WO2020127393A1 - Einspritzdüse, verfahren zum herstellen eines düsenkörpers für eine einspritzdüse, sowie verwendung einer einspritzdüse - Google Patents

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WO2020127393A1
WO2020127393A1 PCT/EP2019/085808 EP2019085808W WO2020127393A1 WO 2020127393 A1 WO2020127393 A1 WO 2020127393A1 EP 2019085808 W EP2019085808 W EP 2019085808W WO 2020127393 A1 WO2020127393 A1 WO 2020127393A1
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nozzle body
nozzle
coating
injection
fuel
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PCT/EP2019/085808
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Oliver Kastner
Uwe Leuteritz
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Vitesco Technologies GmbH
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    • F02M2200/9038—Coatings

Definitions

  • Injection nozzle method for producing a nozzle body for a
  • the present invention relates to an injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of
  • Claim 1 The invention further relates to a method for producing a nozzle body for such an injection nozzle and to the use of such an injection nozzle.
  • Fuel injectors with an injection nozzle protruding into the combustion chamber of an internal combustion engine when the fuel injector is installed are known from the prior art in a variety of designs. For example, reference is made to the publications DE 10 2005 034 879 B4 and DE 10 2013 220 917 A1.
  • the known injection nozzles have a nozzle body with an inside and an outside and at least one inside and outside
  • the nozzle body of such a fuel injector is formed from a metallic material (e.g. steel) and has an interior that can be supplied with fuel (e.g. gasoline or diesel, under high pressure) and an interior of the nozzle body from when installed Wall separating the combustion chamber, in which a plurality of spray holes are formed in order to be able to inject the fuel from the interior into the combustion chamber via the spray holes.
  • fuel e.g. gasoline or diesel
  • valve needle which can be changed in position in the interior of the nozzle body and which is typically on an inside of the wall of the
  • Is guided nozzle body a fuel flow through the spray holes can be controlled depending on the current position of the valve needle.
  • self-igniting internal combustion engines diesel engines
  • diesel fuels of various types depending on the country, the supplier and the ambient conditions (e.g. summer and winter diesel).
  • a fundamental conflict of objectives in the design of fuel injection for diesel engines is to bring NOx emissions below the legally required limit values, while at the same time causing the lowest possible soot emissions and CC emissions.
  • various parameters of the injection system can be optimized. This applies in particular to the injection nozzle design, for example with regard to the number, position, orientation and geometric shape of the spray holes.
  • important nozzle parameters are e.g. Examples include the hydraulic flow coefficient (CD), the size of the damaged volume in the interior of the nozzle body, the jet position, the spray quality and the jet penetration depth.
  • DME dimethyl ether
  • the jet quality therefore advantageously no longer has to be achieved largely from spray-supporting properties of the nozzle flow (e.g. by means of appropriately adapted and precise spray hole geometry).
  • DME nozzle flow coefficient
  • the use of DME as a fuel advantageously enables a more robust nozzle design, for example with a lower nozzle flow coefficient (CD), greater damage volume and greater manufacturing tolerance of the spray hole geometry (e.g. greater tolerance of the elevation angle).
  • this object is achieved in a first aspect of the invention.
  • Injection nozzle of the type mentioned at the outset in that the seat area of the nozzle body is provided with a coating.
  • the sealing effect (in the closed position of the Valve needle) determining material advantageously be selected independently of the rest of the material of the nozzle body.
  • the nozzle body (at least in the area of its end near the combustion chamber), as previously, in particular, B. made of a metal or a metal alloy such. B. steel may be formed, but the seat area can be provided with the coating of a different and thus the requirements of a fuel (z. B. DME) advantageously adaptable material.
  • the coating of the seat area of the nozzle body has a hardness in the range from 10 to 30 GPa.
  • this coating has a hardness in the range from 15 to 28 GPa, in particular in the range from 18 to 26 GPa.
  • the coating of the seat area of the nozzle body is formed as a DLC ("diamond like carbon") layer.
  • the coating can be provided as a single-layer (e.g. DLC) layer or as a multi-layer (e.g. DLC) layer system.
