Aus der DE 196 42 653 Cl ist bereits ein Verfahren zur Bildung eines zündfähigen Brennstoff-/Luftgemisches bekannt.

In den Zylindern von direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist ein zündfähiges Brennstoff-/ Luftgemisch bildbar, indem in jedem von einem Kolben begrenzten Brennraum mittels eines Injektors bei Freigabe einer Düsenöffnung durch Abheben eines Ventilgliedes von einem die Düsenöffnung umfassenden Ventilsitz Brennstoff eingespritzt wird. Um unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere im Schichtladungsbetrieb, eine verbrauchs-und emissionsoptimierte innere Gemischbildung in jedem Betriebspunkt des gesamten Kennfeldes zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß der Öffnungshub des Ventilgliedes und die Einspritzzeit variabel einstellbar sind.

Aus der DE 38 08 635 C2 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Zylinder einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine-bekannt. Die

Brennstoffeinspritzvorrichtung beinhaltet ein Brennstoffeinspritzventil, das in der Zylinderwandung mit Abstand zum Zylinderkopf und gegenüber der Auslaßöffnung angeordnet ist, und eine Ausgangsöffnung, wobei die Strahlachse des Brennstoffeinspritzventils auf den Bereich um die im Zylinderkopf angeordnete Zündkerze gerichtet ist.

Das Brennstoffeinspritzventil weist eine magnetbetätigte Ventilnadel mit schraubenförmigen Drallnuten zum Erzeugen einer Drallströmung des Einspritzstrahls auf. Das Brennstoffeinspritzventil ist mit seiner Strahlachse auf den in der Zylinderkopfmitte angeordneten Zündpunkt gerichtet.

Weiterhin ist aus der US 5,941, 207 eine Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt, bei der Brennstoff unter einem bestimmten Anfangswinkel kegelförmig in den Brennraum eingespritzt wird. Der eingespritzte Brennstoff füllt dabei die Brennkammer kegelförmig aus, wobei Effekte der Wandbenetzung weitgehend unterdrückt werden. Ein relativ flach ausgebildeter Kolben verformt die eingespritzte Brennstoffwolke während der Verdichtungsphase kugelförmig.

Die kugelförmige Gemischwolke vermischt sich nur unwesentlich mit der zugeführten Luft und wird bei weiterer Verdichtung zur Funkenstrecke der Zündkerze geführt.

Nachteilig an den aus den obengenannten Druckschriften bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine sind insbesondere die komplizierten Brennraumgeometrien, welche nötig sind, den eingespritzten Brennstoff mit der zugeführten Luft zu vermischen, ein zündfähiges Brennstoff-/Luftgemisch zu bilden und dieses zur Zündung in die Nähe der Funkenstrecke der Zündkerze zu transportieren. Derartige Brennraumgeometrien sind zum einen schwer herstellbar, zum anderen kann die Verbrennung in Bezug auf die Emission von Stickoxyden und den Verbrauch von Brennstoff nicht optimiert werden.

Weiterhin ist von Nachteil, daß in den meisten Fällen die Zündkerze direkt durch das Brennstoffeinspritzventil angespritzt wird. Dadurch ist die Zündkerze einerseits starken thermischen Schockbelastungen ausgesetzt, andererseits lagert sich Ruß auf den Zündkerzenelektroden ab, wodurch die Lebensdauer der Zündkerze erheblich beschränkt wird.

Insbesondere ist an dem aus der DE 198 27 219 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil von Nachteil, daß der durch die unterschiedlichen Einspritzwinkel in den Brennraum eingespritzte Brennstoff größtenteils auf die Wände des Brennraums bzw. den Kolben auftrifft, dort abkühlt und somit nur unter hoher Schadstoffemission bzw. Rußentwicklung verbrannt werden kann.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Gemischwolke durch eine entsprechende Formung des Ventilschließkörpers des Brennstoffeinspritzventils durch eine gezielte Drosselung vor dem Dichtsitz so beeinflußbar ist, daß die Gemischwolke die Zündkerze nur am Ende des Einspritzvorgangs erreicht.

