Beim Betrieb neuer direkteinspritzender Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung werden Verbesserungen der Gemischbildung durch den Einsatz von modernen Kraftstoffeinspritzdüsen er- zielt, wobei fertigungsbedingte Toleranzabweichungen die Verbrennung und dadurch die Emissionsbildung negativ beein- flussen.

Aus der Patentschrift DE 196 42 653 Cl ist ein Verfahren zur Gemischbildung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinsprit- zung bekannt, mit dem bei der Kraftstoffeinspritzung ein Öff nungshub eines Ventilgliedes relativ zu einem Ventilsitz ei- nes Injektors erfolgt und die Einspritzzeit variabel. ein- stellbar ist, wodurch eine dynamische Beeinflussung eines Einspritzwinkels und auch des Kraftstoffmassenstroms ermög- licht wird.

Weiterhin ist aus der DE 100 12 97 AI ein Verfahren zur Bil- dung eines zündfähigen Kraftstoffluftgemisches bekannt, bei dem der Kraftstoff in mindestens zwei Teilmengen in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird, wobei der Verschlusskörper einer Einspritzdüse nach dem Einspritzvor- gang einer Teilmenge in seine Schließstellung bringbar ist.

Der Kraftstoffstrahl wird bis zum Austritt dadurch beschleu- nigt, da sich die Düsenöffnung mit einem kurven-oder para- belförmigen Austrittquerschnitt zum Austritt hin stetig ver- jüngt.

Da bei den Kraftstoffeinspritzdüsen fertigungsbedingt unter- schiedliche Kraftstoffstrahlbilder zustande kommen, die die Gemischbildung und dadurch die erzielte Verbrennung unter- schiedlich beeinflussen, müßten vor dem Einbau solcher Kraft- stoffeinspritzdüsen in einer Brennkraftmaschine kaum durch- führbare Verbesserungen an der jeweiligen Geometrie der Kraftstoffeinspritzdüse vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einfache Maß- nahmen an der Kraftstoffeinspritzdüse einer direkteinsprit- zenden Brennkraftmaschine vorzunehmen, durch die eine Verbes- serung der Verbrennung trotz Fertigungstoleranzen erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftstoffein- spritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse zeichnet sich durch einen nach außen öffnenden Verschlusskörper, ein Düsen- gehäuse mit einem Düsensitz und einer Düsennadel aus, wobei bei der Kraftstoffeinspritzdüse der mittels der Düsennadel bewegbare Verschlusskörper an einer Dichtfläche des Düsensit- zes während einer Schließposition anliegt, und während einer Betriebsposition nach außen bewegt wird, so dass der Kraft- stoff durch einen ausgebildeten Spalt zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper in Form eines Hohlkegels in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird, wobei am Düsensitz und/oder am Verschlusskörper im Bereich der Dicht- fläche mindestens ein Turbulenzhohlraum vorgesehen ist.

Durch den Turbulenzhohlraum wird während der Einspritzung des Kraftstoffes eine verbesserte Zerstäubung der eingespritzten Kraftstofftröpfchen sichergestellt, um günstige Bedingungen für die anschließende Gemischbildung zu erzielen. Dies ge- schieht dadurch, dass der Kraftstoff beim Einspritzvorgang durch den von dem Verschlusskörper freigegebenen Querschnitt in den Brennraum derart eintritt, dass in Folge einer erhöh- ten Strömungsturbulenz der eingespritzte Kraftstoffstrahl in kleine Kraftstofftropfen aufgebrochen wird. Durch die Anbrin- gung der Turbulenzhohlräume bzw. Taschen oder Ausnehmungen in der Oberfläche des Verschlusskörpers und/oder in der Oberflä- che des Düsensitzes wird die Turbulenz der Kraftstoffströmung in der Einspritzdüse kurz vor dem Austritt des Kraftstoffes in den Brennraum erhöht, wodurch der Aufbruch von Kraftstoff- lamellen verstärkt wird, so dass kleinere Tropfen erzielt werden. Dadurch dass die Zerstäubungseigenschaften des einge- spritzten Kraftstoffstrahles verbessert werden, können ferti- gungsbedingte Toleranzabweichungen ausgeglichen, und dadurch die Eigenschaften der motorischen Verbrennung insbesondere Verbrauch und Emissionen verbessert werden.