  • the latter can e.g. B. by a variation of operating parameters during a corresponding
  • a coating designed as a layer system can in particular contain an adhesion promoter layer directly adjacent to the material of the nozzle body.
  • DLC layer denotes a layer consisting predominantly of DLC.
  • the coating of the seat area of the nozzle body preferably has an at least approximately uniform thickness (possibly with the exception of
  • the coating in any case extends over the seating area, but can also extend (eg for manufacturing reasons) beyond this seating area.
  • the coating of the seat area of the nozzle body has a thickness in the range from 1 pm to 3 pm. In particular, this thickness can be in the range from 1.5 pm to 2.5 pm.
  • the sealing area of the valve needle (or a larger one, encompassing the sealing area)
  • the coating of the sealing area of the valve needle z. B. have a hardness in the range from 10 GPa to 30 GPa and / or as a single-layer (z. B. DLC) layer or also as a multi-layer (z. B. DLC) layer system and / or a thickness in the range of Have 1 pm to 3 pm and / or extend beyond the sealing area of the nozzle needle, etc.
  • the coatings on the nozzle body and on the valve needle are at least approximately identical, ie of essentially the same material or material structure (in the case of a multilayer system) and with an essentially the same thickness.
  • the object stated at the outset is achieved by a method for producing a nozzle body for an injection nozzle of the type described here, the method comprising the following steps:
  • the coating using a PVD (physical vapor deposition) method such as. B. a sputtering process.
  • the coating can also be carried out using a PVD (physical vapor deposition) method such as. B. a sputtering process.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • Plasma coating is done.
  • the entire nozzle body on its inner and outer sides
  • the coating is carried out using a CVD method to form a DLC layer.
  • the coating (for example using a CVD method) is carried out at room temperature or a higher temperature, but then preferably at a temperature of at most 250 ° C., in particular at most 230 ° C.
  • a PVD process or a CVD process e.g. with
  • an injection nozzle of the type described here e.g. having a nozzle body produced according to the method described here
  • a DME fuel into a combustion chamber of a (e.g. self-igniting)
  • the injection nozzle can be used in particular in a fuel injection system of an internal combustion engine used to drive a vehicle (in particular a road motor vehicle such as a car or truck).
  • DME fuel here means a fuel containing predominantly (for example at least 90%) DME.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an injection nozzle according to the
  • Fig. 2 is a schematic sectional view corresponding to FIG. 1
  • Injection nozzle according to an embodiment of the invention. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an injection nozzle 10 for injecting diesel into a combustion chamber B of an internal combustion engine.
  • the injection nozzle 10 is a component protruding into the combustion chamber B of a fuel injector installed in the relevant internal combustion engine.
  • FIG. 1 only one end of the combustion chamber is shown of the injection nozzle 10. Furthermore, a part of a cylinder head 1 of the internal combustion engine surrounding the injection nozzle 10 is shown in FIG. 1.
  • the injection nozzle 10 comprises a nozzle body 12 which, at least in the region shown, is rotationally symmetrical to a longitudinal axis.
  • the nozzle body 12 has an inside 14 and an outside 16. At the lower end, the nozzle body 12 has approximately the shape of an inverted bell, with a plurality of spray holes 18 being made in the area of a shoulder of the bell shape and connecting the inside 14 to the outside 16 of the nozzle body 12 through a wall of the nozzle body 12.
  • the injection nozzle 10 further comprises a valve needle 20 which can be displaced on the inside 14 of the nozzle body between an open position (shown in the figure) and a closed position (not shown).
  • the valve needle 20 has a sealing area 22 which, depending on the position of the valve needle 20, is spaced from a seating area 24 of the nozzle body 12 provided on the inside 14 (FIG. 1, open position) or on the
  • valve needle 20 which is arranged in a position-changing manner in the interior of the nozzle body 12, is slidably guided, as usual, in sections on an inside of the wall of the nozzle body 12 (in FIG. 1 in the vertical direction).
  • valve needle 20 When the valve needle 20 is shifted from the closed position into the open position (FIG. 1), the sealing area 22 of the valve needle 20 lifts from the seating area 24 of the nozzle body 12 and as a result of a fuel flow between the sealing area 22 and the seat area 24, an injection of fuel (here: diesel) is started through the spray holes 18.
