BRENNSTOFFEINSPRITZVENTIL

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

[0002] Aus der EP 0 683 862 B1 ist ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, dessen Anker dadurch gekennzeichnet ist, daß die dem Innenpol zugewandte Ankeranschlagfläche geringfügig keilförmig ausgebildet ist, um die hydraulische Dämpfung beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils und die hydraulische Adhäsionskraft nach Abschaltung des die Magnetspule erregenden Stromes zu minimieren oder ganz zu unterbinden. Ferner ist durch geeignete Maßnahmen wie Bedampfen und Nitrieren die Anschlagfläche des Ankers verschleißfest gestaltet, so daß die Anschlagfläche während der gesamten Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils die gleiche Größe aufweist und die Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils nicht beeinträchtigt wird.

[0003] Nachteilig an dem aus der EP 0 683 862 B1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist vor allem die trotz der optimierten Ankeranschlagfläche nach wie vor vorhandene hydraulische Dämpfungskraft im Arbeitsspalt beim Anziehen des Ankers. Wird ein Erregerstrom an die Magnetspule angelegt, bewegt sich der Anker in Richtung des Innenpols und verdrängt dabei den zwischen dem Innenpol und dem Anker vorhandenen Brennstoff. Aufgrund von Reibungs- und Trägheitseffekten kommt es dabei zum Aufbau eines lokalen Druckfeldes, welches auf der Ankeranschlagfläche eine hydraulische Kraft erzeugt, die gegen die Bewegungsrichtung des Ankers wirkt. Dadurch verlängern sich die Öffnungs- und Zumeßzeiten des Brennstoffeinspritzventils.

[0004] Dokument DE 35 01 973 A1 beschreibt ein Brennstoffeinspritzventil mit einer Magnetanordnung mit einem magnetisierbaren Ring als festem Bauteil und eine Ventilanordnung mit einem beweglichen Bauteil. Durch Bestromen der Magnetanordnung wird das Ventil geöffnet, wobei die Oberfläche des beweglichen Bauteils mit der Oberfläche des festen Bauteils in Anlage gebracht wird. Wenigstens eine Anlageoberfläche weist zur Verringerung der Anlagefläche eine Anzahl von Rillen oder Vertiefungen auf, die durch spanlose Materialbearbeitung eingebracht sind. Diese Rillen oder Vertiefungen weisen in allen beschriebenen Ausführungsformen eine eckige Form auf. Diese Vertiefungen dienen dazu, die Menge von Brennstoff, die zwischen den beiden Anschlagflächen vorhanden ist, zu verringern. Dadurch wird die Adhäsion zwischen den Anschlagflächen verringert, sodass weniger Kraft zum Auseinanderziehen der Anschlagflächen beim Schließen des Ventils von der Rückstellfeder aufgewendet werden muss. Um den Abrieb und die Verformung an den Anlageflächen durch das stetige Aufeinanderstoßen zu verringern, müssen die Anlageflächen zusätzlich gehärtet oder mit einem besonders harten Material beschichtet werden. Um eine in ihrer Anschlagfläche verringerte und gleichzeitig gehärtete Anlagefläche zu erhalten, sind zwei getrennte Herstellungsschritte notwendig. Dies führt zu einem aufwändigen und kostenintensiven Herstellungsprozess. Auch erzeugen die kantigen Vertiefungen Verwirbelungen des Brennstoffes.

[0005] Die WO 95/16125 zeigt ebenfalls ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil, bei dem wenigstens ein Bauteil, das beim Öffnen des Ventils in Anlage mit einem zweiten Bauteil gebracht wird, eine gestufte, d.h. kantige Oberfläche aufweist, was wiederum zu Verwirbelungen führt.

Vorteile der Erfindung

[0006] Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Gestaltung der Oberflächenstruktur der auf den Anker aufgebrachten Beschichtung einerseits die Ankeranschlagfläche effektiv geschützt und andererseits die hydraulische Dämpfungskraft erheblich herabgesetzt wird, wodurch das Brennstoffeinspritzventil schneller geöffnet werden kann, was in präziseren Zumeßzeiten und -mengen sowie einer höheren Dauerlauffestigkeit resultiert.

