einen divergierenden Teil des jeweiligen Abspritzschlitzes 30.

Nach dem Entfernen der Lacktürme („Strippen") und des Substratkörpers liegt eine einlagige Multi-Fächerstrahl-Düse 23 mit einer Vielzahl von Abspritzschlitzen 30 vor. Wie der Pfeil 31 andeutet, werden die Abspritzschlitze 30 der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 im eingebauten Zustand z.B. entgegen der Galvanikaufwachsrichtung durchströmt. Die engste Weite des Abspritzschlitzes 30 liegt im Bereich von ca. 30 bis 100 μm. Bei dieser druckstabilen und dicken Auslegung der mikrogalvanisch hergestellten Multi-Fächerstrahl-Düse 23 kann auf eine Stützscheibe 25 ganz verzichtet werden. Bei dieser Herstellung mit zwei Lackschichten entstehen z.B. Abspritzschlitze 30, die stromabwärts ihrer engsten Weite vergrößert Abspritzkonturen besitzen, die in einer Unteransicht der Abspritzschlitze 30 eine Art schlitzförmigen Rahmen um jeden Abspritzschlitz 30 bilden.

In der Figur 6 sind eine zweite Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse 23 in einer Unteransicht und in der Figur 7 die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 gemäß Figur 6 in einer Seitenansicht dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine schräg abspritzende Multi- Fächerstrahl-Düse 23. Das Strahlgebilde ist um einen Winkel γ gekippt. Dies wird dadurch erreicht, dass alle Abspritzschlitze 30 mit ihrem Zentrum außermittig gegenüber der Längsachse der Ellipse des Düsenbereichs 28 angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel haben alle Abspritzschlitze 30 denselben Mittenversatz.

Die Ausführung gemäß Figur 5 kann derart variiert werden, dass die Wölbung des

Düsenbereichs 28 mit den Abspritzschlitzen 30 außermittig an der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 platziert ist, wobei jedoch die Abspritzschlitze 30 mittig auf der Wölbung des Düsenbereichs 28 angeordnet sind. Die Queranströmung der Wölbung des Düsenbereichs 28 erzeugt auch hier einen γ- Winkel des abgespritzten Sprays.

Figuren 8 und 9 zeigen eine dritte und vierte Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse 23 in einer Unteransicht. Der gesamte Querschnitt des Düsenbereichs 28 ist hierbei H-förmig ausgelegt. Die H-Form wird aus zwei parallel zueinander verlaufenden Wölbungen gebildet, die jeweils z.B. einer aus Figur 5 bekannten Wölbung entspricht. Die Abspritzschlitze 30 sind in diesen beiden Wölbungen des Düsenbereichs 28 angeordnet. Damit sich einzelne Fächerstrahlen aus den beiden Wölbungen außerhalb des Brennstoffeinspritzventils nicht berühren, sind die Abspritzschlitze 30 zwischen beiden Wölbungen zueinander mittig versetzt. Beide Wölbungen werden durch eine dritte quer verlaufende Wölbung miteinander verbunden. Die dritte Wölbung liegt zentrisch zur Austrittsöffnung 27, nimmt den aus der Austrittsöffnung 27 kommenden Brennstoff auf und verteilt ihn auf die beiden mit den Abspritzschlitzen 30 besetzten Wölbungen, von wo der Brennstoff abgespritzt wird. Die Abspritzschlitze 30 können über die gesamte Länge der Wölbungen (Figur 8) oder nur in Teilbereichen der Wölbungen (Figur 9) vorgesehen sein. Mit dem in Figur 9 gezeigten Beispiel der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 ist eine Strahllücke erzeugbar. Das gesamte Strahlgebilde nimmt eine

Zweistrahlcharakteristik ein, die für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlassventilen pro Zylinder vorteilhaft sein kann.

