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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine und
auf ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Ein Kraftstoffdirekteinspritzsystem
ist aus dem Stand der Technik bekannt. In dem Kraftstoffdirekteinspritzsystem
wird der Kraftstoff direkt in jede entsprechende Brennkammer einer
Brennkraftmaschine eingespritzt, um den Kraftstoffverbrauch und Emissionen
zu verringern und um die Kraftmaschinenleistung zu erhöhen. In
dem Kraftstoffdirekteinspritzsystem ist ein geeignetes Zerstäuben von
Kraftstoff ein wichtiger Faktor, der berücksichtigt werden muss, um
die Verbrennungseigenschaften in der Brennkammer zu verbessern.
In einem Injektor des Kraftstoffeinspritzsystems müssen die
Initialisierung der Kraftstoffeinspritzung und das Beenden der Kraftstoffeinspritzung
durch Öffnen
und Schließen
eines Einspritzlochs des Injektors wirkungsvoll durchgeführt werden.
Jedoch beinhaltet Kraftstoff im Allgemeinen Unreinheiten, wie zum
Beispiel schwersiedende Komponenten, Additive oder Wasser. Auf Grund
des Einflusses von beispielsweise der Umgebungsluft können die
Unreinheiten an dem Einspritzloch oder einem Bereich um das Einspritzloch
anhaften und als Ablagerung angesammelt werden. Wenn die Ablagerung
in dem Einspritzloch oder dem Bereich um das Einspritzloch herum
anhaftet und angesammelt wird, ist der Kraftstoffdurchfluss gestört und somit
kann das Einspritzen des Kraftstoffs durch den Injektor hindurch
nicht präzise
gesteuert werden.
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Um diesen Nachteil anzugehen, offenbart beispielsweise
die japanische ungeprüfte
Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-112392 eine Technik zum Ausbilden
einer aus einem lipophoben Material gefertigte Beschichtung in einer
Außenwand
der Kraftstoffeinspritzdüse
und in einer Innenwand der Kraftstoffeinspritzdüse. Mit dieser Beschichtung
ist es möglich,
das Ansammeln von Ablagerung in der Kraftstoffeinspritzdüse, insbesondere
in dem Kraftstoffeinspritzloch und dem Bereich um das Kraftstoffeinspritzloch
herum, einzudämmen,
so dass eine Verringerung der Menge des von dem Einspritzloch eingespritzten
Kraftstoffs oder eine Änderung
des Sprühmusters
des von dem Einspritzloch eingespritzten Kraftstoffs auf vorteilhafte
Weise eingedämmt
wird.
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Jedoch können Ablagerungen von verbleibendem
Kraftstoff im Inneren der Düse,
d.h. in einem zwischen einer Düsennadel
und einem Düsenkörper definierten
Raum ausgebildet werden. Das heißt, die Ablagerungen können nicht
nur an der Außenwand des
Düsenkörpers und
der Innenwand des Einspritzlochs sondern auch an der Düsennadel
anhaften. Somit ist es im Fall der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift
Nr. 9-112392, in der die Beschichtungslage in der Außenwand
der Kraftstoffeinspritzdüse
und der Innenwand des Einspritzlochs ausgebildet ist, nicht möglich, die
Ansammlung von Ablagerungen um einen Eingriffsabschnitt der Düsennadel
herum einzudämmen.
Insbesondere in dem Fall einer direkteinspritzenden Kraftmaschine wird
heißes
Brenngas zum Zeitpunkt der Verbrennung durch das Einspritzloch in
das Innere der Düse eingeführt. Somit
kann beispielsweise ein in dem Raum zwischen der Düsennadel
und dem Düsenkörper verbleibender
Kraftstoffrest durch die Hitze verkohlen und kann als Ablagerung
in dem distalen Ende der Düsennadel
angesammelt werden.
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Wenn die Ablagerung in der Düsennadel
angesammelt wird, wird der Kraftstoffstrom in der Einspritzdüse verwirbelt
oder der Kraftstoffstrom wird gestört. Als ein Ergebnis könnte die
Menge des von dem Einspritzloch eingespritzten Kraftstoffs nachteilhafterweise
verringert werden oder das Einsprühmuster des von dem Einspritzloch
eingespritzten Kraftstoffs kann auf nachteilige Weise geändert werden.
Wenn überdies
Ablagerungen um den Eingriffsabschnitt zwischen der Düsennadel
und dem Düsenkörper herum
angesammelt werden, könnte die
Fluiddichtigkeit an dem Eingriffsabschnitt möglicherweise verschlechtert
werden.
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Die vorliegende Erfindung setzt an
den vorstehenden Nachteilen an. Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzdüse zu schaffen, die das Anhaften
und Ansammeln von Ablagerungen in einer Düsennadel wirkungsvoll eindämmt.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kraftstoffeinspritzdüse zu schaffen.
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Um die Aufgaben der vorliegenden
Erfindung zu lösen,
ist eine Kraftstoffeinspritzdüse
vorgesehen, die einen Düsenkörper und
eine Düsennadel hat.
Der Düsenkörper hat
ein Kraftstoffeinspritzloch und einen Ventilsitz. Der Ventilsitz
befindet sich an einer Einlassseite des Kraftstoffeinspritzlochs.
Die Düsennadel
hat einen Eingriffsabschnitt, der auf den Ventilsitz aufsetzbar
ist, um die Kraftstoffeinspritzung durch das Einspritzloch hindurch
zu stoppen. Die Düsennadel
hat eine Beschichtungslage in einer Außenwand der Düsennadel.
