Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Eine solche Kraftstoffeinspritzdüse ist beispielsweise durch die DE 4222 137 A1 bekannt geworden.

Bei solchen unter der Bezeichnung "Lochdüsen" bekannten Einspritzdüsen werden die in die Brennkammer eingespritzten Kraftstoffstrahlen durch die Spritzlöcher geformt, die durch Feinbohren, Erodieren oder Laserbohrung hergestellt werden. Die Anforderungen des Gesetzgebers zur Reduktion von Emissionen und Verbrauch zum Schutz der Umwelt erfordern hohe Genauigkeiten bei der Spritzlochgeometrie. Der Trend geht zu immer kleiner werdenden Spritzlochaustrittsdurchmesser mit zum Teil hohen Konizitäten (k-Faktor-Düsen, ks- Düsen). Durch Verbrennungsablagerungen auf der Düse und in den Sprilzlöchem wird der Düsendurchfluss (Durchflussbeiwert μ) bzw. die eingespritzte Menge durch die sogenannte „Verkokung" reduziert. Bei kleiner werdenden Spritzlochaustrittsdurchmessern wird die durch Verkokung reduzierte Durchtrittsfläche prozentual kleiner, d.h., die Empfindlichkeit der Einspritzsysteme auf gleiche Verkokung nimmt zu. Einspritzsysteme mit Dieselpartikelfilter erfahren zudem eine Additivierung des Kraftstoffs, was sich zusätzlich nachteilig auf die Verkokungsπeigung auswirkt. Das kombinierte Auftreten der oben genannten Probleme erschwert die Darstellung eines stabilen Durchflusses über der Laufzeit.

Aus der eingangs genannten DE 4222 137 A1 ist es bekannt, den Lochdurchmesser der Spritzlöcher durch eine Beschichtung zu verengen, die auf die Lochwandung aufgebracht wird. Diese Beschichtung besteht aus einem Hartstoff wie z.B. Chrom, Nickel oder dergleichen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, dass die Empfindlichkeit gegenüber Verkokung reduziert oder ganz vermieden wird, indem die gesamte Spritzlochwandung oder Teilbereiche davon mit einer Anti-Verkokungsbeschichtung beschichtet werden.

Eine solche Anti-Verkokungsbeschichtung kann eine Schicht mit einer geringen Oberflächenspannung, z.B. aus Polytetrafluorethan (Teflon), aufweisen, welche verhindert, dass sich Feststoffe auf dieser Schicht und damit auf der Wandung des Spritzlochs ablagern. Alternativ oder zusätzlich kann die Anti- Verkokungsbeschichtung eine Schicht mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit umfassen, welche derart ausgestaltet ist, dass Wärme aus für die Verkokung besonders kritischen Bereichen des Spritzlochs abgeführt wird. Durch eine elektrisch leitfähige Schicht im oder am Spritzloch kann die Ablagerung kohlenstoffhaltiger Verbindungen ebenfalls vermindert werden. Auch kann die Anti-Verkokungsbeschichtung eine Schicht mit einer katalytischen Wirkung aufweisen, durch die eine katalytische Beseitigung der anhaftenden Partikel erreicht werden kann. Durch Aufbringen mehrerer Schichten der oben genannten Art in unterschiedlichen Teilbereichen des Spritzlochs können die vorteilhaften Eigenschaften dieser Schichten geeignet kombiniert werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des brennraumseitigen Endes einer Einspritzdüse mit zwei Spritzlöchem.-die jeweils ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anti- Verkokungsbeschichtung aufweisen;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt der in Fig. 1 gezeigten Einspritzdüse im Bereich eines Spritzlochs; und

Fig. 3 einen Längsschnitt eines Spritzlochs mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Anti-Verkokungsbeschichtung in einer Darstellung analog zu Fig.2; und

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Spritzlochs mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Anti-Verkokungsbeschichtung in einer Darstellung analog zu Fig.2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Düsenkörper 1 nach Fig. 1 hat im Bereich seines brennraumseitigen Endes einen konischen Ventilsitz 2, mit dem ein Schließkonus 3 einer im Düsenkörper 1 verschiebbar geführten, von einer Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes 2 belasteten Ventilnadel 4 zusammenwirkt. In Kraftstoffströmungs¬ richtung stromabwärts des Ventilsitzes 2 schließt sich in einer Kuppe 5 des Düsenkörpers 1 ein Sackloch 6 an, von dem aus ein oder mehrere die Wand der Kuppe 5 durchdringende Spritzlöcher 10 abgehen. Der Einlauf der Spritzlöcher 10 kann auch im Bereich des Ventilsitzes 2 liegen, und je nach Gestaltung des Brennraums der Brennkraftmaschine können ein oder mehrere Spritzlöcher 10 mit verschiedenen Spritzrichtungen zur Längsachse der Einspritzdüse angeordnet sein.