  • fuel here: diesel
  • valve needle 20 may e.g. B. can be controlled in a manner known per se by means of a piezoelectric actuator which, in a section of the injection nozzle 10 which is remote from the combustion chamber (not shown in the figure)
  • Fuel! njectors is housed.
  • a hydraulic servo drive can be provided to shift the valve needle 20 between the open position and the closed position (see, for example, DE 10 2005 034 879 B4).
  • the fuel under high pressure is injected into the combustion chamber B from the interior of the nozzle body 12 at the times provided for this purpose by an engine control system through the spray holes 18.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an injection nozzle according to the invention, with which other fuels such as, in particular, DME can also be injected without the problems mentioned.
  • other fuels such as, in particular, DME
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an injection nozzle according to the invention, with which other fuels such as, in particular, DME can also be injected without the problems mentioned.
  • the same reference numerals are used for components having the same effect. Essentially, only the differences from the already described example of FIG. 1 are dealt with, and for the rest, reference is expressly made to the description of the example from FIG. 1.
  • the modification of the injection nozzle 10 according to the invention from FIG. 2 compared to the conventional injection nozzle 10 described with reference to FIG. 1 consists in that the seat area 24 of the nozzle body 12 and the sealing area 22 of the valve needle 20 are each provided with a coating 40 or 42, which, in the closed position of the valve needle 20, bring about an improved fuel seal between the nozzle body 12 and the valve needle 20, so that the injection nozzle 10 is particularly suitable for use with DME as fuel.
  • the two coatings 40, 42 are each designed as a DLC layer with the following properties:
  • each of the DLC layers 40, 42 includes one of e.g. B. from

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse (10) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (B) einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Düsenkörper (12) mit einer Innenseite (14) und einer Außenseite (16) und wenigstens einem im Düsenkörper (12) ausgebildeten und die Innenseite (14) mit der Außenseite (16) verbindenden Spritzloch (18), und aufweisend eine auf der Innenseite (14) des Düsenkörpers (12) zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verlagerbare Ventilnadel (20) mit einem Dichtbereich (22), der je nach Stellung der Ventilnadel (20) von einem auf der Innenseite (14) vorgesehenen Sitzbereich (24) des Düsenkörpers (12) beabstandet ist oder an dem Sitzbereich (24) anliegt. Um den Bereich verwendbarer Kraftstoffe zu erweitern, ist bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse (10) vorgesehen, dass der Sitzbereich (24) des Düsenkörpers (12) mit einer Be-schichtung (40) versehen ist. Die Einspritzdüse (10) kann vorteilhaft insbesondere zum Einspritzen von DME als Kraftstoff verwendet werden.

Description

Beschreibung
Einspritzdüse, Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers für eine
Einspritzdüse, sowie Verwendung einer Einspritzdüse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers für eine derartige Einspritzdüse sowie eine Verwendung einer derartigen Einspritzdüse.
Kraftstoffinjektoren mit einer in einem eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektors in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragenden Einspritzdüse sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungen bekannt. Beispielhaft sei hierzu auf die Veröffentlichungen DE 10 2005 034 879 B4 und DE 10 2013 220 917 A1 verwiesen.
Die bekannten Einspritzdüsen weisen einen Düsenkörper mit einer Innenseite und einer Außenseite und wenigstens ein die Innenseite und die Außenseite
verbindendes Spritzloch auf.
Typischerweise ist der Düsenkörper eines derartigen Kraftstoffinjektors aus einem metallischen Material (z. B. Stahl) gebildet und weist einen mit Kraftstoff (z. B. Benzin oder Diesel, unter hohem Druck stehend) versorgbaren Innenraum und eine im eingebauten Zustand einen Innenraum des Düsenkörpers vom Brennraum trennende Wandung auf, in der mehrere Spritzlöcher ausgebildet sind, um den Kraftstoff aus dem Innenraum über die Spritzlöcher in den Brennraum einspritzen zu können.
