EP1198670A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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EP1198670A1
EP1198670A1 EP00952866A EP00952866A EP1198670A1 EP 1198670 A1 EP1198670 A1 EP 1198670A1 EP 00952866 A EP00952866 A EP 00952866A EP 00952866 A EP00952866 A EP 00952866A EP 1198670 A1 EP1198670 A1 EP 1198670A1
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EP
European Patent Office
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injection valve
fuel injection
valve
fuel
coating
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EP00952866A
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English (en)
French (fr)
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Hans Lander
Petra Heinbuch
Frank Schatz
Armin Glock
Ulrich Schulmeister
Guido Pilgram
Thomas Hofmann
Ullrich Kraatz
Guenter Dantes
Detlef Nowak
Joerg Heyse
Juergen Hackenberg
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/04—PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • the problem generally arises in the direct injection of a fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, in particular in the case of direct petrol injection or the injection of diesel fuel, that the downstream tip of the injection valve protruding into the combustion chamber cokes or deposits due to fuel deposits Accumulate soot particles formed on the flame front at the valve tip.
  • the spray parameters e.g. static flow quantity, jet angle, droplet size, stringiness
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the Advantage that these aforementioned negative effects of coking (soot deposition) on the valve tip protruding into the combustion chamber are restricted or eliminated.
  • FIG. 1 shows a fuel injector inserted into a receiving bore of a cylinder head
  • FIG. 2 shows a fuel injector
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a valve end coated according to the invention
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a valve end coated according to the invention
  • FIG. 5 shows an alternative guide and 6 shows a longitudinal section of a fuel injection valve for self-igniting internal combustion engines
  • FIG. 7 shows the end of the fuel injection valve on the combustion chamber side according to FIG. 6.
  • FIG. 1 a cylinder head 1 of an internal combustion engine, in particular a mixture-compressing spark-ignition internal combustion engine, is shown cut out in a detail.
  • a stepped receiving bore 2 is formed in the cylinder head 1 and extends symmetrically up to a combustion chamber 3 along a longitudinal axis 4.
  • a fuel injection valve 5 according to the invention is inserted into the receiving bore 2 of the cylinder head 1.
  • the fuel injection valve 5 is used for the direct injection of fuel, in particular gasoline, but also e.g. Diesel, as shown in FIGS. 6 and 7, into the combustion chamber 3 of the internal combustion engine.
  • the fuel injector 5 can preferably be actuated electromagnetically via an electrical connecting cable 6.
  • the fuel is fed to the fuel injection valve 5 via an inlet connection 7.
  • the fuel injector 5 shown in FIG. 1 is a so-called top-feed injector, in which the fuel is directed from the inlet nozzle 7 through the entire injector 5 in the axial direction, at the injection-side end 8 opposite the inlet end the combustion chamber 3 is hosed down.
  • the injection valve 5 is, for example, also in the receiving bore 2 introduced heat protection sleeve 9 at least partially surrounded, but which can also be dispensed with.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a fuel injection valve 5 according to the invention in a sectional illustration.
  • This is an electromagnetically actuated valve which has a tubular, largely hollow cylindrical core 11, which is at least partially surrounded by a magnetic coil 10 and serves as the inner pole of a magnetic circuit.
  • a stepped coil body 13 made of plastic takes up the winding of the magnetic coil 10 and, in conjunction with the core 11 and a non-magnetic intermediate part 14, which is partially surrounded by the magnetic coil 1, enables a particularly compact and short structure of the injection valve in the area of the magnetic coil 1
  • Electromagnetic actuator, the fuel injector 5 can also be actuated piezoelectrically or magnetostrictively.
  • a continuous longitudinal opening 15 is provided in the core 11, which extends along a longitudinal valve axis, which coincides with the longitudinal axis 4 of the receiving bore 2.
  • the core 11 of the magnetic circuit also serves as an inlet connection 7.
  • An outer metallic (for example ferritic) housing part 16 which closes the magnetic circuit as the outer pole or outer guide element and the magnetic coil 1 at least, is firmly connected to the core 11 above the magnetic coil 1 completely surrounds in the circumferential direction.
  • a fuel filter 17 is provided on the inlet side, which ensures that those fuel components are filtered out which, because of their size, could cause blockages or damage in the injection valve.
  • a lower tubular housing part 18 connects tightly and firmly, which, for. B.
  • an axially movable valve part consisting of an armature 19 and a rod-shaped valve needle 20 or an elongated valve seat support 21 encloses or receives.
  • the two housing parts 16 and 18 are, for. B. firmly connected to each other with a circumferential weld.
  • the seal between the housing part 18 and the valve seat support 21 takes place, for. B. by means of a sealing ring 22.
  • the valve seat support 21 has over its entire axial extent an inner through opening 24 which is concentric with the longitudinal axis of the valve.
