AT508050B1 - DEVICE FOR INJECTING FUEL IN THE COMBUSTION ENGINE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

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AT508050B1 AT4652009A AT4652009A AT508050B1 AT 508050 B1 AT508050 B1 AT 508050B1 AT 4652009 A AT4652009 A AT 4652009A AT 4652009 A AT4652009 A AT 4652009A AT 508050 B1 AT508050 B1 AT 508050B1
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Description

österreichisches Patentamt AT 508 050 B1 2011-09-15Austrian Patent Office AT 508 050 B1 2011-09-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend eine Einspritzdüse mit einer axial verschieblichen Düsennadel, welche zur Steuerung ihrer Öffnungs- und Schließbewegung von dem in einem mit Kraftstoff gefüllten Steuerraum herrschenden Druck in axialer Richtung beaufschlagbar ist, wobei der Druck im Steuerraum über ein wenigstens einen Zu- oder Ablaufkanal für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Steuerventil gesteuert wird, bei welchem mit einem Betätigungsglied ein gegen eine Sitzfläche eines Ventilsitzes pressbares Ventilschließglied gekuppelt ist, wobei das Ventilschließglied auf der dem Ventilsitz zugewandten Seite im Axialschnitt gesehen eine gekrümmte Oberfläche aufweist und der Ventilsitz eine die Verschleißfestigkeit erhöhende Beschichtung aufweist.The invention relates to a device for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine comprising an injection nozzle with an axially displaceable nozzle needle, which can be acted upon in the axial direction to control its opening and closing movement of the pressure prevailing in a fuel-filled control chamber in which the pressure in the control chamber is controlled by a control valve which opens or closes at least one inlet or outlet channel for fuel, in which an actuator closes a valve closure member which can be pressed against a seat surface of a valve seat, the valve closure member being in axial section on the side facing the valve seat seen has a curved surface and the valve seat has a wear resistance increasing coating.

[0002] Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Steuerventils für eine Einspritzvorrichtung.Furthermore, the invention relates to a method for producing a control valve for an injection device.

[0003] Bei servogesteuerten Einspritzinjektoren für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Common-Rail Einspritzsystemen, erfolgt die Steuerung der Einspritzung mit Hilfe eines Magnetventils. Das Magnetventil steuert den Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum einer Einspritzdüse. Um hohe Lebensdauern auch bei schlechten Kraftstoffqualitäten gewährleisten zu können, kann das Magnetventil vorzugsweise als Kugelventil ausgebildet sein. Dabei kann der kegelige Ventilsitz zur weiteren Erhöhung der Lebensdauer beschichtet werden, beispielsweise mit Titannitrid oder mit Chromnitrid.In servo-controlled injection injectors for internal combustion engines, in particular in common-rail injection systems, the control of the injection takes place by means of a solenoid valve. The solenoid valve controls the outflow of fuel from the control chamber of an injection nozzle. In order to ensure high lifetimes even with poor fuel qualities, the solenoid valve may preferably be designed as a ball valve. In this case, the conical valve seat can be coated to further increase the service life, for example with titanium nitride or with chromium nitride.

[0004] Das Dokument DE 197 38 351 A1 zeigt und beschreibt einen Ventilsitz bei einem Speicherkraftstoffeinspritzsystem, wobei zur Verminderung des Verschleißes verschleißfeste Materialien zum Einsatz gelangen.The document DE 197 38 351 A1 shows and describes a valve seat in a storage fuel injection system, wherein wear-resistant materials are used to reduce wear.

[0005] In der WO 2004/033895 A1 ist ein Einspritzventil gezeigt, in welchem ein Ventilschließkörper mit einer Sitzfläche zusammenwirkt, wobei gewisse Flächen des Einspritzventils mit einer korrosionshemmenden und/oder reibungsmindernden Schicht beschichtet sind.In WO 2004/033895 A1 an injection valve is shown, in which a valve closing body cooperates with a seat surface, wherein certain surfaces of the injection valve are coated with a corrosion-inhibiting and / or friction-reducing layer.