Die Spritzlöcher 10, die den unter hohem Druck durchströmenden Kraftstoff zu feinen Strahlen formen, weisen ausgehend vom Spritzlocheintritt 11 bis zum Spritzlochaustritt 12 die Form eines sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kegelstumpfs auf. Die Querschnittsfläche des Spritzlochs 10 hat, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in der Nähe des Spritzlocheintritts 11 einen Durchmesser D1 und nimmt bis zum Spritzlochaustritt auf einen Durchmesser D2 ab, wobei der mittlere Durchmesser des Spritzlochs bei ca. 0,2 bis 0,1 mm liegt. In der dem Spritzlochaustritt 12 nahen Endabschnitt des Spritzlochs 10 sowie in den brennraumseitigen Randbereichen des Spritzlochaustritts 12 ist eine Anti- Verkokungsbeschichtung 7 aufgebracht. Die Länge, über die die Anti- Verkokungsbeschichtung 7 im dem Spritzlochaustritt 12 nahen Abschnitt aufgebracht ist, ist, bezogen auf die Länge L des Spritzlochs 10, relativ gering. Durch die Beschränkung der Anti-Verkokungsbeschichtung 7 auf diesen für die Verkokung besonders kritischen Bereich kleiner Spritzlochdurchmesser kann Beschichtungsmaterial eingespart werden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten, alternativen Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzdüse ist eine Anti-Verkokungsbeschichtung 8 über die gesamte Länge des Spritzlochs 10 aufgebracht. Hierdurch wird eine wirksame Verkokungsreduktion über die gesamte Länge des Spritzlochs 10 erreicht.

Die Anti-Verkokungsbeschichtung 7, 8 besteht aus einer Teflon-Schicht. Wird eine solche Schicht mit einem Feststoff benetzt, so ist nur eine geringe Benetzung des Feststoffes zu beobachten. So perlen z.B. Wassertropfen auf einer Teflonoberfläche leichter ab als auf einer Metalloberfläche. Eine Beschichtung des Spritzlochs 10 mit einer Schicht 7, 8, die eine geringe Oberflächenspannung aufweist, führt daher zu einer Reduzierung der Anhaftneigung von Partikeln aus Kohlenstoffverbindungen und reduziert damit die Verkokung.

Alternativ kann die Anti-Verkokungsbeschichtung 7, 8 aus einer Schicht mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, z.B. Diamant oder diamantartigem Kohlenstoff (diamond like carbon) bestehen. Ablagerungsvorgänge von kohlenstoffhaltigen Verbindungen (Verkokung) sind temperaturbestimmt, d.h., dass sich an „kälteren" Stellen mehr kohlenstoffhaltige Verbindungen als an „wärmeren" Stellen ablagern können. Eine Beschichtung des Spritzlochs 10 oder seiner Randbereiche mit einer wärmeleitenden Schicht führt zu einer anderen Temperaturverteilung im oder am Spritzloch 10 und damit zu einer anderen Verteilung der Ablagerungen aus kohlenstoffhaltigen Verbindungen. Selbst wenn hierdurch gegebenenfalls die Gesamtbelastung an kohlenstoffhaltigen Verbindungen nicht reduziert wird, so kann wenigstens die Verteilung so gestaltet werden, dass das System robuster gegen Verkokung wird, z.B. indem Wärme aus dem in der Nähe des Spritzlochaustritts 12 gelegenen Abschnitt des Spritzlochs 10 mit geringem Durchmesser in den in der Nähe des Spritzlocheintritts 11 gelegenen Abschnitt des Spritzlochs 10 mit größerem Durchmesser abgeführt wird.

Weiterhin kann die Anti-Verkokungsbeschichtung 7, 8 als eine elektrisch leitende Schicht, z.B. aus Metall oder leitenden Polymeren, ausgebildet sein. Durch eine vorgegebene elektrische Spannung kann dann eine bevorzugte Ablagerung von kohlenstoffhaltigen Verbindungen erreicht werden. Zum Beispiel kann eine Kombination aus einer elektrisch leitfähigen, Schicht im und am Spritzloch und einer geringen elektrischen Spannung an der Düse bzw. am Injektor zu einer gehäuften Ablagerung von Partikeln außerhalb des Spritzlocheinlaufs führen.

Weiterhin kann die Anti-Verkokungsbeschichtung 7, 8 aus einer keramischen, katalytischen Beschichtung im oder am Spritzloch 10 bestehen, wodurch eine katalytische Beseitigung der anhaftenden Partikel erreicht wird. Oben genannte Eigenschaften lassen sich bei Bedarf sinnvoll ergänzen, indem die Anti-Verkokungsbeschichtung, wie in Fig.4 gezeigt, aus mehreren Teilbereichen mit Beschichtungen 8a, 8b aus unterschiedlichen Materialien gebildet wird. So kann z.B. in einem ersten Abschnitt des Spritzlochs 10 eine Beschichtung 8a mit einer geringen Oberflächenspannung und in einem zweiten Abschnitt eine Beschichtung 8b mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit aufgebracht ist.

Die Anti-Verkokungsbeschichtung 7, 8, 8a, 8b kann während der Herstellung des Spritzlochs 10 durch geeignete Wahl von Prozessgasen oder nach deren Herstellung z.B. durch ein Plasmaverfahren oder plasmaunterstütztes Verfahren aufgebracht werden.