EP1834080B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents
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Definitions
- Fuel injectors as are preferably used for direct injection and auto-ignition internal combustion engines are exposed at its injection-side end, which projects into the combustion chamber, high temperatures, such as those resulting from combustion. Remaining in or near the injection port fuel residues after injection, they may coke through the high temperatures during combustion, so that a corresponding coking layer can form in the injection port or in the region of the exit of the injection port. Over time, this coking layer leads to a narrowing of the injection opening and thus to a change in the injection characteristic and the injected quantity.
- US 5058810 describes a fuel injection valve wherein the outlet opening is arranged on the outside of the housing.
- the fuel injection valve according to the invention has the advantage that the injection openings of the fuel injection valve are reliably protected against coking.
- the injection openings are provided with a plurality of nubs. These nubs are designed in size and shape so that the so-called lotus effect is formed, which reliably prevents an accumulation of material of various kinds.
- possibly forming residues in the injection openings are removed by the passing fuel in the subsequent injections, so that an unchanged surface of the injection openings is permanently provided.
- the knobs have a substantially conical shape, so that any depositing coking particles attach only to the tip of the conical nubs and thus only very low adhesion forces between the particles and the dimpled surface is formed. As a result, these particles are easily removed again by the passing fuel and can not accumulate permanently.
- the nubs can either be the same or have different diameters and heights, which are then preferably stochastically distributed. The diameter of the nubs is preferably 1 to 10 .mu.m, wherein the height of the nubs is preferably in the same order of magnitude.
- FIG. 1 is a longitudinal section through a fuel injection valve according to the invention shown schematically.
- the fuel injection valve has a housing 1, which comprises a valve body 3.
- a bore 5 is formed, which is bounded at its combustion-chamber end by a conical valve seat 8.
- a valve needle 7 is arranged longitudinally displaceable, which is guided in a guide portion 107 in the bore 5.
- the valve needle 7 tapers to form a pressure shoulder 12, merges into a shaft region 207 and finally ends at its valve seat facing end in a conical sealing surface 9.
- a pressure chamber 11 is formed, which is filled via an inlet channel 17 with fuel at high pressure.
- valve seat 8 a plurality of injection openings 15 are formed, which open into the combustion chamber of the internal combustion engine when the fuel injection valve is installed in a corresponding internal combustion engine.
- the valve needle 7 cooperates with its sealing surface 9 with the valve seat 8 in such a way that upon contact of the valve needle 7 on the valve seat 8, the pressure chamber 11 is separated from the injection ports 15, while lifted from the valve seat 8 valve needle 7, a fuel flow from the Pressure chamber 11 takes place to the injection openings 15, is injected by the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
- FIG. 2 shows an enlargement of FIG. 1 in the region of the valve seat 8, wherein the area in FIG. 1 denoted by II.
- the enlarged illustrated injection port 15 has in its inside a plurality of nubs 20 which line the inside.
- the knobs 20 can continue on the end face 103 of the valve body 3, especially in the area surrounding the outlet openings of the injection openings 15. But it can also be provided to provide the entire surface of the fuel injection valve, which projects into the combustion chamber, with nubs 20.
- the surface of the injection port 15 gets dirt-repellent properties, which are known as the so-called lotus effect. Dirt or soot particles that deposit on this surface touch the surface only at the tip of the dimples 20, so that only very low adhesion forces between the dirt particle and the surface are present. The dirt or soot particles can then easily be entrained by the fuel flow which flows through the injection opening 15 during the injection, so that no deposits of such particles occur, and the injection opening 15 remains unchanged over the entire service life of the injection valve.
- FIG. 3a shows the section of III designated by FIG. 2 in an enlarged view.
- the nubs 20 here have a conical shape and have a diameter d, which is preferably in the range of 1 to 10 microns.
- the height of the knobs 20 moves in the same order of magnitude, the knobs 20 are arranged very close and between the individual knobs 20 no or very little space is available.
- FIG. 3b shows a further embodiment in which the studs 20 have a slightly different shape and are rounded.
- the height of the individual knobs h 1 , h 2 may be different, so that, for example, a stochastic distribution of heights is given. Likewise, it may be provided to distribute the knobs 20 either evenly over the surface or stochastically to distribute, resulting in a non-uniform arrangement of pimples.
- nubs can be done with different methods. For example, the coating with a corresponding material that forms such a knob-like structure when cured, or the treatment of the surface with a laser or with a sputtering process.
- knobs in a rounded shape or in the form of cones, other shapes are conceivable such as, for example, pyramids or other tips, which are formed according to dense and small, to prevent the addition of soot and other dirt particles.
