DE102009046377A1 - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Bei einem Kraftstoffeinspritzventil (10) für ein Einspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Einspritzdüse (14), welche eine Düsenkuppe (26) mit wenigstens einem Düsenauslass (28) für den Kraftstoff aufweist, weist erfindungsgemäß wenigstens eine stromaufwärts der Düsenkuppe (26) angeordnete und mit dem Kraftstoff in Kontakt kommende Oberfläche (48) einer Ventilkomponente zumindest teilweise eine Beschichtung (46) auf, welche einem Anhaften von Biokraftstoff und/oder Biokraftstoffbestandteilen, insbesondere von Biodiesel und harzartigen Alterungspolymeren, entgegenwirkt.In a fuel injection valve (10) for an injection system of an internal combustion engine, with an injection nozzle (14), which has a nozzle tip (26) with at least one nozzle outlet (28) for the fuel, according to the invention at least one is arranged upstream of the nozzle tip (26) and has it the fuel-contacting surface (48) of a valve component at least partially has a coating (46) which counteracts adherence of biofuel and / or biofuel components, in particular biodiesel and resinous aging polymers.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil für ein Einspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injection valve for an injection system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Derartige Kraftstoffeinspritzventile sind beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften
Der zunehmende Einsatz von Biokraftstoffen, wie beispielsweise von Biodiesel, z. B. als Beimischung zu fossilen Dieselkraftstoffen kann jedoch auch bei diesen Kraftstoffeinspritzventilen zu Ablagerungen führen, welche Kraftstoffkanäle innerhalb der Kraftstoffeinspritzventile verstopfen und beweglich gelagerte Ventilkomponenten festsetzen können, was einen Ausfall des Kraftstoffeinspritzventils und damit des gesamten Antriebssystems zur Folge haben kann.The increasing use of biofuels, such as biodiesel, z. B. as an admixture with fossil diesel fuels, however, can lead to deposits in these fuel injection valves, which can clog fuel passages within the fuel injection valves and fix movably mounted valve components, which can result in failure of the fuel injection valve and thus the entire drive system.
Diese Ablagerungen bilden sich im Gegensatz zu den unter hohen Verbrennungstemperaturen entstehenden Verkokungen im Bereich der Düsenkuppe bei deutlich niedereren Betriebstemperaturen oder selbst außerhalb eines Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils bzw. der Verbrennungskraftmaschine. Die Ablagerungen weisen infolgedessen im Vergleich zu den auf eine unvollständige Verbrennung zurückzuführenden Verkokungen ein breiteres chemisches Spektrum von insbesondere harzartigen polymeren Verbindungen, Fettsäuren bzw. deren Metallseifen und dergl. auf, welche zudem Kleinstpartikel (Verunreinigungen) im Kraftstoff binden können.These deposits are formed in contrast to the resulting under high combustion temperatures coking in the nozzle tip at much lower operating temperatures or even outside an operation of the fuel injection valve or the internal combustion engine. As a result, the deposits have a broader chemical spectrum of, in particular, resinous polymeric compounds, fatty acids and / or their metal soaps and the like, which can also bind minute particles (contaminants) in the fuel compared to incomplete combustion incineration.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit möglichst geringem fertigungstechnischem Aufwand derart zu verbessern, dass dieses bei Einsatz von Biokraftstoffen bzw. einer erhöhten Beimischung von Biokraftstoffen eine weiter verbesserte Zuverlässigkeit aufweist.The object of the invention is to improve a generic fuel injection valve with the least possible manufacturing effort such that this has a further improved reliability when using biofuels or an increased admixture of biofuels.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.The object is achieved by a fuel injection valve with the features specified in claim 1.