Mittels einer im Innenraum des Düsenkörpers lageveränderbar angeordneten Ventilnadel, die typischerweise an einer Innenseite der Wandung des
Düsenkörpers geführt ist, kann eine Kraftstoffdurchströmung der Spritzlöcher in Abhängigkeit von der aktuellen Lage der Ventilnadel gesteuert werden. Selbstzündende Brennkraftmaschinen (Dieselmotoren) werden heutzutage mit Dieselkraftstoffen verschiedener Verblendung betrieben, etwa abhängig vom Land, der Lieferfirma und den Umgebungsbedingungen (z. B. Sommer- und Winterdiesel).
Ein grundsätzlicher Zielkonflikt bei einer Konzeption der Kraftstoffeinspritzung bei Dieselmotoren besteht darin, die NOx-Emissionen unter gesetzlich geforderte Grenzwerte zu bringen, jedoch gleichzeitig möglichst geringe Rußemissionen und CC -Emissionen zu bewirken. Um hierfür einen im Einzelfall günstigen Kompromiss zu erzielen, können verschiedene Parameter des Einspritzsystems optimiert werden. Dies betrifft insbesondere das Einspritzdüsendesign, etwa im Hinblick auf die Anzahl, Lage, Ausrichtung und geometrische Form der Spritzlöcher. Als wichtige Düsenparameter sind z. B. der hydraulische Durchflussbeiwert (CD), die Größe des Schadvolumens im Innenraum des Düsenkörpers, die Strahllage, die Sprayqualität und die Strahleindringtiefe zu nennen.
Um die oben genannten Parameter zu optimieren, sind erhebliche Aufwände in die Konstruktion und Fertigung zu investieren. Zudem ist das bezüglich der
Leistungseigenschaften optimale Düsendesign nicht notwendigerweise ein robustes Design, so dass aus Gründen einer hohen Robustheit oftmals
Optimierungspotential liegen gelassen werden muss. Das heißt, hier gibt es ein Spannungsfeld zwischen optimalen Leistungseigenschaften und optimaler
Robustheit.
Es ist bekannt, dass für Dieselmotoren als Ersatz für herkömmliche Dieselkraftstoffe z. B. DME (Dimethylether) in Betracht kommt. Dies insbesondere aufgrund der ausgezeichneten Brenneigenschaften von DME und einer Cetanzahl im Bereich von etwa 55 bis 60. Bei Verwendung von DME als Kraftstoff wird bei der
Verbrennung in einem Dieselmotor keine nennenswerte Menge an Ruß und eine im Vergleich mit herkömmlichem Diesel um etwa 50 % verringerte Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen gebildet. Dadurch ist der oben beschriebene Zielkonflikt zwischen optimaler Performance und optimaler Robustheit entschärft. In diesem Zusammenhang ergibt sich bei der Nutzung von DME beispielsweise bereits inhärent eine relativ gute Strahlqualität. DME weist einen relativ hohen Dampfdruck auf, der im Vergleich zu demjenigen von Diesel zu einem guten Strahlaufbruch und damit einer guten Strahlqualität führt.
Die Strahlqualität muss bei Verwendung von DME somit vorteilhaft nicht mehr zum großen Teil aus sprayunterstützenden Eigenschaften der Düsenströmung (z. B. durch entsprechend angepasste und präzise Spritzlochgeometrie) bewerkstelligt werden. Vorteilhaft ermöglicht die Nutzung von DME als Kraftstoff ein robusteres Düsendesign, etwa mit geringerem Düsendurchflussbeiwert (CD), größerem Schadvolumen und größerer Fertigungstoleranz der Spritzlochgeometrie (z. B. größere Toleranz des Höhenwinkels).
Problematisch ist bei Verwendung von DME als Kraftstoff bei einer Einspritzdüse der eingangs genannten Art jedoch eine präzise und reproduzierbare Dosierung des Kraftstoffes bei jeder Einspritzung. Es ist anzunehmen, dass aufgrund einer im Vergleich zu herkömmlichem Dieselkraftstoff geringeren Viskosität von DME die Dichtigkeit der Einspritzdüse (in Schließstellung der Ventilnadel) schlechter ist als bei der Nutzung von Dieselkraftstoff.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Anwendungsbereich einer Einspritzdüse der eingangs genannten Art hinsichtlich des damit einzuspritzenden Kraftstoffes zu erweitern, um damit insbesondere eine besser dosierbare
Einspritzung von DME zu ermöglichen.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer
Einspritzdüse der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Sitzbereich des Düsenkörpers mit einer Beschichtung versehen ist.
