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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
nach der im Obergriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Ein
derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der
DE 102 45 573 A1 bekannt.
Dabei ist in einem Ventilkörper
eine Bohrung ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen Ende von
einem konischen Ventilsitz begrenzt wird. In der Bohrung ist eine
kolbenförmige
Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet,
die an ihrem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche aufweist,
die zwei Konusflächen
umfasst. Im Bereich des Ventilsitzes ist wenigstens eine Einspritzöffnung vorgesehen,
die in Einbaulänge
des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine
mündet.
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Es
hat sich gezeigt, dass entlang des Dichtabschnitts zwischen der
Ventildichtfläche
und dem Ventilsitz ein relativ hoher Verschleiß auftreten kann, so dass infolge
dessen die motorrelevante Einspritzmengendrift erhöht wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen
zu schaffen, bei dem ein Verschleiß zwischen einer Ventilnadel
und einem Ventilsitz minimiert ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung sieht vor, ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
mit einem Ventilkörper,
in dem eine Bohrung ausgebildet ist, die an ihrem brennraumseitigen
Ende von einem Ventilsitz begrenzt ist, und mit einer Ventilnadel,
die in der Bohrung längsverschiebbar
geführt
ist und an ihrem dem Ventilsitz zugewandten Ende eine Ventildichtfläche zum
Zusammenwirken mit dem Ventilsitz aufweist, derart auszugestalten,
dass die Ventilnadel im Bereich der Ventildichtfläche und
der Ventilsitz im geschlossenen Ventilzustand mit abschnittsweise
unterschiedlicher Flächenpressung
in Kontakt stehen, wobei eine verschleißminimierende Oberflächenstruktur
an der Ventilnadel im Bereich der Ventildichtfläche und/oder an dem Ventilsitz
vorgesehen ist.
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Indem
die Oberfläche
der Ventilnadel und die Wandung der im Bereich des Ventilsitzes
lediglich abschnittsweise bzw. bereichsweise direkt aneinander gleiten
wird die Reibung und somit der Verschleiß zwischen diesen Bauteilen
bei einer Öffnungs-
und Schließbewegung
des Ventils vorteilhafterweise erheblich reduziert.
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Die
durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
verbesserten Schmierbedingungen bewirken durch die Verschleißreduktion
auch, dass die motorrelevante Einspritzmengendrift in vorteilhafter Weise
reduziert wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann
die Oberflächenstruktur
mit mehreren radialen Ausbuchtungen ausgebildet sein. Die Form und
Dimensionierung der Ausbuchtungen kann unterschiedlich ausgeführt werden,
wobei diese so zu wählen
sind, dass die Dichtheit des Ventils gewährleistet ist.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass die radialen Ausbuchtungen eine wenigstens annähernd wellenförmige Oberflächenstruktur
bilden.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine beispielsweise gleichmäßige Wellenform
als Oberflächenstruktur besonders
vorteilhaft auf die Reduzierung des Verschleißes auswirkt, wobei die wellenförmig ausgebildete
Oberflächenstruktur
vorzugsweise ventilnadelseitig vorgesehen ist. Es ist jedoch grundsätzlich auch
denkbar, dass die Wellenform bohrungsseitig vorgesehen wird.
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Die
wellenförmige
Oberflächenstruktur
kann sich teilweise oder vollständig über den
Umfang der Ventilnadel erstrecken, so dass diese im Querschnitt eine
wenigstens annähernd
wellenförmige
Außenkontur
mit Dichtungsabschnitten aufweist.
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Grundsätzlich hat
es sich im Hinblick auf gute Schmierbedingungen als vorteilhaft
erwiesen, wenn die wellenförmige
Oberflächenstrukturen
nicht mikroskopische Oberflächenstrukturen
darstellen, sondern makroskopische, d. h. großskalige Oberflächenstrukturen.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die verschleißmindernde,
insbesondere wellenförmige
Oberflächenstruktur
durch Schleifen hergestellt.
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Besonders
einfach kann durch geeignete Prozessparameter eine für den jeweiligen
Anwendungsfall optimale wellenförmige
Struktur in die Oberfläche
der Ventilnadel eingeschliffen werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffeinspritzventils sind der Beschreibung, der Zeichnung
und den Patentansprüchen
entnehmbar.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines
Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung, welches in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert wird,
schematisch vereinfacht gezeigt. Es zeigen:
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1 einen
vereinfachten Längsschnitt durch
ein Kraftstoffeinspritzventil; und
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2 einen
stark schematisierten Querschnitt durch eine Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils
der 1 entlang der Linie I-I in 1, wobei die
in Alleinstellung gezeigte Ventilnadel eine verschleißminimierende
Oberflächenstruktur
aufweist.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
eine vorteilhafte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 1 bereichsweise
im Längsschnitt
gezeigt. Das dargestellte Kraftstoffeinspritzventil 1 umfasst
einen gehäuseartigen
Ventilkörper 10,
in dem eine axiale Bohrung 2 ausgebildet ist, die an ihrem
brennraumseitigen Ende von einem konischen Ventilsitz 3 begrenzt
wird.
