DE10039169A1 - Kraftstoffpumpe, Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die diese Kraftstoffpumpe verwendet, und Oberflächenbehandlungsverfahren - Google Patents
Kraftstoffpumpe, Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die diese Kraftstoffpumpe verwendet, und OberflächenbehandlungsverfahrenInfo
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Abstract
In einer Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck setzt und an ein Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, sind auf einer der Gleitflächen, die miteinander in Kontakt kommen und in Kraftstoff gleiten, eine gehärtete Schicht aus wenigstens einer Schicht, die aus einer nitrierten Schicht, einer karburierten und abgeschreckten Schicht oder einer karbonitrierten Schicht ausgewählt wird, und eine auf einer Oberfläche der gehärteten Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die gehärtete Schicht besitzt, ausgebildet.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffpumpe zur Versor
gung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff und insbesondere auf eine
Kraftstoffpumpe als Hochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für
einen Fahrzeugmotor mit Direkteinspritzung, die über ein an der Brennkam
mer des Fahrzeugmotors angebrachtes Einspritzventil Kraftstoff direkt in eine
Brennkammer einspritzt, einen Motor mit Direkteinspritzung, der die Kraft
stoffpumpe verwendet, und ein Oberflächenbehandlungsverfahren für die
Kraftstoffpumpe.
In den letzten Jahren wurde verlangt, bei Brennkraftmaschinen, insbesondere
bei Benzinmotoren für Fahrzeuge, Kraftstoff-Direkteinspritzanlagen einzufüh
ren, um die Kraftstoffverbrauchskennwerte zu verbessern, die Emission
schädlicher Abgase zu verringern, den Wirkungsgrad wie etwa die Beschleu
nigungskennlinie zu verbessern usw.
Da bei der Kraftstoff-Direkteinspritzanlage das Benzin auch während des
Verdichtungshubs direkt in den Zylinder einer Brennkraftmaschine einge
spritzt werden muß, ist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe erforderlich, die
unter einem hohem Druck von 3 MPa oder mehr Benzin zuführen kann.
Unter den Hochdruck-Kraftstoffpumpen gibt es die Pumpe mit Taumelscheibe
und axialem Tauchkolben des Typs, bei dem in einem Gehäuse die Rotation
einer durch eine Welle angetriebene Taumelscheibe durch eine Pendelscheibe
in eine Pendelbewegung umgewandelt wird und Fluid angesaugt, unter Druck
gesetzt und durch einen Tauchkolben, der sich durch die Pendelbewegung der
Pendelscheibe hin und her bewegt, bei hohem Druck gefördert wird.
Dieser Hochdruck-Kraftstoffpumpentyp ist in JP A 9-236080 offenbart, wobei
die Kraftstoffpumpe eine Welle, die von außen eine Antriebskraft überträgt,
eine Taumelscheibe, die durch die Welle gedreht wird, eine Pendelscheibe, die
die Rotation der Taumelscheibe in eine Pendelbewegung umwandelt, mehrere
Kolben, die sich durch die Pendelbewegung der Pendelscheibe hin und her
bewegen, einen trennenden Federbalg zur Unterteilung einer Kurbelkammer,
die die obenerwähnte Taumelscheibe aufnimmt, eine Pendelscheibe und
Kolben in einer Kraftstoffkammer und eine Mechanismuskammer enthält,
wobei ein Lagerabschnitt, der die Antriebskraft zwischen der Welle und der
Taumelscheibe überträgt, und ein Lagerabschnitt, der die Antriebskraft
zwischen der Taumelscheibe und der Pendelscheibe überträgt, in der Mecha
nismuskammer angeordnet sind, um die Lagerabschnitte mit Öl zu schmieren,
und die obenerwähnten mehreren Kolben in der Kraftstoffkammer angeordnet
sind, wodurch sie Kraftstoff aufnehmen und abgeben können.
Wenn diese Hochdruck-Kraftstoffpumpe für die Benzinzufuhr verwendet
wird, kann in der Mechanismuskammer, die den Druck des Benzins erhöht,
kein hochviskoses und ausgezeichnet schmierendes Öl verwendet werden, da
die Gefahr besteht, daß sich das hochviskose Öl mit Kraftstoff vermischt und
eine Verbrennung auslöst. Deshalb ist die Kurbelkammer durch den trennen
den Federbalg in die Kraftstoffkammer und die Mechanismuskammer unter
teilt.
Dies bedeutet, daß als Schmieröl in der Mechanismuskammer Öl mit hoher
Viskosität und ausgezeichneter Schmierfähigkeit eingeschlossen ist, um die
Verschleißfestigkeit zu verbessern, wodurch Maßnahmen gegen den Ver
schleiß usw. zwischen den Gleitflächen der jeweiligen Teile des Mechanismus
getroffen sind.
Andererseits wird in der Kraftstoffkammer eines Mechanismusabschnitts, der
bei dieser Konstruktion Hochdruck erzeugt, durch die Bewegung der mehreren
Kolben, die sich infolge der Pendelbewegung der Pendelscheibe hin und her
bewegen, Kraftstoff aufgenommen und abgegeben, wodurch der Kraftstoff
unter Hochdruck gesetzt wird. Deshalb kommt in der Kraftstoffkammer nur
Benzin des Kraftstoffs als Fluid vor. Deshalb wirkt das Benzin auf den
Gleitabschnitten der jeweiligen Mechanismusabschnitte als Schmieröl.
Ferner ist in JP A 10-318091 als weiterer Hochdruck-Kraftstoffpumpentyp
eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit radialem Tauchkolben offenbart. Die
darin offenbarte Kraftstoffpumpe enthält eine Welle, die die Antriebskraft
eines Motors überträgt, einen Antriebsnocken, der die Rotation der Welle in
eine Pendelbewegung umwandelt, einen Tauchkolben, der sich durch die
Rotation des Antriebsnockens über eine Nockenscheibe hin und her bewegt,
und eine Zylinderbohrung, die in Kombination mit dem Tauchkolben Kraft
stoff aufnimmt und abgibt.
In jenen Kraftstoffpumpen müssen die Pumpenabschnitte (druckausübende
Abschnitte) in der Kraftstoffkammer zwangsläufig unter hohem Oberflächen
druck in dem Kraftstoff (Benzin) gleiten, weshalb sie als Abschnitte betrachtet
werden, die hauptsächlich durch Verschleiß abgenutzt werden, da sie in
wechselseitigem Kontakt gleiten.
Bezüglich des Mechanismusabschnitts, der den Druck des Kraftstoffs (Ben
zins) in den Pumpenabschnitten innerhalb der Kraftstoffkammer erhöht, wird
angenommen, daß die Gleitabschnitte in dem Gleitmechanismusabschnitt eher
abgenutzt werden, wenn Benzin als Schmieröl verwendet wird, da die Visko
sität des Benzins weitaus geringer ist als jene des gewöhnlichen Schmieröls.
Ferner wird in manchen Fällen Benzin, dem Methanol und/oder Ethanol
hinzugefügt wurde, oder minderwertiges Benzin oder dergleichen als Kraft
stoff verwendet. Wenn solches Benzin verwendet wird, neigt die Umgebung in
manchen Fällen, in denen das Benzin mit Wasser, Säurekomponenten usw.
vermischt ist, zur Oxidation, wodurch ein Verschleiß eintritt. In einem solchen
Fall werden die Kontaktabschnitte des Gleitmechanismus in einen für Abnut
zung und Bruch anfälligeren Zustand versetzt, wobei angenommen wird, daß
das Maß an Verschleiß groß wird.
Wenn sich die Kontaktabschnitte des Gleitmechanismus abnutzen und das
Maß an Verschleiß größer wird, ist es wahrscheinlich, daß die Wirksamkeit
der Aufnahme und Abgabe vermindert wird und die Zuverlässigkeit selbstver
ständlich herabgesetzt wird.
Deshalb wird für jedes Teil des Gleitmechanismus Haltbarkeit, insbesondere
Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit in Kraftstoff mit geringerer
Schmierfähigkeit oder in Kraftstoff, der mit Säurekomponenten vermischt ist,
gefordert.
Ferner offenbart JP A 8-35075 eine durch ein PVD-Verfahren ionennitrierte
Schicht und das Ausbilden darauf einer oberflächengehärteten Schicht, die aus
einem Nitrid, Carbid oder Carbonitrid wenigstens eines der Elemente Ti, Zr,
Hf, V, Nb, Ta und Cr zusammengesetzt ist, jedoch offenbart es keinerlei
spezifische Anwendung und keinerlei spezifisches Problem bei der spezifi
schen Anwendung.
Ferner offenbart JP A 55-117068 die Bildung einer oberflächengehärteten
Schicht auf einer Innenfläche einer Kraftstoffeinspritzbohrung durch Karbu
rieren, Nitrieren usw. und die Bildung einer Schutzschicht auf der oberflä
chengehärteten Schicht, die härter als jene ist, durch ein CVD-Verfahren.