  • valve seat support 21 With its lower end, which also represents the downstream termination of the entire fuel injection valve 5, the valve seat support 21 surrounds a disk-shaped valve seat element 26 fitted in the through opening 24 with a frustoconical tapering shape downstream
  • Valve seat surface 27 In the through opening 24, the valve needle 20 is arranged, which has a valve closing section 28 at its downstream end. This, for example spherical, partially spherical or tapered valve closing section 28 interacts in a known manner with the valve seat surface 27 provided in the valve seat element 26. Downstream of the valve seat surface 27, at least one outlet opening 32 for the fuel is introduced in the valve seat element 26.
  • a guide opening 34 provided in the valve seat support 21 at the end facing the armature 19 and, on the other hand, a disk-shaped guide element 35 arranged upstream of the valve seat element 26 with a dimensionally accurate guide opening 36.
  • the stroke of the valve needle 20 is predetermined by the installation position of the valve seat element 26.
  • An end position of the valve needle 20 is when the solenoid 1 is not excited by the contact of the valve closing section 28 on the
  • Valve seat surface 27 of the valve seat element 26 is fixed, while the other end position of the valve needle 20 results when the magnet coil 1 is excited due to the contact of the armature 19 on the downstream end face of the core 11.
  • the surfaces of the components in the latter stop area are chromed, for example.
  • Plastic extrusion 44 are provided.
  • the plastic encapsulation 44 can also extend over further components (eg housing parts 16 and 18) of the fuel injection valve 5.
  • the seating area is formed by three axially consecutive, disc-shaped, functionally separate elements. In Downstream direction are successively followed by the guide element 35, a swirl element 47 and the valve seat element 26. A compression spring 50 enveloping the valve needle 20 braces the three elements 35, 47 and 26 in the valve seat carrier 21.
  • the swirl element 47 can be inexpensively, for example, by means of punching, wire EDM, laser cutting, etching or other known methods from a sheet or by electrodeposition.
  • An inner swirl chamber and a plurality of swirl channels opening into the swirl chamber are provided in the swirl element 47. In this way, a swirl component is impressed on the fuel to be sprayed off in front of the valve seat 27, so that the flow enters the outlet opening 32 with swirl and a finely swirled and well atomized spray is released into the combustion chamber 3.
  • the aforementioned problems are restricted or eliminated by applying coatings to the valve end 8.
  • Different coatings have different effects on the surface 54 of the component to be coated, for example on the valve seat element 26 made of Cr steel, but ultimately all measures are aimed at coking or deposit formation (soot) which generally negatively influences the spray parameters and the valve function
  • the catalytically active layers represent a first group of coatings.
  • the electrolytically applied layers ensure a catalytic conversion (combustion) of the deposited soot particles or prevent the deposition of carbon particles from the outset. Suitable materials for such a coating
  • Avoiding coking are cobalt and nickel oxides and oxides of alloys of the metals mentioned.
  • the noble metals Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt or alloys of these metals with one another or with other metals also show catalytic activity.
  • the desired layers are e.g. generated by electrochemical or electroless metal deposition. In the case of Ni, Co or their alloys, the formation of oxide in air or an additional oxidation step (wet chemical, plasma) can also be used.
  • the coatings with which the wetting behavior on the corresponding surface 54 is changed form a second large group. It is achieved by the coatings that the surface energy and / or the surface roughness of the critical areas at the valve end 8 is reduced. The interfacial energy between surface 54 and the fuel is thereby increased, causing wetting to deteriorate. In this way, the fuel droplets can roll off at the areas coated according to the invention and from the surrounding areas Flow at the valve end 8 are carried away. Permanent wetting of the valve end 8 no longer takes place.
  • Such layers are ceramic layers, carbon layers, which can be metal-containing or metal-free, or fluorine-containing layers.
  • the fluorine-containing layers are, for example, thermoresistant PTFE-like layers or in particular organic ceramic layers or so-called Ormocer® layers made of fluorosilicate (FAS). Such fluorine-containing layers are applied, for example, by spraying or dipping. Sapphire layers are also conceivable.
  • a third group consists of the coatings with which a reaction layer can be prevented. These include e.g. Nitrite layers (TiN, CrN) or oxide layers (tantalum oxide,
  • Titanium oxide Similar to sputtering, in these layers, evaporated particles are deposited in a vacuum oven on the surfaces 54 to be coated.
  • the areas are to be coated which directly surround the at least one outlet opening 32 in its mouth area 55.
  • An accumulation of soot particles in the outlet opening 32 or at its immediate boundary edge leads in particular to the above-mentioned adverse influence on the spray parameters (e.g. static flow rate, jet angle, droplet size, stringiness).
  • a coating should therefore in any case be carried out at the downstream end (mouth region 55) of each individual outlet opening 32, regardless of the component of the fuel injection valve 5 on which the outlet openings 32 are formed.