Mit der Erfindung kann ein in Zusammenwirkung mit dem Dichtbereich der Ventilnadel seitens des Düsenkörpers die Dichtwirkung (in Schließstellung der Ventilnadel) bestimmendes Material vorteilhaft unabhängig vom übrigen Material des Düsenkörpers gewählt werden.
So kann der Düsenkörper (zumindest im Bereich von dessen brennraumnahen Endes) wie bisher insbesondere z. B. aus einem Metall oder einer Metalllegierung wie z. B. Stahl gebildet sein, wobei jedoch dessen Sitzbereich mit der Beschichtung aus einem davon verschiedenen und somit den Anforderungen eines betreffenden Kraftstoffes (z. B. DME) vorteilhaft anpassbaren Material versehen werden kann.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beschichtung des Sitzbereiches des Düsenkörpers eine Härte im Bereich von 10 bis 30 GPa besitzt. Insbesondere z. B. für die Verwendung von DME als Kraftstoff ist besonders vorteilhaft, wenn diese Beschichtung eine Härte im Bereich von 15 bis 28 GPa, insbesondere im Bereich von 18 bis 26 GPa, besitzt.
In einer insbesondere z. B. für die Verwendung von DME als Kraftstoff vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beschichtung des Sitzbereiches des Düsenkörpers als eine DLC("diamond like carbon")-Schicht ausgebildet ist.
Die Beschichtung kann als einlagige (z. B. DLC-)Schicht oder auch als mehrlagiges (z. B. DLC-)Schichtsystem vorgesehen sein. Letzteres kann z. B. durch eine Variation von Betriebsparametern während eines entsprechenden
Beschichtungsvorganges realisiert werden.
Eine als Schichtsystem ausgebildete Beschichtung kann insbesondere eine unmittelbar am Material des Düsenkörper angrenzende Haftvermittlungslage beinhalten.
Der Begriff "DLC-Schicht" bezeichnet eine überwiegend aus DLC bestehende Schicht. Die Beschichtung des Sitzbereiches des Düsenkörpers besitzt bevorzugt eine wenigstens annähernd einheitliche Dicke (gegebenenfalls abgesehen von
Beschichtungsausläufern an einem Rand der Beschichtung).
Erfindungsgemäß erstreckt sich die Beschichtung jedenfalls über den Sitzbereich, kann sich jedoch (z. B. aus fertigungstechnischen Gründen) auch über diesen Sitzbereich hinaus erstrecken.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beschichtung des Sitzbereiches des Düsenkörpers eine Dicke im Bereich von 1 pm bis 3 pm besitzt. Insbesondere kann diese Dicke im Bereich von 1 ,5 pm bis 2,5 pm liegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auch der Dichtbereich der Ventilnadel (oder ein größerer, den Dichtbereich umfassender
Oberflächenbereich der Ventilnadel) mit einer Beschichtung versehen ist.
Die hinsichtlich der Beschichtung des Sitzbereiches des Düsenkörpers hier beschriebenen Ausführungsform und besonderen Gestaltungen können, einzeln oder in beliebiger Kombination, in analoger Weise auch als Ausführungsformen bzw. besondere Ausgestaltungen der Beschichtung des Dichtbereiches der Ventilnadel vorgesehen sein.
Dementsprechend kann die Beschichtung des Dichtbereiches der Ventilnadel z. B. eine Härte im Bereich von 10 GPa bis 30 GPa besitzen und/oder als einlagige (z. B. DLC-)Schicht oder auch als mehrlagiges (z. B. DLC-)Schichtsystem ausgebildet sein und/oder eine Dicke im Bereich von 1 pm bis 3 pm besitzen und/oder sich über den Dichtbereich der Düsennadel hinaus erstrecken, usw.