JP A 55-117068 offenbart als Gegenstand den Verschleiß und die Korrosion
infolge des Kontakts zwischen Fluid und Festkörper, jedoch berührt es keinen
spezifisches Gegenstand im Fall der Verwendung für eine Kraftstoffpumpe.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffpumpe, deren
Gleitmechanismusteile in einer Kraftstoffkammer in Kraftstoff mit herabge
setzter Schmierfähigkeit oder in Kraftstoff, der mit Säurekomponenten
gemischt ist, eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Korrosionsbestän
digkeit aufweisen, und einen Motor mit Direkteinspritzung, der die Kraftstoff
pumpe verwendet, zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff zu
einem Einspritzventil transportiert und dadurch gekennzeichnet ist, daß auf der
Oberfläche wenigstens eines der Teile, die miteinander in Kontakt kommen
und gleiten, ein korrosionsbeständiger und verschleißfester Überzug ausgebil
det ist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff
unter Druck setzt und einem Einspritzventil eines Fahrzeugmotors zuführt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff
unter Druck setzt und einem Einspritzventil eines Fahrzeugmotors zuführt und
dadurch gekennzeichnet ist, daß auf wenigstens einer der Gleitflächen, die
miteinander in Kontakt kommen und durch den Kraftstoff gleiten, eine
oberflächengehärtete Schicht, die entweder aus einer nitrierten Schicht, einer
karburierten und abgeschreckten Schicht oder einer karbonitrierten Schicht
besteht, und eine auf der oberflächengehärteten Schicht ausgebildete Metall
verbindungsschicht, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit gegen den
Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, ausgebildet sind oder
die obenerwähnte oberflächengehärtete Schicht auf wenigstens einer der
Gleitflächen, die miteinander in Kontakt kommen und durch Schmieröl
gleiten, ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Kraftstoffpumpe, die in einem
Gehäuse eine Welle, die die Rotation von außen überträgt, eine Taumel
scheibe, die die Rotation der Welle in eine Pendelbewegung umwandelt, und
einen Tauchkolben, der sich durch die Pendelbewegung der Taumelscheibe
über ein Gleitteil in einem Zylinder hin und her bewegt, enthält, den Kraftstoff
unter Druck setzt und diesen einem Einspritzventil eines Fahrzeugmotors
zuführt, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, daß auf wenigstens einer der
Gleitflächen des Tauchkolbens und des Zylinders, die miteinander in Kontakt
kommen und gleiten, eine oberflächengehärtete Schicht, die entweder aus ei
ner nitrierten Schicht, einer karburierten und abgeschreckten Schicht oder
einer karbonitrierten Schicht besteht, und eine auf der oberflächengehärteten
Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosionsbe
ständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt,
ausgebildet sind oder sich die obenerwähnte oberflächengehärtete Schicht auf
den Gleitflächen der Taumelscheibe und des Gleitteils, die miteinander in
Kontakt kommen und gleiten, befindet.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Kraftstoffpumpe, die in einem
Gehäuse eine Taumelscheibe, die durch die von einer Welle von außen
übertragene Rotation rotiert, eine Pendelscheibe, die durch die Rotation der
Taumelscheibe pendelt, und einen Tauchkolben, der sich durch die Rotation
der Pendelscheibe über ein Gleitteil in einem Zylinder hin und her bewegt,
enthält, den Kraftstoff unter Druck setzt und diesen einem Einspritzventil
eines Fahrzeugmotors zuführt, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, daß auf
wenigstens einer der Gleitflächen des Tauchkolbens und des Zylinders, die
miteinander in Kontakt kommen und gleiten, eine oberflächengehärtete
Schicht, die entweder aus einer nitrierten Schicht, einer karburierten und
abgeschreckten Schicht oder einer karbonitrierten Schicht besteht, und eine
auf der oberflächengehärteten Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht,
die eine höhere Korrosionsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflä
chengehärtete Schicht besitzt, ausgebildet sind oder die obenerwähnte oberflä
chengehärtete Schicht ferner auf Gleitflächen der Taumelscheibe und des
Gleitteils, die miteinander in Kontakt kommen und gleiten, ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Kraftstoffpumpe, die eine Welle,
die sich durch den Lauf einer Brennkraftmaschine dreht, einen Nocken, der
sich durch die Rotation der Welle dreht, und einen Tauchkolben, der sich
durch die Rotation des Nockens in einem Zylinder hin und her bewegt, enthält,
den Kraftstoff unter Druck setzt und diesen einem Einspritzventil eines
Fahrzeugmotors zuführt, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, daß auf
wenigstens einer der Gleitflächen des Tauchkolbens und des Zylinders, die
miteinander in Kontakt kommen und gleiten, eine oberflächengehärtete
Schicht, die entweder aus einer nitrierten Schicht, einer karburierten und
abgeschreckten Schicht oder einer karbonitrierten Schicht besteht, und eine
auf der oberflächengehärteten Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht,
die eine höhere Korrosionsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflä
chengehärtete Schicht besitzt, ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einem Motor mit Direkteinspritzung, der
eine Einspritzeinrichtung zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine
Brennkammer sowie eine Kraftstoffpumpe, die der Einspritzeinrichtung den
Kraftstoff zuführt, enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kraftstoff
pumpe irgendeine der obenbeschriebenen Kraftstoffpumpen ist.
Für die oberflächengehärtete Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird
nach der Oberflächenbehandlung vorzugsweise eine Wärmebehandlung bei
einer höheren Temperatur als jene der Oberflächenbehandlung ausgeführt, um
ein Verschwinden nicht wiederstandsfähiger Verbindungen zu bewirken. Die
Oberflächenbehandlung durch Diffusion wird für eine nitrierte Schicht, eine
karbonitrierte Schicht, eine weichnitrierte Schicht, eine im Salzbad weichni
trierte Schicht, eine karburierte und abgeschreckte Schicht oder eine Schicht,
die aus einer oder mehreren dieser Schichten besteht, ausgeführt. Insbesondere
wird die Diffusionsbehandlung für eine nitrierte Schicht ausgeführt, da sie bei
einer niedrigen Temperatur von ungefähr 500°C behandelt wurde, wodurch
eine nicht widerstandsfähige Verbindungsschicht ausgebildet wurde.
Gemäß der Erfindung ist der korrosionsbeständige und verschleißfeste harte
Überzug vorzugsweise ein Überzug, der durch Ionplating entweder einer
Carbid-, einer Nitrid- oder einer Carbonitrid-Metallverbindung gebildet
wurde.
Bei der vorliegenden Erfindung können für die Gleitabschnitte, die miteinan
der in Kontakt kommen und gleiten, Werkzeugstähle, rostfreie Stähle, legierte
Stähle und Lagerstähle verwendet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die durch Diffusion oberflächenbe
handelte Schicht und die korrosionsbeständige und verschleißfeste harte
Schicht vorzugsweise ausgebildet, indem sie kontinuierlich in einem Behand
lungsbad behandelt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einer durch Diffusion oberflä
chenbehandelten Schicht in der nitrierten Schicht vorzugsweise kein Fe3N
(weiße Verbindung) ausgebildet.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die nitrierte Schicht als gehärtete Schicht
vorzugsweise durch Einführen von Wasserstoff, Stickstoff oder Wasserstoff
und Ammoniak in einen Vakuumofen und Erzeugen von Plasma zur Aktivie
rung des Gases ausgebildet.
Der korrosionsbeständige und verschleißfeste harte Überzug wird gemäß der
vorliegenden Erfindung vorzugsweise durch ein PVD-Verfahren ausgebildet.
Wenn ein CVD-Verfahren angewendet wird, liegt die Behandlungstemperatur
in einer Höhe von 700-1100°C, wobei das Problem entsteht, daß bei der
Ausbildung einer Schutzschicht auf der behandelten Schicht wie etwa einer
nitrierten Schicht, karbonitrierten Schicht usw. diese erhitzt wird, so daß sie
aufweicht oder verschwindet.
Als Material für die Taumelscheibe wird bei der vorliegenden Erfindung ein
oberflächenbehandeltes Material aus legiertem Stahl, der im Maschinenbau
verwendet wird, oder Gußeisen sowie ein oberflächenbehandeltes Material aus
Gußeisen verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Gleitelemente vorzugsweise aus einer
Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, legiertem Werkzeugstahl,
rostfreiem Stahl oder ihrem oberflächenbehandelten Material hergestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Zylinder vorzugsweise aus legier
tem Werkzeugstahl oder rostfreiem Ferritstahl hergestellt.
Falls in einem Teil des Mechanismus und einem Teil der Pumpe, der Kraft
stoff unter Druck setzt und diesen abgibt, Gleitabschnitte in Benzin mit
geringer Schmierfähigkeit oder in Kraftstoff, in dem Wasser und Alkohol
vorhanden sind sowie Säurekomponenten vermischt sind, gleiten, wird die
Oberflächenbehandlung und Kombination des Material jedes Gleitteils
optimiert.
Die durch Diffusion oberflächenbehandelte Schicht bewirkt, daß dadurch, daß
die Härte des Grundmaterials gesteigert wird und ein korrosionsbeständiger
und verschleißfester harter Überzug ausgebildet wird, der Belastungswider
stand gegen hohen Oberflächendruck und außerdem die Beständigkeit gegen
das Ablösen des harten Überzugs verbessert werden. In der durch Diffusion
oberflächenbehandelten Schicht gibt es eine nitrierte Schicht, eine karboni
trierte Schicht, eine weichnitrierte Schicht und eine im Salzbad nitrierte
Schicht als Nitrid, um hauptsächlich Stickstoff zu diffundieren, wodurch sich
in einem Temperaturbereich, in dem sich die Eigenschaft des Grundmaterials
nicht verschlechtert, feines Nitrid niederschlägt, so daß sich die Härte erhöht.
Ferner werden ein Karburierungs- und Aushärtungsverfahren durch Diffundie
ren von Kohlenstoff in einem Hochtemperaturbereich sowie das Abschrecken,
um die Härte zu erhöhen, angewandt.
Nitride erlangen eine höhere Härte als das Grundmaterial durch Ausbilden von
Nitriden durch Nitrid bildende Elemente und besitzen eine geringe Haftfähig
keit, wobei die Anfälligkeit des Grundmaterials für Reibung und Verschleiß
verringert wird. Ferner ist die nitrierte Schicht eine behandelte Schicht, die
sich aus dem Grundmaterial fortsetzt, so daß sie die Eigenschaft besitzt, daß
sie selbst unter hohem Oberflächendruck nur schwer abzulösen ist. Die
Härteschicht kann als tiefenbehandelte Schicht ausgebildet sein, wobei sie
einen ausgezeichneten Belastungswiderstand besitzt, wenn auf sie ein hoher
Oberflächendruck ausgeübt wird. Durch die Eigenschaften des korrosionsbe
ständigen und verschleißfesten harten Überzugs und die durch Diffusion
oberflächenbehandelte Schicht werden die Korrosionsbeständigkeit und die
Verschleißfestigkeit verbessert.