Die Beschichtungslage ist aus einem lipophoben Material gefertigt.
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Um die Aufgaben der vorliegenden
Erfindung zu lösen,
ist zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffeinspritzdüse vorgesehen,
die einen Düsenkörper und
eine Düsennadel
hat. Der Düsenkörper hat
ein Kraftstoffeinspritzloch und einen Ventilsitz und die Düsennadel
hat einen Eingriffsabschnitt, der in einem distalen Ende der Düsennadel vorgesehen
ist und auf den Ventilsitz aufsetzbar ist, um die Kraftstoffeinspritzung
durch das Einspritzloch hindurch zu stoppen. In dem Herstellungsverfahren wird
das distale Ende der Düsennadel
in einem flüssigen
lipophoben Material bis zu einer vorbestimmten Tiefe getränkt, um
das lipophobe Material auf das distale Ende der Düsennadel
aufzubringen.
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Die Erfindung wird zusammen mit zusätzlicher
Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon am Besten aus der nachstehenden
Beschreibung, den beiliegenden Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen
verstanden, in denen:
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1 eine
vergrößerte schematische Schnittansicht
ist, die einen Bereich um die Düsenanordnung
eines Injektors gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
schematische Schnittansicht des Injektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
ist;
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3 eine
vergrößerte schematische Schnittansicht
ist, die einen Bereich um die Düsenanordnung
des Injektors gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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4 eine
schematische Ansicht ist, die eine Benzindirekteinspritzkraftmaschine
mit dem Injektor gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 eine
schematische Ansicht ist, die einen Bereich um die Düsenanordnung
des Injektors gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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6 ein
Graph ist, der eine Beziehung zwischen einem Abstand von einem stromaufwärtsliegenden
Ende eines Eingriffsabschnitts eines Düsenkörpers des Injektors und einer
Durchlassquerschnittsfläche
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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7 ein
Graph ist, der eine Beziehung zwischen einer Dicke einer Beschichtungslage
und einem Durchflussratenverringerungsverhältnis zeigt;
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8 eine
schematische Ansicht ist, die das Herstellen einer Düsennadel
des Injektors gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt, wobei ein Herstellungszustand veranschaulicht ist, in dem
ein lipophobes Material auf die Düsennadel aufgebracht wird;
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9 eine
schematische Ansicht ist, die das Herstellen der Düsennadel
des Injektors gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiels
zeigt, wobei ein weiterer Herstellungszustand veranschaulicht ist,
in dem die Düsennadel
um ihre Achse gedreht wird;
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10 eine
schematische Ansicht ist, die die Herstellung der Düsennadel
des Injektors gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt, wobei ein weiterer Herstellungszustand veranschaulicht ist,
in dem die Düsennadel
um eine senkrechte Achse gedreht wird, die zu der Achse der Düsennadel
senkrecht ist;
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11 eine
schematische Ansicht ist, die die Herstellung der Düsennadel
des Injektors gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiels
zeigt, wobei ein weiterer Herstellungszustand veranschaulicht wird, in
dem die Luft von einem Gebläse
in Richtung eines distalen Endes der Düsennadel geblasen wird;
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12 eine
vergrößerte schematische Schnittansicht
ist, die einen Bereich um eine Düsenanordnung
eines Injektors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 eine
vergrößerte schematische Schnittansicht
ist, die einen Bereich um eine Düsenanordnung
des Injektors gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14 eine
vergrößerte schematische Schnittansicht
ist, die einen Bereich um eine Düsenanordnung
eines Injektors gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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15 eine
vergrößerte schematische Schnittansicht
ist, die einen Bereich um eine Düsenanordnung
eines Injektors gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
werden verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Dabei wird die Kraftstoffeinspritzdüse in einem
Injektor einer Benzindirekteinspritzkraftmaschine (Brennkraftmaschine)
verwendet.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 hat
der Injektor 1 ein Gehäuse 10,
einen stationären
Kern 11, eine elektromagnetische Antriebseinheit 30 und
eine Düsenanordnung 40 (die
als die Kraftstoffeinspritzdüse
dient). Unter Bezugnahme auf 4 ist
in einem Fall der Direkteinspritzkraftmaschine 2 ein distales Ende
der Düsenanordnung 40 des
Injektors 1 in einer Brennkammer 3 der Kraftmaschine 2 ausgesetzt.
Der Injektor 1 spritzt Kraftstoff in die Luft ein, die
von einem Einlassluftdurchlass 5 zu der Brennkammer 3 zugeführt wird,
wenn ein Einlassventil 4 geöffnet ist.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist das Gehäuse 10 im wesentlichen
zylindrisch und nimmt den stationären Kern 11, einen
beweglichen Kern 12 und die elektromagnetische Antriebseinheit 30 auf.
Der stationäre
Kern 11 ist aus einem magnetischen Material gefertigt und
hat im wesentlichen die Form eines zylindrischen Körpers, der
einen Kraftstoffdurchlass 13 in sich definiert. Ein Filterelement 14,
ein Einstellrohr 15 und eine Feder 16 sind im
dem Kraftstoffdurchlass 13 des stationären Kerns 11 angeordnet.
Das Filterelement 14 entfernt in dem Kraftstoff, der von
einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe zugeführt wird, enthaltene Ablagerung.
Das Einstellrohr 15 ist in den stationären Kern 11 pressgepasst.
Durch Einstellen eines Betrags, wie weit das Einstellrohr 15 in
den stationären
Kern 11 eingesetzt ist, wird eine Vorspannkraft der Feder 16 eingestellt.