[0007] Von Vorteil ist insbesondere, daß die Beschichtung erhöhte und vertiefte Bereiche aufweist, wobei die Höhendifferenz zwischen den Bereichen so bemessen ist, daß die vertieften Bereiche auch nach langem Betrieb noch unterhalb der erhöhten Bereiche verbleiben.

[0008] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

[0009] Der Höhenunterschied liegt dabei vorteilhafterweise zwischen 5 µm und 10 µm, was den normalen Abtrag nach der Einlaufphase übersteigt.

[0010] Vorteilhafterweise ist die Beschichtung aus einer oder mehreren Chromschichten aufgebaut.

Zeichnung

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2A

einen stark schematisierten, vergrößerten Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel eines neubeschichteten Ankers eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils; und

Fig. 2B

einen stark schematisierten, vergrößerten Ausschnitt aus dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel des Ankers nach einer längeren Laufphase.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0012] Bevor anhand der Fig. 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel eines Ankers eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils näher beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.

[0013] Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.

[0014] Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.

[0015] Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich der Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.

[0016] In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem Führungselement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.

[0017] An der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine Schweißnaht 35 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.

[0018] Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.

[0019] Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.

[0020] Fig. 2A zeigt in einer stark schematisierten, ausschnittsweisen Darstellung eine dem Innenpol 13 des Brennstoffeinspritzventils 1 zugewandte Ankeranschlagfläche 38. Der Anker 20 kann dabei wie in dem in Fig. 1 bereits näher beschriebenen Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein.

[0021] Die Ankeranschlagfläche 38 ist erfindungsgemäß mit einer Beschichtung 40 versehen, welche einerseits die Ankeranschlagfläche 38 sowie eine entsprechende Anschlagfläche 39 am Innenpol 13 vor Verschleiß schützt und andererseits durch ihre spezielle Oberflächenstruktur 41 für ein zügiges Abfließen des Brennstoffs beim Anziehen des Ankers 20 bei Bestromung der Magnetspule 10 sorgt und damit den Öffnungsvorgang des Brennstoffeinspritzventils 1 nicht stört. Zudem wird die Kavitation der Ankeranschlagfläche 38 sowie der Anschlagfläche 39 des Innenpols 13 verringert, da der Brennstoff nicht verwirbelt wird.

[0022] Die Oberflächenstruktur 41 weist dabei erhöhte und vertiefte Bereiche 42, 43 auf, welche durch ein entsprechendes Beschichtungsverfahren erzielt werden. Bevorzugt wird für die Beschichtung 40 Chrom verwendet, welches in mehreren Schichten auf die Ankeranschlagfläche 38 des Ankers 20 aufgebracht wird. Dadurch ergeben sich kalottenförmig erhabene Bereiche 42, zwischen welchen die vertieften Bereiche 43 ausgebildet sind.

[0023] Die Fläche, welche durch die wechselnden erhabenen und vertieften Bereiche 42, 43 als Ankeranschlagfläche 38 zur Verfügung steht, ist erwartungsgemäß kleiner als eine geschlossene Ankeranschlagfläche 38, so daß beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 ein verringertes hydraulisches Kleben zwischen der Ankeranschlagfläche 38 und der Anschlagfläche 39 des Innenpols 13 zu beobachten ist.

[0024] Andererseits wird die Oberflächenstruktur 41, wie aus Fig. 2B ersichtlich, nach einer Anfangsphase im Dauerbetrieb so weit abgetragen, daß sich eine stabile Oberflächenstruktur 41 mit nachfolgend sehr geringem Verschleiß einstellt (Einlaufen), welche trotzdem nach wie vor über die vertieften, als Entwässerung dienenden Bereiche 43 verfügt. Der Höhenunterschied, welcher zwischen den erhöhten und den vertieften Bereichen 42, 43 vor dem Einlaufen besteht, liegt dabei zwischen 5 und 10 µm und verringert sich gemäß den typischen Verschleißtiefen von ca. 4 bis 5 µm. Dadurch ist eine effektive Entwässerung der Ankeranschlagfläche 38 und zugleich eine große Kontaktfläche zwischen Ankeranschlagfläche 38 und Anschlagfläche 39 des Innenpols 13 gewährleistet.