  • FIGS. 3 and 4 show two exemplary embodiments of valve ends 8 coated according to the invention Shown subviews, which differ in that once the entire downstream component surface 54 of the component having the outlet opening 32, here the valve seat element 26, is coated (FIG. 3) and in the other case only an annular partial area of the downstream component surface 54 around the at least one Outlet opening 32 is coated ( Figure 4).
  • the dotted areas are intended to illustrate the coated areas.
  • the mouth regions 55 of the outlet openings 32 lie in FIGS. 3 and 4 in FIG.
  • valve seat element 26 is the component of the
  • the application of a coating according to the invention is not limited to a valve seat element; rather, other valve components, which form the downstream valve end 5 and thus protrude into the combustion chamber 3, can also have such a coating. Even for those downstream of the
  • Components seat valve 27 arranged applies that at least the areas are to be coated directly at the outlet openings 32, so that the actual spray area is protected against coking.
  • FIG. 5 shows an alternative guiding and seating area at the spray-side valve end 8 in order to make it clear that the statements regarding the coating according to the invention also apply to valve designs that differ from the design.
  • a further disk-shaped spray body 67 is arranged downstream of the valve seat element 26.
  • the spray body 67 has the outlet opening 32.
  • the outlet opening 32 is introduced at an incline to the longitudinal axis of the valve, it ending downstream in a convexly curved spray region 66.
  • the spray body 67 and the valve seat element 26 are, for example, firmly connected to one another via a weld seam 68 achieved by means of laser welding, the welding being carried out in an annular circumferential recess 69.
  • the spray body 67 is also fixedly connected to the valve seat support 21 by a weld 61.
  • the coating takes place, for example, either over the entire curved spray area 66 or directly in a ring around the
  • Mouth area 55 of the outlet opening 32 so that there is an off-center coating on a curved surface 54 with respect to the longitudinal valve axis.
  • Figure 6 is a longitudinal section through a
  • Fuel injection valve for self-igniting internal combustion engines in particular diesel engines, shown, only the part facing the combustion chamber being shown.
  • An increase in the end of the fuel injection valve 5 shown in FIG. 6 on the combustion chamber side is shown in FIG.
  • a component designed as a valve body 72 is clamped with a clamping nut 75 against a valve holding body 73.
  • a bore 84 is formed in the valve body 72, in which the piston-shaped valve needle 20, which is axially movable against a closing force, is arranged.
  • the bore 84 is designed as a blind bore, the closed end facing the combustion chamber 3 forming a valve seat surface 27 which is essentially frustoconical.
  • the valve needle 20 is subdivided into a larger-diameter section facing away from the combustion chamber 3, which is guided in the bore 84, and a smaller-diameter section between which and the wall of the bore 84 a pressure chamber 86 is formed, which via a Valve holder body 73 and inlet channel 80 formed in valve body 72 can be filled with fuel under high pressure. Due to the gradation of the outer diameter of the valve needle 20, a pressure shoulder 82 is formed thereon, which is arranged within the pressure chamber 86. The fuel pressure in the pressure chamber 86 generates a force on the pressure shoulder 82, the component acting in the axial direction of which is opposite to the closing force acting on the valve needle 20 and can thus move the valve needle 20 against the closing force given a corresponding fuel pressure.
  • valve sealing surface 88 forming the valve closing section 28 is formed, which cooperates with the valve seat surface 27 in such a way that the at least one outlet opening 90 is sealed against the pressure chamber 86 by the valve sealing surface 88 resting on the valve seat surface -27. Due to the inward opening stroke movement directed away from the combustion chamber 3, the valve sealing surface 88 lifts off the valve seat surface 27 and connects the pressure chamber 86 to the outlet opening 90.