Die Ventilnadel oder der Ventilschließkörper weist hierbei Flächenanschliffe auf, welche die Brennstoffströmung je nach der radialen Tiefe der Flächenanschliffe mehr oder weniger stark drosseln, so daß die das Brennstoffeinspritzventil verlassende Gemischwolke je nach der Hubstellung der Ventilnadel einen größeren oder kleineren Öffnungswinkel a aufweist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Von Vorteil ist insbesondere, daß die Anzahl der Flächenanschliffe beliebig ist, so daß die gewünschte Drosselwirkung frei wählbar ist.

Vorteilhafterweise wirken zwischen den Flächenanschliffen angeordnete erhabene Führungsflächen mit einer am Düsenkörper ausgebildeten Gegenfläche so zusammen, daß die Führung der Ventilnadel jederzeit gewährleistet ist. Dadurch kann Fehlfunktionen durch Versätze der Ventilnadel vorgebeugt werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Drosselwirkung entweder durch vertieft angeordnete Flächenanschliffe oder über einen erhabenen Führungsring regulierbar ist.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzsystems mit einer Gemischwolke, welche durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil im Brennraum erzeugt wird, Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils, Fig. 3A-B einen Schnitt durch den abspritzseitigen Teil des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in zwei verschiedenen Hubstellungen, und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in gleicher Darstellung wie in Fig. 3A und 3B.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen, schematisierten Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzsystems 1 für eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschine.

Das Brennstoffeinspritzsystem 1 umfaßt einen Brennraum 2, welcher durch Zylinderwandungen 3, einen Zylinderkopf 4, welcher Firstschrägen 5 aufweist, und einen Kolben 6 begrenzt ist. Eine Zündkerze 7 ist z. B. seitlich in den Brennraum 2 hineinragend angeordnet. Ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 10 ist zwischen den Firstschrägen 5 so angeordnet, daß Brennstoff in Form einer beispielsweise kegelförmigen Gemischwolke 8, 9 in den Brennraum 2 eingespritzt wird.

Um die oben angesprochenen Mängel in Bezug auf die Stöchiometrie der Gemischwolke 8,9 sowie des direkten Anspritzens der Zündkerze 7 zu beheben, ist das Brennstoffeinspritzventil 10 erfindungsgemäß so ausgelegt, daß die darin herrschende Brennstoffströmung in unterschiedlich starkem Maß so gedrosselt wird, daß abhängig von der Hubstellung einer Ventilnadel des Brennstoffeinspritzventils 10 eine Gemischwolke 8,9 mit einem variablen Öffnungswinkel a im Brennraum 2 erzeugt werden kann.

Wie in den Fig. 3A und 3B sowie 4 dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, weist die Ventilnadel oder ein mit dieser in Wirkverbindung stehender Ventilschließkörper zu diesem Zweck zumindest einen, vorzugsweise mehrere Flächenanschliffe oder einen Führungsring auf.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann zunächst eine Gemischwolke 8 im Brennraum 2 erzeugt werden, die eine große Penetration und einen geringen Öffnungswinkel a aufweist, während beim Schließvorgang des Brennstoffeinspritzventils 10 kurzzeitig die Gemischwolke 9 mit einem größeren Öffnungswinkel a erzeugt wird, welche die Zündkerze 7 im Bereich der Elektroden streift und somit zündfähiges Gemisch zur Funkenstrecke der Zündkerze 7 transportiert.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 10, welches sich für diese Betriebsart eignet, ist in Fig. 2 dargestellt und im folgenden beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine schematisierte geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 10, welches insbesondere zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzsystem 1 geeignet ist.

Das Brennstoffeinspritzventil 10 ist dabei in Form eines direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventils 10 ausgeführt, das zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum 2 der gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine dient. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 10.

Das Brennstoffeinspritzventil 10 umfaßt einen Aktor 11, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als piezoelektrischer Aktor 11 ausgebildet ist. Der Aktor 11 ist in einem Aktorgehäuse 12 zur Stabilisierung gekapselt und stützt sich endseitig in Zulaufrichtung an einem Widerlager 13 und abströmseitig an einer Schulter 14 ab. Die Schulter 14 steht mit einer zweiteiligen Ventilnadel 15 in kraftschlüssiger Verbindung.