Figur 12 zeigt einen Schnitt durch eine mikrogalvanisch hergestellte fünfte Multi-Fächerstrahl- Düse 23, die an einem Ventilsitzkörper 16 angebaut ist. Die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 ist aus zwei Strukturebenen 35, 36 aufgebaut. Figur 13 ist eine Schnittdarstellung eines Schnittes entlang der Linie XIII-XIII in Figur 12, wodurch eine Draufsicht auf die Abspritzschlitze 30 ermöglicht ist. Die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 ist im Unterschied zu den bisher vorgestellten Ausführungsbeispielen durchgehend flächig scheibenförmig ohne Wölbungen in einem speziellen Düsenbereich 28 ausgeführt. In beiden Strukturebenen 35, 36 liegen voneinander abweichende Öffnungskonturen bzgl. Größe und Form vor. Die Abspritzschlitze 30 der unteren Strukturebene 36 liegen jedoch grundsätzlich unterhalb von durchströmten Querschnitten der oberen Strukturebene 35. Die Abspritzschlitze 30 stehen mit ihren Längsachsen mittig und im rechten Winkel zu einer Symmetrieachse 37 und sind entlang dieser Symmetrieachse 37 in Reihe richtungsparallel zueinander angeordnet, wobei sie im Regelfall äquidistant voneinander entfernt sind.

In der oberen Strukturebene 35 sind Strömungskanäle 38 vorgesehen, die Öffnungen innerhalb der mikrogalvanisch abgeschiedenen Strukturebene 35 darstellen. Durch die Strömungskanäle 38 wird der Brennstoff horizontal in der Strukturebene 35 zu den Abspritzschlitzen 30 geleitet. Dabei wird jeder Abspritzschlitz 30 aus zwei benachbarten Strömungskanälen 38 gespeist (siehe Pfeile in Figur 13). Folglich gibt es mittig und stromaufwärts der Abspritzschlitze 30 eine Frontalkollision zweier Teilströme aus zwei entgegengesetzten Richtungen. Die Kollision findet quer zur Schlitzrichtung des Abspritzschlitzes 30 statt. Als Reaktion entstehen in den Abspritzschlitzen 30 fächerartige Aufspreizungen der Strömung. Beim Verlassen des Abspritzschlitzes 30 entsteht aus der divergenten Strömung ein ebener Fächerstrahl, der durch seine Aufspreizung stark ausdünnt und ab einer gewissen Zerfallsstrecke in entsprechend kleine Tröpfchen zerfällt. Die Strömungskanäle 38 der oberen Strukturebene 35 bilden ein kreuzförmiges Raster, das einerseits aus parallel zu den Abspritzschlitzen 30 verlaufenden Zufuhrkanälen 39 besteht, an die sich andererseits senkrecht dazu Zuströmkanäle 40 anschließen. Oberhalb der Abspritzschlitze 30 verlaufen Materialwandungen der oberen Strukturebene 35 nicht unmittelbar fluchtend zu den Wandungen der Abspritzschlitze 30 in der unteren Strukturebene 36, sondern mit geringfügigem Versatz nach außen, so dass die Abspritzschlitze 30 allseits angeströmt werden können. Durch Variation der Breiten der Zuführkanäle 39 und/oder der Zuströmkanäle 40 innerhalb ein und derselben Multi- Fächerstrahl-Düse 23 können Fächerstrahlen in gewünschter Weise gekippt werden.

Figur 14 verdeutlicht mit einer sechsten Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse 23 in einer teilweisen Unteransicht, dass die Abspritzschlitze 30 auch bezüglich der Symmetrieachse 37 außermittig mit Versatz regelmäßig, unregelmäßig, einseitig oder alternierend angeordnet sein können.