In einer Ausführungsform sind die Beschichtungen an dem Düsenkörper und an der Ventilnadel wenigstens annähernd identisch ausgebildet, d. h. aus im Wesentlichen gleichem Material bzw. Materialaufbau (bei einem mehrlagigen System) und mit einer im Wesentlichen gleichen Dicke. Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers für eine Einspritzdüse der hier beschriebenen Art gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Bereitstellen eines z. B. massiven Rohlings, z. B. aus einer Metalllegierung wie z. B. Stahl,
- spanendes Bearbeiten des Rohlings, z. B. umfassend ein Bohren und/oder Fräsen, zur Schaffung eines von einer Innenseite begrenzten Innenraumes des Düsenkörpers,
- Ausbilden des wenigstens einen die Innenseite mit einer Außenseite verbindenden Spritzloches des Düsenkörpers, z. B. durch Funkenerodieren oder Laserbohren,
- Beschichten eines auf der Innenseite vorgesehenen Sitzbereiches des Düsenkörpers.
Die für den Düsenkörper der erfindungsgemäßen Einspritzdüse hier beschriebenen Ausführungsformen und besonderen Ausgestaltungen können, einzeln oder in beliebiger Kombination, in analoger Weise auch als Ausführungsformen bzw.
besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Düsenkörpers vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass das Beschichten unter Einsatz eines PVD (Physikalische Gasphasenabscheidung)-Verfahrens wie z. B. eines Sputter-Verfahrens erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann das Beschichten auch unter Einsatz eines
CVD(Chemische Gasphasenabscheidung)-Verfahrens wie z. B. einer
Plasmabeschichtung erfolgen. Insbesondere beim Einsatz eines CVD-Verfahrens kann auch vorgesehen sein, dass der gesamte Düsenkörper (auf dessen Innen- und Außenseiten) beschichtet wird. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Beschichten unter Einsatz eines CVD-Verfahrens zur Ausbildung einer DLC-Schicht erfolgt.
In einer Ausführungsform erfolgt das Beschichten (z. B. unter Einsatz eines CVD-Verfahrens) bei Raumtemperatur oder einer höheren Temperatur, dann jedoch bevorzugt einer Temperatur von maximal 250°C, insbesondere maximal 230°C.
Falls zusätzlich auch die zugehörige Düsennadel beschichtet wird, so kann hierfür ebenfalls ein PVD-Verfahren oder ein CVD-Verfahren (z. B. mit
Beschichtungsparametern wie vorstehend genannt) eingesetzt werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Verwendung einer Einspritzdüse der hier beschriebenen Art (z. B. aufweisend einen nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellten Düsenkörper) zum Einspritzen eines DME-Kraftstoffes in einen Brennraum einer (z. B. selbstzündenden)
Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Einspritzdüse kann insbesondere in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer zum Antrieb eines Fahrzeuges (insbesondere Straßenkraftfahrzeug wie z. B. PKW oder LKW) eingesetzten Brennkraftmaschine verwendet werden.
Der Begriff "DME-Kraftstoff" bezeichnet hier einen überwiegend (z. B. zu mindestens 90 %) DME enthaltenden Kraftstoff.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Einspritzdüse nach dem
Stand der Technik, und
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende schematische Schnittansicht einer
Einspritzdüse gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 1 ist eine schematische Längsschnittansicht einer Einspritzdüse 10 zum Einspritzen von Diesel in einen Brennraum B einer Brennkraftmaschine. Die Einspritzdüse 10 ist eine in den Brennraum B hineinragende Komponente eines in der betreffenden Brennkraftmaschine verbauten Kraftstoffinjektors.
In Fig. 1 ist von der Einspritzdüse 10 lediglich ein brennraumseitiges Ende gezeigt. Ferner ist in Fig. 1 ein die Einspritzdüse 10 umgebender Teil eines Zylinderkopfes 1 der Brennkraftmaschine eingezeichnet.
Die Einspritzdüse 10 umfasst einen Düsenkörper 12, der zumindest im gezeigten Bereich rotationssymmetrisch zu einer Längsachse ausgebildet ist.