  • the catalytically active coating takes place, for example, over the entire end face of the valve body 72 facing the combustion chamber 3. It can also be provided that only the curved outer surface 96 of the blind hole wall 93 which defines the blind hole 92 and in which the at least one outlet opening 90 is formed, is provided with a coating. It can further be provided that the coating continues into the outlet opening 90.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil (5), insbesondere ein direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ragendes Brennstoffeinspritzventil, mit einem Brennstoffeinlass (7), mit einem erregbaren Betätigungselement (10, 11, 19), durch das ein Ventilschliessglied (28) bewegbar ist, mit einem festen Ventilsitz (27), mit dem das Ventilschliessglied (28) zum Öffnen und Schliessen des Ventils zusammenwirkt, und mit einem in einem stromabwärtigen Ventilende (8) ausgebildeten Brennstoffauslass, wobei der Brennstoffauslass von wenigstens einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten Austrittsöffnung (32) gebildet ist. Das wenigstens eine Austrittsöffnung (32) aufweisende Ventilsitzelement (26) weist zumindest im Mündungsbereich (55) der Austrittsöffnung (32) an seiner stromabwärtigen Stirnfläche (54) eine Beschichtung auf, die Verkokungen in diesem Bereich verhindert.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Bei motorischem Betrieb tritt allgemein bei der Direkteinspritzung eines Brennstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei der Benzindirekteinspritzung bzw. der Einspritzung von Diesel - Kraftstoff, das Problem auf, dass die in den Brennraum ragende stromabwärtige Spitze des Einspritzventils durch Brennstoffablagerungen verkokt bzw. sich in der Flammenfront gebildete Rußpartikel an der Ventilspitze anlagern. Bei bisher bekannten in den Brennraum ragenden Einspritzventilen besteht deshalb über ihre Lebensdauer die Gefahr einer negativen Beeinflussung der Sprayparameter (z.B. statische Strömungsmenge, Strahl inkel, Tropfchengröße, Strähnigkeit) , die zu LaufStörungen der Brennkraftmaschine bzw. bis zu einem Ausfall des Einspritzventils führen kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass diese vorgenannten negativen Effekte der Verkokung (Rußablagerung) an der in den Brennraum ragenden Ventilspitze eingeschränkt bzw. beseitigt sind. Durch das erfindungsgemäße Aufbringen von Beschichtungen am stromabwärtigen Ventilende, vor allen Dingen rund um die Mündungsbereiche der Austrittsöffnungen, werden die die Sprayparameter und die Ventilfunktion im allgemeinen negativ beeinflussende Verkokung bzw. Belagbildung (Ruß) am Ventilende reduziert bzw. unterbunden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von Vorteil ist es, am Ventilende Schichten aufzubringen, durch die entweder eine katalytische Umwandlung (Verbrennung) der Ablagerungen erfolgt oder die Oberflächenenergie und/oder die Oberflächenrauhigkeit des zu beschichtenden Bauteils herabgesetzt wird, wodurch eine
Änderung des Benetzungsverhaltens erreicht wird, oder die Bildung einer Reaktionsschicht verhindert wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen Figur 1 ein in eine Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes eingesetztes Brennstoffeinspritzventil, Figur 2 ein
Brennstoffeinspritzventil in einem Längsschnitt, Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß beschichteten Ventilendes, Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß beschichteten Ventilendes, Figur 5 einen alternativen Führungs- und Sitzbereich am abspritzseitigen Ventilende, Figur 6 einen Längsschnitt eines Brennstoffeinspritzventils für selbstzündende Brennkraftmaschinen und Figur 7 das brennraumseitige Endes des Brennstoffeinspritzventils gemäß Figur 6.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine, in einem Ausschnitt geschnitten dargestellt. In dem Zylinderkopf 1 ist eine gestufte A fnahmebohrung 2 ausgebildet, die sich bis zu einem Brennraum 3 symmetrisch entlang einer Längsachse 4 erstreckt. In die Aufnahmebohrung 2 des Zylinderkopfes 1 ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 5 eingesetzt. Das Brennstoffeinspritzventil 5 dient dem direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere Benzin, aber auch z.B. Diesel, wie anhand der Figuren 6 und 7 gezeigt wird, in den Brennraum 3 der Brennkraftmaschine.
Betätigbar ist das Brennstoffeinspritzventil 5 vorzugsweise über ein elektrisches Verbindungskabel 6 elektromagnetisch. Der Brennstoff wird dem Brennstoffeinspritzventil 5 über einen Einlassstutzen 7 zugeführt. Bei dem Figur 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil 5 handelt es sich um ein sogenanntes Top-Feed-Einspritzventil, bei dem der Brennstoff vom Einlasssxutzen 7 aus durch das gesamte Einspritzventil 5 in axialer Richtung geleitet wird, wobei er an dem dem Zulaufseitigen Ende gegenüberliegenden abspritzseitigen Ende 8 in den Brennraum 3 abgespritzt wird.
Um das Brennstoffeinspritzventil 5 nahe des Brennraums 3 gegen eine Überhitzung zu schützen, ist das Einspritzventil 5 z.B. mit einer ebenfalls in der Aufnahmebohrung 2 eingebrachten Wärmeschutzhülse 9 wenigstens teilweise umgeben, auf die jedoch auch verzichtet werden kann.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 5 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Dabei handelt es sich um ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, das einen von einer Magnetspule 10 zumindest teilweise umgebenen, als Innenpol eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend hohlzylindrischen Kern 11 hat. Ein beispielsweise gestufter Spulenkörper 13 aus Kunststoff nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 10 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 11 und einem nichtmagnetischen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 14 einen besonders kompakten und kurzen Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1. Anstelle des elektromagnetischen Betätigungselements kann das Brennstoffeinspritzventil 5 auch piezoelektrisch oder magnetostriktiv betätigt werden.