Die mikrogalvanische Herstellung der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 erfolgt in der Weise, dass zuerst die obere Strukturebene 35 abgeschieden wird und nachfolgend die untere Strukturebene 36. Die Galvanik wird auf einer ebenen, elektrisch leitfähigen Grundfläche (Substrat) gestartet. Auf dem Substrat wird ein erste Fotolackschicht aufgebracht. Danach erfolgt ein selektives Belichten der ersten Fotolackschicht mittels UV-Licht und eine partielle, strukturierte Abdeckung durch eine Fotomaske. Es wird die Struktur der späteren Strukturebene 35 abgebildet. Auf die erste Fotolackschicht wird dann eine Sputterschicht flächig aufgebracht. Anschließend kommt es zu einem Aufbringen einer zweiten Fotolackschicht. Danach erfolgt ein selektives Belichten der zweiten Fotolackschicht mittels UV-Licht und eine partielle, strukturierte Abdeckung durch eine Fotomaske. Es wird die Struktur der späteren Strukturebene 36 abgebildet. Beide Lackschichten werden nachfolgend in einem Schritt entwickelt, d.h. unbelichtete Stellen werden nasschemisch entfernt. Es bleiben auf dem

Substrat an den Stellen gestufte Lackstrukturen stehen, wo später Öffhungsstrukturen innerhalb der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 vorhanden sein sollen. Danach erfolgt das Aufgalvanisieren. Sobald die Galvanik in der Strukturebene 35 die Dicke der Fotolackschicht übersteigt, gerät sie in elektrischen Kontakt mit der auf dieser Fotolackschicht liegenden Sputterschicht. Auf der Sputterschicht wird ab diesem Zeitpunkt das Galvanikwachstum gestartet. Die Galvanik wird gestoppt, bevor sie die Oberseite der zur Strukturebene 36 gehörenden Fotolackschicht erreicht hat. Abschließend wird die Galvanikschicht vom Substrat abgelöst und der Fotolack herausgelöst.

In der Figur 15 ist ein Schnitt durch eine siebente Ausfuhrung einer Multi-Fächerstrahl-Düse 23 entlang einer der Figur 13 entsprechenden Schnittebene dargestellt. Die relative Lage der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 zum Ventilsitzkörper 16 ist durch das Einzeichnen der Austrittsöffhung 27 kenntlich gemacht. In der oberen Strukturebene 35 ist hier ein großflächiger Strömungskanal 38 vorgesehen, der wiederum der Form eines H ähnelt. Zwei zueinander parallele Reihen von Abspritzschlitzen 30 sind in der unteren Strukturebene 36 untergebracht. Beide Reihen sind bezüglich ihrer Unterteilung in Abspritzschlitze 30 zueinander versetzt. Es wird in vorteilhafter Weise ein Mittenversatz eingestellt, bei welchem die Abspritzschlitze 30 der einen Reihe zu denen der anderen Reihe mittig versetzt sind. Dadurch wird vermieden, dass sich die aus beiden Reihen austretenden Fächerstrahlen in einiger Entfernung von der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 vereinigen. Beide Reihen sind z.B. symmetrisch zum Zentrum der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 angeordnet.

In der Figur 16 ist ein Schnitt durch eine achte Ausführung einer Multi-Fächerstrahl-Düse 23 entlang einer der Figur 13 entsprechenden Schnittebene gezeigt. Hierbei wird die Fläche der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 maximal ausgenutzt, um zwischen benachbarten Fächerstrahlen einen möglicht großen Abstand zu haben. Dadurch wird die Gefahr des sich Ansaugens zweier benachbarter Fächerstrahlen reduziert. Der Strömungskanal 38 ist kreisförmig ausgeführt. Alle Abspritzschlitze 30 sind ungeordnet verteilt und zueinander versetzt. Somit ist gewährleistet, dass sich die austretenden Fächerstrahlen im Abspritzraum nicht zerstäubungsschädlich überschneiden. Bei dieser beliebigen Verteilung der Abspritzschlitze 30 sind diese jedoch richtungsparallel angeordnet.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Multi-Fächerstrahl-Düsen 23 sind die Breiten und Längen der Abspritzschlitze 30 in jeweils einer Multi-Fächerstrahl-Düse 23 konstant. Die Breiten und Längen der Abspritzschlitze 30 können jedoch auch innerhalb einer Multi- Fächerstrahl-Düse 23 variieren. Auf diese Weise ergeben sich neue Möglichkeiten in der Strahlformgebung. Beispielsweise sind die Abspritzschlitze 30 im Zentrum einer Reihe von Abspritzschlitzen 30 breiter als an den beiden Enden einer solchen Reihe. Dadurch können unter beengten Platzverhältnissen auch größere Durchflüsse dargestellt werden. Das Zentrum des Gesamtstrahls kommt weniger mit der Wandung des Saugrohrs in Berührung, weshalb die Tropfen im Zentrum des Sprays ohne größere Gefahr der Saugrohrwandfϊlmbildung größer sein dürfen.