Ein zuströmseitiger erster Teil 16 der Ventilnadel 15 stützt sich an der Schulter 14 ab, während ein zweiter Teil 17 abströmseitig des ersten Teils 16 von diesem getrennt angeordnet ist. Der erste Teil 16 der Ventilnadel 15 wird durch eine erste Rückstellfeder 18 beaufschlagt, welche zwischen der Schulter 14 und einem Dichtgehäuse 19 angeordnet ist. Der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 wird durch eine zweite Rückstellfeder 20 beaufschlagt, deren Federkraft geringer ist als diejenige der ersten Rückstellfeder 18, so daß der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 gegenüber dem ersten Teil 16 durchschwingen kann. Dies ist bei schnellschaltenden Brennstoffeinspritzventilen 10 mit piezoelektrischen Aktoren 11 zur Dämpfung und Entprellung der Schließbewegung zweckmäßig.

Das Brennstoffeinspritzventil 10 umfaßt weiterhin eine Wellrohrdichtung 21, welche den Aktor 11 vor dem das Brennstoffeinspritzventil 10 durchströmenden Brennstoff schützt. Der Brennstoff wird im Ausführungsbeispiel über eine zentrale Brennstoffzufuhr 22 zugeführt und strömt durch einen Brennstoffkanal 23 in einem Gehäusekörper 24. Er wird dabei an dem Dichtgehäuse 19 vorbei in eine Ausnehmung 25 eines in den Gehäusekörper 24 eingeschobenen Düsenkörpers 26, in welcher auch der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 angeordnet ist, geleitet.

Der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 weist einen mit der Ventilnadel 15 einstückig ausgebildeten oder in kraftschlüssiger Verbindung mit dieser stehenden Ventilschließkörper 27 auf, welcher mit einer an dem Düsenkörper 26 ausgebildeten Ventilsitzfläche 28 einen Dichtsitz bildet.

An dem Ventilschließkörper 27 und/oder dem zweiten Teil 17 der Ventilnadel 15 sind erfindungsgemäß Flächenanschliffe 29 ausgebildet, welche so angebracht sind, daß eine Drosselwirkung auf den das Brennstoffeinspritzventil 10 durchströmenden Brennstoff ausgeübt wird. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind in den Fig. 3A bis 3B und 4

näher dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung eingehend erläutert.

Zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 10 wird an den Aktor 11 eine Erregerspannung beispielsweise über eine nicht weiter dargestellte elektrische Leitung angelegt. Der Aktor 11, welcher als piezoelektrischer Aktor 11 ausgeführt ist, dehnt sich daraufhin entgegen der Kraft der ersten Rückstellfeder 18 aus. Dadurch wird der erste Teil 16 der Ventilnadel 15 in einer Hubrichtung bewegt. Der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 mit dem daran ausgebildeten Ventilschließkörper 27 wird ebenfalls entgegen der Kraft der zweiten Rückstellfeder 20 in Hubrichtung bewegt, so daß der Ventilschließkörper 27 von der Ventilsitzfläche 28 abhebt und Brennstoff abgespritzt wird.

Wird der Aktor 11 entladen, kehrt der erste Teil 16 der Ventilnadel 15 durch die Kraft der ersten Rückstellfeder 18 entgegen der Hubrichtung in seine Ausgangsposition zurück.

Dadurch wird auch der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 entlastet, wodurch der Ventilschließkörper 27 wieder auf der Ventilsitzfläche 28 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 10 geschlossen wird.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine auszugsweise Vergrößerung des in Fig. 2 mit III bezeichneten Ausschnitts des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 10 in zwei verschiedenen Hubstellungen der Ventilnadel 15. Dabei stellt Fig. 3A eine Hubstellung dar, welche beispielsweise einer Offenstellung des Brennstoffeinspritzventils 10 entspricht, während Fig. 3B eine Hubstellung zeigt, welche bei einem geringeren Hub der Ventilnadel 15 beispielsweise beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 10 auftritt.

Übereinstimmende Bauteile sind in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

Wie bereits weiter oben angesprochen, weist der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 an dem mit ihr einstückig ausgebildeten Ventilschließkörper 27 oder direkt an-dem

zweiten Teil 17 der Ventilnadel 15 zumindest einen Flächenanschliff 29 auf. Vorzugsweise sind mehrere Flächenanschliffe 29 regelmäßig oder unregelmäßig über den Umfang des Ventilschließkörpers 27 verteilt an diesem ausgebildet.

