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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil und einem
Verfahren zur Herstellung des Brennstoffeinspritzventils nach der
Gattung der unabhängigen
Ansprüche.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 43 03
813 C1 ein Brennstoffeinspritzventil insbesondere zum direkten
Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
bekannt. Das Brennstoffeinspritzventil weist eine Ventilnadel auf,
die abspritzseitig einen Ventilschließkörper aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem
Dichtsitz zusammenwirkt. Durch mehrere Abspritzöffnungen wird der Brennstoff
abgespritzt. Die Ventilspitze im Bereich der Abspritzöffnungen
besteht vollständig
aus einem einstückigen
Metallbauteil.
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Nachteilig
bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil
ist insbesondere, daß sich
insbesondere im Bereich des Strömungsaustritts
der Abspritzöffnungen
leicht Verbrennungsrückstände bilden.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den
Vorteil, daß durch die
Schutzschicht die Bildung von Verbrennungsrückständen insbesondere im Bereich
der Strömungsaustritte
der Abspritzöffnungen
vermindert ist. Dadurch kann der Brennstoff mit einem über die
gesamte Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils gleichbleibenden
Strahlbild abgespritzt werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung des Brennstoffeinspritzventils gemäß Anspruch
10 kann das Brennstoffeinspritzventil besonders einfach, zuverlässig und
kostengünstig
hergestellt werden. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Verfahren
darauf verzichtet werden, die Schutzschicht aufwendig entsprechend
den Abspritzöffnungen
auszurichten oder die Austrittsöffnungen
in einem komplizierten und wenig fehlertoleranten und sehr aufwendigen
Verfahren zu erzeugen. Dies gilt insbesondere für Brennstoffeinspritzventile mit
einer Vielzahl von Abspritzöffnungen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils und des im Nebenanspruch angegebenen
Verfahrens möglich.
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Vorteilhafterweise
besteht die Schutzschicht je nach Anforderung aus zumindest einer
Schicht oder Lage. Bei nur einer Schicht läßt sich die Schutzschicht einfach,
schnell und sehr zuverlässig
herstellen, bei mehreren Schichten können beispielsweise die Eigenschaften
mehrerer Materialien in einfach Weise kombiniert werden. Insbesondere
kann dies vorteilhaft dadurch geschehen, daß die dem abspritzseitigen
Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 unmittelbar anhaftende
Schicht oder Lage aus einem Metall besteht, da dadurch die Wärme schnell über den gesamten
abspritzseitigen Bereich verteilt und abgeführt werden kann und somit punktuelle
Wärmebelastungen
vermieden werden.
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Vorteilhafterweise
besteht zumindest eine der Schichten bzw. Lagen aus Glas, Keramik und/oder
Metall, insbesondere Aluminium. Die Herstellung der Schutzschicht
läßt sich
mit diesen Materialien sehr einfach realisieren. Insbesondere sind Glas
und Keramik sehr hitzefest und eigenen sich sehr gut als wärmeisolierendes
Material. Metall, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung kann
ebenfalls sehr hitzestabil erzeugt werden. Außerdem kann Aluminium sehr
einfach verarbeitet werden, ist kostengünstig und ist ein vorzüglicher Wärmeleiter.
Sowohl die hitzeisolierende Wirkung als auch die hitzeleitende Wirkung
verhindern eine übermäßige Wärmebelastung
im Bereich der Austrittsöffnungen
die eine Bildung von Verbrennungsablagerungen in diesem kritischen
Bereich begünstigen würde.
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Sind
die Schichten bzw. Lagen der Schutzschicht durch ein Beschichtungsverfahren
stoffschlüssig
auf das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils aufgebracht,
so kann das Brennstoffeinspritzventil sehr zuverlässig, einfach
und kostengünstig
hergestellt werden.
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Von
Vorteil ist es außerdem,
die Dicke der Schutzschicht mindestens so groß zu wählen wie den größten Durchmesser
der Abspritzöffnung
mit dem größten Durchmesser.
Dadurch wird im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils weitgehend
verhindert, daß sich
Flammen in die Abspritzöffnung
erstrecken können.
Dadurch wird die Abspritzöffnung
vor Ablagerungen geschützt.
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Durch
die konische Aufweitung der Austrittsöffnung, die sich insbesondere
mit einem Winkel öffnet,
der dem Winkel entspricht, mit dem der Brennstoff als Brennstoffkegel
ohne die Schutzschicht aus den Abspritzöffnung treten würde, wird
sichergestellt, daß die
Schutzschicht sich nicht negativ auf das Strahlenbild des Brennstoffeinspritzventils
auswirkt.
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Hinsichtlich
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die Erfindung dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, daß im Zuge
der Vorbereitung des abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils die
Oberfläche
des abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils durch
Aufrauhen und/oder Entfetten vorbereitet wird. Die Stoffschlüssigkeit
wird dadurch erhöht.