Durch die Konstruktion ist der Reibwiderstand klein, weshalb es so gut wie
nicht vorkommt, daß das Material einer Seite am Material einer anderen Seite
festhängt oder haftet. Somit wird der Anfangsverschleiß, der Dauerverschleiß
und das Festhängen oder dergleichen vermieden. Dadurch kann eine hoch
zuverlässige Kraftstoffpumpe geschaffen werden.
Fig. 1 ist eine erste Teilschnittansicht einer Kraftstoffpumpe einer Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Teilschnittansicht einer Struktur von Durchgängen in einem
rückseitigen Körper der ersten Ausführungsform;
Fig. 3 sind Ansichten zur Erläuterung der Kolbenhübe;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Ölumlaufs eines Motors in der
ersten Ausführungsform;
Fig. 5 sind Darstellungen zur Erläuterung der Strukturen von oberflächenbe
handelten Schichten bei der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 sind Photographien, die Strukturen von nitrierten Schichten, die in der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, unter dem
optischen Mikroskop und dem Rasterelektronenmikroskop zeigen;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Ergebnisse einer Röntgenunter
suchung von nitrierten Schichten, die in der Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung verwendet werden, zeigt;
Fig. 8 sind Bilder eines Rasterelektronenmikroskops, die Zustände einer durch
ein herkömmliches Nitrierverfahren behandelten Oberfläche zeigen;
Fig. 9 sind graphische Darstellungen, die jeweils Behandlungsprozesse zeigen,
die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden;
Fig. 10 sind graphische Darstellungen, die jeweils die Härteverteilung von
nitrierten Schichten verschiedenartiger, in der Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung verwendeter Stähle zeigen;
Fig. 11 ist eine erläuternde Darstellung der in der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendeten Behandlungsvorrichtungen;
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die die Korrosionsbeständigkeit
verschiedener bei der vorliegenden Erfindung verwendeter Stähle zeigt;
Fig. 13 ist eine erläuternde Darstellung zur Erklärung des Verschleißes durch
Oxidation bei Kombination verschiedener Stähle;
Fig. 14 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Tauchkolbens aus
Fig. 1, die die oberflächenbehandelte Schicht in der ersten Ausführungsform
zeigt;
Fig. 15 sind vergrößerte Schnittansichten, die die oberflächenbehandelten
Schichten der Taumelscheibe und des Gleitteils aus Fig. 1 in der ersten
Ausführungsform zeigen;
Fig. 16 ist eine Schnittansicht einer Kraftstoffpumpe einer zweiten Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines Kraftstoffein
spritzsystems in der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 18 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer oberflächenbehandelten
Schicht des Tauchkolbens aus Fig. 16 in der zweiten Ausführungsform;
Fig. 19 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die eine oberflächenbehandelte
Schicht des Einlaßventils aus Fig. 16 zeigt;
Fig. 20 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die eine oberflächenbehandelte
Schicht eines Auslaßventils (Druckventils) aus Fig. 16 in der zweiten Ausfüh
rungsform zeigt;
Fig. 21 ist eine Schnittansicht einer Kraftstoffpumpe einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 22 sind Diagramme, die die Härte von Nitridschichten aus Fig. 21 zeigen;
Fig. 23 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die eine oberflächenbehandelte
Schicht aus Fig. 21 zeigt; und
Fig. 24 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Ottomotors mit Direkteinsprit
zung, der sich auf die vorliegende Erfindung bezieht.
Ein Beispiel einer Kraftstoffpumpe mit Taumelscheibe und axialem Tauch
kolben (Dreizylindertyp) ist in den Fig. 1 bis 4 gezeigt.
Die Kraftstoffpumpe mit Taumelscheibe und axialem Tauchkolben enthält
eine Welle 1, die von einem externen Teil die Antriebskraft in ein Gehäuse
überträgt, eine Taumelscheibe 9, die die Rotation der Welle 1 in eine Pendel
bewegung umsetzt, Tauchkolben 11, die jeweils durch die von der Welle 1
gedrehte Taumelscheibe 9 über ein Gleitteil 10 hin und her bewegt werden,
und Zylinderbohrungen, die die Tauchkolben 11 aufnehmen und durch die
Hin- und Herbewegung der Tauchkolben 11 Kraftstoff aufnehmen und
abgeben. Die Kontaktabschnitte zwischen der Taumelscheibe 9, den Gleittei
len 10 und den Tauchkolben 11 werden mit Schmieröl geschmiert, während
die Gleitabschnitte zwischen den Tauchkolben 11 und den Zylinderbohrungen
13 mit Kraftstoff geschmiert werden. Auf einer Oberfläche jedes im Kraftstoff
gleitenden Tauchkolbens 11 sind eine nitrierte Schicht, eine karburierte und
abgeschreckte Schicht oder auf der karburierten und abgeschreckten Schicht
und der nitrierten Schicht ausgebildetes Carbid, Nitrid und Kohlenstoffnitrid
ausgebildet.
Bei der Kraftstoffpumpe entfällt der herkömmliche Faltenbalg, der das
Schmieröl und den Kraftstoff trennt, wobei Dichtungselemente an den
Endabschnitten der Gleitabschnitte zwischen den Tauchkolben 11 und den
Zylinderbohrungen 13 vorgesehen sind, um die Antriebsmechanismusab
schnitte ausreichend zu schmieren, wodurch die Anzahl der Elemente, die in
Benzin gleiten, verringert wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Kupplung 2, die die Antriebskraft von einer
Nockenwelle 6 eines Motors überträgt, mit der Welle 1 über einen in die
Kupplung 2 eingepaßten Bolzen verbunden. Die Taumelscheibe 9 ist an einem
Ende der Welle 1 einteilig ausgebildet. Die Taumelscheibe 9 besitzt eine
schiefe Ebene, die sich an ihrem Ende auf der der Welle 1 abgewandten Seite
radial erstreckt. Die Taumelscheibe 9 ist mit den Gleitteilen 10 auf der
schiefen Ebene in Kontakt. Jedes Gleitteil 10 besitzt eine Verjüngung, die zur
Unterstützung der Ölfilmbildung zwischen der Taumelscheibe 9 und dem
Gleitteil 9 auf einem äußeren Begrenzungsabschnitt des Gleitteils 10 auf seiten
der Taumelscheibe ausgebildet ist. Die Gleitteile besitzen jeweils einen
kugelförmig vertieften Abschnitt, der auf der Seite ausgebildet ist, die der mit
der Taumelscheibe in Kontakt befindlichen Seite entgegengesetzt ist. Die
kugelförmig vertieften Abschnitte auf den Gleitteilen 10 nehmen die kugel
förmigen Enden der Tauchkolben 11 auf, wodurch die Gleitteile 10 durch die
Tauchkolben 11 geführt werden. Die Rotation der Taumelscheibe 9 bewirkt
ein Pendeln der schiefen Ebene, wobei die Pendelbewegung bewirkt, daß sich
die Tauchkolben 11 hin und her bewegen.
Bei der Kraftstoffpumpe dieser Konstruktion geschieht die Aufnahme und
Abgabe von Kraftstoff wie folgt.
Die mehreren Zylinderbohrungen 13 und die Tauchkolben 11 bilden Pumpen
kammern 14 innerhalb eines Zylinderblocks oder Zylinders 12. In einem
mittleren Abschnitt des Zylinderblocks 12 ist ein Einlaßraum 15 vorgesehen,
der mit jedem der Kolben 11 in Verbindung steht, wobei den Pumpenkam
mern 14 durch den Einlaßraum 15 Kraftstoff zugeführt wird. Zur Einführung
von Kraftstoff in den Einlaßraum 15 ist auf einem rückseitigen Körper 20
außerhalb der Kraftstoffpumpe ein Kraftstoffrohr angebracht, wobei der
Einlaßraum 15 so angeordnet ist, daß er mit einer Einlaßkammer 30 in
Verbindung steht, die in der Mitte des rückseitigen Körpers 20 ausgebildet ist,
um durch einen Einlaßdurchgang im rückseitigen Körper mit dem Kraftstoff
rohr in Verbindung zu stehen.
In jedem Tauchkolben 11 ist ein Einlaßventil (Absperrventil 24), das Kraft
stoff einläßt, ausgebildet, wobei das Einlaßventil aus einer Kugel 21, einer
Feder 22 und einem Anschlag 23, der die Feder 22 stützt, zusammengesetzt
ist. Außerdem ist in den Tauchkolben 11 eine Tauchkolbenfeder 25 eingesetzt,
um den Tauchkolben 11 stets in Richtung der Taumelscheibe 9 zu drücken
und so zu bewirken, daß der Tauchkolben 11 mit dem Gleitteil 10 der Taumel
scheibe 9 folgt.
Im Tauchkolben 11 ist ein Verbindungsdurchgang A 16 zum Einlaßventil 24
ausgebildet, um für eine Verbindung zwischen einer Gegenbohrung 51 und
dem Einlaßraum 15 zu sorgen. Die Gegenbohrung 51 besitzt einen größeren
Durchmesser als die Zylinderbohrung 13 und eine solche Tiefe, daß eine
Einführungsbohrung 19 und die Gegenbohrung 51 selbst dann, wenn die
Pumpenkammer 14 weitgehendst geschrumpft ist (bei einer Position des
Tauchkolbens am oberen Todpunkt), miteinander in Verbindung stehen, so
daß dem Tauchkolben 11 ständig Kraftstoff zugeführt werden kann.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Tauchkolbens 11 zur Erklärung der
Kobenhübe.