In dem Kern 11 ist eine durchgängige Längsöffnung 15 vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse, die mit der Längsachse 4 der Aufnahmebohrung 2 zusammenfällt, erstreckt. Der Kern 11 des Magnetkreises dient auch als Einlassstutzen 7. Mit dem Kern 11 oberhalb der Magnetspule 1 fest verbunden ist ein äußeres metallenes (z. B. ferritisches) Gehäuseteil 16, das als Außenpol bzw. äußeres Leitelement den Magnetkreis schließt und die Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig umgibt . In der Längsöffnung 15 des Kerns 11 ist zulaufseitig ein Brennstoffilter 17 vorgesehen, der für die Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile sorgt, die aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder Beschädigungen verursachen könnten. An das obere Gehäuseteil 16 schließt sich dicht und fest ein unteres rohrförmiges Gehäuseteil 18 an, das z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus einem Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bzw. einen langgestreckten Ventilsitzträger 21 umschließt bzw. aufnimmt. Die beiden Gehäuseteile 16 und 18 sind z. B. mit einer umlaufenden Schweißnaht fest miteinander verbunden. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und dem Ventilsitzträger 21 erfolgt z. B. mittels eines Dichtrings 22. Der Ventilsitzträger 21 besitzt über seine gesamte axiale Ausdehnung eine innere Durchgangsöffnung 24, die konzentrisch zu der Ventillängsachse verläuft.
Mit seinem unteren Ende, das auch zugleich den stromabwärtigen Abschluss des gesamten Brennstoffeinspritzventils 5 darstellt, umgibt der Ventilsitzträger 21 ein in der Durchgangsöffnung 24 eingepasstes scheibenförmiges Ventilsitzelement 26 mit einer sich stromabwärts kegelstumpfförmig verjüngenden
Ventilsitzfläche 27. In der Durchgangsöffnung 24 ist die Ventilnadel 20 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 28 aufweist. Dieser beispielsweise kugelig, teilweise kugelförmig bzw. sich keglig verjüngende Ventilschließabschnitt 28 wirkt in bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement 26 vorgesehenen Ventilsitzfläche 27 zusammen. Stromabwärts der Ventilsitzflache 27 ist im Ventilsitzelement 26 wenigstens eine Austrittsöffnung 32 für den Brennstoff eingebracht.
Zur Führung der Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung mit dem Anker 19 entlang der Ventillängsachse dient einerseits eine im Ventilsitzträger 21 am dem Anker 19 zugewandten Ende vorgesehene Führungsöffnung 34 und andererseits ein stromaufwärts des Ventilsitzelements 26 angeordnetes scheibenförmiges Führungselement 35 mit einer maßgenauen Führungsöffnung 36.
Der Hub der Ventilnadel 20 wird durch die Einbaulage des Ventilsitzelements 26 vorgegeben. Eine Endstellung der Ventilnadel 20 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 28 an der
Ventilsitzflache 27 des Ventilsitzelements 26 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 20 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 19 an der stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 11 ergibt. Die Oberflächen der Bauteile im letztgenannten Anschlagbereich sind beispielsweise verchromt.
Die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit deren Erregung erfolgt über Kontaktelemente 43, die außerhalb des Spulenkörpers 13 mit einer
Kunststoffumspritzung 44 versehen sind. Die Kunststoffumspritzung 44 kann sich auch über weitere Bauteile (z. B. Gehäuseteile 16 und 18) des Brennstoffeinspritzventils 5 erstrecken. Aus der Kunststoffumspritzung 44 heraus verläuft das elektrische
Verbindungskabel 6, über das die Bestromung der Magnetspule 1 erfolgt .
Der im abspritzseitigen Ende des Ventilsitzträgers 21 in dessen Durchgangsöffnung 24 vorgesehene Führungs- und
Sitzbereich wird durch drei axial aufeinanderfolgende, scheibenförmige, funktionsgetrennte Elemente gebildet. In stromabwärtiger Richtung folgen nacheinander das Führungselement 35, ein Drallelement 47 und das Ventilsitzelement 26. Eine die Ventilnadel 20 umhüllende Druckfeder 50 verspannt die drei Elemente 35, 47 und 26 im Ventilsitzträger 21. Das Drallelement 47 kann kostengünstig beispielsweise mittels Stanzen, Drahterodieren, Laserschneiden, Ätzen oder anderen bekannten Verfahren aus einem Blech oder durch galvanische Abscheidung hergestellt werden. In dem Drallelement 47 sind eine innere Drallkammer und eine Vielzahl von in die Drallkammer mündenden Drallkanälen vorgesehen. Auf diese Weise wird dem abzuspritzenden Brennstoff vor dem Ventilsitz 27 eine Drallkomponente aufgeprägt, so dass die Strömung drallbehaftet in die Austrittsöffnung 32 eintritt und ein feinverwirbeltes und gut zerstäubtes Spray in den Brennraum 3 abgegeben wird.