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Der bewegliche Kern 12 ist
aus einem magnetischen Material gefertigt. Der magnetische Kern 12 ist
in dem Gehäuse 10 an einer
distalen Endseite (d.h., der unteren Endseite aus 2) des stationären Kerns 11 aufgenommen.
Der bewegliche Kern 12 ist einstückig mit einer Düsennadel 50 der
Düseneinheit 40 ausgebildet
und zusammen mit der Düsennadel 50 in
Axialrichtung hin und her bewegbar. Ein proximales Ende (d.h. ein
oberes Ende aus 2) des beweglichen
Kerns 12 ist mit der Feder 16 in Eingriff und
der bewegliche Kern 12 wird durch die Feder 16 in
Richtung der Düseneinheit 40 vorgespannt.
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Die elektromagnetische Antriebseinheit 30 ist
zwischen dem Gehäuse 10 und
dem stationären Kern 11 angeordnet.
Die elektromagnetische Antriebseinheit 30 hat einen Anschluss 31,
eine Spule 32 und einen Spulenkörper 33. Der Anschluss 31 ist mit
einer externen Energiezuführeinrichtung
(nicht gezeigt) verbunden, die elektrische Energie zu der Spule 32 zuführt. Wenn
die Spule 32 die elektrische Energie von der Energiezuführeinrichtung
durch den Anschluss 31 empfängt, erzeugt die Spule 32 ein
magnetisches Feld. Der Spulenkörper 33 ist
aus einem Kunstharzmaterial gefertigt und die Spule 32 ist
um den Spulenkörper 33 gewickelt.
Das durch die Spule 32 erzeugte magnetische Feld bildet
einen magnetischen Kreislauf durch das Gehäuse 10, den stationären Kern 11 und
den beweglichen Kern 12, so dass zwischen dem stationären Kern 11 und
dem beweglichen Kern 12 eine magnetische Anziehungskraft
erzeugt wird. Daher wird der bewegliche Kern 12 zu dem
stationären
Kern 11 angezogen.
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Wie in 3 gezeigt
ist, hat die Düseneinheit 40 einen
Düsenkörper 41,
die Düsennadel 50 und
einen Verwirbler 42. Der Düsenkörper 41 ist im wesentlichen
als ein zylindrischer Körper
geformt und hat ein Kraftstoffeinspritzloch 43 an dem distalen
Ende des Düsenkörpers 41.
In einer Innenfläche
des Düsenkörpers 41 ist
an einer Einlassseite des Kraftstoffeinspritzlochs 43 ein
Ventilsitz 44 ausgebildet. Der Verwirbler 42 ist
im wesentlichen als ein zylindrischer Körper geformt und stützt in sich
die Düsennadel 50 hin
und her bewegbar. Eine Außenumfangsfläche der Düsennadel 50 und
eine Innenumfangsfläche
des Verwirblers 42 definieren eine Wirbelkammer 45,
die dem Kraftstoff eine Verwirbelungskraft mitgibt. Ein proximales
Ende (d.h. das obere Ende aus 2) der
Düsennadel 50 ist
mit dem beweglichen Kern 12 verbunden. In einem distalen
Ende (d.h. dem unteren Ende aus 2)
der Düsennadel 50 ist
ein Eingriffsabschnitt 51 ausgebildet. Der Eingriffsabschnitt 51 ist
mit dem Ventilsitz 44 des Düsenkörpers 41 in Eingriff
bringbar. Die Düsennadel 50 ist
durch ein in dem Verwirbler 42 angeordnetes Führungselement 46 hin
und her bewegbar gestützt.
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Wie in 1 gezeigt
ist, ist die Beschichtungslage 52 in dem distalen Ende
der Düsennadel 50 ausgebildet.
Die Beschichtungslage 52 erstreckt sich von einem stromaufwärts liegenden
Ende (einer stromaufwärts
liegenden Kante) 51a des Eingriffsabschnitts 51 distal
zu einem Scheitelpunkt (unterer Endscheitelpunkt aus 1) des distalen Endes der Düsennadel 50,
so dass die Beschichtungslage 52 den Eingriffsabschnitt 51 der
Düsennadel 50 bedeckt.
Die Beschichtungslage 52 ist aus einem lipophoben Material
gefertigt und ist in der Außenwand der
Düsennadel 50 ausgebildet,
so dass die Beschichtungslage 52 eine im wesentlichen einheitliche Dicke
aufweist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispielen wird Kunstharz
aus fluoriertem Kohlenwasserstoff, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen als
das lipophobe Material der Beschichtungslage 52 verwendet.
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Die Dicke T der Beschichtungslage 52 ist
folgendermaßen
eingestellt. Wenn, wie in 5 gezeigt ist,
der Eingriffsabschnitt 51 der Düsennadel 50 von dem
Ventilsitz 44 des Düsenkörpers 41 abgehoben ist,
ist zwischen der Düsennadel 50 und
dem Düsenkörper 41 ein
Kraftstoffdurchlass 60 ausgebildet, durch den der Kraftstoff
hindurch geleitet wird. Eine Durchlassquerschnittsfläche des
Kraftstoffdurchlasses 60 ändert sich von dem Eingriffsabschnitt 51 zu dem
Scheitelpunkt des distalen Endes der Düsennadel 50 in einer
in 6 gezeigten Weise.