Bei einem Ansaughub (dies ist ein Hub, bei dem sich der Tauchkolben 11 so
bewegt, daß sich der Raum der Pumpenkammer 14 ausdehnt) in Fig. 3(a)
öffnet das im Tauchkolben 11 vorgesehene Einlaßventil 24, um Kraftstoff in
die Pumpenkammer 14 aufzunehmen, wenn der Druck in der im Tauchkolben
11 vorgesehenen Pumpenkammer 14 unter einen vorgeschriebenen Druck
fällt. Wenn die Pumpe ferner vom Ansaughub zu einem Förderhub übergeht
(dies ist ein Hub, bei dem sich der Tauchkolben so bewegt, daß der Raum der
Pumpenkammer 14 schrumpft), siehe Fig. 3(b), öffnet eine Förderpumpe 28,
die aus einer Kugel 26 und einer Feder 27 zusammengesetzt ist, um zu einem
Zeitpunkt, in dem die Pumpenkammer 14 ebenso wie das Einlaßventil 24
einen vorgeschriebenen Druck erreicht, Kraftstoff aus der Pumpenkammer 14
an die in dem rückseitigen Körper 20 ausgebildeten Auslaßkammer 29
abzugeben. Hierbei sind die Einlaßkammer 30 und die Auslaßkammer 29, die
jeweils in dem rückseitigen Körper 20 ausgebildet sind, durch einen O-Ring
31 getrennt, wobei die Einlaßkammer 30 in bezug auf die Auslaßkammer 29
mehr zur Mitte hin ausgebildet ist, wodurch die Konstruktion der Durchgänge
der Pumpe ihrerseits kompakter ausgeführt ist.
Der Druck in der Auslaßkammer 29 kann durch ein Druckregelventil (in der
Folge als Druckregler bezeichnet) 40, das, wie in Fig. 2 gezeigt ist, an einem
Durchgang vorgesehen ist, der mit der Auslaßkammer 29 in Verbindung steht,
so gesteuert werden, daß er optimal ist. Zur Steuerung des Drucks, der an eine
(nicht gezeigte) Einspritzdüse auf der Auslaßseite ausgeübt wird, wird der
Förderdruck gesteuert. Der aus der Hochdruckkammer zum Druckregler 40
geführte Hochdruck-Kraftstoff wird durch ein Kugelventil 41, das im Druck
regler 40 vorgesehen ist und einen Verbindungsdurchgang B 42, der in dem
rückseitigen Körper 20 vorgesehen ist, zur Einlaßkammer 30 zurückgeführt.
Ein Einlaßdurchgang 43, die Einlaßkammer 30, der Einlaßraum 15 und der
Verbindungsdurchgang A 16 sind Teile eines Kraftstoffzufuhrdurchgangs, um
aus einer Kraftstoffquelle jeder Zylinderbohrung Kraftstoff zuzuführen.
In dieser Weise wechselt der Druck in der Pumpenkammer 14 von einem
Ansaugdruck (im allgemeinen 0,2 MPa bis 0,5 MPa) zu einem Hochdruck-
Kammerdruck (im allgemeinen 3 MPa bis 20 MPa). Infolge des Kraftstoff
drucks in jeder der Pumpenkammern 14 wird durch den Tauchkolben und das
Gleitteil 10 eine Last auf die Taumelscheibe 9 der Welle 1 übertragen. Das
heißt, daß auf die Taumelscheibe 9 eine aus den Lasten der mehreren Tauch
kolben 11 resultierende Kraft ausgeübt wird. Die resultierende Kraft wirkt als
axiale Last und als radiale Last, die vom Neigungswinkel der Taumelscheibe
abhängen, auf die Welle. Um diesen Kräften zu widerstehen und eine gleich
mäßige Rotation zu erzielen, ist die Welle in einem Radiallager 7 und einem
Axiallager 8 befestigt, um die Last auf dem Körper 5 aufzufangen.
Abschnitte (Gleitteile 10/Taumelscheibe 9, Gleitteil 10/kugelförmig ausge
sparter Abschnitt des Tauchkolbens und Lagerabschnitte), die diese Lasten
aufnehmen, sind Teile, die infolge der Rotation und der Last eine Relativge
schwindigkeit erfahren, wobei deren Gleitreibung durch Ölschmierung
verringert werden kann. Deshalb muß in einer zwischen dem Körper 5 und
dem Zylinderblock 12 ausgebildeten Taumelscheibenkammer 38 eine Ölspei
cherstruktur vorgesehen werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind im Zylinderblock 12 Dichtungen
17 zum Abdichten des Kraftstoffs und des Öls während der Hin- und Herbe
wegung der Tauchkolben 11 vorgesehen. Die Dichtungen 17, die relativ hin
und her gleiten, verschließen Spalte zwischen den Tauchkolben 11 und den
Zylinderbohrungen 13. Die Dichtungen 17 sind jeweils Dichtungselemente
zum Trennen von Kraftstoff und Öl. Der auf jede Dichtung 17 ausgeübte
Druck ist stets der obenerwähnte Niederdruck-Ansaugdruck, da zwischen der
Dichtung 17 und der Pumpenkammer 14 ein Verbindungsdurchgang A 16 be
steht, weshalb der Hochdruck in der Hochdruckkammer 14 nicht auf die
Dichtungen 17 einwirkt. Dadurch erhöht sich die Haltbarkeit und die Zuver
lässigkeit der Dichtungen 17.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 4 eine Ölzirkulation und ein Ölzirkulati
onsverfahren erklärt.
Die durch eine Wellendichtung 35 geführte Welle 1 und die Kupplung 2 sind
in einen Kupplungsanschlußabschnitt 33 des Motornockens 6, die in ihrer
Mitte einen Öldurchgang 34 enthält, eingepaßt, während durch einen Verbin
dungsdurchgang 4, der in der Mitte der Welle 1 vorgesehen ist, um mit der
Taumelscheibenkammer 38 zu kommunizieren, Öl aus dem Motor in die
Schrägkammer 38 eingeführt wird. Die Wellendichtung 35 dichtet das Öl
nicht völlig ab, sondern ermöglicht, daß Öl mit dem notwendigen und mini
malen Durchsatz in die Taumelscheibenkammer 38 fließt. Dadurch kann
weitgehendst vermieden werden, daß die Antriebswelle infolge der Exzentri
zität zwischen dem Motornocken 6 und der Welle 6 eine exzentrische Last
aufnimmt, weshalb sich die Haltbarkeit des Radiallagers 7 erhöht. Ferner kann
durch Begrenzung der in die Taumelscheibenkammer 38 fließenden Menge
des Öls auf das notwendige und minimale Quantum erreicht werden, daß das
durch den über die Dichtung 17 in die Taumelscheibenkammer 38 entwiche
nen Kraftstoff verdünnte Öl durch das einströmende Öl ersetzt wird, wobei
eine Temperaturerhöhung der Taumelscheibenkammer 38 verhindert wird.
Ferner kann durch Einführung von Öl durch die Mitte der Welle 1 eine
Einführung von Öl ohne jeglichen weiteren Öldurchgang erreicht werden, so
daß eine Anpassungsfähigkeit an den Motor erzielt werden kann und die
Motorgröße kompakt gehalten werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform wird durch den in der Mitte der Welle 1
vorgesehenen Verbindungsdurchgang C 4 Öl eingeführt, jedoch würde auch
jeder andere Öleinführungsdurchgang genügen, wenn dieser so vorgesehen ist,
daß er mit der Ölquelle des Motors und der Taumelscheibenkammer 38 der
Pumpe in Verbindung steht.
Als nächstes wird eine Erläuterung eines Durchgangs, der das der Taumel
scheibenkammer 38 vom Motor zugeführte Öl zum Motor zurückführt,
gegeben. Der Durchgang ist ein Rückführungsdurchgang 36 von der Taumel
scheibenkammer 38 zu einer Motornockenkammer 39. Der Rückführungs
durchgang 36 ist zusätzlich zu einer im Körper 5 der Pumpe vorgesehenen
Flanschfläche 37, die sich am Motor anbringen läßt, auf seiten der Kupplung 2
vorgesehen, wodurch das Öl in der Taumelscheibenkammer 38 zurückgeführt
werden kann, ohne irgendeinen spezifischen Durchgang auf der Motorseite zu
schaffen. Der Rückführungsdurchgang 36 ist an einer Stelle angeordnet, die
oberhalb der Gleitflächen der Taumelscheibe 9 und der Gleitteile 10 liegt,
wodurch über den Rückführungsdurchgang 36 Dampf in die Motornocken
kammer 39 abgelassen werden kann, falls Dampf erzeugt wird, und die
Gleitflächen stets mit Schmieröl geschmiert werden. Ferner ist der Durchmes
ser des Rückführungsdurchgangs 36 größer als jener des Durchgangs C 4 zur
Öleinführung ausgeführt. Dadurch ist die Menge des aus der Taumelscheiben
kammer 38 ausströmenden Öls nicht kleiner als die Menge des einströmenden
Öls, so daß sich der Druck in der Taumelscheibenkammer 38 nicht erhöht,
wodurch sich die Zuverlässigkeit der Dichtung 17 erhöht.
Der Druck in der Taumelscheibenkammer 38 bleibt stets kleiner als der
Ansaugdruck des Kraftstoffs, ohne sich zu erhöhen, wodurch verhindert wird,
daß Öl zur Kraftstoffseite hin entweicht. Ferner wird gleichzeitig die Kraft in
Richtung der Taumelscheibe stets auf die Tauchkolben 11 ausgeübt, wobei die
Belastung jeder Tauchkolbenfeder 25 verringert wird.