[0006] Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines modularen Common-Rail-Einspritzsystems gemäß dem Stand der Technik. Aus dem Kraftstofftank 1 wird mit einer Vorförderpumpe 2 Kraftstoff angesaugt und von der Hochdruckpumpe 3 auf den erforderlichen Systemdruck gebracht und dem Einspritzinjektor 4 zugeführt. Der Injektor 4 besteht aus einer Einspritzdüse 5, einer Drosselplatte 6, einem Magnetventil 7, einem mit einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) ausgestatteten Injektorkörper 8 und eine Düsenspannmutter 9, die die Teile zusammenhält. Im Ruhezustand ist das Magnetventil 7 geschlossen, sodass Hochdruckkraftstoff aus der Hochdruckbohrung 10 über die Quernut 11 und die Zulaufdrossel 12 in den Steuerraum 13 der Düse 5 strömt, der Abfluss aus dem Steuerraum 13 über die Ablaufdrossel 14 aber am Ventilsitz 15 des Magnetventils 7 blockiert ist. Der im Steuerraum 13 anliegende Systemdruck drückt gemeinsam mit der Kraft der Düsenfeder 16 die Düsennadel 17 in den Düsennadelsitz 18, sodass die Spritzlöcher 24 verschlossen sind.Fig. 1 shows the schematic structure of a modular common rail injection system according to the prior art. From the fuel tank 1 2 fuel is sucked with a prefeed pump and brought from the high pressure pump 3 to the required system pressure and fed to the injection injector 4. The injector 4 consists of an injection nozzle 5, a throttle plate 6, a solenoid valve 7, a (not shown) with a high-pressure accumulator equipped injector body 8 and a nozzle lock nut 9, which holds the parts together. In the idle state, the solenoid valve 7 is closed, so that high-pressure fuel from the high-pressure bore 10 via the transverse groove 11 and the inlet throttle 12 flows into the control chamber 13 of the nozzle 5, the outflow from the control chamber 13 via the outlet throttle 14 but is blocked on the valve seat 15 of the solenoid valve 7 , The voltage applied in the control chamber 13 system pressure presses together with the force of the nozzle spring 16, the nozzle needle 17 in the nozzle needle seat 18, so that the injection holes 24 are closed.

[0007] Wird das Magnetventil 7 betätigt, indem der Elektromagnet 25 angesteuert und das Magnetventilglied 27 gegen die Kraft der Magnetventilfeder 26 aus dem Ventilsitz 15 gehoben wird, gibt es den Durchfluss über den Ventilsitz 15 frei, und Kraftstoff strömt aus dem Steuerraum 13 durch die Ablaufdrossel 14, den Magnetventilankerraum 19, die Ablaufspalte 20, die Entlastungsbohrung 21 und die Niederdruckbohrung 22 zurück in den Kraftstofftank 1. Es stellt sich ein durch die Strömungsquerschnitte von Zulaufdrossel 12 und Ablaufdrossel 14 definierter Gleichgewichtsdruck im Steuerraum 13 ein, der so gering ist, dass der im Düsenraum 23 anliegende Systemdruck die im Düsenkörper 29 längs verschieblich geführte Düsennadel 17 zu öffnen vermag, sodass die Spritzlöcher 24 freigegeben werden und die Einspritzung erfolgt.If the solenoid valve 7 is actuated by the solenoid 25 is controlled and the solenoid valve member 27 is lifted against the force of the solenoid valve spring 26 from the valve seat 15, it releases the flow through the valve seat 15, and fuel flows from the control chamber 13 through the Outlet throttle 14, the solenoid valve armature chamber 19, the outlet column 20, the discharge hole 21 and the low-pressure bore 22 back into the fuel tank 1. It sets a defined by the flow cross sections of inlet throttle 12 and outlet throttle 14 equilibrium pressure in the control chamber 13, which is so low that the system pressure applied in the nozzle chamber 23 is able to open the nozzle needle 17, which is guided longitudinally displaceably in the nozzle body 29, so that the injection holes 24 are released and the injection takes place.

[0008] Fig. 2 zeigt in einer Vergrößerung den Sitzbereich des Magnetventils. Die Ventilplatte 6, die in einer alternativen Ausprägung auch gleichzeitig die Drosselplatte des Injektors sein kann, ist im Bereich des Ventilsitzes 31 kegelig ausgebildet. Zur Erhöhung der Lebensdauer des 1/10 österreichisches Patentamt AT 508 050 B1 2011-09-15Fig. 2 shows in an enlargement the seating area of the solenoid valve. The valve plate 6, which may also be the throttle plate of the injector in an alternative embodiment, is conical in the region of the valve seat 31. To increase the service life of the 1/10 Austrian Patent Office AT 508 050 B1 2011-09-15

