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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen,
wie es beispielsweise für
Dieselmotoren Verwendung findet. Solche Kraftstoffeinspritzventile,
wie sie dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechen, sind aus dem
Stand der Technik hinlänglich
bekannt. So zeigt beispielsweise die Offenlegungsschrift
DE 42 22 1 37 A1 ein
Kraftstoffeinspritzventil, das einen Ventilkörper aufweist, in dem wenigstens
eine Einspritzöffnung
ausgebildet ist. Durch die Öffnung
wird Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt,
wobei die Einspritzöffnung
eine Eintrittsöffnung
und eine Austrittsöffnung
aufweist. Die Eintrittsöffnung
geht von einem Druckraum in Kraftstoffeinspritzventil aus, der mit
Kraftstoff unter hohem Druck befüllt
werden kann, während
die Austrittsöffnung
an der Außenseite
des Ventilkörpers
angeordnet ist. Der Kraftstoff der im Druckraum unter hohem Druck
vorgehalten wird, wird durch Betätigung
einer Ventilnadel zur Eintrittsöffnung
der Einspitzöffnung
geleitet und durch die Einspritzöffnung
in den Brennraum eingespritzt. Durch den hohen Druck des Kraftstoffs
erfolgt eine feine Zerstäubung,
was für
einen sauberen und effizienten Verbrennungsvorgang unerlässlich ist.
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Die
Spitze des Kraftstoffeinspitzventils ragt hierbei in den Brennraum
der Brennkraftmaschine und ist dort hohen Temperaturen durch den
Verbrennungsvorgang im Brennraum ausgesetzt. Kraftstoffreste, die
nicht vollständig
zerstäubt
werden, können sich
an der Außenseite
des Ventilkörpers
ablagern und hierbei insbesondere im Bereich der Austrittsöffnungen.
Durch die hohen Temperaturen kommt es zur Verkokung des Kraftstoffs, sodass
sich mit der Zeit eine Verkokung bildet, die die Austrittsöffnungen teilweise
zusetzt. Dies beeinträchtigt
das Einspritzverhalten des Kraftstoffeinspitzventils, sodass es nicht
mehr wunschgemäß arbeitet.
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Aus
der Schrift
DE 199
51 014 A1 ist bekannt, die Außenseite des Ventilkörpers oder
eines sonstigen Bauteils im Bereich der Austrittsöffnungen mit
einer katalytischen Beschichtung zu versehen. Diese Beschichtung
soll entweder die Anlagerung von Verkokungsmaterial von vornherein
verhindern oder über
den katalytischen Effekt zum Abbrennen der Verkokung beitragen.
Eine solche Beschichtung ist jedoch relativ teuer und muss mit aufwendigen Verfahren
auf die Außenseite
des Ventilkörpers
aufgebracht werden. Außerdem
besteht ständig
die Gefahr, dass sich eine solche Schicht wegen der starken thermischen
und mechanischen Belastungen durch den Verbrennungsvorgang im Lauf
der Zeit ablöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspitzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist dem
gegenüber
den Vorteil auf, dass eine Verkokung der Spritzlöcher kostengünstig verhindert
werden kann. Hierzu ist die Außenwand
des Ventilkörpers
im Bereich der Austrittsöffnungen
mit einer Mikrostrukturierung versehen, die eine Anlagerung von
Verkokungsmaterial in diesem Bereich verhindert. Sollte sich trotzdem
eine Verkokungsschicht in diesem Bereich ausbilden, so kann durch
die Mikrostrukturierung erreicht werden, dass sich die Verkokung
relativ leicht wieder vom Ventilkörper löst und durch den Kraftstoffstrahl
abgetragen wird. Auf diese Weise lässt sich recht einfach und
kostengünstig
verhindern, dass sich eine Verkokungsschicht an der Außenwand
des Ventilkörpers bildet,
die sich mit der Zeit ausbreitet und schließlich die Einspritzöffnungen
zumindest teilweise zusetzt.