Bei der obenerwähnten Konstruktion ist ein Punkt, der sich stark von einer
herkömmlichen Pumpe mit Taumelscheibe und axialem Tauchkolben unter
scheidet, der, daß die Taumelscheibe und die Gleitteile bei hoher Umlaufge
schwindigkeit in Schmieröl gleiten. Die Rotation der Taumelscheibe wird in
eine Pendelbewegung umgewandelt, wodurch die Tauchkolben hin und her
bewegt werden. In diesem Fall ist ein Dichtungselement zwischen jedem
Tauchkolben und jeder Zylinderbohrung vorgesehen, wodurch das Schmieröl
vom Kraftstoff getrennt wird, weshalb die Anzahl der Elemente, die in Benzin
gleiten, gering bleibt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Hauptelemente, die in Kraft
stoff arbeiten und gleiten und gegen korrosionsbeständig und verschleißfest
sein müssen, die Tauchkolben, die druckbelastete Elemente der Pumpenkam
mer sind, wobei die Zylinder Zylinderbohrungen enthalten, die die Tauchkol
ben gleitend führen. Im speziellen ist zwischen den Tauchkolben und der
Zylinderbohrung ein umfänglicher Spalt von höchstens 10 µm ausgeführt, um
das Entweichen von Öl aus der Druckkammer auf ein Minimum zu beschrän
ken. Deshalb wird die Leistung der Pumpe geringer, wenn sich der Spalt
infolge des Verschleißes usw. vergrößert.
Ferner müssen die Tauchkolben auch in den Gleitabschnitten zwischen den
Tauchkolben und den Wellendichtungen, die zwischen Kraftstoff und Öl
abdichten, korrosionsbeständig und verschleißfest sein. Ein Verschleiß der
Gleitabschnitte ist nicht wünschenswert, da das Öl verdünnt wird, wenn
Kraftstoff in das Öl entweicht, wobei sich die Schmierfähigkeit und der
Kraftstoffverbrauch jeweils verschlechtern.
Die Tauchkolben und der Zylinderblock sind jeweils aus dem folgenden
Material gefertigt.
Der Außendurchmesser und die Zylinderbohrung gleiten in der Anfangsphase
in linearem Kontakt miteinander, so daß die Kontaktabschnitte einem hohen
Oberflächendruck (Hertz-Spannung) ausgesetzt sind. Deshalb sollte das
Material in der Härte hart sein. Für den Zylinderblock kann ein vergüteter
rostfreier Martensitstahl aus JIS SUS440C, JIS SUS420J2 (JIS = Japanese
Industrial Standards) verwendet werden, der zur Erzeugung von Formen durch
Druckarbeit usw. reduziert werden kann und eine hohe Ergiebigkeit besitzt.
Ferner kann vergüteter legierter Werkzeugstahl JIS SKD61 und JIS SKD11
verwendet werden.
Das Material JIS SUS440C und JIS SUS420J2 besitzt durch Vergütung als
Grundmaterial eine Härte von 500-700 Hv. Ferner weist das Material als
rostfreier Stahl eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.
Das Material für die Tauchkolben ist das gleiche wie das Material für den
Zylinderblock. Jedoch ist das Material einem höheren Oberflächendruck als
der Zylinderblock ausgesetzt, so daß das Material einer Oberflächenbehand
lung unterzogen wird, um durch Erhöhen der Härte Verschleißfestigkeit zu
erzielen.
Fig. 5 zeigt Oberflächenstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die
Oberflächenstrukturen bestehen jeweils aus einer oberflächenbehandelten
Verbindungsschicht, in der im Grundmaterial eine durch Diffusion oberflä
chenbehandelte Schicht ausgebildet wurde und anschließend auf der Oberflä
che ein gegen Verschleiß durch Korrosion widerstandsfähiger Überzug
ausgebildet wurde. Die in Fig. 5(a) gezeigte Oberflächenstruktur setzt sich aus
einem gegen Verschleiß durch Korrosion widerstandsfähigen Überzug und
einer durch Diffusion oberflächenbehandelten Schicht I zusammen, während
sich die Oberflächenstruktur in Fig. 5(b) aus einem gegen Verschleiß durch
Korrosion widerstandsfähigen Überzug und einer durch Diffusion oberflä
chenbehandelten Schicht II zusammensetzt und die Oberflächenstruktur in
Fig. 5(c) sich aus einem gegen Verschleiß durch Korrosion widerstandsfähi
gen harten Überzug, einer durch Diffusion oberflächenbehandelten Schicht I
und einer durch Diffusion oberflächenbehandelten Schicht II zusammensetzt.
Die durch Diffusion oberflächenbehandelte Schicht I besteht aus Nitrid, wobei
als Schicht eine nitrierte Schicht, eine karbonitrierte Schicht, eine weichni
trierte Schicht oder eine im Salzbad weichnitrierte Schicht vorkommen, wobei
bei jeder in einer Niedrigtemperaturbehandlung, durch die die Eigenschaften
des Grundmaterials nicht verloren gehen, hauptsächlich Stickstoff diffundiert
ist und sich feines Nitrid niederschlägt, so daß sich die Härte erhöht. Eine
harte Oberflächenschicht mit einer Härte von über 1000 Hv kann ohne
weiteres ausgebildet werden, jedoch ist die Behandlungsschicht relativ dünn.
Ferner wird die Eigenschaft einer verringerten Haftfähigkeit erzielt und der
Widerstand gegen Reibungsabnützung verbessert.
Die durch Diffusion oberflächenbehandelte Schicht II ist eine karburierte
Schicht, in der in einem Hochtemperaturbereich Kohlenstoff diffundiert wurde
und eine aushärtende Wärmebehandlung ausgeführt wurde, um die Härte der
Schicht zu erhöhen. Die Schicht II entspricht einer Schicht, die tiefer ausge
härtet ist als die durch Diffusion oberflächenbehandelte Schicht I und einer
Last ausgezeichnet widersteht, wenn ein hoher Oberflächendruck aufgebracht
wird.
Jede dieser oberflächendiffundierten Schichten besitzt die Eigenschaft, daß sie
selbst dann, wenn ein hoher Oberflächendruck ausgeübt wird, nur schwer
abzublättern ist, da sich die behandelte Schicht aus dem Grundmaterial
fortsetzt. Ferner wird durch Erhöhen der Härte des Grundmaterials ein
korrosionsbeständiger und verschleißfester Überzug ausgebildet, wodurch der
Belastungswiderstand gegen einen hohen Oberflächendruck verbessert wird,
wobei der Widerstand gegen das Abblättern des harten Überzugs ebenfalls
verbessert wird.
Um den obenerwähnten Zieleigenschaften zu genügen, werden die Struktur
und der Oberflächenzustand der durch Diffusion oberflächenbehandelten
Schicht I als Basis für den korrosionsbeständigen und verschleißfesten
Überzug wichtig. Das heißt, daß es wichtig ist, daß die nitrierte Schichtober
fläche einer Struktur und einem Zustand entspricht, bei denen der Widerstand
gegen das Abblättern des harten Überzugs nicht vermindert wird.
Ein Plasmanitrierverfahren ist ein Verfahren, bei dem ein zu behandelnder
Gegenstand als Katode in einem druckreduzierten Behälter (Anode) angeord
net wird, wobei Stickstoff-Quellengas (N2) und Verdünnungsgas (H2) in
diesen eingeführt werden, an diesen eine hohe Gleichspannung angelegt wird,
um eine Gleichspannungsentladung (anwachsende Entladung) hervorzurufen,
und durch das Gleichspannungsplasmaionisierter N darin diffundiert wird.
Die Fig. 6 und Fig. 7 zeigen ein Beispiel eines Untersuchungsergebnisses
einer durch dieses Nitrierverfahren ausgebildeten Oberflächenschicht. Ein
Prüfteil ist ein rostfreier Martensitstahl JIS SUS403. Fig. 6 zeigt ein Beob
achtungsergebnis der Struktur von Schnitten nitrierter Schichten unter einem
optischem Mikroskop und einem Rasterelektronenmikroskop, während Fig. 7
das Ergebnis einer Röntgenuntersuchung von Oberflächenschichten zeigt. Auf
dem größten Teil der durch Plasmanitrierung behandelten Oberfläche sind
Fe2N, Fe3N als Fe-Nitride einer als weiße Verbindungen bezeichneten ε-
Phase, Fe4N einer γ'-Phase und CrN als Cr-Nitrid ausgebildet. Auf dem
größten Teil der Oberfläche in der Struktur ist eine weiß aussehende Schicht
vorhanden, wobei an einer Spaltfläche ein ebener und glatter Bruch auftritt,
der brüchig und weich ist.
Fig. 8 zeigt ein Beobachtungsergebnis von Zuständen durch Plasmanitrierung
behandelter Oberflächen. Es sei angemerkt, daß auf dem größten Teil der
Oberfläche infolge des Adhäsionsphänomens von zerstäubten Teilchen feine
Eisenpartikel als Überzug von 1-2 µm haften. Wenn an der Grenzfläche eines
harten Überzugs feine Partikel vorhanden sind, wird die Adhäsionskraft gering
und der Widerstand gegen das Abblättern vermindert.
Aus den oben genannten Gründen wird bei der vorliegenden Erfindung im
Fall, in dem eine durch Plasmanitrieren nitrierte Schicht als durch Diffusion
oberflächenbehandelte Schicht I verwendet wurde, vorzugsweise der größte
Teil der Oberfläche durch Abschleifen oder dergleichen um 10 µm abgetra
gen.
Wenn die Plasmanitrierung ausgeführt wird, wird zur Beseitigung der brüchi
gen und weichen ε-Phase aus weißer Verbindung vorzugsweise neben der
Nitrierung auch die Diffusionsbehandlung ausgeführt.
Fig. 9 sind graphische Darstellungen, die jeweils einen Behandlungsprozeß
zur Steuerung der Härte einer nitrierten Schicht zeigen. In diesem Fall ist es
möglich, ein Gas-Nitrierverfahren oder dergleichen als Nitrierung in dem
Behandlungsprozeß anzuwenden. Jedoch ist eine Plasmanitrierung (ein Ionen-
Nitrierverfahren) das die Verbindungen einer Oberflächenschicht weitaus
besser steuern kann, geeigneter.
