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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors, aufweisend wenigstens einen Ventilsitzkörper, der zumindest einen Ventilsitz aufweist, und wenigstens einen Ventilschließkörper, der zumindest eine Dichtfläche aufweist, wobei der Ventilsitz und die Dichtfläche zum Schließen der Ventilanordnung in Kontakt miteinander bringbar sind.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors sowie einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilbauteils, insbesondere eines Ventilsitzkörpers oder eines Ventilschließkörpers, für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors.
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Ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor umfasst herkömmlich eine Ventilanordnung mit einem Ventilsitzkörper, der einen Ventilsitz und eine Ventilöffnung aufweist, und einem Ventilschließkörper, der eine Dichtfläche aufweist, wobei der Ventilsitz und die Dichtfläche zum Schließen der Ventilöffnung bzw. der Ventilanordnung in Kontakt miteinander bringbar sind. Der Ventilschließkörper kann mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktors des Kraftstoffeinspritzventils zwischen einer die Ventilöffnung freigebenden Offenstellung und einer die Ventilöffnung verschließenden Schließstellung hin und her bewegt werden. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist bspw. in
DE 10 2007 014 990 A1 beschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilanordnung mit verbesserten Betriebseigenschaften bereitzustellen, die insbesondere innerhalb eines Verbrennungsraums eines Verbrennungsmotors einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors umfasst wenigstens einen Ventilsitzkörper, der zumindest einen Ventilsitz aufweist, und wenigstens einen Ventilschließkörper, der zumindest eine Dichtfläche aufweist, wobei der Ventilsitz und die Dichtfläche zum Schließen der Ventilanordnung in Kontakt miteinander bringbar sind, und wobei der Ventilsitzkörper und/oder der Ventilschließkörper wenigstens einen Grundkörper und wenigstens eine an wenigstens einem Abschnitt einer Außenfläche des Grundkörpers angeordnete Kontaktschicht aufweist, die zumindest teilweise aus einem temperaturbeständigen Polymer gebildet ist und die zumindest teilweise den Ventilsitz bzw. die Dichtfläche ausbildet.
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Erfindungsgemäß befinden sich der Ventilsitzkörper und der Ventilschließkörper bei geschlossener Ventilanordnung ausschließlich über die wenigstens eine Kontaktschicht in Kontakt miteinander. Hierdurch wird die Dichtigkeit der geschlossenen Ventilanordnung gegenüber herkömmlichen Ventilanordnungen erhöht, bei denen der Ventilsitz des Ventilsitzkörpers und die Dichtfläche des Ventilschließkörpers aus Metall gebildet sind.
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Die erhöhte Dichtigkeit der geschlossenen erfindungsgemäßen Ventilanordnung macht die Ventilanordnung insbesondere geeignet für den Einsatz in einem Kraftstoffeinspritzventil, mit dem als Kraftstoff Erdgas in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Eine entsprechend hohe Dichtigkeit kann bei herkömmlichen Ventilanordnungen, bei denen der Ventilsitz des Ventilsitzkörpers und die Dichtfläche des Ventilschließkörpers aus Metall gebildet sind, insbesondere wegen der hohen Flüchtigkeit von Erdgas nicht erreicht werden.
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Des Weiteren weist die wenigstens eine Kontaktschicht im Vergleich zu einem Ventilsitz bzw. einer Dichtfläche aus Metall sehr gute mechanische Dämpfungseigenschaften auf. Dies geht mit einer Reduzierung von Geräuschen beim Schließen der Ventilanordnung einher, was sich insbesondere in einem pulsierenden Betrieb der Ventilanordnung geräuschreduzierend auswirkt. Somit weist die erfindungsgemäße Ventilanordnung verbesserte NVH(„Noise Vibration Harshness“)-Eigenschaften auf. Durch die guten mechanischen Dämpfungseigenschaften der Kontaktschicht kann die Ventilanordnung auch beim Auftreten von mechanischen Schwingungen im Betrieb eines entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeugs zuverlässig geschlossen gehalten werden.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines temperaturbeständigen Polymers zur Ausbildung der wenigstens einen Kontaktschicht ist die Ventilanordnung insbesondere innerhalb eines Verbrennungsraums eines Verbrennungsmotors einsetzbar. Durch die Wahl eines geeigneten temperaturbeständigen Polymers, das zumindest bis zu einer Temperatur von 200 °C, vorzugsweise bis zu einer Temperatur von 300 °C temperaturbeständig ist, kann die Schicht ohne Schäden dauerhaft bei Temperaturen in dem Verbrennungsraum bis etwa 200 C, vorzugsweise bis etwa 300 °C, und kurzzeitig sogar bei noch höheren Temperaturen eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist die Kontaktschicht ausschließlich an der dem Ventilschließkörper zugewandten Fläche des Grundkörpers des Ventilsitzkörpers angeordnet. Dadurch ist das Polymer der Kontaktschicht von der Flamme im Verbrennungsraum abgewandt und somit gegen einen direkten Kontakt mit der Flamme geschützt, wenn die Ventilanordnung in einem am Verbrennungsraum angeordneten Kraftstoffeinspritzventil Verwendung findet, also in einem Kraftstoffeinspritzventil, das direkt in den Brennraum einspritzt.