Der mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil verbundene Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass die Gefahr von Funktionsstörungen des Kraftstoffeinspritzventils bei der Verwendung von Biokraftstoffen bzw. Kraftstoffen mit erhöhtem Biokraftstoffanteil auf einfache und zuverlässige Weise verringert wird. Ablagerungen, die beispielsweise in Biodiesel bzw. mit diesem versetztem fossilem Kraftstoff anzutreffen sind bzw. sich aus dem Biokraftstoff bilden können, weisen häufig harzartige polymere Verbindungen auf und haften demzufolge nicht oder nur in verringertem Maße auf der erfindungsgemäß beschichteten Oberfläche der Ventilkomponente. Diese Ablagerungen können daher leicht durch eine im Betrieb gegebene Kraftstoffströmung bzw. betriebsbedingte Schwingungen bzw. Reibung von der beschichteten Oberfläche abgelöst werden. Die Beschichtung ist nicht nur eine Barriere für Beläge, die durch Biodiesel entstehen, sondern allgemein für Beläge, die durch erneuerbare Kraftstoff gebildet werden.Essentially, the advantage associated with the fuel injector of the present invention is that the risk of malfunction of the fuel injector when using biofuels or fuels having an increased biofuel content is reduced in a simple and reliable manner. Deposits which are found, for example, in biodiesel or offset fossil fuel or can form from the biofuel often have resinous polymeric compounds and consequently do not adhere or only to a reduced extent to the surface of the valve component coated according to the invention. These deposits can therefore be easily replaced by a given during operation fuel flow or operational vibration or friction of the coated surface. The coating is not only a barrier to deposits produced by biodiesel, but generally to coverings made by renewable fuel.
Im Hinblick auf die Gefahr einer durch Ablagerungen verursachten Funktionsstörung verstellbar gelagerter Ventilkomponenten ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest teilweise beschichtete Oberfläche der Ventilkomponente als Lagerfläche der Ventilkomponente dient. Die Ventilkomponente kann dabei beispielsweise ein Kopplungselement sein, wie sich dieses etwa bei hydraulischen oder piezoelektrischen Kopplern findet, die einer Übersetzung eines Aktorhubs dienen und ein eventuell vorhandenes Spiel zwischen dem Aktor und einem Steuer- bzw. Servoventil ausgleichen. Hauptmerkmal des hydraulischen Kopplers ist es, die negative Temperaturausdehnung der Piezo-Keramik auszugleichen. Erfindungsgemäß kann auch die dem Kopplungselement zugeordnete Lagerfläche die Beschichtung aufweisen.With regard to the risk of a malfunction caused by deposits malfunction stored valve components is provided according to the invention that the at least partially coated surface of the valve component serves as a bearing surface of the valve component. The valve component can be, for example, a coupling element, as can be found in hydraulic or piezoelectric couplers, which serve to translate a Aktorhubs and compensate for any existing game between the actuator and a control or servo valve. The main feature of the hydraulic coupler is to compensate for the negative temperature expansion of the piezo ceramic. According to the invention, the bearing surface assigned to the coupling element may also have the coating.
Die Beschichtung weist nach einer Weiterbildung der Erfindung eine strukturierte Oberfläche auf. Dadurch kann einerseits eine besonders wirkungsvolle Antihafteigenschaft der Beschichtung realisiert werden. Andererseits ermöglicht die strukturierte Oberfläche einen besonders niedrigen Gleitreibungswiderstand der Beschichtung, was insbesondere bei Lagerflächen günstig ist.The coating has a structured surface according to an embodiment of the invention. As a result, on the one hand, a particularly effective anti-adhesion property of the coating can be realized. On the other hand, the structured surface allows a particularly low sliding friction resistance of the coating, which is particularly favorable for storage areas.
Im Hinblick auf die für eine zuverlässige Funktion eines Kraftstoffeinspritzventils erforderliche hohe Maßgenauigkeit der Komponenten weist die Beschichtung vorzugsweise eine Dicke zwischen 200 Nanometer und 50 Mikrometer auf.In view of the high dimensional accuracy of the components required for reliable operation of a fuel injection valve, the coating preferably has a thickness of between 200 nanometers and 50 micrometers.
Die Beschichtung ist vorzugsweise auf einen solchen Temperaturbereich ausgerichtet, dem die stromaufwärts der Düsenkuppe angeordneten Ventilkomponenten im Betrieb ausgesetzt sind. Die Beschichtung braucht daher vorzugsweise nur eine Temperaturbeständigkeit von bis zu 350°C, vorzugsweise von lediglich bis zu 300°C, aufzuweisen, was unter Kostengesichtspunkten günstig ist.The coating is preferably oriented to a temperature range to which the valve components located upstream of the nozzle tip are exposed during operation. The coating therefore preferably only needs to have a temperature resistance of up to 350 ° C, preferably of only up to 300 ° C, which is favorable from a cost point of view.