Insbesondere bei den direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung muß innerhalb kürzester Zeit ein zündfähiges Kraftstoff/Luft-Gemisches im Bereich der Zündkerze vorliegen.

Die Kraftstoffeinspritzdüsen unterliegen jedoch fertigunbe- dingt einem gewissen Streuband, was zu unterschiedlichen Er- scheinungsbildern des Einspritzstrahls führt. Durch die er- zielte Turbulenzerhöhung kurz vor dem Strahlaustritt wird ei- ne durch Fertigungstoleranzen auftretende bzw. verursachte Strahlbildschwankungen insbesondere im Bereich der Rezirkula- tionsgebiete ausgeglichen und somit eine Annäherung an das geforderte Idealstrahlbild erzielt.

Weiterhin wird durch die Turbulenzerhöhung ein verstärkter Aufbruch der Kraftstofflamelle und somit kleinere Tropfen er- zielt, wobei durch die kleineren Tropfen eine verstärkte Ver- dampfung einsetzen kann, und eine Verringerung der Penetrati- on der Kraftstofftropfen erzielt, so dass eine Kraftstoffkol- benbenetzung bei einer späten Kraftstoffeinspritzung im Kom- pressionshub reduziert wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass je- weils in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes mindestens ein Turbulenzhohlraum und in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers ebenso ein Turbulenz- hohlraum angeordnet sind, so dass zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition der Kraftstoffeinspritzdüse relativ zur Strahlachse gegenüberliegend angeordnet sind.

Durch die Anbringung von zwei Ausnehmungen in bzw. unmittel- bar vor der Dichtfläche wird eine Turbulenzerhöhung der Dü- seninnerströmung im Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper derart erhöht, dass ein verstärkter Kraftstoffzerfall erzielt wird. Dadurch können Fertigungsto- leranzen ausgeglichen werden, d. h. durch die auftretenden Fertigungsfehler wird das Strömungsverhalten des eingespritz- ten Kraftstoffes aus der Einspritzdüse kaum beeinflußt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in bzw. un- mittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und in bzw. un- mittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers mindes- tens ein Turbulenzhohlraum derart vorgesehen, dass zwei Tur- bulenzhohlraume während einer Betriebsposition relativ zur Strahlachse zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch wer- den ebenso die Zerstäubungseigenschaften des Kraftstoffes im Brennraum verstärkt, wodurch die Eigenschaften der motori- schen Verbrennung weiter verbessert werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgese- hen, dass zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper im Spaltbereich zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes angebracht werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwi- schen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper im Spaltbereich zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtflä- che des Verschlusskörpers angeordnet. Durch diese Maßnahme werden die im Innenbereich des eingespritzten Kraftstoffhohl- kegels erzielten Tropfen weiter verkleinert und deren Penet- ration bis zu einer Kolbenoberfläche verhindert. Gerade bei einem strahlgeführten Brennverfahren wirkt sich diese Maßnah- me sehr positiv aus, da der Kraftstoff sehr spät im Kompres- sionshub eingespritzt wird und eine Kolbenbenetzung mit Kraftstoff verhindert werden muß.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden am Dü- sensitz und am Verschlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse mindestens zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und mindestens zwei Turbu- lenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers in eine Hubrichtung entlang der Dichtfläche nacheinander derart ausgebildet, dass jeweils zwei Turbulenz- hohlräume während einer Betriebsposition der Kraftstoffein- spritzdüse gegenüberliegend angeordnet sind. Dadurch werden weiterhin die Zerstäubungseigenschaften der eingespritzten Kraftstofftropfen verstärkt, wodurch durch die gezielte Tur- bolenzgenerierung im gesamten Bereich des eingespritzten Kraftstoffstrahles eine durch Fertigungstoleranzen auftreten- de Turbulenzdifferenz überdeckt und somit eine Annäherung an das notwendige Strahlbild reicht. Alternativ können die am Sitz und die am Verschlusskörper angeordneten Turbulenzhohl- räume derart ausgebildet werden, dass jeweils die zwei Hohl- räume während einer Betriebsposition relativ zur Strahlachse zueinander versetzt angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und/oder in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers angeordnete Turbulenzhohlraum in Form einer nach innen ausge- bildeten Nut entlang einer Umfangsfläche ausgebildet. Dadurch wird der eingespitzte Kraftstoffhohlkegel in allen Bereichen mit einer erhöhten Turbulenz beauftragt, so dass der Aufbruch der Kraftstofflamellen verstärkt wird und somit kleinere Tropfen in den Brennraum eingespritzt werden.