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Der Ventilsitzkörper kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein. Der Ventilsitz kann ringförmig und insbesondere konisch oder in Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht ausgebildet sein.
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Der Ventilschließkörper kann kugelförmig, halbkugelförmig, kegelförmig, kegelstumpfförmig oder dergleichen ausgebildet sein. Die Dichtfläche ist vorzugsweise komplementär zu dem Ventilsitz ausgebildet, und umgekehrt.
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Es kann der Ventilsitzkörper einen Grundkörper und die an wenigstens einem Abschnitt einer Außenfläche des Grundkörpers angeordnete Kontaktschicht aufweisen, die zumindest teilweise den Ventilsitz ausbildet. Alternativ oder additiv kann der Ventilschließkörper einen Grundkörper und die an wenigstens einem Abschnitt einer Außenfläche des Grundkörpers angeordnete Kontaktschicht aufweisen, die zumindest teilweise die Dichtfläche ausbildet. Die Kontaktschicht kann den gesamten Ventilsitz bzw. die gesamte Dichtfläche ausbilden.
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Der Grundkörper des Ventilsitzkörpers bzw. des Ventilschließkörpers kann zumindest teilweise aus Metall oder einem anderen temperaturbeständigen Werkstoff gebildet sein.
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Die Kontaktschicht kann einschichtig ausgebildet sein oder zwei oder mehrere Unterschichten aufweisen, die sich in ihrer Zusammensetzung voneinander unterscheiden können. Die Kontaktschicht kann auch vollständig aus dem temperaturbeständigen Polymer gebildet sein. Alternativ kann dem temperaturbeständigen Polymer wenigstens ein weiterer Werkstoff zugesetzt sein, um die Eigenschaften der Kontaktschicht an den jeweiligen Anwendungsfall optimal anpassen zu können.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann zum Einspritzen eines flüssigen und/oder eines gasförmigen Kraftstoffs in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors eingesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors umfasst wenigstens eine vorgenannte Ventilanordnung.
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Mit dem Kraftstoffeinspritzventil sind die oben mit Bezug auf die Ventilanordnung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Das Kraftstoffventil umfasst wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Aktor, insbesondere einen elektromagnetischen Aktor, der zum Betätigen des Ventilschließkörpers mechanisch mit diesem verbunden ist.
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Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfasst wenigstens ein vorgenanntes Kraftstoffeinspritzventil, wobei das Kraftstoffeinspritzventil unmittelbar an den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors angrenzt oder zumindest teilweise innerhalb des Verbrennungsraums des Verbrennungsmotors angeordnet ist.
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Mit dem Verbrennungsmotor sind die oben mit Bezug auf die Ventilanordnung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Der Verbrennungsmotor kann für jeden seiner Verbrennungsräume ein entsprechendes Kraftstoffeinspritzventil aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Ventilbauteils, insbesondere eines Ventilsitzkörpers oder eines Ventilschließkörpers, für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors umfasst die Schritte:
- – Bereitstellen von wenigstens einem Grundkörper für das Ventilbauteil; und
- – Anordnen von wenigstens einer Ventilkontaktfläche an zumindest einem Abschnitt einer Außenfläche des Grundkörpers, indem an dem Abschnitt zumindest teilweise eine Kontaktschicht angeordnet wird, die zumindest teilweise aus einem temperaturbeständigen Polymer gebildet ist.
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Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf die Ventilanordnung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Das Bereitstellen des Grundkörpers kann die Herstellung des Grundkörpers, insbesondere aus Metall, umfassen. Die Kontaktschicht wird stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden. Hierzu kann ein Beschichtungsverfahren eingesetzt werden. Die Ventilkontaktfläche kann ein Ventilsitz des Ventilsitzkörpers oder eine Dichtfläche des Ventilschließkörpers sein. Die Kontaktschicht kann den gesamten Abschnitt der Außenfläche des Grundkörpers bedecken.
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Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Ventilanordnung;
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2 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Ventilanordnung; und
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3 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Ventilanordnung.