Der Düsenkörper 12 weist eine Innenseite 14 und eine Außenseite 16 auf. Am unteren Ende hat der Düsenkörper 12 in etwa die Form einer umgedrehten Glocke, wobei im Bereich eines Absatzes der Glockenform mehrere Spritzlöcher 18 eingebracht sind, welche eine Wandung des Düsenkörpers 12 durchsetzend die Innenseite 14 mit der Außenseite 16 des Düsenkörpers 12 verbinden.
Die Einspritzdüse 10 umfasst ferner eine auf der Innenseite 14 des Düsenkörpers zwischen einer (in der Figur dargestellten) Öffnungsstellung und einer (nicht dargestellten) Schließstellung verlagerbare Ventilnadel 20.
Die Ventilnadel 20 weist einen Dichtbereich 22 auf, der je nach Stellung der Ventilnadel 20 von einem auf der Innenseite 14 vorgesehenen Sitzbereich 24 des Düsenkörpers 12 beabstandet ist (Fig. 1 , Öffnungsstellung) oder an dem
Sitzbereich 24 anliegt (Schließstellung, nicht dargestellt).
Die im Innenraum des Düsenkörpers 12 lageveränderbar angeordnete Ventilnadel 20 ist hierfür wie üblich abschnittweise an einer Innenseite der Wandung des Düsenkörpers 12 verschiebbar geführt (in Fig. 1 in Vertikalrichtung).
Wenn die Ventilnadel 20 von der Schließstellung in die Öffnungsstellung (Fig. 1 ) verlagert wird, so hebt der Dichtbereich 22 der Ventilnadel 20 von dem Sitzbereich 24 des Düsenkörpers 12 ab und infolge einer Kraftstoffdurchströmung zwischen Dichtbereich 22 und Sitzbereich 24 wird eine Einspritzung von Kraftstoff (hier: Diesel) durch die Spritzlöcher 18 hindurch gestartet.
Wenn die Ventilnadel 20 von der Öffnungsstellung (Fig. 1 ) zurück in die
Schließstellung verlagert wird, so kommt der Dichtbereich 22 der Ventilnadel 20 am Sitzbereich 24 des Düsenkörpers 12 zur Anlage und infolge einer
Kraftstoffabdichtung zwischen Dichtbereich 22 und Sitzbereich 24 wird das
Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum B beendet.
Die Lage der Ventilnadel 20 kann z. B. in an sich bekannter Weise mittels eines piezoelektrischen Aktors gesteuert werden, der in einem brennraumfernen (in der Figur nicht dargestellten) Abschnitt des die Einspritzdüse 10 aufweisenden
Kraftstoff! njektors untergebracht ist. Insbesondere kann hierbei unter Ausnutzung des Druckes (typischerweise mindestens 1000 bar, z. B. etwa 2000 bar) des dem Kraftstoffinjektor zugeführten Kraftstoffes ein hydraulischer Servoantrieb zur Verlagerung der Ventilnadel 20 zwischen Öffnungsstellung und Schließstellung vorgesehen sein (vgl. z. B. DE 10 2005 034 879 B4).
Im Betrieb der betreffenden Brennkraftmaschine wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff ausgehend vom Innenraum des Düsenkörpers 12 zu den hierfür von einer Motorsteuerung vorgesehenen Zeitpunkten durch die Spritzlöcher 18 hindurch in den Brennraum B eingespritzt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einer Einspritzung bestimmter anderer Kraftstoffe als Diesel, insbesondere z. B. von DME (Dimethylether), mittels der in Fig. 1 gezeigten Einspritzdüse 10 die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Kraftstoffdosierung beeinträchtigt ist.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse, mit der auch andere Kraftstoffe wie insbesondere DME ohne die genannten Probleme eingespritzt werden können. Bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen Beispiel von Fig. 1 eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung des Beispiels von Fig. 1 verwiesen.