Magnetventils ist in diesem kegeligen Bereich eine Beschichtung 32 aufgebracht, beispielsweise TiN oder CrN. Im Neuzustand ruht die Ventilkugel 30 derart am Ventilsitz 15, dass sich theoretisch eine Linienberührung zwischen Ventilkugel 30 und Ventilsitz 15 ergibt. Aufgrund der Belastung der Kugel durch das Ventilglied 27 kommt es daher hier schnell zu Verschleiß, der an dieser Stelle die Dicke der Beschichtung verringert.Solenoid valve, a coating 32 is applied in this conical region, for example TiN or CrN. When new, the valve ball 30 rests on the valve seat 15 in such a way that, theoretically, a line contact between the valve ball 30 and the valve seat 15 results. Due to the load of the ball through the valve member 27, it comes here quickly to wear, which reduces the thickness of the coating at this point.

[0009] Fig. 3 zeigt den Zustand des Ventilsitzes nach moderater Laufzeit des Ventils. Die Linienberührung am Ventilsitz 15 hat sich aufgrund von Verschleiß zu einem Sitzbereich, d.h. zu einer Sitzfläche 31 entwickelt.Fig. 3 shows the state of the valve seat after a moderate running time of the valve. The line contact on the valve seat 15 has deteriorated due to wear to a seating area, i. developed into a seat 31.

[0010] Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Ventilplatte 6 im Sitzbereich 31. Man erkennt, dass sich die anfängliche Beschichtungsdicke, die vorzugsweise bei Neuteilen 2 bis 5 pm. beträgt, im Sitzbereich 31 stark reduziert (33). Schlimmstenfalls kann bereits nach kurzer Laufzeit die vorhandene Schichtdicke komplett aufgebraucht sein, sodass im Bereich 31 bereits nach kurzer Zeit der Grundwerkstoff hervortritt und die weitere Haltbarkeit des Sitzes nicht mehr gegeben ist.Fig. 4 shows a section of the valve plate 6 in the seating area 31. It can be seen that the initial coating thickness, preferably at new parts 2 to 5 pm. is greatly reduced in seating area 31 (33). In the worst case, the existing layer thickness can be completely used up even after a short period of time, so that in area 31 the base material already emerges after a short time and the further durability of the seat is no longer given.

[0011] Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, die Schädigung des Ventilsitzes und insbesondere der dort aufgebrachten Beschichtung zu verringern.The present invention now aims to reduce the damage to the valve seat and in particular the coating applied there.

[0012] Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung der eingangs genannten Art im Wesentlichen derart weitergebildet, dass die Sitzfläche des Ventilsitzes eine der Krümmung des Ventilschließglieds im Wesentlichen entsprechende Krümmung aufweist und die Beschichtung im gekrümmten Bereich der Sitzfläche mit einer gleichmäßigen Schichtdicke ausgebildet ist. Dadurch, dass die Sitzfläche des Ventilsitzes eine der Krümmung des Ventilschließglieds im Wesentlichen entsprechende Krümmung aufweist, wird ein Flächenkontakt zwischen dem Ventilschießglied und der Sitzfläche des Ventilsitzes sichergestellt, sodass es zu einer Druckverteilung über eine größere Fläche kommt und Druckspitzen an der Sitzfläche vermieden werden. Es kommt an der Sitzfläche daher nicht zu einer lokalen Überbeanspruchung und damit zusammenhängend auch nicht zu einem starken Verschleiß der Beschichtung. Dadurch, dass die Beschichtung im gekrümmten Bereich der Sitzfläche mit einer gleichmäßigen Schichtdicke ausgebildet ist, ergeben sich gleichmäßige Verhältnisse über die gesamte Sitzfläche, wodurch die Lebensdauer des Ventils wesentlich erhöht wird.To achieve this object, the device of the type mentioned is substantially further developed such that the seat surface of the valve seat has a curvature of the valve closure member substantially corresponding curvature and the coating is formed in the curved region of the seat with a uniform layer thickness. Characterized in that the seat surface of the valve seat has a curvature of the valve closure member substantially corresponding curvature, surface contact between the valve shooting member and the seat surface of the valve seat is ensured so that there is a pressure distribution over a larger area and pressure peaks on the seat can be avoided. It comes on the seat therefore not to a local overuse and, consequently, not to a heavy wear of the coating. The fact that the coating is formed in the curved region of the seat with a uniform layer thickness, resulting in uniform conditions over the entire seat, whereby the life of the valve is significantly increased.