Während des Behandlungsprozesses (a) werden die Nitrierung und die
Diffusion kontinuierlich ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform
wird die Nitrierung durch Plasmanitrierung ausgeführt. Bei der Plasmanitrie
rung kann die Temperatur der zu behandelnden Gegenstände durch aufge
brachte Leistung (Entladungsleistung) erhöht und auf beliebiger Höhe gehal
ten werden, da der druckreduzierte Behälter gekühlt wird. Ferner besteht das
Merkmal, daß die Atmosphäre zu einer nitrierenden Atmosphäre oder nichtni
trierenden Atmosphäre (Diffusion) gemacht werden kann. Andererseits ist es
beim Gas-Nitrierverfahren, durch die Vorrichtung bedingt, schwierig, den
Prozeß in einem Temperaturbereich von ungefähr 600°C oder mehr auszufüh
ren, so daß eine Diffusionsbehandlung im Temperaturbereich von ungefähr
600°C oder darüber problematisch ist.
Während des Behandlungsprozesses (b) werden die Nitrierung und die
Diffusion diskontinuierlich ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform
wird die Nitrierung durch Plasmanitrierung ausgeführt. Während des Diffusi
onsprozesses werden das Erwärmen und das Halten in einem Vakuum-
Wärmebehandlungsofen ausgeführt. Der Prozeß kann in nichtoxidierender
Atmosphäre in einem Wärmebehandlungsofen, der eine Inertgas-Atmosphäre
wie etwa N2, Ar usw. verwendet und sich vom obenerwähnten Ofen unter
scheidet, ausgeführt werden.
Fig. 10 sind graphische Darstellungen (a) und (b), die Verteilungen der
Nitridschichthärte des rostfreien Martensitstahls JIS SUS403 bzw. des
legierten Werkzeugstahls JIS SKD11 zeigen. Die Zielwerte der nitrierten
Schichten sind eine Oberflächenhärte von über 1000 Hv, eine Tiefe des
ausgehärteten Anteils (Tiefe des Überzugs) von über 0,1 mm und eine Härte
von über 500 Hv.
Die Behandlungsbedingungen sind folgende: Temperatur: 530°C, Zeit: 8
Stunden, Gaszusammensetzung: N2/H2 gleich 1/3, Druck (Pirani): 40 Torr. In
der Härteverteilung des Werkzeugstahls JIS SKD11, der nach ausschließlicher
Nitrierung (ohne jegliche Behandlung nach der Nitrierung) belassen wurde,
beträgt die Härte an einer Stelle 25 µm unter der Oberfläche 1060 Hv, wird
von der Oberfläche nach innen gehend allmählich kleiner und erreicht die
Härte des Grundmaterials.
Das Material mit dieser Härteverteilung wird einem Diffusionsprozeß unter
zogen. Bei der Plasmanitrierung beträgt die Temperatur 550°C, die Zeit
beträgt 2,5 Stunden, die Gaszusammensetzung besteht nur aus H2 und der
Druck (Pirani) beträgt 40 Torr.
In der Härteverteilung des Materials, das nach der Nitrierung einem Diffusi
onsprozeß unterzogen wurde, beträgt die Härte an der Oberfläche 1010 Hv
und wird nach innen zu allmählich niedriger und erreicht die Härte des
Grundmaterials.
Bei den obenerwähnten Oberflächenschicht-Untersuchungsergebnissen der
Fig. 6 und 7 gemäß der Nitrierbehandlung und dem Diffusionsprozeß tritt im
Abschnitt, der der Oberfläche am nächsten liegt, keinerlei weiß aussehende
Schicht auf, wobei die Spaltfläche auch keinen brüchigen Bruchzustand
aufweist. Die im Oberflächenabschnitt identifizierten Verbindungen sind CrN
als Cr-Nitrid und α-Fe des Grundmaterials. Es wurde festgestellt, daß durch
die Diffusionsbehandlung nach der Nitrierung Fe2N, Fe3N als ε-Phase einer
weißen Verbindung verschwinden und nicht vorkommen. Die Ergebnisse
verschiedener anderer Stähle glichen den obenerwähnten.
Wie aus diesem Ergebnis deutlich wird, wird durch die Nitrierung und die
Diffusionsbehandlung die Härte gesteuert und eine feste nitrierte Schicht
ausgebildet. Ferner können auch Verbindungen der Oberflächenschicht
gesteuert werden. Dadurch wird es überflüssig, von der Oberfläche eine
brüchige ε-Phase abzutragen. Jedoch haften in diesem Fall infolge des
Adhäsionsphänomens zerstäubter Teilchen, durch Ionisation bedingt, feine
Eisenpartikel von ungefähr 1-2 µm als Überzug, so daß sie durch Läppen oder
dergleichen entfernt werden müssen.
Deshalb wird eine erfindungsgemäße Oberflächenbehandlungsvorrichtung,
wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, verwendet, um eine Oberflächenverbindungs
schicht oder eine nitrierte Schicht auszubilden, an der keine zerstäubten
Teilchen haften. Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach Fig. 11 bildet
auf einem Grundmaterial eine durch Diffusion oberflächenbehandelte Schicht
aus und bildet anschließend kontinuierlich einen korrosionsbeständigen und
verschleißfesten Überzug aus. Deshalb ist ein Mechanismus mit einem System
zur Oberflächenbehandlung durch Diffusion und mit einem System für einen
korrosionsbeständigen und verschleißfesten harten Überzug vorgesehen. Die
Fig. 11(a) und (b) unterscheiden sich beim Oberflächenbehandlungssystem
durch Diffusion hinsichtlich der Plasmaquelle zur Aktivierung des Prozeßga
ses, wobei in Fig. 11(a) ein Hochfrequenz-Plasmasystem gezeigt ist und in
Fig. 11(b) ein Mikrowellen-Plasmasystem gezeigt ist.
Die Nitridschichtbildung durch die Oberflächenbehandlung durch Diffusion
unter Verwendung der Oberflächenbehandlungsvorrichtung vollzieht sich
durch Einführen von Wasserstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak oder
einem Verdünnungsgas, das sich vom obigen Prozeßgas unterscheidet, in
einen Vakuumofen und durch Erzeugen von Plasma zur Aktivierung des
Prozeßgases. In einem solchen Fall wird ein behandeltes Produkt durch eine
Heizvorrichtung im Ofen erwärmt und auf Temperatur gehalten, so daß es
überflüssig ist, bei der Plasmanitrierung Ionenstoß anzuwenden. Somit
unterscheidet es sich von der Plasmanitrierung, wobei kein Zerstäuben durch
Ionenstoß erforderlich ist, so daß sich die Oberflächenschicht ohne Adhäsion
zerstäubter Teilchen ausbildet. Ferner ist es durch Steuerung der Zusammen
setzungsverhältnisse der Zusammensetzung des Prozeßgases möglich, die
Bildung einer weißen Verbindung in der Oberflächenverbindungsschicht zu
unterdrücken.
Mit der Oberflächenbehandlungsvorrichtung wurde bei der vorliegenden
Erfindung eine Oberflächenbehandlung durch Diffusion (Bildung einer
nitrierten Schicht) verschiedenartiger Stähle ausgeführt. Als Ergebnis wurden
die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Strukturen und Oberflächenzustände erhal
ten. Dadurch wurde zur Ausbildung eines korrosionsbeständigen und ver
schleißfesten harten Überzugs eine optimale durch Diffusion oberflächenbe
handelte Schicht geschaffen.
Eine nitrierte Schicht reagiert mit einem nitridbildenden Element, beispiels
weise mit Cr, das dem Grundmaterial hinzugefügt wurde und in diesem in
fester Lösung vorhanden ist, und bildet das Nitrid CrN. Deshalb ist in Stählen
mit hohem Cr-Gehalt wie etwa rostfreien Stählen die durch den Zusatz von Cr
verliehene Eigenschaft einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit
abgeschwächt, da das Cr des Grundmaterials Nitrid bildet und somit die
Cr-Konzentration herabsetzt, weshalb aus dem rostfreien Stahl ein Stahl wird,
der sich von rostfreiem Stahl unterscheidet. Dadurch verschlechtert sich die
Korrosionsbeständigkeit geringfügig.
Fig. 12 zeigt die Korrosionsbeständigkeit verschiedenartiger Materialien. Sie
wird durch das natürliche Potential und das Pitting-(Lochfraß)-Potential in
Lösungen von 13,5 Vol.-% Ethanol in Wasser bei einer Säureionenkonzentra
tion mit einem Gesamtsäurewert von 0,13 mg KOH/g ausgedrückt. Je größer
das natürliche Potential und das Pitting-Potential sind, desto ausgezeichneter
ist die Korrosionsbeständigkeit. Bei rostfreiem Stahl liegen sowohl das natür
liche Potential als auch das Pitting-Potential in einem oberen Bereich, der eine
ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit zeigt. Im Gegensatz dazu liegt
legierter Werkzeugstahl JIS SKD11 und dessen Nitriermaterial in einem
unteren Bereich des natürlichen Potentials und Pitting-Potentials. Ein Nitrier
material aus rostfreiem Stahl JIS SUS403 liegt ebenfalls in einem unteren
Bereich, wobei festgestellt wurde, daß sich die Korrosionsbeständigkeit durch
Nitrierung geringfügig verschlechtert.
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe wird bezüglich des Kraftstoffs
angenommen, daß dem Benzin Methanol und Ethanol zugesetzt wurde, also
minderwertiges Benzin oder dergleichen verwendet wird. Bei einem solchen
Benzin muß infolge der Vermischung mit Wasser, Säurekomponenten oder
dergleichen die Oxidationswirkung des Materials berücksichtigt werden. Das
heißt, daß die Möglichkeit besteht, daß ein Verschleißeffekt eintritt, wenn sich
die Kontaktabschnitte eines Gleitmechanismusteils in oxidierender Atmo
sphäre befinden. In einem solchen Fall unterstützt die Atmosphäre den
Verschleiß, wobei angenommen wird, daß das Maß des Verschleißes der
Gleitteile ansteigt.