Eine erfϊndungsgemäße Multi-Fächerstrahl-Düse 23 ist jedoch keineswegs auf eine Anwendung an einem Brennstoffeinspritzventil beschränkt. Vielmehr kann eine solche Multi- Fächerstrahl-Düse 23 an jeglicher Form von Düsen angebracht werden, bei denen einen Abspritzen von Flüssigkeiten in Fächerstrahlform gefordert oder gewünscht ist, wobei die Fluide dann in feinstzerstäubte Tröpfchen zerfallen. Anwendungsgebiete sind z.B. Chemie, Landwirtschaft, Lackiertechnik oder Heiztechnik.

Claims

Ansprüche

1. Multi-Fächerstrahl-Düse als Zerstäubereinrichtung zur Abgabe eines feinzerstäubten Fluids mit mehreren Abspritzöffiiungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von richtungsparallelen Abspritzschlitzen (30) vorgesehen sind.

2. Multi-Fächerstrahl-Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi- Fächerstrahl-Düse (23) scheibenförmig ausgebildet ist.

3. Multi-Fächerstrahl-Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzschlitze (30) jeweils eine Schlitzbreite von ca. 20 bis 100 μm und eine Schlitzlänge von bis zu 1 mm aufweisen.

4. Multi-Fächerstrahl-Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis sechzig Abspritzschlitze (30) in der Multi-Fächerstrahl-Düse (23) vorgesehen sind.

5. Multi-Fächerstrahl-Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzschlitze (30) die Querschnittsform eines Rechtecks, einer Ellipse oder einer Linse haben.

6. Multi-Fächerstrahl-Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi-Fächerstrahl-Düse (23) mikrogalvanisch herstellbar ist.

7. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse (2), mit einem einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörper (16), mit einem mit dem Ventilsitz (29) zusammenwirkenden Ventilschließkörper (7), der entlang der Ventillängsachse (2) axial bewegbar ist, mit einer Austrittsöffiiung (27) im Ventilsitzkörper (16) und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (29) angeordneten Zerstäubereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubereinrichtung als Multi- Fächerstrahl-Düse (23) mit einer Vielzahl von richtungsparallelen Abspritzschlitzen (30) ausgeführt ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi- Fächerstrahl-Düse (23) scheibenförmig ausgebildet ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi- Fächerstrahl-Düse (23) einen kalottierten bzw. ausgewölbten Düsenbereich (28) mit den Abspritzschlitzen (30) besitzt.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi- Fächerstrahl-Düse (23) wenigstens zwei Strukturebenen (35, 36) umfasst.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi-Fächerstrahl-Düse (23) fest mit dem Ventilsitzkörper (16) verbunden ist.

12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi-Fächerstrahl-Düse (23) mittels einer Stützscheibe (25) an dem Ventilsitzkörper (16) befestigt ist.

13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzschlitze (30) jeweils eine Schlitzbreite von ca. 20 bis 100 μm und eine Schlitzlänge von bis zu 1 mm aufweisen.

14. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis sechzig Abspritzschlitze (30) in der Multi-Fächerstrahl-Düse (23) vorgesehen sind.

15. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzschlitze (30) die Querschnittsform eines Rechtecks, einer Ellipse oder einer Linse haben.

16. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abspritzschlitze (30) in wenigstens einer Reihe angeordnet sind.

17. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar stromaufwärts der Abspritzschlitze (30) ein Strömungshohlraum (24) oder ein oder mehrere Strömungskanäle (38) in der Multi-Fächerstrahl-Düse (23) vorgesehen sind.

18. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi-Fächerstrahl-Düse (23) mikrogalvanisch herstellbar ist.