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Im
Weiteren ist es vorteilhaft, die Austrittsöffnungen mit dem gleichen Druck
auf das Fluid auszuformen, mit dem der Brennstoff im Betrieb des
Brennstoffeinspritzventils durch die Abspritzöffnungen beim Abspritzen des
Brennstoffs abgespritzt wird. Die Formen der Austrittsöffnungen
können
damit den aus den Abspritzöffnungen
austretenden Formen der Brennstoffkegeln in sehr einfacher Weise
exakt nachgebildet werden. Dies wird durch die Verwendung von Brennstoff
als Fluid weiter verbessert.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils und
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2 einen
schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich der Ventilspitze.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind
dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen.
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Ein
in 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist
in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
ausgeführt.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere
zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten
Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2,
in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 weist
abspritzseitig einen Ventilschließkörper 4 auf, der mit
einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten
Ventilsitzfläche 6 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt
es sich im Ausführungsbeispiel
um ein nach innen öffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der
Düsenkörper 2 ist
durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet.
Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt
und auf einen Spulenträger 12 gewickelt,
welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt.
Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch
einen Abstand 26 voneinander getrennt und miteinander durch
ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden.
Die Magnetspule 10 wird über eine elektrische Leitung 19 von
einem über
einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom
erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben,
die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die
Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche
scheibenförmig
ausgeführt ist.
Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15.
An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich
der Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 mit
der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem
ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich
eine spiralförmige
Rückstellfeder 23 ab,
welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine Hülse 24 auf Vorspannung
gebracht wird.
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In
der Ventilnadelführung 14,
im Anker 20 und an einem Führungselement 36 verlaufen
Brennstoffkanäle 30, 31 und 32.
Der Brennstoff wird über eine
zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch einen Gummiring 28 gegen eine
nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine
Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf
abgedichtet.
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An
der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33,
welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt
auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine
Schweißnaht 35 stoffschlüssig mit
der Ventilnadel 3 verbunden ist.
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Im
Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von
der Rückstellfeder 23 entgegen
seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an
der Ventilsitzfläche 6 in
dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut
diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen
der Federkraft der Rückstellfeder 23 in
Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung
zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen
Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt
den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls
in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung
stehende Ventilschließkörper 4 hebt von
der Ventilsitzfläche 6 ab,
und der druckbehaftet zugeführte
Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 in den nicht
dargestellten Brennraum abgespritzt.
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Wird
der Spulenstrom abgeschaltet, fällt
der Anker 20 nach genügendem
Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom
Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in
Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung
bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung
bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt
und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
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Der
abspritzseitig aus dem Düsenkörper 2 hervorstehende
Teil des Ventilsitzkörpers 5,
ist mit einer Schutzschicht 38 beschichtet, die beispielsweise aus
einem thermisch isolierenden Material wie z.B. Glas oder Keramik
oder einem thermisch gut leitenden Material wie z.B. Aluminium besteht.
Ebenso kann die Schutzschicht 38 aus mehreren Schichten aufgebaut
sein, wobei die einzelnen Schichten unterschiedliche thermische
Eigenschaften aufweisen können.
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2 zeigt
einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich des Ventilsitzkörpers 5.
In den scheibenförmig ausgebildeten
Ventilsitzkörper 5 greift
der kugelförmig
ausgebildete Ventilschließkörper 4 ein.
Der Ventilsitzkörper 5 liegt
am abspritzseitigen Ende des Düsenkörpers 2 hermetisch
dicht auf und ist durch eine Schweißnaht 39 mit ihm verbunden.
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Die
abspritzseitige Fläche
des Ventilsitzkörpers 5 ist
mit der Schutzschicht 38 beschichtet, welche im gezeigten
Ausführungsbeispiel
aus zwei übereinander
liegenden Schichten bzw. Lagen besteht, die nicht weiter einzeln
dargestellt sind. Die direkt an dem Ventilsitzkörper 5 durch Stoffschluß anhaftende Schicht
bzw. Lage besteht beispielsweise aus Aluminium. Die durch den nicht
dargestellten Brennraum dem Ventilsitzkörper 5 zugeführte Wärme kann
dadurch schnell über
den gesamten Ventilsitzkörper 5 abgeführt werden
und punktuelle Wärmebelastungen werden
vermieden.
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Die
auf der aus Aluminium bestehenden Schicht aufliegende Schicht besteht
beispielsweise aus Glas oder Keramik. Dadurch kann der Ventilsitzkörper 5 gegen
die im Brennraum herrschende Wärme
isoliert werden. Beide Schichten bzw. Lagen sind durch ein Beschichtungsverfahren
auf das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 aufgebracht,
aus der auch die Abspritzöffnungen 7 in
den nicht dargestellten Brennraum münden. Die Abspritzöffnungen 7 sind
demnach mit der Schutzschicht 38 an ihren Austrittsstellen
umgeben.