[0025] Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen realisierbar. Die Beschichtung 40 kann z. B. alternativ oder zusätzlich auch an der Anschlagfläche 39 des Innenpols 13 vorgesehen sein.

Ansprüche

1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Magnetspule (10), einem in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (23) beaufschlagten Anker (20) und einer mit dem Anker (20) kraftschlüssig in Verbindung stehenden Ventilnadel (3), an der ein Ventilschließkörper (4) ausgebildet ist, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, wobei der Anker (20) mit einer Ankeranschlagfläche (38) an einer Anschlagfläche (39) eines Innenpols (13) der Magnetspule (10) anschlägt und die Ankeranschlagfläche (38) und/oder die Anschlagfläche (39) mit einer Beschichtung (40) versehen ist, wobei die Beschichtung (40) eine Oberflächenstruktur (41) mit erhöhten Bereichen (42) und vertieften Bereichen (43) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erhöhten Bereiche (42) kalottenförmig ausgebildet sind.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Höhenunterschied zwischen den erhöhten und den vertieften Bereichen (42, 43) so bemessen ist, dass er größer als ein durch Beanspruchung auftretender Abtrag der erhöhten Bereiche (42) ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Höhenunterschied zwischen 5 µm und 10 µm beträgt.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung (40) aus Chrom besteht.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung (40) aus mehreren Chromschichten aufgebaut ist.

Claims

1. Fuel injection valve (1) for fuel injection systems of internal combustion engines, having a magnet coil (10), having an armature (20) which is loaded in a closing direction by a restoring spring (33), and having a valve needle (3) which is connected in non-positively locking fashion to the armature (20), on which valve needle there is formed a valve closing body (4) which, together with a valve seat surface (6), forms a sealing seat, wherein the armature (20) abuts by way of an armature abutment surface (38) against an abutment surface (39) of an inner pole (13) of the magnet coil (10), and the armature abutment surface (38) and/or the abutment surface (39) are/is provided with a coating (40), wherein the coating (40) has a surface structure (41) with elevated regions (42) and recessed regions (43),
characterized
in that the elevated regions (42) are of spherical cap-like form.

2. Fuel injection valve according to Claim 1,
characterized
in that a height difference between the elevated and recessed regions (42, 43) is dimensioned so as to be greater than an extent to which the elevated regions (42) are abraded under loading.

3. Fuel injection valve according to Claim 2,
characterized
in that the height difference is between 5 µm and 10 µm.

4. Fuel injection valve according to one of Claims 1 to 3,
characterized
in that the coating (40) is composed of chromium.

5. Fuel injection valve according to Claim 4,
characterized
in that the coating (40) is constructed from multiple chromium layers.

Revendications

1. Soupape d'injection de carburant (1) pour des installations d'injection de carburant de moteurs à combustion interne, comprenant une bobine magnétique (10), une armature (20) précontrainte dans une direction de fermeture par un ressort de rappel (23) et une aiguille de soupape (3) en liaison par engagement par force avec l'armature (20), sur laquelle est réalisé un corps de fermeture de soupape (4), qui forme conjointement avec une surface de siège de soupape (6) un siège d'étanchéité, l'armature (20) butant avec une surface de butée d'armature (38) contre une surface de butée (39) d'un pôle intérieur (13) de la bobine magnétique (10) et la surface de butée d'armature (38) et/ou la surface de butée (39) étant munies d'un revêtement (40), le revêtement (40) présentant une structure de surface (41) avec des régions rehaussées (42) et des régions renfoncées (43),
caractérisée en ce que
les régions rehaussées (42) sont réalisées en forme de calottes.

2. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1,
caractérisée en ce
qu'une différence de hauteur entre les régions rehaussées et les régions renfoncées (42, 43) est dimensionnée de telle sorte qu'elle soit supérieure à un enlèvement des régions rehaussées (42) se produisant sous l'effet d'une précontrainte.

3. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2,
caractérisée en ce que
la différence de hauteur est comprise entre 5 µm et 10 µm.

4. Soupape d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisée en ce que
le revêtement (40) se compose de chrome.

5. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 4,
caractérisée en ce que
le revêtement (40) est constitué de plusieurs couches de chrome.

Zeichnung