[0013] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Ventilschließglied von einer Kugel gebildet. Die Krümmung des gekrümmten Bereichs der Sitzfläche weist in diesem Fall eine dem Kugelradius im Wesentlichen entsprechenden Krümmungsradius auf.According to a preferred embodiment, the valve closure member is formed by a ball. The curvature of the curved portion of the seat surface in this case has a radius of curvature substantially corresponding to the radius of the ball.

[0014] Mit Vorteil ist die Krümmung der Sitzfläche in einem kegeligen Bereich des Ventilsitzes ausgebildet.Advantageously, the curvature of the seat is formed in a tapered region of the valve seat.

[0015] Die Beschichtung umfasst bevorzugt Titannitrid oder Chromnitrid, wobei die Beschichtung im Bereich der gekrümmten Sitzfläche bevorzugt ein Schichtdicke von wenigstens 2 pm, höchstens, 10 pm aufweist.The coating preferably comprises titanium nitride or chromium nitride, wherein the coating in the region of the curved seat surface preferably has a layer thickness of at least 2 pm, at most, 10 pm.

[0016] Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Steuerventils wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung derart vorgegangen, dass die Ventilplatte von einem die gewünschte Krümmung aufweisenden Prägekörper beaufschlagt wird und die gekrümmte Sitzfläche durch Eindrücken des Prägekörpers in die Ventilplatte hergestellt wird und dass danach die gekrümmte Sitzfläche mit einer Beschichtung mit gleichmäßiger Dicke versehen wird.For the preparation of the control valve according to the invention, the procedure according to a further aspect of the invention is such that the valve plate is acted upon by a desired curvature having embossing body and the curved seat is made by pressing the embossing body in the valve plate and that then the curved seat with a coating of uniform thickness is provided.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 5 den Vorbereitungsprozess zu einer beschichteten Ventilplatte und Fig. 6 eine Ventilplatte, die nach Fig. 5 vorbehandelt und beschichtet wurde.The invention will now be described with reference to the drawing schematically illustrated embodiment. 5 shows the preparation process for a coated valve plate, and FIG. 6 shows a valve plate which has been pretreated and coated according to FIG. 5.

[0018] In Fig. 5 ist die Ventilplatte 6 des in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Einspritzinjektors dargestellt, der ursprünglich einen kegeligen Ventilsitz 15 aufweist. Zur Erzeugung einer gekrümmten Sitzfläche 31 wird vor der Beschichtung der Ventilplatte eine Prägekugel 34 in den kegeligen Teil der Ventilplatte 6 eingelegt und mit einer Kraft 35 beaufschlagt, die derart ge- 2/10In Fig. 5, the valve plate 6 of the injection injector shown in Figs. 1 to 4 is shown, which originally has a tapered valve seat 15. In order to produce a curved seat surface 31, a stamping ball 34 is inserted into the conical part of the valve plate 6 before the coating of the valve plate and subjected to a force 35 which is such

Claims (10)