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Wenn in dem Kraftstoffdurchlass 60 der
Anhebebetrag der Düsennadel 50 maximiert
ist, d.h., wenn die Düsennadel 50 am
Nähesten
zu dem stationären
Kern 11 positioniert ist, wird ein Abstand H zwischen der
Düsennadel 50 und
dem Düsenkörper 41 an
einem engsten Querschnittspunkt (d.h. dem Punkt, an dem die Durchlassquerschnittsfläche am kleinsten
ist) „a" in dem Kraftstoffdurchlass
gemessen, der zwischen dem Düsenkörper 41 und
der Düsennadel 50 an
einer stromabwärts
liegenden Seite des stromaufwärts
liegenden Endes 51a des Eingriffabschnitts 51 definiert
ist. Wenn der Abstand H an dem Punkt „a" in der vorstehenden Weise definiert ist,
ist die Dicke T der Beschichtungslage 52 durch T ≤ 0,01·H definiert.
Die Dicke T ist aus folgenden Gründen
auf diese Art und Weise definiert. Wenn die Dicke der Beschichtungslage 52 vergrößert ist,
ist nämlich
die Durchlassquerschnittsfläche
des Kraftstoffdurchlasses 60 zwischen der Düsennadel 50 und dem
Düsenkörper 41 verkleinert.
Wenn beispielsweise die Dicke der Beschichtungslage 52 vergrößert ist, wie
dies in 7 gezeigt ist,
ist die Durchflussrate des Kraftstoffs, der den Kraftstoffdurchlass 60 passiert,
verringert. Das in 7 gezeigte
Verhältnis
der Abnahme der Durchflussrate des Kraftstoffs bezieht sich auf
das Verhältnis
der Abnahme der Durchflussrate des Kraftstoffs, welche durch das
Vorhandensein der Beschichtungslage 52 auf dem distalen
Ende der Düsennadel 50 verursacht
wird, relativ zu der Durchflussrate des Kraftstoffs, welche ohne
die Beschichtungslage 52 auf dem distalen Ende der Düsennadel 50 gemessen
wird und als eins (oder 100%) betrachtet wird. Die Dicke der Beschichtungslage 52 ist
nicht als die absolute Dicke (oder feste Dicke) bestimmt und wird
auf Grundlage der Form oder der geometrischen Parametern der Düsennadel 50 oder
des Düsenkörpers 51,
wie zum Beispiel dem Abstand zwischen der Düsennadel 50 und dem
Düsenköper 41, dem
Außendurchmesser
des Eingriffsabschnitts 51 der Düsennadel 50 oder dem
Innendurchmesser des Ventilsitz 44 des Düsenkörpers 41 bestimmt.
Daher wird die Beziehung T ≤ 0,01·H ausgewählt, um
den Abstand H zwischen der Düsennadel 50 und
dem Düsenkörper 51 ausreichend
größer wie
die Dicke der Beschichtungslage 52 zu machen, wenn der
Anhebebetrag der Düsennadel 50 am
größten ist.
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Nun wird das Herstellungsverfahren
(erster beispielhafter Herstellungsprozess) der Düseneinheit 40,
insbesondere der Düsennadel 50,
des ersten Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist die Düsennadel 50, die in
einer vorbestimmten Gestalt geformt ist, an einem Anschluss 101 einer
Herstellvorrichtung 100 angebracht oder damit verbunden.
Der Anschluss 101 ist mit einem Schrittmotor 102 verbunden.
Der Anschluss 101 und die damit verbundene Düsennadel 50 werden
durch den Schrittmotor 102, der durch eine in 8 gezeigte Motorantriebseinheit 103 angetrieben
wird, vertikal hin und her bewegt. Die Motorantriebseinheit 103 ist
mit einer Steuereinheit 104 verbunden. Ein Tränktank 106 ist
unterhalb des Anschlusses 101 angeordnet. Der Tränktank 106 nimmt
das lipophobe Material 105 in dem flüssigen Zustand auf oder speichert dieses.
Ein Flüssigkeitsniveau
des in dem Tränktank 106 aufgenommenen
lipophoben Materials 105 wird durch einen optischen Abstandsmesssensor 107 erfasst.
Der optische Abstandsmesssensor 107 ist mit der Steuereinheit 104 verbunden
und die Steuereinheit 104 treibt den Schrittmotor 102 auf
Grundlage des durch den optischen Abstandsmesssensor 107 erfassten Flüssigkeitsniveaus
des lipophoben Materials 105 an. Auf diese Weise wird das
lipophobe Material zu einem vorbestimmten Ausmaß auf der Düsennadel 50 aufgebracht.
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Nachdem die Düsennadel 50 mit dem
Anschluss 101 verbunden ist, werden der Anschluss 101 und
die Düsennadel 50 durch
den Schrittmotor 102 abwärts in 8 bewegt, so dass das distale Ende der
Düsennadel 50 in
dem in dem Tränktank 106 aufgenommenen
lipophoben Material 105 getränkt wird. Wenn das distale
Ende der Düsennadel 50 in
dem lipophoben Material 105 bis zu einer vorbestimmten
Tiefe getränkt
ist, ist das lipophobe Material auf dem distalen Ende der Düsennadel 50 aufgebracht.
Das lipophobe Material ist in dem Tränktank 106 in flüssiger Form
vorgesehen, beispielsweise durch Lösen des lipophoben Materials
in einem Lösungsmittel.
Daher liegt das lipophobe Material in einem flüssigen Zustand vor, bis das
Lösungsmittel getrocknet
ist. Durch geeignetes Einstellen des Lösungsmittels, in welchem das
lipophobe Material gelöst
ist, kann eine Zeitspanne zum Trocknen des Lösungsmittels eingestellt werden.