Die vorherigen erwähnten Maßnahmen werden bevorzugt bei Ein- spritzdüsen vorgenommen, die bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung verwendet werden, in denen der Kraftstoff als Hohlkegel eingespritzt und insbesondere ein strahlgeführtes Brennverfahren vorliegt. Bei solchen Brennkraftmaschinen er- folgt die Einspritzung des Kraftstoffes derart, dass am Ende des Kraftstoffhohlkegels ein torusförmiger Wirbel ausgebildet wird, wobei im Brennraum einer solchen Brennkraftmaschine ei- ne Zündkerze derart angeordnet ist, dass die Elektroden der Zündkerze außerhalb des eingespritzten Kraftstoffhohlkegels liegen und in den gebildeten torusförmigen Wirbel einragen.

Durch die Anordnung der Turbulenzhohlräume in bzw. unmittel- bar vor der Dichtfläche des Düsensitzes wird die Turbulenz gerade im äußeren Bereich des eingespritzten Kraftstoffhohl- kegels erhöht, wodurch die Bildung des torusförmigen Randwir- bels ausgeprägter stattfindet. Bei einem strahlgeführten Brennverfahren wird eine notwendige Symmetrie des erzielten torusförmigen Wirbels durch die erfindungsgemäße Kraftstoff- einspritzdüse beibehalten und eine Verkippung des erzielten Wirbels verhindert. Das führt dazu, dass das Auftreten von Zündaussetzern vermieden wird.

Weitere Merkmale und Merkmalkombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 Eine Schnittdarstellung einer nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzdüse, Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines ausgebil- deten Spaltes zwischen dem Düsensitz und dem Ver- schlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse mit vier Turbulenzhohlräumen, Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtflä- che im Bereich eines ausgebildeten Spaltes zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper der Kraft- stoffeinspritzdüse aus Fig. 2, Fig. 3a eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 3 gezeigten Turbulenzhohlräume, Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Schnittflä- che im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Dü- sensitz und dem Verschlusskörper mit versetzten Turbolenzhohlräumen, Fig. 4a eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 4 gezeigten Turbulenzhohlräumen, Fig. 5 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtflä- che im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Dü- sensitz und dem Verschlusskörper mit zwei Turbu- lenzhohlräumen in der Dichtfläche des Verschluss- körpers, Fig. 5a eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 5 gezeigten Turbulenzhohlräumen, Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtflä- che im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Dü- sensitz und dem Verschlusskörper mit zwei Turbu- lenzhohlräumen in der Dichtfläche des Verschluss- körpers, Fig. 6a eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 6 gezeigten Turbulenzhohlräumen, Fig. 7 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Dichtfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsen- sitz und dem Verschlusskörper mit zwei in der Dichtfläche des Düsensitzes ausgebildeten Turbu- lenzhohlräumen, und Fig. 7a eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 7 gezeigten Turbulenzhohlräumen.

Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit einer Düsen- nadel 2 und einem Verschlusskörper 5 wobei ein Gehäuse 3 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 im brennraumseitigen Bereich einen Düsensitz 4 aufweist, der in einer Schließposition des Ver- schlusskörpers 5 durch dessen Anlegen an einer Dichtfläche die Kraftstoffeinspritzdüse verschließt. Der Verschlusskörper 5 ist an seinem oberen Ende durch die Düsennadel 2 mit einer nicht dargestellten Stelleinrichtung verbunden. Vorzugsweise wird hier ein Piezoaktor verwendet, der sich unter elektri- scher Spannung ausdehnt und gemäß der angelegten Spannung ei- nen Betriebshub des Verschlusskörpers 5 bewirken kann. Die Dichtheit der Kraftstoffeinspritzdüse wird mechanisch durch eine nicht dargestellte Rückstellfeder gewährleistet. Der Verschlußkörper wird mittels der Düsennadel 2 in eine Be- triebsposition gebracht, wodurch sich ein Spalt 6 zwischen dem Verschlusskörper 5 und dem Düsensitz 4 einstellt.

Gemäß Fig. 2 wird der Verschlusskörper 5 in eine Betriebspo- sition (Offenstellung) mittels einer Hubrichtung 9 gebracht, so dass der Kraftstoff durch den Spalt 6 in einen Brennraum 8 hineinströmen kann. Die in Fig. 2 gezeigten Turbulenzhohlräu- me 7 sind sowohl in der Dichtfläche des Verschlusskörpers 5 als auch in der Dichtfläche des Düsensitzes 4 derart ausge- bildet, dass der durch den Spalt 6 austretende Kraftstoff- strahl 10 mit einer Turbulenzerhöhung in den Brennraum 8 hin- einströmt, welche den Zerfall des Kraftstoffes verstärkt.

Der durch den ausgebildeten Spalt 6 aus der Kraftstoffein- spritzenden Düse austretende Kraftstoffstrahl 10 wird gemäß Fig. 3 in den Brennraum 8 mit einer erhöhten Turbulenz hin- eingespritzt, so. dass sich kleine Tröpfchen beim Eintreten in den Brennraum 8 bilden, wodurch eine optimale Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes erzielt wird. Die erfindungsgemä- ße Kraftstoffeinspritzdüse wird bevorzugt bei Brennkraftma- schinen mit Fremdzündung verwendet, bei denen ein sog. strahlgeführtes Brennverfahren vorliegt. Demnach wird der Kraftstoff in einem Schichtladebetrieb vorzugsweise im Kom- pressionshub derart eingespritzt, dass mit dem eingespritzten Kraftstoffhohlkegel ein torusförmiger Wirbel im Brennraum 8 ausgebildet wird. Bei einem solchen Brennverfahren, wird eine für die Zündung vorgesehene Zündkerze derart im Brennraum 8 angeordnet, dass die Elektroden der Zündkerze in den erziel- ten torusförmigen Wirbel hineinragen, wobei sie während der Kraftstoffeinspritzung außerhalb der Mantelfläche des Kraft- stoffhohlkegels liegen. Um eine optimale Verbrennung des ein- gespritzten Kraftstoffes zu erzielen, ist es notwendig einen symmetrischen und gleichmäßigen torusförmigen Wirbel auszu- bilden, so dass eine Verkippung des Wirbels nicht stattfin- det. Durch die erzielte Turbulenzerhöhung im eingespritzten Kraftstoffhohlkegel wird eine gleichmäßige Kraftstoffvertei- lung erreicht und eine Verkippung des ausgebildeten torusför- migen Wirbels verhindert.

Gemäß Fig. 4 werden in einer Betriebsposition des Verschluss- körpers 5 die im Spaltbereich zwischen dem Düsensitz 4 und dem Verschlusskörper 5 ausgebildeten Hohlräume versetzt ange- ordnet, so dass eine erhöhte Turbulenz im eingespritzten Kraftstoffstrahl 10 an unterschiedlichen Stellen erzielt wird.