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Im
Bereich des Ventilsitzes 3 gehen von der Bohrung 2 mehrere
Einspritzöffnungen 4 ab,
von denen eine Einspritzöffnung
in 1 dargestellt ist und die in Einbaulänge des
Kraftstoffeinspritzventils in den nicht weiter dargestellten Brennraum
einer Brennkraftmaschine münden.
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Zur
Steuerung der Einspritzung ist in der Bohrung 2 eine im
Wesentlichen kolbenförmige
Ventilnadel 6 angeordnet, die abschnittsweise entlang eines
Führungsbereiches 7 in
der Bohrung 2 längsverschiebbar
geführt
ist. Ausgehend von dem Führungsbereich 7 verjüngt sich
die Ventilnadel 6 unter Bildung einer Druckschulter 8 und
geht an ihrem brennraumseitigen Ende in eine korrespondierend zur
Geometrie des Ventilsitzes 3 ausgebildete Ventildichtfläche 5 über.
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Die
Ventildichtfläche 5 umfasst
bei der gezeigten Ausführung
zwei Konusflächen 17, 18,
welche in Schließstellung
der Ventilnadel 6 und Anlage der Ventildichtfläche 5 an
dem Ventilsitz 3 als Dichtung wirken, so dass sie einen
Kraftstofffluss aus einem zwischen der Ventilnadel 6 und
der Innenwand der Bohrung 2 ausgebildeten Druckraum 9 an
die Einspritzöffnungen 4 unterbinden.
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Der
Druckraum 9 ist auf Höhe
der in brennraumabgewandter Richtung querschnittserweiternden Druckschulter 8 der
Ventilnadel 6 radial erweitert, wobei in die radiale Erweiterung
des Druckraumes 9 ein im Ventilkörper 10 verlaufender
Zulaufkanal 14, über
den der Druckraum 9 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden
kann, mündet.
An ihrem dem Brennraum abgewandten Ende wird die Ventilnadel 6 von
einer konstanten oder variablen Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes 3 beaufschlagt.
Eine geeignete elektromagnetische oder piezoelektrische Aktuatorik
mit gegebenenfalls erforderlichen Hydraulikkammern und Federn ist
hinreichend bekannt und in der 1 nicht
weiter dargestellt.
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Erfindungsgemäß stehen
bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil 1 die Ventildichtfläche 5 der
Ventilnadel 6 und eine der Oberfläche 11 der Ventilnadel 6 und
der Ventilsitz 3 mit abschnittsweise unterschiedlicher
Flächenpressung
in Kontakt. Auf diese Weise wird der Verschleiß im Bereich der Ventildichtfläche 5 bzw.
des Ventilsitzes 3 erheblich reduziert, so dass damit auch
die motorrelevante Einspritzmengendrift bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 verringert
werden kann.
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In 2 ist
eine mögliche
Ausführungsform der
Oberflächenstruktur
der Ventilnadel 6 dargestellt. Die Ventilnadel 6 weist
im Bereich der Ventildichtfläche 5 eine
Oberfläche 11 auf,
welche bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wellenförmig
mit sich in Längsrichtung
der Ventilnadel 6 verlaufenden radialen Ausbuchtungen in
Form von Vertiefungen 15 und Erhebungen 16 ausgebildet
ist. Die Vertiefungen 15 und Erhebungen 16 sind
hier zur Verdeutlichung stark überzeichnet
dargestellt und in Realität
im Mikrometerbereich ausgeführt,
so dass die Dichtheit des Ventilsitzes sichergestellt ist.
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Dieses
Oberflächenprofil,
welches auf einfache Weise durch einen Wellenschliff auf die Oberfläche 11 der
Ventilnadel 6i aufgebracht ist, ist dabei so gewählt, dass
die Umgangskontur in abgelegter Form eine Sinuslinie bildet. Die
Anzahl der Vertiefungen 15 und Erhebungen 16 ist
in der 2 nur beispielhaft und kann bei anderen Ausführungen
abweichen.
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Das
durch Schleifen an der Ventilnadel 6 ausgebildete Oberflächenprofil
mit Vertiefungen 15 und Erhebungen 16 erstreckt
sich bei der gezeigten Ausführung
nur über
den Bereich der Ventildichtkonen 5 der Ventilnadel 6,
jedoch ist es in anderen Ausführungen
auch möglich,
dass sich das verschleißmindernde
Oberflächenprofil
axial über
einen weiteren Abschnitt der Ventilnadel erstreckt.