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Description
- Kraftstoffeinspritzventile, wie Sie vorzugsweise für direkteinspritzende und selbstzündende Brennkraftmaschinen verwendet werden, sind an ihrem einspritzseitigen Ende, das in den Brennraum hineinragt, hohen Temperaturen ausgesetzt, wie sie bei der Verbrennung entstehen. Verbleiben in oder im Bereich der Einspritzöffnung Kraftstoffrückstände nach der Einspritzung, so können diese durch die hohen Temperaturen während der Verbrennung verkoken, sodass sich eine entsprechende Verkokungsschicht in der Einspritzöffnung oder im Bereich des Austritts der Einspritzöffnung bilden kann. Diese Verkokungsschicht führt mit der Zeit zu einer Verengung des Einspritzöffnung und damit zu einer Veränderung der Einspritzcharakteristik und der eingespritzten Menge.
- Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 020 175 ist bekannt, die Einspritzöffnungen mit einer Beschichtung zu versehen, die die Anlagerung einer Verkokungsschicht verhindern soll. Solche Beschichtungen bieten jedoch nicht immer einen ausreichenden Schutz vor Verkokung und weisen darüber hinaus den Nachteil auf, dass sie von der entsprechenden Oberfläche abplatzen können, was insbesondere im Bereich der Einspritzöffnungen vorkommen kann, wo durch die sehr hohen hydraulischen Drücke entsprechend hohe mechanische Kräfte auftreten. -
US 5058810 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzventil wobei die Austrittsöffnung an der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist. - Weiter ist aus der Offenlegungsschrift
DE 42 00 709 A1 bekannt, die Einspritzöffnungen mit Abrisskanten zu versehen, die quer zur Strömungsrichtung in der Wand der Einspritzöffnungen verlaufen. Solche Abrisskanten bewirken eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffs, sind jedoch nicht geeignet, eine Anlagerung von Verkokungsmaterial in diesem Bereich zu verhindern. - Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Einspritzöffnungen des Kraftstoffeinspritzventils zuverlässig vor Verkokung geschützt werden. Hierzu sind die Einspritzöffnungen mit einer Vielzahl von Noppen versehen. Diese Noppen sind in Größe und Gestalt so ausgebildet, dass sich der so genannte Lotuseffekt ausbildet, der eine Anlagerung von Material verschiedenster Art zuverlässig verhindert. Sich evtl. doch bildende Rückstände in den Einspritzöfnungen werden durch den vorbeifließenden Kraftstoff bei den nachfolgenden Einspritzungen abgetragen, sodass dauerhaft eine unveränderte Oberfläche der Einspritzöffnungen gegeben ist.
- Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Noppen eine im wesentlichen kegelförmige Gestalt auf, sodass sich gegebenenfalls ablagernde Verkokungspartikel nur auf der Spitze der kegelförmigen Noppen ansetzten und damit nur sehr geringe Adhäsionskräfte zwischen den Partikeln und der genoppten Oberfläche entsteht. Dadurch werden diese Partikel leicht wieder durch den vorbeifließenden Kraftstoff abgetragen und können sich nicht dauerhaft anlagern. Hierbei können die Noppen entweder sämtlich gleich ausgebildet sein oder auch unterschiedliche Durchmesser und Höhen aufweisen, die dann vorzugsweise stochastisch verteilt sind. Der Durchmesser der Noppen beträgt vorzugsweise 1 bis 10 µm, wobei die Höhe der Noppen vorzugsweise in der gleichen Größenordnung liegt.
- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoff- einspritzventil,
- Figur 2
- eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Ausschnitts im Bereich einer Einspritzöffnung,
- Figur 3a
- und
- Figur 3b
- eine Vergrößerung des mit III bezeichneten Ausschnitts von Figur II, wobei
Figur 3a und 3b unterschiedliche Ausgestal- tungen der Noppen zeigen. - In
Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil schematisch dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Ventilkörper 3 umfasst. Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem konischen Ventilsitz 8 begrenzt wird. In der Bohrung 5 ist eine Ventilnadel 7 längsverschiebbar angeordnet, die in einem Führungsbereich 107 in der Bohrung 5 geführt ist. Ausgehend vom Führungsbereich 107 verjüngt sich die Ventilnadel 7 unter Bildung einer Druckschulter 12, geht in einen Schaftbereich 207 über und endet schließlich an ihrem ventilsitzzugewandten Ende in einer konischen Dichtfläche 9. Zwischen dem Schaftbereich 207 und der Wand der Bohrung 5 ist ein Druckraum 11 ausgebildet, der über einen Zulaufkanal 17 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Durch den Druck im Druckraum 11 wirkt eine vom Ventilsitz weggerichtete Öffnungskraft auf die Druckschulter 12 der Ventilnadel 7, der eine Schließkraft entgegenwirkt, die auf das ventilsitzabgewandte Ende der