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Nach dem Aufbringen des lipophoben
Materials auf das distale Ende der Düsennadel 50 wird die Düsennadel 50 gedreht.
Wie in 9 gezeigt ist,
ist das proximale Ende der Düsennadel 50 mit
einem Motor 200 verbunden und die Düsennadel 50 wird gedreht,
wenn der Motor 200 gedreht wird. Die Drehung der Düsennadel 50 wird
durchgeführt, bevor das
Lösungsmittel
getrocknet ist (d.h. wenn das lipophobe Material noch in flüssiger Form
vorliegt). Wenn der Motor 200 gedreht wird, wird die Düsennadel 50 in
einer Umfangsrichtung der Düsennadel 50 um
ihre Achse gedreht, d.h. in einer Richtung von Pfeil R aus 9. Auf diese Weise wird
auf das lipophobe Material im flüssigen
Zustand eine Zentrifugalkraft aufgebracht und somit wird das aufgebrachte
lipophobe Material im flüssigen
Zustand dünn
und gleichmäßig entlang
einer Außenwand
der Düsennadel 50 verteilt. Überdies
wird überflüssiges lipophobes
Material von der Düsennadel 50 durch
die durch die Drehung der Düsennadel 50 erzeugte
Zentrifugalkraft entfernt.
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Nach der Drehung der Düsennadel 50 um die
Achse der Düsennadel 50 in
der Umfangsrichtung wird die Düsennadel 50 um
eine senkrechte Achse gedreht, die zu der Achse der Düsennadel 50 senkrecht
ist, und zwar in einer Richtung P aus 10, während das
proximale Ende der Düsennadel 50, welches
entgegengesetzt zu dem distalen Ende ist, an dem die lipophobe Beschichtung
aufgebracht wurde, gestützt
wird. Auf diese Weise wird, ähnlich
wie in dem in 9 gezeigten
Fall, das lipophobe Material in flüssigem Zustand durch die Zentrifugalkraft
dünn und
gleichmäßig auf
die Düsennadel 50 aufgebracht. Außerdem wird
durch die Drehung der Düsennadel 50 auf
die mit Bezug auf 9 und 10 beschriebene Art und Weise
das lipophobe Material dünn
und gleichmäßig auf
der Düsennadel 50 aufgebracht
und ein Kontakt zwischen dem lipophoben Material und der Luft wird
gefördert.
Somit wird das Verdampfen des Lösungsmittels
gefördert,
um die Beschichtungslage 52 zu trocknen. Die mit Bezug
auf 8 und 10 beschriebenen Herstellungsschritte
oder -prozesse können
als eine Reihe von Herstellungsschritten verwendet werden, welche
die selbe Vorrichtung verwenden.
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Nach dem Aufbringen des lipophoben
Materials auf das distale Ende der Düsennadel 50 kann die
Luft von einem Gebläse 202 in
Richtung des distalen Endes der Düsennadel 50 geblasen
werden, wie dies in 11 gezeigt
ist (zweiter beispielhafter Herstellungsprozess). Auf diese Weise
kann die Beschichtungslage 52, die aus dem lipophoben Material in
flüssigem
Zustand gefertigt ist, dünn
und gleichmäßig ausgebildet
werden und kann durch den Luftstrom getrocknet werden. Außerdem kann
die Luft in Richtung des distalen Endes der Düsennadel 50 auf die
mit Bezug auf 11 beschriebene
Art und Weise geblasen werden, während
die Düsennadel 50 um ihre
Achse in der mit Bezug auf 9 beschriebenen Art
und Weise gedreht wird.
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Außerdem kann die Beschichtungslage 52 durch
den nachstehenden Prozess (dritter beispielhafter Herstellungsprozess)
ausgebildet werden.
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Nach dem Aufbringen des lipophoben
Materials auf das distale Ende der Düsennadel 50 wird das
aufgebrachte lipophobe Material getrocknet, indem das Lösungsmittel
verdampft. Auf diese Weise wird die Beschichtungslage 52,
die aus dem lipophoben Material gefertigt ist, in dem distalen Ende
der Düsennadel 50 ausgebildet.
Die Beschichtungslage 52 ist durch Beschichten des lipophoben
Materials und durch Trocknen des lipophoben Materials ausgebildet,
so dass die Stelle (oder das Ausmaß) der Beschichtungslage 52 nicht
auf einen vorbestimmten Bereich begrenzt ist und die Dicke der Beschichtungslage 52 kann
in einigen Fällen
nicht gleichmäßig sein.
Deshalb wird die Beschichtungslage 52 geschnitten oder
maschinell bearbeitet, um zumindest eines aus der Fläche des
lipophoben Materials und einer Dicke des lipophoben Materials anzupassen. Auf
diese Weise wird ein Abschnitt der Beschichtungslage 52,
der sich außerhalb
des vorbestimmten Bereichs befindet, entfernt, und die Dicke der
Beschichtungslage 52 wird auf die vorbestimmte Dicke angepasst.
Somit wird die vorbestimmte Beschichtungslage 52 an dem
distalen Ende der Düsennadel 50 ausgebildet.
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Zwei oder alle aus dem ersten bis
zum dritten beispielhaften Herstellungsprozess können in jeder Kombination durchgeführt werden.