Bei motorischem Betrieb tritt allgemein bei der Direkteinspritzung eines Brennstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine das Problem auf, dass die in den
Brennraum ragende stromabwärtige Spitze des Einspritzventils durch Brennstoffablagerungen verkokt bzw. sich in der Flammenfront gebildete Rußpartikel an der Ventilspitze anlagern. Bei bisher bekannten in den Brennraum ragenden Einspritzventilen besteht deshalb über ihre Lebensdauer die Gefahr einer negativen Beeinflussung der Sprayparameter (z.B. statische Strömungsmenge, Strahlwinkel, Tropfchengröße, Strähnigkeit) , die zu LaufStörungen der Brennkraf maschine bzw. bis zu einem Ausfall des Einspritzventils führen kann.
Erfindungsgemäß werden durch das Aufbringen von Beschichtungen am Ventilende 8 diese vorgenannten Probleme eingeschränkt bzw. beseitigt. Dabei werden mit verschiedenen Beschichtungen unterschiedliche Wirkungen an der Oberfläche 54 des zu beschichtenden Bauteils, beispielsweise an dem aus Cr-Stahl bestehenden Ventilsitzelement 26, erzielt, wobei jedoch letztlich alle Maßnahmen darauf abzielen, die die Sprayparameter und die Ventilfunktion im allgemeinen negativ beeinflussende Verkokung bzw. Belagbildung (Ruß) am
Ventilende 8 zu reduzieren bzw. zu unterbinden. Im folgenden werden einzelne Beschichtungsmöglichkeiten näher beschrieben.
Eine erste Gruppe von Beschichtungen stellen die katalytisch wirkenden Schichten dar. Die elektrolytisch aufgebrachten Schichten sorgen für eine katalytische Umwandlung (Verbrennung) der abgelagerten Rußpartikel bzw. verhindern von vornherein die Ablagerung von Kohlenstoffteilchen. Geeignete Materialien für eine solche Beschichtung zur
Vermeidung von Verkokungen sind Kobalt- und Nickeloxide und Oxide von Legierungen der genannten Metalle. Katalytische Wirksamkeit zeigen auch die Edelmetalle Ru, Rh, Pd, Os , Ir und Pt bzw. Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit anderen Metallen. Die gewünschten Schichten werden z.B. durch elektrochemische oder außenstromlose Metallabscheidung erzeugt. Im Falle von Ni , Co oder deren Legierungen kann auch die Oxidbildung an Luft oder ein zusätzlicher Oxidationsschritt (nasschemisch, Plasma) angewendet werden.
Eine zweite große Gruppe bilden die Beschichtungen, mit denen das Benetzungsverhalten an der entsprechenden Oberfläche 54 verändert wird. Dabei wird durch die Beschichtungen erreicht, dass die Oberflächenenergie und/oder die Oberflächenrauhigkeit der kritischen Bereiche am Ventilende 8 herabgesetzt wird. Die Grenzflächenenergie zwischen der Oberfläche 54 und dem Brennstoff wird dadurch erhöht, wodurch sich die Benetzung verschlechtert. Auf diese Weise können die Brennstofftröpfchen an den erfindungsgemäß beschichteten Bereichen abperlen und von der umgebenden Strömung am Ventilende 8 mitgerissen werden. Eine permanente Benetzung des Ventilendes 8 findet nicht mehr statt. Als derartige Schichten bieten sich Keramikschichten, Kohlenstoffschichten, die metallhaltig oder metallfrei sein können, oder fluorhaltige Schichten an. Bei den fluorhaltigen Schichten handelt es sich z.B. um thermoresistente PTFE-ähnliche Schichten oder insbesondere um organische keramische Schichten bzw. sogenannte Ormocer®-Schichten aus Fluorsilikat (FAS) . Solche fluorhaltigen Schichten werden beispielsweise durch Spritzen oder Tauchen aufgebracht. Denkbar sind auch Saphirschichten.
Ein dritte Gruppe bilden die Beschichtungen, mit denen eine Reaktionsschicht verhindert werden kann. Dazu zählen z.B. Nitritschichten (TiN, CrN) oder Oxidschichten (Tantaloxid,
Titanoxid) . Ähnlich dem Sputtern werden bei diesen Schichten in einem Vakuumofen abgedampfte Partikel an den zu beschichtenden Oberflächen 54 angelagert.
Am Ventilende 8 sind besonders die Bereiche zu beschichten, die unmittelbar die wenigstens eine Austrittsöffnung 32 in ihrem Mündungsbereich 55 unmittelbar umgeben. Eine Anlagerung von Rußpartikeln in der Austrittsöffnung 32 bzw. an deren unmittelbarer Begrenzungskante führt nämlich besonders zu der oben erwähnten nachteiligen Beeinflussung der Sprayparameter (z.B. statische Strömungsmenge, Strahlwinkel, Tropfchengröße , Strähnigkeit). Eine Beschichtung sollte also auf jeden Fall am stromabwärtigen Ende (Mündungsbereich 55) jeder einzelnen Austrittsöffnung 32 vorgenommen werden, unabhängig davon, an welchem Bauteil des Brennstoffeinspritzventils 5 die Austrittsöffnungen 32 ausgebildet sind.