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Durch
die Unteransprüche
sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. In
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Mikrostrukturierung
durch eine Vielzahl von Ausnehmungen ausgebildet, die in die Außenwand des
Ventilkörpers
eingebracht sind. Solche Ausnehmungen sind vorteilhafterweise napfförmig ausgebildet,
wobei sie zum Beispiel mittels eines Laserverfahrens eingebracht
werden können.
Es sind auch andere Verfahren denkbar wie beispielsweise Präge- oder Ätzverfahren.
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Weitere
vorteilhafte Mikrostrukturierungen sind linienförmige Ausnehmungen, die in
verschiedenen Anordnungen um die Austrittsöffnung herum in der Außenwand
des Ventilkörpers
ausgebildet werden. Als vorteilhaft hat sich beispielsweise erwiesen, die
linienförmigen
Ausnehmungen radial nach außen anzuordnen
oder kreisförmig
konzentrisch um die Austrittsöffnung
herum. Es lassen sich beide Anordnungen auch kombinieren.
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Die
Tiefe der Mikrostrukturierung, das heißt die Tiefe der einzelnen
Ausnehmungen, sollte nicht mehr als 50 μm betragen, und bei den napfförmigen Ausnehmungen
hat sich ein Durchmesser von weniger als 50 μm als vorteilhaft erwiesen.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspitzventil
dargestellt. Es zeigt
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspitzventil.
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2 eine
nicht geschnittene Darstellung des Kraftstoffeinspitzventils im
Bereich der Einspritzöffnungen
und
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3a bis 3d verschiedene
Mikrostrukturierungen in einer Ausschnittsvergrößerung um die Einspritzöffnung herum.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspitzventil
dargestellt. Das Kraftstoffeinspitzventil weist einen Ventilkörper 1 auf,
in dem eine Bohrung 3 ausgebildet ist. Die Bohrung 3 wird
an ihrem brennraumseitigen Ende vom einem im wesentlichen konischen
Ventilsitz 9 begrenzt, von dem mehrere Einspritzöffnungen 11 ausgehen.
In der Bohrung 3 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 5 längsverschiebbar
angeordnet, die mit einem Führungsabschnitt 15 in
einem Führungsbereich 23 der
Bohrung 3 dichtend geführt
ist. Die Ventilnadel 5 weist an ihrem ventilsitzzugewandten
Ende eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 7 auf, mit der
sie mit dem Ventilsitz 9 zusammenwirkt. Die Ventilnadel 5 verjüngt sich
ausgehend vom Führungsabschnitt 15 unter
Bildung einer Druckschulter 13 dem Ventilsitz 9 zu,
sodass bei Druckbeaufschlagung der Druckschulter 13 eine
hydraulische Kraft in Längsrichtung
auf die Ventilnadel 5 entsteht, die diese vom Ventilsitz 9 wegdrückt. Zwischen
der Ventilnadel 5 und der Wand der Bohrung 3 ist
ein Druckraum 19 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 13 radial
erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums 19 mündet ein
im Ventilkörper 1 ausgebildeter
Zulaufkanal 25, über
den der Druckraum 19 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden
kann.
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Die
Ventilnadel 5 wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte
Vorrichtung mit einer Schließkraft
beauftragt, die an der ventilsitzabgewandten Stirnseite der Ventilnadel 5 angreift
und die Ventilnadel 5 in Richtung des Ventilsitzes 9 drückt. Wie
bereits oben erwähnt
ergibt sich durch den Kraftstoffdruck im Druckraum 19,
der auf die Druckschulter 13 wirkt, eine vom Ventilsitz 9 wegwirkende Öffnungskraft
auf die Ventilnadel 5, die der Schließkraft entgegengerichtet ist.