Die Antihaftwirkung der Beschichtung ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise auf Methylester, Glycerin, Fette und/oder fette Öle, Reaktionsprodukte von Detergentien und Fettsäuren ausgerichtet. Dadurch wird das Anhaften von in Biokraftstoffen, wie etwa Biodiesel oder auch Pflanzenölen, anzutreffenden Komponenten zuverlässig vermieden.The non-stick effect of the coating is according to a development of the invention preferably directed to methyl esters, glycerol, fats and / or fatty oils, reaction products of detergents and fatty acids. This reliably prevents the adhesion of components found in biofuels, such as biodiesel or vegetable oils.
Die Beschichtung kann insbesondere im Wege einer chemischen oder einer physikalischen Gasphasenabscheidung aufgebracht sein. Alternativ kann die Beschichtung aber auch ein Polymer, insbesondere ein im Wege des Sol-Gel Prozesses gewonnenes Hybridpolymer, sein, wobei die Beschichtung im nasschemischen Verfahren, vorzugsweise durch Tauchen, Sprühen, Rakeln oder durch Rotationsbeschichtung, auf die Oberfläche der jeweiligen Ventilkomponente aufgebracht sein kann. Als mögliche Ausgangskomponenten des Sol-Gel-Verfahrens können dabei verschiedene Silizium-Alkoxide, beispielsweise Tetraethoxisilan (TEOS), sowie deren Abwandlungen durch den Ersatz einer oder mehrerer Alkoxidgruppen durch organische Moleküle zum Einsatz kommen. Spezielle Prekursoren, die als Seitenketten perfluorierte Alkane und/oder andere hydrophobe organische Ketten tragen, sind im Hinblick auf den erwünschten Anti-Haft Effekt der Beschichtung geeignet. Ebenso können SI-Prekursoren zum Einsatz kommen, die über (perfluorierte) Kohlenstoffketten bereits vorvernetzt sind. Anstelle der Etoxisilane kommen auch andere Alkohole, wie etwa Methanol, Propanol, Butanol und/oder Diole, wie beispielsweise Glykol, Propandiol, oder Triole, wie etwa Glycerin, für eine Veresterung in Frage.The coating can be applied in particular by means of a chemical or a physical vapor deposition. Alternatively, however, the coating may also be a polymer, in particular a hybrid polymer obtained by way of the sol-gel process, wherein the coating may be applied to the surface of the respective valve component in the wet-chemical process, preferably by dipping, spraying, knife coating or spin coating , As possible starting components of the sol-gel process, it is possible to use various silicon alkoxides, for example tetraethoxysilane (TEOS), as well as their modifications by replacing one or more alkoxide groups with organic molecules. Special precursors bearing as side chains perfluorinated alkanes and / or other hydrophobic organic chains are suitable in view of the desired anti-adhesion effect of the coating. Likewise, SI precursors can be used, which are already precrosslinked via (perfluorinated) carbon chains. Instead of Etoxisilane other alcohols, such as methanol, propanol, butanol and / or diols, such as glycol, propanediol, or triols, such as glycerol, come for esterification in question.
Für eine hohe Langlebigkeit weist die Beschichtung vorzugsweise wenigstens in ihrem Oberflächenbereich zumindest einen nanoskaligen Füllstoff, insbesondere Aluminium-, Titan- oder Zirkoniumoxyd, hexagonales Bornitrid oder organische Nanopartikel, auf.For a high durability, the coating preferably has at least one nanoscale filler, in particular aluminum, titanium or zirconium oxide, hexagonal boron nitride or organic nanoparticles, at least in its surface region.
Zeichnungendrawings
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung exemplarisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing by way of example. Show it:
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In der
Das Kraftstoffeinspritzventil
Der Ventilsteuerraum
Wie insbesondere aus der
Alternativ oder zusätzlich kann auch die von dem Kopplerkörper
Nach einer in der Zeichnung nicht näher gezeigten weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zudem auch das zweite Kopplungselement
Die Dicke der Beschichtung
Die Beschichtung
Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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