Beispielsweise kann nach dem Ausbilden der Beschichtungslage 52 auf
der Düsennadel 50 durch
den ersten beispielhaften Herstellungsprozess die Beschichtungslage 52 durch
den dritten beispielhaften Herstellungsprozess geschnitten werden.
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Nun wird ein Betrieb des Injektors 1 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Von der (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe
zu dem Injektor 1 zugeführter
Kraftstoff wird durch das Filterelement 14 und das Innere
des Einstellrohrs 15 zu der Düseneinheit 40 zugeführt. Wenn
zu der Spule 32 der elektromagnetischen Antriebseinheit 30 keine elektrische
Energie zugeführt
wird, wird die Düsennadel 50 durch
die Vorspannkraft der Feder 16 in einer Ventilverschlussrichtung
der Düsennadel 50 vorgespannt,
so dass der Eingriffsabschnitt 51 der Düsennadel 50 auf dem
Ventilsitz 44 des Düsenkörpers 41 aufsitzt.
Somit ist der Kraftstoffdurchfluss unterbrochen und das Einspritzen
von Kraftstoff von dem Einspritzloch 43 ist gestoppt.
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Wenn elektrische Energie zu der Spule 32 der
elektrischen Antriebseinheit 30 zugeführt wird, wird der elektromagnetische
Kreislauf ausgebildet und somit wird zwischen dem stationären Kern 11 und
dem beweglichen Kern 12 eine elektromagnetische Anziehungskraft
erzeugt. Der bewegliche Kern 12 wird daher durch die elektromagnetische Kraft
in Richtung des stationären
Kerns 11 gegen die Vorspannkraft 16 angezogen
und die Düsennadel 50 wird
in der Aufwärtsrichtung
aus 2 angehoben. Wenn
die Düsennadel 50 angehoben
ist, ist der Eingriffsabschnitt 51 von dem Ventilsitz 44 beabstandet und
Kraftstoff wird in die entsprechende Brennkammer 3 von
dem Einspritzloch 43 durch den Kraftstoffdurchlass 60 hindurch
eingespritzt, welcher zwischen dem Eingriffsabschnitt 51 und
dem Ventilsitz 44 definiert ist.
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Wenn die Zufuhr der elektrischen
Energie zu der Spule 32 der elektromagnetischen Antriebseinheit 30 gestoppt
wird, verschwindet die elektromagnetische Anziehungskraft. Somit
wird die Düsennadel 50 durch
die Vorspannkraft der Feder 16 in Richtung des Einspritzlochs 43 bewegt.
Dann wird der Eingriffsabschnitt 51 der Düsennadel 50 auf
den Ventilsitz 44 des Düsenkörpers 41 aufgesetzt.
Auf diese Weise wird die Kraftstoffeinspritzung von dem Einspritzloch 43 gestoppt.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung die aus dem lipophoben Material gefertigte Beschichtungslage 52 in
dem distalen Ende der Düsennadel 50 ausgebildet.
Daher wird selbst dann, wenn Ablagerungen oder dergleichen an der
Düsennadel 50 anhaften,
die Ablagerungen oder dergleichen von der Düsennadel 50 durch
Kraftstoff, der entlang der Düsennadel 50 strömt, entfernt.
Als ein Ergebnis kann selbst in dem Fall der Direkteinspritzkraftmaschine 2,
in der die Düseneinheit 40 in
der Brennkammer 3 ausgesetzt ist und somit dem heißen Brenngas
ausgesetzt ist, das Anhaften und Ansammeln von Ablagerungen oder
dergleichen an der Düsennadel 50 eingedämmt werden.
Somit ändert
sich die Menge des von dem Einspritzloch 43 eingespritzten
Kraftstoffs, der Winkel des von dem Einspritzloch 43 eingespritzten
Kraftstoffs oder ein Kraftstoffsprühmuster des von dem Einspritzloch 43 eingespritzten
Kraftstoffs im Wesentlichen nicht und es können die gleichen Kraftstoffeinspritzeigenschaften beibehalten
werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Nun wird unter Bezugnahme auf 12 eine Düseneinheit
des Injektors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bauteile, die ähnlich wie
jene sind, die mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel diskutiert wurden,
werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
weiter beschrieben.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich mit Bezug auf 12 eine
Beschichtungslage 52 hinter das stromaufwärts liegende
Ende 51a des Eingriffsabschnitts 51 an einer stromaufwärtsliegenden
Seite des stromaufwärts
liegenden Endes 51a des Eingriffsanschnitts 51 der
Düsennadel 50.
Das heißt,
das Ausmaß des
Eingriffsabschnitts 51 ist in dem Ausmaß der Beschichtungslage 52 beinhaltet
(d.h. der Eingriffsabschnitt 51 ist von der Beschichtungslage 52 bedeckt).
Wenn Ablagerungen an dem Eingriffsabschnitt 51 anhaften,
ist die Fluiddichtigkeit zwischen dem Düsenkörper 41 und der Düsennadel 50 verringert
und somit könnte
Kraftstoff zu einem anderen Zeitpunkt als zur vorbestimmten Zeitgebung
eingespritzt werden. In dem Fall, in dem die Beschichtungslage 52 in
dem Eingriffsabschnitt 51 vorgesehen ist, selbst wenn dem
Eingriffsabschnitt 51 Ablagerungen anhaften, können die
dem Eingriffsabschnitt 51 anhaftenden Ablagerungen durch
den Kraftstoffstrom entfernt werden. Somit kann die Fluiddichtigkeit
zwischen dem Düsenkörper 41 und
der Düsennadel 50 beibehalten
werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Nun wird unter Bezugnahme auf 13 eine Düseneinheit
des Injektors gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bauteile, die ähnlich wie
jene sind, die vorstehend mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben
wurden, werden durch die selben Bezugszeichen bezeichnet und werden
nicht näher
beschrieben.