österreichisches Patentamt AT 508 050 B1 2011-09-15 wählt ist, dass es dabei zu einer deutlichen Verformung ("Prägen") des kegeligen Teils kommt. [0019] Fig. 6 zeigt eine Ventilplatte 6, die nach Fig. 5 vorbehandelt und beschichtet wurde. Eine derart vorbehandelte Ventilplatte 6 besitzt bereits im Neuzustand einen eindeutigen Sitzbereich 31 wobei auch im Sitzbereich 31 eine gleichmäßige Schichtdicke 33 gegeben ist. Bei Inbetriebnahme des Ventils mit einer derart vorbereiteten Ventilplatte 6 kommt es daher nicht zu anfänglich starkem Verschleiß im Sitzbereich 31, und die Lebensdauer der Beschichtung 32 wird dadurch signifikant erhöht. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend eine Einspritzdüse mit einer axial verschieblichen Düsennadel, welche zur Steuerung ihrer Öffnungs- und Schließbewegung von dem in einem mit Kraftstoff gefüllten Steuerraum herrschenden Druck in axialer Richtung beaufschlagbar ist, wobei der Druck im Steuerraum über ein wenigstens einen Zu- oder Ablaufkanal für Kraftstoff öffnendes o-der schließendes Steuerventil gesteuert wird, bei welchem mit einem Betätigungsglied ein gegen eine Sitzfläche eines Ventilsitzes pressbares Ventilschließglied gekuppelt ist, wobei das Ventilschließglied auf der dem Ventilsitz zugewandten Seite im Axialschnitt gesehen eine gekrümmte Oberfläche aufweist und der Ventilsitz eine die Verschleißfestigkeit erhöhende Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (31) des Ventilsitzes (15) eine der Krümmung des Ventilschließglieds (30) im Wesentlichen entsprechende Krümmung aufweist und die Beschichtung (32) im gekrümmten Bereich der Sitzfläche (31) mit einer gleichmäßigen Schichtdicke ausgebildet ist.Austrian Patent Office AT 508 050 B1 2011-09-15 chooses that there is a significant deformation (" embossing ") of the tapered part. Fig. 6 shows a valve plate 6, which has been pretreated and coated according to FIG. 5. Such a pretreated valve plate 6 has already in the new state a unique seating area 31 wherein also in the seating area 31 a uniform layer thickness 33 is given. Upon start-up of the valve with such a prepared valve plate 6, therefore, there is no initial strong wear in the seating area 31, and the life of the coating 32 is thereby increased significantly. 1. An apparatus for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine comprising an injection nozzle with an axially displaceable nozzle needle which can be acted upon to control its opening and closing movement of the pressure prevailing in a fuel-filled control chamber pressure in the axial direction, wherein the pressure in Control chamber via an at least one inlet or outlet channel for fuel-opening o-the closing control valve is controlled in which an actuator against a seat surface of a valve seat compressible valve closure member is coupled, wherein the valve closing member seen on the valve seat side in axial section a curved Has surface and the valve seat has a wear resistance-increasing coating, characterized in that the seat surface (31) of the valve seat (15) one of the curvature of the valve closure member (30) substantially entsprec Having continuous curvature and the coating (32) is formed in the curved portion of the seat surface (31) with a uniform layer thickness. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (30) von einer Kugel gebildet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the valve closing member (30) is formed by a ball. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Sitzfläche (31) in einem kegeligen Bereich des Ventilsitzes (15) ausgebildet ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the curvature of the seat surface (31) is formed in a conical region of the valve seat (15). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (32) Titannitrid oder Chromnitrid umfasst.4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the coating (32) comprises titanium nitride or chromium nitride. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (32) im Bereich der gekrümmten Sitzfläche (31) ein Schichtdicke von wenigstens 2 pm, höchstens, 10 pm aufweist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coating (32) in the region of the curved seat surface (31) has a layer thickness of at least 2 pm, at most, 10 pm. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (7) als Magnetventil ausgebildet ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the control valve (7) is designed as a solenoid valve. 7. Verfahren zur Herstellung eines Steuerventils mit einem Ventilschließglied, das im Axialschnitt gesehen eine gekrümmte Oberfläche aufweist, und einer eine Sitzfläche für das Ventilschließglied aufweisenden Ventilplatte mit einer die Verschleißfestigkeit erhöhenden Beschichtung, wobei die Sitzfläche der Ventilplatte eine der Krümmung des Ventilschließglieds im wesentlichen entsprechende Krümmung aufweist und eine Beschichtung mit einer im gekrümmten Bereich der Sitzfläche gleichmäßigen Schichtdicke trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte von einem die gewünschte Krümmung aufweisenden Prägekörper beaufschlagt wird und die gekrümmte Sitzfläche durch Eindrücken des Prägekörpers in die Ventilplatte hergestellt wird und dass danach die gekrümmte Sitzfläche mit einer Beschichtung mit gleichmäßiger Dicke versehen wird.7. A method of manufacturing a control valve having a valve closure member having a curved surface as seen in axial section and a valve seat having a seating surface for the valve closure member having a wear resistance enhancing coating, the seating surface of the valve plate having a curvature substantially corresponding to the curvature of the valve closure member and bears a coating with a uniform in the curved region of the seat surface layer thickness, characterized in that the valve plate is acted upon by a desired curvature embossing body and the curved seat surface is made by pressing the embossing body in the valve plate and that thereafter the curved seat with a coating of uniform thickness is provided. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte vor der Beaufschlagung mit dem Prägekörpers eine kegelige Sitzfläche aufweist.8. The method according to claim 7, characterized in that the valve plate has a conical seat before being subjected to the embossing body. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Prägekörper eine Kugel verwendet wird. 3/10 österreichisches Patentamt AT 508 050 B1 2011-09-159. The method according to claim 7 or 8, characterized in that a ball is used as the embossing body. 3/10 Austrian Patent Office AT 508 050 B1 2011-09-15 10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auch auf den der gekrümmten Sitzfläche benachbarten Bereich der Ventilplatte aufgebracht wird. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 4/1010. The method according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the coating is also applied to the curved seat of the adjacent region of the valve plate. 6 sheets of drawings 4/10
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