Die Flächenanschliffe 29 sind beispielsweise längsoval ausgebildet und wechseln mit Führungsflächen 30 ab, welche an einer an dem Düsenkörper 26 ausgebildeten Gegenfläche 31 anliegen. Die Führungsflächen 30 und die Gegenfläche 31 führen den zweiten Teil 17 der Ventilnadel 15 während der Hubbewegung. Dadurch kann Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 10 durch Versätze der Ventilnadel 15 mit nachfolgendem Verklemmen vorgebeugt werden.

Wie bereits oben ausgeführt, ist die Veränderung eines Öffnungswinkels a der in den Brennraum 2 eingespritzten Gemischwolke 8,9 so zu gestalten, daß zum Ende des Einspritztaktes eine Gemischwolke 9 erzeugt wird, deren Öffnungswinkel 2 größer als der Öffnungswinkel a1 zum Beginn des Einspritztaktes ist. Die Flächenanschliffe 29 am 'Ventilschließkörper 27 sind dementsprechend in ihrer radialen Ausdehnung so ausgebildet, daß sie die Weite eines zwischen den Flächenanschliffen 29 und der Gegenfläche 31 freiwerdenden Drosselspalts 32 definieren. Die Weite des Öffnungsquerschnitts am Dichtsitz im voll geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 10 ist dabei in jedem Fall größer als die Weite des durch die Flächenanschliffe 29 definierten Drosselspaltes 32, so daß die Flächenanschliffe 29 als Vordrossel dienen.

Ist, wie in Fig. 3A dargestellt, der Hub des Ventilschließkörpers 27 groß, beispielsweise in einer Maximalstellung, kann durch die in dem Drosselspalt 32 erzielte Vordrosselung eine kegelförmige Gemischwolke 8 mit einem kleinen Öffnungswinkel al in den Brennraum 2 eingespritzt werden.

Die Strömungslamelle, die in dem engen Spalt an den Flächenanschliffen gebildet wird, ist dünner als der Spalt am Dichtsitz. Die Kraftstofflamelle kann dadurch mit geringer Umlenkung nach außen durch den Dichtsitz fließen.

Die Kraftstofflamelle fließt nicht parallel zu den Wandungen durch den Dichtsitzbereich, sondern schräg dazu nach unten gerichtet. Die kegelförmige Gemischwolke hat dadurch einen kleinen Öffnungswinkel.

Wird der Ventilschließkörper 27 in einer Schließrichtung bewegt, weil der Aktor 11 des Brennstoffeinspritzventils 10 mit einer kleineren Erregerspannung versorgt wird, verengt sich die Entfernung des Ventilschließkörpers 27 von der Ventilsitzfläche 28. Wenn die Entfernung kleiner als der Spalt an den Flächenanschliffen wird, fließt die Strömung durch den Sitzspalt zwangsläufig parallel der Wandungen.

Damit bildet sich ein größerer Öffnungswinkel der kegeligen Gemischwolke als im ersten Fall aus.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Brennstoffeinspritzventil 10 in gleicher Darstellung wie Fig. 3A und 3B.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Drosselungsfunktion des Drosselspalts 32 unabhängig von den Flächenanschliffen 29.

Abströmseitig der Flächenanschliffe 29 ist am Ventilschließkörper 27 ein Führungsbereich 33 ausgebildet, welcher einen Drosselspalt 34 definiert, welcher über den Umfang des Ventilschließkörpers 27 immer gleich weit ist.

Beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 10 verschiebt sich wiederum das Verhältnis der Drosslung durch den Drosselspalt 34 zur Drosselung durch den Dichtsitz zugunsten der Drosselung im Dichtsitz, wodurch ebenfalls eine Aufweitung der in den Brennraum 2 eingespritzten Gemischwolke erfolgt.

Der Drosseleffekt und die nachfolgende Aufweitung des Öffnungswinkels a der Gemischwolke 8,9 kann beispielsweise auch durch das Ansteuern zweier diskreter Hubstellungen über den Aktor 11 oder eine Verlangsamung des Schließvorgangs des Brennstoffeinspritzventils 10 verstärkt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 10 unterschiedliche Anordnungen von Zündkerzen 7 und Brennstoffeinspritzventilen 10 im Zylinderkopf 4 einer Brennkraftmaschine und Magnetantrieb der Ventilnadelbewegung anwendbar.