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In
der abspritzseitigen Verlängerung
der Abspritzöffnungen 7 sind
in der Schutzschicht 38 Austrittsöffnungen 40 angeordnet,
durch die der Brennstoff in den Brennraum tritt. Die Austrittsöffnungen 40 sind
koaxial zu den Abspritzöffnungen 7 angeordnet und öffnen sich
in Abspritzrichtung ausgehend vom abspritzseitigen Ende der Abspritzöffnung 7 bis
zum abspritzseitigen Ende der Austrittsöffnung 40 konisch.
Die Austrittsöffnung 40 öffnet sich
dabei mit einem Winkel, der dem Winkel entspricht, mit dem der Brennstoff
ohne die Schutzschicht 38 aus den Abspritzöffnungen 7 unter
Betriebsbedingungen, z.B. dem Betriebsbrennstoffdruck im Brennstoffeinspritzventil 1,
austreten würde
oder größer ist.
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Die
Schichtdicke der Schutzschicht 38 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel
mindestens so groß wie
der größte Durchmesser
der Abspritzöffnung 7 mit
dem größten Durchmesser.
Die Schutzschicht 38 ist mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens
auf den Bereich der abspritzseitige Fläche des Brennstoffeinspritzventils 1 bzw.
des Ventilsitzkörpers 5 aufgebracht,
aus denen die Abspritzöffnungen 7 treten.
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Zur
Herstellung der Schutzschicht 38 wird zuerst Metall, Keramik
oder Glas auf die abspritzseitige Fläche des Brennstoffeinspritzventils 1 aufbeschichtet.
Die Beschichtung erfolgt beispielsweise durch Plasmaspritzen oder
elektrostatisches Pulverbeschichten. Außerdem kann die Beschichtung durch
ein Schlickergießverfahren
erfolgen, bei dem beispielsweise Metallpulver mit Flüssigkeit
vermischt aufgebracht wird. Durch ein Keramikspritzgußverfahren,
bei dem Keramikpulver mit Bindemittel vermischt aufbeschichtet wird,
läßt sich
die Beschichtung ebenfalls durchführen.
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Die
nach der Beschichtung noch zähflüssige und
weiche Schicht wird dann durch die Abspritzöffnungen 7 mit einem
Fluid durchströmt.
Dadurch wird die Austrittsöffnung 40 erzeugt.
Die Austrittsöffnungen 40 werden
durch die Durchströmung
der Abspritzöffnungen 7 und
der noch nicht ausgeformten Austrittsöffnungen 40 mit dem
Fluid ausgeformt. Als Fluid wird idealerweise der gleiche Stoff
verwendet, der auch im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 als Brennstoff
verwendet wird und das Fluid wird mit dem im Betrieb zum Abspritzen
des Brennstoffs verwendeten Druck durch die Austrittsöffnungen 40 gepreßt. Dies
gewährleistet
eine vorteilhafte Ausformung der Austrittsöffnungen 40 identisch
zu der Form des Brennstoffstrahls, wie er im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 aus
der Abspritzöffnung 7 ohne Schutzschicht 38 treten
würde.
Alternativ kann auch ein anderes Fluid aber mit ähnlichen Eigenschaften verwendet
werden. Die Strömung
des Fluids wird solange aufrecht erhalten, bis sich die gewünschte Form
der Austrittsöffnungen 40 einstellt.
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Nach
dem Erzeugen und Ausformen der Austrittsöffnung 40 wird die
Schutzschicht 38 gehärtet
bzw. verfestigt und damit dauerhaltbar gemacht. Dies geschieht idealerweise
durch Temperieren. In der durch das Schlickergießverfahren, das Plasmaspritzen
oder das elektrostatische Pulverbeschichtungsverfahren aufgebrachten
Schicht verschmelzen die Beschichtungsmaterialkörner, beispielsweise die Metallkörner. In
der durch das Keramikspritzgußverfahren
aufgebrachten Schicht wird der Binder aus dem Beschichtungsmaterial
herausdiffundiert.
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Es
sind weitere Verfahren denkbar, welche eine genügend weiche aber zähflüssige Beschichtung
mit anschließendem
Ausräumen
der Austrittsöffnungen 40 mittels
Durchströmen
der Abspritzöffnungen 7 erlauben.
Die Schichten müssen
nachträglich verfestigbar
sein, beispielsweise durch aushärten, verbacken
und verschmelzen, sie müssen
gut auf der Ventilspitze anhaften und Brennstoff- und Temperaturfest
sein.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
kann z.B. auch für
nach außen öffnende
Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.
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Die
Merkmale der Ausführungsbeispiele können in
beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.