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In dem dritten Ausführungsbeispiel
ist unter Bezugnahme auf 13 eine
Beschichtungslage 52 an einer stromabwärtsliegenden Seite des Eingriffsabschnitts 51 der
Düsennadel 50 vorgesehen. Mit
anderen Worten, erstreckt sich die Beschichtungslage 52 distal
von einem vorbestimmten Punkt der Düsennadel 50, der distal
an dem Eingriffsabschnitt 51 angeordnet ist. Das heißt, die
Beschichtungslage 52 ist nur um den Scheitelpunkt des distalen
Endes der Düsennadel 50 ausgebildet.
Ablagerungen neigen dazu, an dem distalen Ende der Düsennadel 50 anzuhaften,
welches dem in die Brennkammer 3 eingeführtem heißen Brenngas ausgesetzt ist.
Somit kann eine Ansammlung von Ablagerungen in dem distalen Ende
der Düsennadel 50 durch
die Beschichtungslage 52, die um das distale Ende der Düsennadel 50 herum
vorgesehen ist, eingedämmt werden.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Nun wird unter Bezugnahme auf 14 eine Düseneinheit
des Injektors gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bauteile, die ähnlich zu
jenen sind, die mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel diskutiert wurden,
werden durch die selben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
näher beschrieben.
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In dem vierten Ausführungsbeispiel
ist zusätzlich
zu der in der Düsennadel 50 ausgebildeten Beschichtungslage 52 eine
Beschichtungslage 46 in dem Düsenkörper 41 ausgebildet.
Die Beschichtungslage 46, die in dem Düsenkörper 41 ausgebildet ist,
erstreckt sich von einer Außenwand
des Düsenkörpers 41 zu
einer Innenwand des Einspritzlochs 43. Durch Vorsehen der
Beschichtungslage 46 in dem Düsenkörper 41 können der
Auslassöffnung
des Einspritzlochs 42 anhaftende Ablagerungen durch den Kraftstoffstrom
entfernt werden. Somit kann die Ansammlung von Ablagerungen in dem
Einspritzloch 43 und dessen angrenzenden Bereich eingedämmt werden,
und somit kann eine Änderung
der Menge des von dem Einspritzloch 43 eingespritzten Kraftstoffs oder
eine Änderung
des Sprühmusters
des von dem Einspritzloch 43 eingespritzten Kraftstoffs
eingedämmt
werden.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Nun wird mit Bezug auf 15 eine Düseneinheit
des Injektors gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In dem fünften Ausführungsbeispiel ist an dem Düsenkörper 70 eine
Düsenplatte 71 in
der in 15 gezeigten
Art und Weise vorgesehen. Eine Vielzahl von Einspritzlöchern 72 ist
durch die Düsenplatte 71 hindurch
ausgebildet und die Düsenplatte 71 ist
an einem Außenumfangsabschnitt
des Düsenkörpers 70 beispielsweise
durch Schweißen
befestigt. Ein Eingriffsabschnitt 81 der Düsennadel 80 ist mit
einem in einem Innenumfangsabschnitt des Düsenkörpers 70 ausgebildeten
Ventilsitz in Eingriff bringbar. Eine distale Endfläche 80a der
Düsennadel 80,
die der Düsenplatte 71 gegenüber steht,
ist als eine flache Fläche
oder eine geringfügig
gekrümmte Fläche ausgebildet.
Somit ist ein im wesentlichen flacher Raum 90 zwischen
der Endfläche 80a der
Düsennadel 80 und
der Düsenplatte 71 ausgebildet.
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Eine Beschichtungslage 82 ist
in der Endfläche 80a der
Düsennadel 80 ausgebildet. Ähnlich wie im
ersten Ausführungsbeispiel
ist die Beschichtungslage 82 aus dem lipophoben Material,
wie etwa Polytetrafluorethylen ausgebildet. Die Beschichtungslage 82 mit
der im wesentlichen gleichmäßigen Dicke
ist in der Endfläche 80a der
Düsennadel 80 ausgebildet.
In dem fünften
Ausführungsbeispiel
sind Einflüsse
der Dicke der Beschichtungslage 82 auf den Kraftstoffstrom
relativ gering, so dass es nicht erforderlich ist, die Dicke der
Beschichtungslage 82 auf die mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel
beschriebene Art und Weise genau zu begrenzen.
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Wenn der Eingriffsabschnitt 81 von
dem Ventilsitz 73 angehoben wird, wird Kraftstoff, der
den Raum zwischen der Düsennadel 80 und
dem Düsenkörper 70 passiert
hat, von verschiedenen Richtungen radial einwärts zu dem Raum 90 zugeführt. Somit
kollidiert zu dem Raum 90 in einer Richtung zugeführter Kraftstoff
mit zu dem Raum 90 in einer anderen Richtung zugeführtem Kraftstoff.
Daher wird der Kraftstoffstrom in dem Raum 90 verwirbelt
und somit wird das Zerstäuben
des von den Einspritzlöchern 72 eingespritzten
Kraftstoffs gefördert.
Ein Abstand "h" zwischen der Endfläche 80a der
Düsennadel 80 und der
Düsenplatte 71,
die zusammenwirken um den Raum 90 zu definieren, ist folgender
Maßen
definiert: h ≤ 1,5 × d, wobei "d" ein Innendurchmesser des Einspritzlochs 72 ist.