In den Figuren 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß beschichteten Ventilenden 8 in Unteransichten dargestellt, die sich dadurch unterscheiden, dass einmal die gesamte stromabwärtige Bauteiloberfläche 54 des die Austrittsöffnung 32 aufweisenden Bauteils, hier des Ventilsitzelements 26, beschichtet ist (Figur 3) und im anderen Fall nur ein ringförmiger Teilbereich der stromabwärtigen Bauteiloberfläche 54 rund um die wenigstens eine Austrittsöffnung 32 beschichtet ist (Figur 4) . Die punktierten Flächen sollen dabti die beschichteten Bereiche verdeutlichen. Die Mündungsbereiche 55 der Austrittsöffnungen 32 liegen in den Figuren 3 und 4 in der
Zeichenebene. Es soll betont werden, dass die Beschichtungen auch in die Austrittsöffnung 32 geringfügig hineinreichen können .
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist jeweils das Ventilsitzelement 26 das Bauteil des
Brennstoffeinspritzventils 5, das das stromabwärtige Ende 8 bildet und die Austrittsöffnung 32 aufweist, so dass die Beschichtung an der stromabwärtigen Stirnfläche 54 des Ventilsitzelements 26 vorzunehmen ist. Das erfindungsgemäße Aufbringen einer Beschichtung ist jedoch nicht auf ein Ventilsitzelement beschränkt, vielmehr können auch andere Ventilbauteile, die das stromabwärtige Ventilende 5 bilden und somit in den Brennraum 3 ragen, eine derartige Beschichtung aufweisen. Auch für solche stromabwärts des
Ventilsitzes 27 angeordneten Bauteile (siehe Abspritzkörper 67 in Figur 5) gilt, dass zumindest die Bereiche unmittelbar an den Austrittsöffnungen 32 zu beschichten sind, so dass der eigentliche Abspritzbereich vor Verkokungen geschützt ist.
Figur 5 zeigt einen alternativen Führungs- und Sitzbereich am abspritzseitigen Ventilende 8, um zu verdeutlichen, dass die Aussagen zur erfindungsgemäßen Beschichtung auch auf konstruktiv abweichende Ventilausgestaltungen zutreffen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist stromabwärts des Ventilsitzelements 26 ein weiterer scheibenförmiger Abspritzkörper 67 angeordnet. In diesem Fall weist der Abspritzkörper 67 die Austrittsöffnung 32 auf. Die Austrittsöffnung 32 ist schräg geneigt zur Ventillängsachse eingebracht, wobei sie stromabwärtig in einem konvex ausgewölbten Abspritzbereich 66 endet. Der Abspritzkörper 67 und das Ventilsitzelement 26 sind z.B. über eine mittels Laserschweißen erzielte Schweißnaht 68 fest miteinander verbunden, wobei die Verschweißung in einer ringförmig umlaufenden Vertiefung 69 vorgenommen ist. Der Abspritzkorper 67 ist außerdem durch eine Schweißnaht 61 fest mit dem Ventilsitzträger 21 verbunden. Die Beschichtung erfolgt beispielsweise entweder über den gesamten gewölbten Abspritzbereich 66 oder unmittelbar ringförmig um den
Mündungsbereich 55 der Austrittsöffnung 32 herum, so dass bezüglich der Ventillängsachse eine außermittige Beschichtung an einer gewölbten Oberfläche 54 vorliegt.
In Figur 6 ist ein Längsschnitt durch ein
Brennstoffeinspritzventil für selbstzündende Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Motoren, dargestellt, wobei nur der brennraumzugewandte Teil gezeigt ist. Eine Vergrößerung des brennraumseitigen Endes des in Figur 6 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 5 ist in Figur 7 dargestellt. Ein als Ventilkörper 72 ausgebildetes Bauteil ist mit einer Spannmutter 75 gegen einen Ventilhaltekörper 73 verspannt. Im Ventilkörper 72 ist eine Bohrung 84 ausgebildet, in der die kolbenförmige, entgegen einer Schließkraft axial bewegliche Ventilnadel 20 angeordnet ist. Die Bohrung 84 ist als Sackbohrung ausgeführt, wobei das dem Brennraum 3 zugewandte, geschlossene Ende eine Ventilsitzfläche 27 bildet, die im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Durch eine Ausbuchtung des brennraumseitigen Endes der Ventilsitzfläche 27 ist ein Sackloch 92 ausgebildet, in dessen Wand wenigstens eine, das Sackloch 92 mit dem Brennraum 3 verbindende Austrittsöffnung 90 angeordnet ist.