Fig. 13 zeigt die Säureionenkonzentration im Benzin, die das Maß des
Verschleißes beeinflußt. Es sind die Abnutzungen durch Verschleiß an einem
festen Teil bei einer Verschleißprüfung unter Hin- und Herbewegung gezeigt,
wobei die Säureionenkonzentrationen im Benzin, das 13,5 Vol.-% Ethanol und
0,74 Gew.-% Wasser enthielt, variiert wurden. Aus Fig. 13 folgt, daß das Maß
des Verschleißes nitrierter Materialien geringer als bei einer Kombination aus
rostfreien Stählen ist, während die Korrosionsbeständigkeit verbessert ist.
Jedoch tendiert bei jeder Materialkombination die Stärke der Abnutzung nach
oben, wenn ein bestimmter Wert überschritten wird, da der Gesamtsäurewert
(die Säureionenkonzentration) ansteigt. Somit wurde festgestellt, daß in einem
Konzentrationsbereich, in dem die Stärke der Abnutzung zunimmt, Verschleiß
durch Korrosion eintritt.
Aufgrund dieses Ergebnisses besteht in Fällen, in denen Benzin guter Qualität
verwendet wird, kein Problem, jedoch ist es wichtig, auf das Material Wert zu
legen, falls ein Kraftstoff verwendet wird, der offensichtlich korrodierend
wirkt.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist bei der vorliegenden Erfindung auf dem größten
Teil der Oberfläche ein korrosionsbeständiger und verschleißfester harter
Überzug ausgebildet. Als korrosionsbeständiger und verschleißfester harter
Überzug werden gemäß einem Gegenstand der Erfindung TiC, WC und SiC
als Carbide, TiN, CrN, BN, TiAlN als Nitride und Al2O3 als Oxid gewählt,
wobei der harte Überzug durch PVD ausgebildet wird, bei dem sich im
Niedertemperaturbereich durch die starke Adhäsion ein dichter Überzug
bilden kann.
Fig. 11 sind Blockschaltbilder, die jeweils eine Prozeßvorrichtung zur Ausbil
dung korrosionsbeständiger und verschleißfester harter Überzüge zeigt. In
Fig. 11 ist als Ionplating-Verfahren das Lichtbogen-Ionplating gezeigt, jedoch
kann jeder andere Typ beispielsweise der Hohlkatodentyp, der Lichtbogen
entladungstyp oder der Zerstäubungstyp verwendet werden.
Das Lichtbogen-Ionplating erzeugt eine Vakuum-Lichtbogenentladung
zwischen einer Katode, die aus einem Material zusammengesetzt ist, das
verdampft und einen Überzug bildet, und einer Anode unter einem Strom von
einigen 10 bis einigen 100 A und einer Spannung von 15-30 V in einem
Vakuumofen mit einer Niederdruck-Gasatmosphäre von bis zu einigen 10 Pa.
Der Vakuumlichtbogen ist dadurch gekennzeichnet, daß an einer Verdamp
fungsoberfläche der Katode ein Lichtbogenpunkt auftritt, auf den sich der
Entladestrom konzentriert. Der Durchmesser des Lichtbogenpunkts wird auf
ungefähr 10 µm geschätzt, wobei sich auf den sehr kleinen Bereich ein großer
Strom konzentriert, so daß eine hohe Temperatur von 4 × 103-104°C erzeugt
wird und die Katode augenblicklich verdampft. Der Lichtbogenpunkt bewegt
sich in zufälliger Weise mit hoher Geschwindigkeit über eine Verdampfungs
oberfläche der Katode, so daß unabhängig davon, daß der Punkt eine sehr
hohe Temperatur besitzt, das Katodenmaterial (Ziel), das gekühlt wird, fest
bleibt. Deshalb ist es bei Anwendung der Vakuum-Lichtbogenentladung
möglich, für das durch Sublimation bedingte Bedampfen Dampf aus einem
festen Ziel zu erzeugen.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 11 werden eine Vakuum-Lichtbogen-Bedamp
fungsquelle, die durch Vakuum-Lichtbogenentladung ein Ziel verdampft, und
ein Substrat, das mit ionisiertem Dampf umgeben ist, der von einem Lichtbo
gen erzeugt wird, in den Vakuumofen gestellt. An das Substrat wird eine
negative Vorspannung angelegt, wodurch Ionen, die das Substrat erreichen,
beschleunigt werden, so daß sie eine geeignete Energie besitzen, wobei die
Eigenschaften des dadurch gebildeten Überzugs gesteuert werden. Im Vaku
umofen ist eine Versorgungsleitung für Gas vorgesehen; beispielsweise wird
während dem Bedampfen mit Ti N2-Gas eingeführt, wodurch es möglich ist,
eine reaktive Beschichtung zur Bildung eines TiN-Überzugs auszubilden.
Grundsätzlich kann jedes Material als Zielmaterial für das Bedampfungsmate
rial verwendet werden, solange es ein festes Material mit elektrischer Leitfä
higkeit ist; beispielsweise können ein Metallmaterial, leitfähige Keramiken,
Graphit usw. verwendet werden.
Durch eine solche Vorrichtung ausgebildete korrosionsbeständige und
verschleißfeste harte Überzüge besitzen aufgrund der Dichte und der nicht-
metallischen Eigenschaften des Ganzen eine ausgezeichnete Korrosionsbe
ständigkeit. Beispielsweise liegt hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit das
CrN (das Grundmaterial ist JIS SKD11) in Fig. 12 in einem Bereich, in dem
das natürliche Potential und das Pitting-Potential höher ist als bei verschieden
artigen Stählen, die sich von JIS SUS304 unterscheiden, und eine ausgezeich
nete Korrosionsbeständigkeit besitzt. Ferner sei angemerkt, daß es hinsichtlich
der Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Grundmaterial JIS SKD11
wesentlich verbessert ist.
Der korrosionsbeständige und verschleißfeste harte Überzug besitzt die
Wirkung, daß er das Metallübertragungsphänomen, das zwischen dem
Überzug und einem Material, das mit diesem in Kontakt ist, eintritt, unter
drückt, keine Adhäsion und kein Fressen zuläßt und einen kleinen Reibwider
stand besitzt, so daß die Anfangsabnutzung, die Dauerabnutzung, das Fressen
usw. verhindert werden. Deshalb besitzt er in Fig. 13 im Vergleich zur
Abnutzung verschiedenartiger Materialien durch Verschleiß einen kleinen
Wert. Ferner ist sein Beitrag zu Korrosion und Verschleiß gering. Somit kann
es für Gleitelemente in Benzin, das eine korrodierende Umgebung hervorruft,
verarbeitet werden.
Fig. 14 zeigt Einzelheiten eines Teils der Ausführungsform 1. Durch den
Einlaßraum 15, den Verbindungsdurchgang A 16 und die Gegenbohrung 51,
die jeweils in dem Zylinderblock 12 ausgebildet sind, und ferner durch die
Einführungsbohrung 19 und das Einlaßventil 24 fließt in der oben angegebe
nen Reihenfolge Benzin in die Pumpenkammer, wobei das Benzin unter
Druck gesetzt wird. In diesem Fall sind der Kraftstoff und das Öl während der
Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 11 durch die im Tauchkolben 12
vorgesehene Dichtung 17 getrennt. Als Maßnahmen gegen den Verschleiß des
Tauchkolbens 11, der auf der Dichtung 17 (die elastisch und z. B. aus Gummi
ist) gleitet, und gegen den Verschleiß des Tauchkolbens 11, der in der Zylin
derbohrung 13 gleitet, ist eine oberflächenbehandelte Schicht 11a ausgebildet,
die aus einer durch Diffusion oberflächenbehandelten Schicht und einem
korrosionsbeständigen und verschleißfesten harten Überzug zusammengesetzt
ist.
Wie in Fig. 5(a) gezeigt ist, sind auf der oberflächenbehandelte Oberfläche
11a des Tauchkolbens 11 in der vorliegenden Ausführungsform ein korrosi
onsbeständiger und verschleißfester harter Überzug und eine durch Diffusion
behandelte Oberflächenschicht I ausgebildet. Das Grundmaterial ist legierter
Werkzeugstahl JIS SKD11, wobei die durch Diffusion oberflächenbehandelte
Schicht I in einer nitrierten Schicht von 50 µm ausgebildet ist, wie in
Fig. 10(b) gezeigt ist. Durch die Behandlungsvorrichtung aus Fig. 11 wurde
auf der Oberfläche CrN von 4 µm ausgebildet.
Andererseits gleiten die Taumelscheibe 9 und die Gleitteile 10 mit hoher
Umlaufgeschwindigkeit innerhalb der Schrägkammer 38, die zwischen dem
Körper 5 und dem Zylinderblock 12 ausgebildet ist, in Öl. Eine Kombination
aus Materialien ist ebenfalls wichtig.
Als Material für die Taumelscheibe können ein oberflächenbehandeltes
Material aus legierten Stählen für Maschinenbauzwecke, Gußeisen und deren
oberflächenbehandeltes Material verwendet werden. Als Oberflächenbehand
lung für legierte Stähle für Maschinenbauzwecke kann karburierter und
abgeschreckter Chrommolybdän-Stahl SCM415 verwendet werden. Als
Gußeisen können Graugußeisen, modulares Graphit-Gußeisen oder jedes Guß
eisen verwendet werden, bei dem das Grundmaterial durch Abschrecken oder
Zwischenstufen-Vergütung verfestigt wurde oder eine Oberflächenbehandlung
durchgeführt wurde. Eine Oberflächenbehandlung wird an einer nitrierten
Schicht, einer karbonitrierten Schicht, einer weichnitrierten Schicht, einer im
Salzband weichnitrierten Schicht, einer karburierten und abgeschreckten
Schicht oder an deren durch Laminierung behandelten Schicht ausgeführt.