Die Modifikation der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 10 von Fig. 2 gegenüber der mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen herkömmlichen Einspritzdüse 10 besteht darin, dass der Sitzbereich 24 des Düsenkörpers 12 sowie der Dichtbereich 22 der Ventilnadel 20 jeweils mit einer Beschichtung 40 bzw. 42 versehen sind, die in Schließsstellung der Ventilnadel 20 eine verbesserte Kraftstoffabdichtung zwischen Düsenkörper 12 und Ventilnadel 20 bewirken, so dass die Einspritzdüse 10 inbesondere zur Verwendung mit DME als Kraftstoff geeignet ist.
Im dargestellten Beispiel sind die beiden Beschichtungen 40, 42 jeweils als eine DLC-Schicht mit folgenden Eigenschaften ausgebildet:
Schichtdicke: 2 pm +/- 0,5 pm
Schichthärte: 22 GPa +/- 5 GPa
Haftfestigkeit: > 18 N
Brechungsindex: > 1 ,9
Im Beispiel beinhaltet jede der DLC-Schichten 40, 42 eine aus z. B. aus
überwiegend Chrom gebildete Flaftvermittlungsschicht, deren Schichtdicke 0,4 pm +/- 0, 1 pm beträgt (in der bereits genannten Schichtdicke von 2 pm enthalten).
Bezugszeichenliste
1 Zylinderkopf
B Brennraum
10 Einspritzdüse
12 Düsenkörper
14 Innenseite des Düsenkörpers
16 Außenseite des Düsenkörpers 18 Spritzlöcher des Düsenkörpers
20 Ventilnadel
22 Dichtbereich der Ventilnadel
22 Sitzbereich des Düsenkörpers
40 Beschichtung des Düsenkörpers 42 Beschichtung der Ventilnadel

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzdüse (10) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (B) einer Brennkraftmaschine, aufweisend
- einen Düsenkörper (12) mit einer Innenseite (14) und einer Außenseite (16) und wenigstens einem im Düsenkörper (12) ausgebildeten und die Innenseite (14) mit der Außenseite (16) verbindenden Spritzloch (18),
- eine auf der Innenseite (14) des Düsenkörpers (12) zwischen einer
Öffnungsstellung und einer Schließstellung verlagerbare Ventilnadel (20) mit einem Dichtbereich (22), der bei einer Verlagerung der Ventilnadel (20) von der Schließstellung in die Öffnungsstellung von einem auf der Innenseite (14) vorgesehenen Sitzbereich (24) des Düsenkörpers (12) abhebt, um durch eine Kraftstoffdurchströmung zwischen Dichtbereich (22) und Sitzbereich (24) eine Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch (18) hindurch zu starten, und der bei einer Verlagerung der Ventilnadel (20) von der Öffnungsstellung in die Schließstellung an dem Sitzbereich (24) zur Anlage kommt, um durch eine Kraftstoffabdichtung zwischen Dichtbereich (22) und Sitzbereich (24) das Einspritzen zu beenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sitzbereich (24) des
Düsenkörpers (12) mit einer Beschichtung (40) versehen ist.
2. Einspritzdüse (10) nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung (40) des
Sitzbereiches (24) des Düsenkörpers (12) eine Härte im Bereich von 10 bis 30 GPa besitzt.
3. Einspritzdüse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (40) des Sitzbereiches (24) des Düsenkörpers (12) als eine DLC-Schicht ausgebildet ist.
4. Einspritzdüse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (40) des Sitzbereiches (24) des Düsenkörpers (12) eine Dicke im Bereich von 1 pm bis 3 pm besitzt.
5. Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers (12) für einen Einspritzdüse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend die Schritte:
- Bereitstellen eines Rohlings,
- spanendes Bearbeiten des Rohlings zur Schaffung eines von einer
Innenseite (14) begrenzten Innenraumes des Düsenkörpers (12),
- Ausbilden des wenigstens einen die Innenseite (14) mit einer Außenseite (16) verbindenden Spritzloches (18) des Düsenkörpers (12), und - Beschichten eines auf der Innenseite (14) vorgesehenen Sitzbereiches (24) des Düsenkörpers (12).
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Beschichten unter Einsatz eines
CVD-Verfahrens erfolgt.
7. Verwendung einer Einspritzdüse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Einspritzen eines DME-Kraftstoffes in einen Brennraum (B) einer
Brennkraftmaschine.
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