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In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 eines nicht weiter dargestellten Kraftstoffeinspritzventils zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors.
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Die Ventilanordnung 1 umfasst einen ringförmigen Ventilsitzkörper 2, der einen Ventilsitz 3 aufweist, der im Wesentlichen die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Des Weiteren umfasst die Ventilanordnung 1 einen kugelförmigen Ventilschließkörper 4, der eine Dichtfläche 5 aufweist, die im Wesentlichen ebenfalls die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat.
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Der Ventilsitz 3 und die Dichtfläche 5 sind zum Schließen der Ventilanordnung 1 in Kontakt miteinander gebracht worden. An dem Ventilsitzkörper 2 ist eine Ventilöffnung 12 angeordnet, die insbesondere unmittelbar in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors münden kann.
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Der Ventilschließkörper 2 umfasst einen Grundkörper 6 und eine an einem ringförmigen Abschnitt einer Außenfläche 7 des Grundkörpers 6 angeordnete Kontaktschicht 8 aus einem temperaturbeständigen Polymer, wobei der ringförmige Abschnitt im Wesentlichen ebenfalls die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Die Kontaktschicht 8 bildet die Dichtfläche vollständig aus.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 eines nicht weiter dargestellten Kraftstoffeinspritzventils zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors.
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Die Ventilanordnung 1 umfasst einen ringförmigen Ventilsitzkörper 2, der einen Ventilsitz 3 aufweist, der im Wesentlichen die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Des Weiteren umfasst die Ventilanordnung 1 einen kugelförmigen Ventilschließkörper 4, der eine Dichtfläche 5 aufweist, die im Wesentlichen ebenfalls die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Der Ventilsitz 3 und die Dichtfläche 5 sind zum Schließen der Ventilanordnung 1 in Kontakt miteinander gebracht worden. An dem Ventilsitzkörper 2 ist eine Ventilöffnung 12 angeordnet. die insbesondere unmittelbar in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors münden kann.
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Der Ventilsitzkörper 2 umfasst einen Grundkörper 9 und eine an einem ringförmigen Abschnitt einer Außenfläche 10 des Grundkörpers 9 angeordnete Kontaktschicht 11 aus einem temperaturbeständigen Polymer, wobei der ringförmige Abschnitt im Wesentlichen ebenfalls die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Die Kontaktschicht 11 bildet den Ventilsitz 3 vollständig aus. Durch diese Anordnung ist das Polymer von der Flamme im Verbrennungsraum abgewandt und somit gegen einen direkten Kontakt mit der Flamme geschützt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 eines nicht weiter dargestellten Kraftstoffeinspritzventils zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors.
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Die Ventilanordnung 1 umfasst einen ringförmigen Ventilsitzkörper 2, der einen Ventilsitz 3 aufweist, der im Wesentlichen die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Des Weiteren umfasst die Ventilanordnung 1 einen kugelförmigen Ventilschließkörper 4, der eine Dichtfläche 5 aufweist, die im Wesentlichen ebenfalls die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Der Ventilsitz 3 und die Dichtfläche 5 sind zum Schließen der Ventilanordnung 1 in Kontakt miteinander gebracht worden. An dem Ventilsitzkörper 2 ist eine Ventilöffnung 12 angeordnet. die insbesondere unmittelbar in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors münden kann.
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Der Ventilschließkörper 2 umfasst einen Grundkörper 6 und eine an einem ringförmigen Abschnitt einer Außenfläche 7 des Grundkörpers 6 angeordnete Kontaktschicht 8 aus einem temperaturbeständigen Polymer, wobei der ringförmige Abschnitt im Wesentlichen ebenfalls die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Die Kontaktschicht 8 bildet die Dichtfläche vollständig aus.
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Der Ventilsitzkörper 2 umfasst einen Grundkörper 9 und eine an einem ringförmigen Abschnitt einer Außenfläche 10 des Grundkörpers 9 angeordnete Kontaktschicht 11 aus einem temperaturbeständigen Polymer, wobei der ringförmige Abschnitt im Wesentlichen ebenfalls die Form einer Mantelfläche einer Kugelschicht hat. Die Kontaktschicht 11 bildet den Ventilsitz 3 vollständig aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilanordnung
- 2
- Ventilsitzkörper
- 3
- Ventilsitz
- 4
- Ventilschließkörper
- 5
- Dichtfläche
- 6
- Grundkörper
- 7
- Außenfläche
- 8
- Kontaktschicht
- 9
- Grundkörper
- 10
- Außenfläche
- 11
- Schicht
- 12
- Ventilöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007014990 A1 [0004]