Wenn der Abstand "h" verringert ist,
ist der Raum 90 flacher, so dass der Aufprall des Kraftstoffs in
dem Raum 90 und das Zerstäuben des Kraftstoffs gefördert werden.
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Wenn andererseits der Wert "h" in der vorstehenden Weise durch h ≤ 1,5 × d definiert
ist, ist der Abstand zwischen der Düsenplatte 71 und der
Endfläche 80a der
Düsennadel 80 verringert.
Wenn daher die Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
in der Direkteinspritzkraftmaschine verwendet wird, betritt heißes Brenngas den
Raum 90. Daher kann Kraftstoff, der in dem Raum 90 verbleibt,
verkohlt werden, und kann an der Endfläche 80h der Düsennadel 80 anhaften.
Somit kann, wenn die Beschichtungslage 82 in der Endfläche 80a ausgebildet
ist, das Anhaften von Ablagerungen an der Endfläche 80a eingedämmt werden.
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In dem fünften Ausführungsbeispiel ist, wie dies
vorstehend beschrieben ist, die Beschichtungslage 82 in
der Endfläche 80a der
Düsennadel 80 ausgebildet,
so dass der Endfläche 80 der
Düsennadel 80 anhaftende
Ablagerungen durch den Kraftstoffstrom entfernt werden. Somit ist
es, selbst wenn der Injektor, der die nahe zueinander angeordnete Düsennadel 80 und
Düsenplatte 71 hat,
in der Direkteinspritzkraftmaschine verwendet wird, nicht wahrscheinlich,
dass Ablagerungen der Endfläche 80a der
Düsennadel 80 anhaften
und sich daran ansammeln. Als ein Ergebnis wird die Kollision des
Kraftstoffs in dem Raum 90 durch den der Endfläche 80a der
Düsennadel 80 anhaftenden
Ablagerungen nicht verhindert. Somit ist es möglich, eine Änderung
der Menge des von den Einspritzlöchern 72 eingespritzten
Kraftstoffs, die durch das Anhaften von Ablagerungen verursacht
wird, oder eine Änderung
in dem Sprühmuster
des von den Einspritzlöchern 72 eingespritzten
Kraftstoffs, die durch Anhaften von Ablagerungen verursacht wird,
einzudämmen.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird der Injektor, der die Kraftstoffeinspritzdüse (d.h. die Düseneinheit)
der vorliegenden Erfindung hat, auf die Benzindirekteinspritzkraftmaschine
angewendet. Die Einspritzdüse
der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die Benzinkraftmaschine
begrenzt und kann auch auf einen Injektor für eine Dieseldirekteinspritzkraftmaschine
angewendet werden.
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Überdies
ist die Einspritzdüse
der vorliegenden Erfindung nicht auf die Direkteinspritzkraftmaschine
beschränkt,
sondern kann auf einen Injektor einer Kraftmaschinenbauweise mit
Verbrennung eines Vorgemischs angewendet werden. Selbst in diesem
Fall kann das Anhaften und Ansammeln von Ablagerungen in der Düsennadel
eingedämmt
werden und eine Änderung
in den Kraftstoffeinspritzeigenschaften kann eingedämmt werden.
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Überdies
wird in den vorstehenden Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung die Düsennadel
in Verbindung mit dem Injektor abgehandelt, der durch die elektrische
Antriebseinheit angetrieben wird. Es sollte jedoch so verstanden
werden, dass die Einspritzdüse
der vorliegenden Erfindung ungeachtet des Antriebsverfahrens der
Düsennadel auf
jeden geeigneten Injektor angewendet werden kann. Bspw. kann die
Einspritzdüse
auf einen Injektor einer Dieselkraftmaschine angewendet werden,
in dem die Düsennadel
bspw. durch Kraftstoffdruck angehoben wird oder er kann auf einen
Injektor eines Common-Rail-Systems angewendet werden, in dem das
Anheben einer Düsennadel
durch Steuern eines Drucks einer Rückdruckkammer gesteuert wird,
die die Düsennadel
in eine Einspritzlochverschlussrichtung zwängt.
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Außerdem wird in den ersten bis
vierten Ausführungsbeispielen
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf den Fall abgehandelt, in
dem das einzelne Einspritzloch in dem Düsenkörper vorgesehen ist. Jedoch
ist die Anzahl der Einspritzlöcher
nicht auf eines begrenzt und kann auf der Grundlage der Kraftmaschineneigenschaften
verändert
werden.
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Zudem ist es in dem ersten Ausführungsbeispiel
möglich,
die Beschichtungslage 52 nur in einem Teil des Eingriffsabschnitts 51 auszubilden,
wenn dies erforderlich ist.
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Zusätzliche Vorteile und Modifikationen
werden für
den Fachmann offensichtlich sein. Die Erfindung ist breit formuliert
und ist daher nicht auf bestimmte Details, repräsentative Vorrichtungen und veranschaulichende
Beispiele, die hierin gezeigt und beschrieben sind, begrenzt.
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Eine Beschichtungslage (52, 82),
die aus lipophobem Material gefertigt ist, ist in einem distalen Ende
einer Düsennadel
(50, 80) einer Kraftstoffeinspritzdüse (40)
vorgesehen. Die Beschichtungslage (52, 82) ist
durch Tränken
des distalen Endes der Düsennadel
(50) in einem lipophobem Material im flüssigen Zustand ausgebildet.