Durch Erhöhung
des Drucks im Druckraum 19 oder durch Erniedrigung der Schließkraft auf
die Ventilnadel 5 ergibt sich eine resultierende Kraft
auf der Ventilnadel 5, die die Ventilnadel 5 vom
Ventilsitz 9 wegbewegt, sodass die Einspritzöffnungen 11 freigegeben
werden. Daraufhin strömt
Kraftstoff zwischen der Ventildichtfläche 7 und dem Ventilsitz 9 hindurch
zu den Einspritzöffnungen 11 und
wird durch diese in den Brennraum eingespritzt. Zur Beendigung der
Einspritzung werden die Kräfteverhältnisse
zwischen Öffnungs-
und Schließkraft
entsprechend umgekehrt, sodass sich die Ventilnadel 5 zurück in Ihre
Schließstellung
bewegt.
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Die
Einspritzöffnungen 11 weisen
jeweils eine Eintrittsöffnung 111 auf,
die im Ventilsitz 9 angeordnet ist. Die Austrittsöffnung 211 ist
an der Außenwand
des Ventilkörpers 1 angeordnet
und mündet
direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine. In 2 ist
eine Außenansicht
des Ventilkörpers 1 im Bereich
der Einspritzöffnungen 11 dargestellt,
wobei der Ventilkörper 1 hier
nicht geschnitten dargestellt ist. Üblicherweise sind mehrere Einspritzöffnungen 11 über den
Umfang des Kraftstoffeinspitzventils verteilt angeordnet, sodass
der Kraftstoff gleichmäßig im Brennraum
verteilt wird.
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Kraftstoffreste
können
im Bereich der Einspritzöffnungen
verbleiben, da die Einspritzung zu Beginn und zum Ende der Einspritzung
nicht mit dem vollen Einspritzdruck geschieht. Dieser Kraftstoff
wird durch die hohen Temperaturen, die bei der Verbrennung entstehen,
verkohlt und setzt sich als Verkokung an der Außenwand des Ventilkörpers 1 ab,
vorzugsweise im Bereich der Austrittsöffnungen 211. Um die
Anlagerung dieser Verkokung zu vermeiden, ist die Außenwand
im Bereich der Austrittsöffnungen 211 mit
einer Mikrostrukturierung 30 versehen, was in 3a vergrößert dargestellt
ist. Die Mikrostrukturierung 30 besteht hier aus Ausnehmungen 301,
die napfförmig
ausgebildet sind. Diese weisen einen Durchmesser von weniger als
50 μm und
eine Tiefe von weniger als 10 μm
auf. Durch die Mikrostrukturierung 30 wird die Anlagerung
der Verkokung gehemmt und eine Ablösung von sich bildendem Verkokungsmaterial
erleichtert.
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3b zeigt
in derselben Darstellung wie 3a eine
alternative Ausgestaltung der Mikrostrukturierung 30. Die
Mikrostrukturierung 30 ist hier durch rillenförmige Ausnehmungen 302 gebildet,
die sternförmig
von der Austrittsöffnung 211 ausgehen. Die
Tiefe der rillenförmigen
Ausnehmungen 302 beträgt
auch hier vorzugsweise weniger als 10 μm. Die Anzahl an der rillenförmigen Ausnehmungen 302 kann
in weiten Grenzen variiert werden, je nach Erfordernis. 3c zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Mikrostrukturierung 30,
wobei hier zusätzlich
zu den radial verlaufenden, rillenförmigen Ausnehmungen 302 weitere
rillenförmige
Ausnehmungen 302 ausgebildet sind, die als Kreis konzentrisch
zueinander angeordnet sind und die Austrittsöffnung 211 umgeben.
Ebenso ist es möglich,
wie in 3d gezeigt, rillenförmige Ausnehmungen
als sich kreuzende Linien auszubilden. In jedem Fall ist es wichtig,
dass die Außenwand
des Ventilkörpers 1 im
Bereich der Austrittsöffnungen 211 mit
der Mikrostrukturierung 30 umgeben wird.
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Die
Mikrostrukturierung 30 kann mit verschiedenen Verfahren
hergestellt werden. Denkbar ist hier die Abtragung mittels eines
Lasers, mit Prägeverfahren
oder durch Ätzen.
Da alle Verfahren bestimmte Vor- und Nachteile haben, muss für den jeweiligen
Anwendungsfall die günstigste
Fertigungsmethode gewählt
werden.