Gemäß Fig. 5 und 6 sind weitere erfindungsgemäße Ausführungs- beispiele dargestellt, bei den in der Dichtfläche des Ver- schlusskörpers zwei Turbulenzhohlräume 7 angebracht sind, mit denen eine verstärkte Turbulenz des eingespritzten Kraft- stoffsträhles erzielt wird, wobei gemäß Fig. 6 die angebrach- ten Turbulenzhohlräume 7 in einem Bereich angeordnet sind, der vom Brennraum weiter entfernt ist als der Bereich gemäß Fig. 5 und 5a.

Gemäß Fig. 7 und 7a werden die Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Düsensitzes angebracht, so dass bei dem Kraftstoffhohlkegel im äußeren Bereich eine Turbulenzerhöhung erzielt wird, so dass der für das strahlgeführte Brennverfah- ren notwendige torusförmiger Wirbel verstärkter ausgebildet wird. Ziel ist es dabei, einen symmetrischen Wirbel und eine gleichmäßige'Kraftstoffverteilung im äußeren Bereich zu er- zielen, so dass eine unerwünschte Verkippung des gebildeten Wirbels verhindert wird. Weiterhin soll dadurch die Bildung von Strähnen am Ende des Kraftstoffhohlkegels vermieden wer- den.

Durch die gezeigten Beispiele wird mittels der vorgeschlage- nen Kraftstoffeinspritzdüse eine optimale Verbrennung ermög- licht und eine ausgeprägte torusförmige Wirbelbildung bei ei- nem strahlgeführten Brennverfahren erzielt, welche durch den verstärkten Zerfall der Kraftstoffteilchen im Randbereich des Wirbels erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist der Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten beim Herstellen von Kraftstoff- einspritzdüsen, welche im allgemeinen die Gemischbildung bei den direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen insbesondere mit Fremdzündung negativ beeinflussen.

Vorzugsweise wird bei allen dargestellten Ausführungsbeispie- len die Kraftstoffeinspritzdüse derart ausgebildet, dass der aus der Einspritzdüse austretende Kraftstoffhohlkegel mit ei- nem Strahlwinkel zwischen 70° und 100° ausgebildet wird. Wei- terhin werden die gemäß der Erfindung im Düsensitz oder am Verschlusskörper angebrachten Hohlräume in ihrer Form flexi- bel ausgebildet, d. h. es ist denkbar, dass diese Turbulenz- hohlräume alle denkbaren geometrischen Formen annehmen kön- nen, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Turbulenzhohl- räumen flexibel gestaltet werden kann. Vorzugsweise weisen alle Turbulenzhohlräume zum Brennraum hin mindestens einen Abstand von 60 ; nm auf, so dass genügend Dichtfläche zum Ab- dichten der Kraftstoffeinspritzdüse vorhanden ist. Insbeson- dere weisen die Turbulenzhohlräume eine Tiefe von 30m sowohl im Düsensitzbereich als auch im Verschlußkörperbereich auf.

Es ist vorteilhaft, dass beim Anbringen von mehreren Turbu- lenzhohlräumen sie derart anzubringen, dass die zueinander mit einem Abstand von etwa 60ßm beabstandet sind. Es ist wei- terhin denkbar, dass die Turbulenzhohlräume in einem Bereich innerhalb der Kraftstoffeinspritzdüse angebracht werden, der an den Bereich der Dichtfläche angrenzt, so dass eine gewisse Turbulenzerhöhung des Kraftstoffes erzielt wird, bevor der Kraftstoff in den Spalt 6 zwischen dem Düsensitz und dem Ver- schlusskörper hineinströmt. Es ist weiterhin denkbar, dass auf jeder Seite des Düsensitzes als auch auf der Seite des Verschlusskörpers mehrere Turbulenzhohlräume mit unterschied- lichen geometrischen Ausnehmungen angebracht werden.