Die Ventilnadel 20 unterteilt sich in einen im Durchmesser größeren, dem Brennraum 3 abgewandten Abschnitt, der in der Bohrung 84 geführt ist, und einen im Durchmesser kleineren Abschnitt, zwischen dem und der Wand der Bohrung 84 ein Druckraum 86 ausgebildet ist, der über einen im Ventilhaltekörper 73 und im Ventilkörper 72 ausgebildeten Zulaufkanal 80 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Durch die Stufung des Außendurchmessers der Ventilnadel 20 ist an dieser eine Druckschulter 82 ausgebildet, die innerhalb des Druckraums 86 angeordnet ist. Der Kraftstoffdruck im Druckraum 86 erzeugt eine Kraft auf die Druckschulter 82, deren in axialer Richtung wirkende Komponente der auf die Ventilnadel 20 wirkenden Schließkraft entgegengerichtet ist und so bei entsprechendem Kraftstoffdruck die Ventilnadel 20 gegen die Schließkraft bewegen kann.
Am brennraumseitigen Ende ist an der Ventilnadel 20 eine den Ventilschließabschnitt 28 bildende Ventildichtfläche 88 ausgebildet, die so mit der Ventilsitzfläche 27 zusammenwirkt, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung 90 durch die Anlage der Ventildichtfläche 88 an der Ventilsitzfläche -27 gegen den Druckraum 86 abgedichtet wird. Durch die nach innen, vom Brennraum 3 weg gerichtete Öffnungshubbewegung hebt die Ventildichtfläche 88 von der Ventilsitzfläche 27 ab und verbindet den Druckraum 86 mit der Austrittsöffnung 90.
Die katalytisch wirksame Beschichtung erfolgt beispielsweise über die gesamte, dem Brennraum 3 zugewandte Stirnfläche des Ventilkörpers 72. Es kann auch vorgesehen sein, dass nur die gewölbte Außenfläche 96 der das Sackloch 92 begrenzenden Sacklochwand 93, in der die wenigstens eine Austrittsöffnung 90 ausgebildet ist, mit einer Beschichtung versehen wird. Weiter kann es vorgesehen sein, dass sich die Beschichtung bis in die Austrittsöffnung 90 hinein fortsetzt.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (5), insbesondere direkt in einen Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine ragendes Brennstoffeinspritzventil (5) , mit einem Brennstoffeinlass (7), mit einem bewegbaren Ventilschließglied (28), mit einem festen Ventilsitz (27), mit dem das Ventilschließglied (28) zum Öffnen und Schließen des Ventils zusammenwirkt, und mit einem in einem stromabwärtigen Ventilende (8) ausgebildeten Brennstoffauslass, wobei der Brennstoffauslass von wenigstens einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten Austrittsöffnung (32, 90) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das die wenigstens eine Austrittsöffnung (32, 90) aufweisende Bauteil (26, 67, 72) zumindest im Mündungsbereich (55) der Austrittsöffnung (32, 90) um diese herum eine Beschichtung aufweist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffeinspritzventil in den Brennraum (3) einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine ragt.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffeinspritzventil in den Brennraum (3) einer selbstzündenden Brennkraftmaschine ragt.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ringförmig um die Austrittsöffnung (32, 90) der stromabwärtigen Oberfläche (54, 96) des Bauteils (26, 67, 72) vorgesehen ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ganzflächig an der stromabwärtigen Oberfläche (54, 96) des Bauteils (26, 67, 72) vorgesehen ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 oder
5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auch zusätzlich zur Beschichtung der Oberfläche (54, 96) des Bauteils (26, 67, 72) noch in die Austrittsöffnung (32, 90) hineinreicht .
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in Form einer katalytisch wirksamen Schicht aus Co oder Ni oder
Kobalt- oder Nickeloxiden oder Oxiden von Co- oder Ni- Legierungen oder Ru oder Rh oder Pd oder Os oder Ir oder Pt oder Legierungen dieser Metalle untereinander bzw. mit anderen Metallen vorgenommen ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, "dass die Schicht durch elektrochemische oder außenstromlose Metallabscheidung erzeugbar ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung als metallhaltige oder metallfreie KohlenstoffSchicht vorgenommen ist .
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung als fluorhaltige Schicht vorgenommen ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der fluorhaltigen Schicht um eine Schicht aus Fluorsilikat (FAS) handelt.
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung als
Nitritschicht (TiN, CrN) vorgenommen ist.
13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung als Tantaloxidschicht oder Titanoxidschicht vorgenommen ist.
14. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die wenigstens eine Austrittsöffnung (32, 90) aufweisende Bauteil ein auch den Ventilsitz (27) aufweisendes Ventilsitzelement (26, 72) ist .
15. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilsitzelement (26) eine stromaufwärtige Stirnfläche hat, an der die Ventilsitzfläche (27) ausgebildet ist, und eine der stromauf ärtigen Stirnfläche gegenüberliegende stromabwärtige Stirnfläche (54) hat, an der die Beschichtung aufgebracht ist.
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27W Patent revoked

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