Ventilnadel 7 einwirkt, bspw. durch ein Federelement oder einen mit wechselndem Kraftstoffdruck befiillbaren Steuerraum. - Im Ventilsitz 8 sind mehrere Einspritzöffnungen 15 ausgebildet, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden, wenn das Kraftstoffeinspritzventil in eine entsprechende Brennkraftmaschine eingebaut ist. Die Ventilnadel 7 wirkt mit ihrer Dichtfläche 9 mit dem Ventilsitz 8 zusammen und zwar in der Weise, dass bei Anlage der Ventilnadel 7 am Ventilsitz 8 der Druckraum 11 von den Einspritzöffnungen 15 getrennt wird, während bei vom Ventilsitz 8 abgehobener Ventilnadel 7 ein Kraftstofffluss aus dem Druckraum 11 zu den Einspritzöffnungen 15 stattfindet, durch die Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
-
Figur 2 zeigt eine Vergrößerung vonFigur 1 im Bereich des Ventilsitzes 8, wobei der Bereich inFigur 1 mit II bezeichnet ist. Die vergrößert dargestellte Einspritzöffnung 15 weist in ihrer Innenseite eine Vielzahl von Noppen 20 auf, die die Innenseite auskleiden. Die Noppen 20 können sich auch auf der Stirnseite 103 des Ventilkörpers 3 fortsetzen, vor allem in dem Bereich, der die Austrittsöffnungen der Einspritzöffnungen 15 umgibt. Es kann aber auch vorgesehen sein, die gesamte Oberfläche des Kraftstoffeinspritzventils, die in den Brennraum ragt, mit Noppen 20 zu versehen. - Durch die Noppen 20 bekommt die Oberfläche der Einspritzöffnung 15 schmutzabweisende Eigenschaften, die als sogenannter Lotuseffekt bekannt sind. Schmutz oder Rußpartikel, die sich auf dieser Oberfläche ablagern, berühren die Oberfläche nur an der Spitze der Noppen 20, sodass nur sehr geringe Adhäsionskräfte zwischen dem Schmutzpartikel und der Oberfläche vorhanden sind. Die Schmutz oder Rußpartikel könnend dann durch den Kraftstoffstrom, der bei der Einspritzung durch die Einspritzöffnung 15 hindurchfließt, leicht mitgerissen werden, sodass es zu keinen Anlagerungen von derartigen Partikeln kommt und die Einspritzöffnung 15 bleibt über die gesamte Lebensdauer des Einspritzventils unverändert.
-
Figur 3a zeigt den mit III bezeichneten Ausschnitt vonFigur 2 in vergrößerter Darstellung. Die Noppen 20 weisen hier eine kegelförmige Gestalt auf und haben einen Durchmesser d, der vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 µm liegt. Die Höhe der Noppen 20 bewegt sich in derselben Größenordnung, wobei die Noppen 20 sehr dicht angeordnet sind und zwischen den einzelnen Noppen 20 kein oder nur sehr geringer Raum vorhanden ist. -
Figur 3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Noppen 20 eine etwas andere Gestalt aufweisen und abgerundet ausgebildet sind. Die Höhe der einzelnen Noppen h1, h2 kann unterschiedlich sein, sodass beispielsweise eine stochastische Verteilung der Höhen gegeben ist. Genauso kann es vorgesehen sein, die Noppen 20 entweder gleichmäßig über die Oberfläche zu verteilen oder stochastisch zu verteilen, sodass sich eine ungleichmäßige Anordnung von Noppen ergibt. - Die Herstellung solcher Noppen kann mit verschiedenen Verfahren geschehen. In Frage kommen z.B. die Beschichtung mit einem entsprechenden Material, das bei der Aushärtung eine solch noppenartige Struktur ausbildet, oder die Bearbeitung der Oberfläche mit einem Laser oder mit einem Sputter-Verfahren.
- Neben der Ausbildung der Noppen in abgerundeter Form oder in Form von Kegeln sind auch andere Formen denkbar wie bspw. Pyramiden oder sonstige Spitzen, die entsprechend dicht und klein ausgebildet sind, um die Anlagerung von Ruß und sonstigen Schmutzpartikeln zu verhindern.
Claims (7)
- Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), in dem wenigstens eine eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweisende Einspritzöffnung (15) ausgebildet ist, durch die Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzbar ist, wobei die Austrittsöffnung an der Außenseite des Gehäuses (1; 3) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der wenigstens einen Einspritzöffnung (15) mit Noppen (20) versehen ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnung (15) als Bohrung im Gehäuse (1; 3) ausgebildet ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (20) eine im wesentlichen kegelförmige Gestalt aufweisen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (20) unterschiedliche Durchmesser (d) aufweisen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (20) unterschiedliche Höhen (h1; h2) aufweisen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (20) ungleichmäßig über die Wand der Einspritzöffnung (15) verteilt angeordnet sind.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (20) einen Durchmesser (d) von 1 bis 10 µm aufweisen.
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