Als Material für die Gleitteile kann eine Aluminiumlegierung, eine Kupferle
gierung, eine Sinterlegierung, legierter Werkzeugstahl, rostfreier Stahl und
deren oberflächenbehandeltes Material verwendet werden. Unter den Alumi
niumlegierungen gibt es eine Legierung A390 mit hohem Si-Gehalt usw. Als
Kupferlegierungen und Sinterlegierungen können verschiedenartige ver
schleißfeste Materialien verwendet werden.
Bei den legierten Werkzeugstählen JIS SKD61 und JIS SKD11 kann die Härte
ihres Grundmaterials durch Abschrecken und Tempern erhöht werden.
Deshalb besitzt das Material eine ausreichende Festigkeit, Haltbarkeit und
Verschleißfestigkeit. Da ferner die legierten Werkzeugstähle jeweils ungefähr
5-13% Cr usw. des diesem zugegebenen nitridbildenden Elements enthalten,
erreicht die Härte einer nitrierten Schicht durch allgemeine Nitrierung über
1000 Hv, wobei eine harte Oberflächenschicht ausgebildet und durch Nitrie
rung geschaffen werden kann. Bezüglich der Härteverteilung ist die Härte an
der Oberfläche hoch und nimmt nach innen allmählich ab. Jedoch nimmt die
Härte in einem Material JIS SKD11 wegen der Wärmehistorie der Nitrierung
im Vergleich zur Abschreckung und Temperung leicht ab.
Rostfreien Stahl betreffend wird beispielsweise JIS SUS403 verwendet. Das
Material JIS SUS403 läßt sich ausgezeichnet schneiden und kann in einem
Niedertemperaturbereich plastisch verschnitten und durch eine Preßmaschine
oder dergleichen in Produktformen geformt werden, da die Härte des wärme
behandelten Grundmaterials 190 HV beträgt und im unteren (weichen)
Bereich liegt. Deshalb besitzt es eine ausgezeichnete Ergiebigkeit. Da jedoch
der Kohlenstoffgehalt gering ist, beträgt die Härte, selbst dann, wenn das
Abschrecken und Tempern ausgeführt wurde, ungefähr 300 Hv und liegt im
unteren (weichen) Bereich. Um eine Verschleißfestigkeit zu erzielen, wird
deshalb eine Oberflächenbehandlung vorgenommen. Das Material JIS
SUS403 besitzt beispielsweise 13% seiner Legierungszusammensetzung zu
gesetztes Cr des nitridbildenden Elements, weshalb die Härte einer nitrierten
Schicht durch Nitrierung über 1000 Hv erreicht.
Fig. 15 zeigt Abschnitte des Gleitteils 10, bei dem eine Oberflächenbehand
lung vorgenommen wurde. Material und Spezifikation sind wie folgt.
In Fig. 15(a) ist eine oberflächenbehandelte Schicht 10a des Gleitteils ledig
lich auf derjenigen Gleitseite, mit der die pendelnde Taumelscheibe 9 gleitet,
ausgebildet. In Fig. 15(b) ist die oberflächenbehandelte Schicht 10a des
Gleitteils 10 auf einer Vorderfläche ausgebildet, wobei sie außerdem auf
einem Gleitabschnitt, der sich auf den Tauchkolben 11 bezieht, ausgebildet ist.
In Fig. 15(c) ist eine oberflächenbehandelte Schicht 9a der Taumelscheibe 9
ausgebildet. In Fig. 15(d) sind auf der Taumelscheibe 9 und dem Gleitteil 10
oberflächenbehandelte Schichten 9a bzw. 10a ausgebildet.
Als oberflächenbehandelte Schichten 9a, 10a kann auch eine behandelte
Struktur, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, aufgebracht werden. Ferner kann eine
nitrierte Schicht, eine karbonitrierte Schicht, eine weichnitrierte Schicht, eine
im Salzbad weichnitrierte Schicht, eine karburierte und abgeschreckte Schicht
oder eine von diesen Schichten, die durch Laminierung behandelt wurde, als
Schicht verwendet werden, die sich von jener in Fig. 5 unterscheidet.
Um beispielsweise die Oberflächenhärte der Taumelscheibe 9 größer als die
des Gleitteils 10 zu machen, wird eine Nitridschicht 9a der Taumelscheibe
durch Plasmanitrierung von JIS SUS403 ausgebildet. Die Behandlungsbedin
gungen sind folgende: Temperatur: 530°C, Zeit: 7 Stunden, Gaszusammen
setzung: N2/H2 gleich 1/3, Druck (Pirani): 40 Torr. Die Härte der Nitridschicht
beträgt über 900 Hv, wobei die Tiefe des Überzugs 0,1 mm (über 500 Hv)
beträgt. Nach der Nitrierung wird ein Trommelschleifen ausgeführt, um vom
größten Teil der Oberfläche feine Partikel zu entfernen und die Oberflächen
glattheit zu verbessern. In einem solchen Fall kann ferner die Härte der
Nitridschicht 10a des Gleitteils dieselbe wie jene der Pendelscheiben-Nitrid
schicht 9a sein.
Eine vorzunehmende Haltbarkeitsprüfung der Pumpe mit Taumelscheibe und
axialem Tauchkolben, die wie voranstehend aufgebaut war, wurde ausgeführt
und ist in Fig. 1 gezeigt.
Im Ergebnis arbeitete die Pumpe ohne Anomalien, wobei stabile Werte der
Durchflußleistung der Benzinförderung erzielt wurden. Nach der Prüfung
wurde die Pumpe zerlegt und jedes Teil in der Kraftstoffkammer untersucht,
wobei als Ergebnis an keinem der Teile ein ungewöhnlicher Verschleiß
eintrat, sondern die Teile in einem Zustand durch Dauerverschleiß waren.
Andererseits trat ohne jegliche Behandlung ein geringer Verschleiß an den
Gleitabschnitten zwischen dem Außendurchmesserabschnitt des Tauchkolbens
11 und der Dichtung 17 auf.
Bei der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Kraftstoffpumpe
haften die Gleitteile nur schwerlich aneinander, wobei die Verschleißfestigkeit
verbessert ist. Da eine aus einem korrosionsbeständigen und verschleißfesten
Überzug und einer durch Diffusion oberflächenbehandelten Schicht zusam
mengesetzte oberflächenbehandelte Schicht ausgebildet wurde, ist sie selbst
unter hohem Oberflächendruck nur schwerlich abzutrennen und besitzt die
Eigenschaft einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit. Die Verschleißfe
stigkeit in einer aggressiven Umgebung wird durch diese Eigenschaften
verbessert, wodurch eine aufgabengemäße Kraftstoffpumpe geschaffen
werden kann.
Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Kraftstoffpumpe mit
radialem Tauchkolben (Einzylindertyp).
Die Radialtauchkolben-Kraftstoffpumpe besitzt eine Welle, die die Antriebs
kraft eines Motors überträgt, einen Antriebsnocken, der die Rotation der Welle
in eine Pendelbewegung umwandelt, einen Tauchkolben, der sich durch die
Rotation des Antriebsnockens über eine Nockenscheibe hin und her bewegt,
und eine Zylinderbohrung, die in Verbindung mit dem Tauchkolben Kraftstoff
aufnimmt und abgibt, wobei eine durch Diffusion oberflächenbehandelte
Schicht und ein korrosionsbeständiger und verschleißfester harter Überzug auf
einer Oberfläche eines der Elemente des Mechanismusteils, der mit Kraftstoff
geschmiert wird und gleitet, sowie auf einem Pumpenteil ausgebildet ist.
Fig. 16 und Fig. 17 zeigen Einzelheiten der Radialtauchkolben-Kraftstoff
pumpe der Erfindung. Fig. 16 ist ein vertikaler Schnitt der Kraftstoffpumpe,
während Fig. 17 ein Kraftstoff-Einspritzsystem, das die vorliegende Ausfüh
rungsform verwendet, zeigt.
Ein Pumpenkörper 100 ist mit einem Einlaßdurchgang 110, einem Auslaß
durchgang 111 und einer Druckkammer 112 versehen. Ein Einlaßventil 105
und ein Auslaßventil 106 sind an dem Einlaßdurchgang 110 und dem Auslaß
durchgang 111 vorgesehen, wobei sie jeweils durch eine Feder 105a und eine
Feder 106a gezwungen werden, sich auf einer Seite zu halten, wodurch
Absperrventile gebildet werden, um Fließrichtungen des Kraftstoffs zu
sperren.
Hierbei wird der Tauchkolben 102 als Druckelement in der Druckkammer
gleitbar gehalten. Eine am unteren Ende des Tauchkolbens 102 vorgesehene
Nockenscheibe 103 wird durch eine Feder 104 gegen einen Nocken 200
gedrückt. Der Tauchkolben 102 wird durch den Nocken 200, die durch eine
Motornockenwelle oder dergleichen gedreht wird, hin und her bewegt, um den
Hubraum der Druckkammer 112 zu verändern. Wenn das Einlaßventil 105
während des Verdichtungshubs des Tauchkolbens 102 geschlossen wird, steigt
der Druck in der Druckkammer 112 an, wodurch das Auslaßventil 106
automatisch geöffnet wird, Kraftstoff unter Druck gesetzt und an eine gemein
same Verbindung abgegeben wird. Das Einlaßventil 105 wird automatisch
geöffnet, wenn der Druck in der Druckkammer 112 niedriger als jener an einer
Kraftstoffzuführöffnung wird, jedoch wird das Schließen des Ventils durch die
Funktion eines Tauchmagneten 300 bestimmt.
Der Tauchmagnet 300 ist in dem Pumpenkörper 100 angebracht. Der Tauch
magnet 300 besitzt ein Eingriffselement 301 und eine darin angeordnete Feder
302. Das Eingriffsglied 301 wird durch die Feder 300 so gezwungen, daß es
das Einlaßventil 105 öffnet, wenn der Tauchmagnet 300 ausgeschaltet ist. Die
Zwangskraft der Feder 302 ist größer als die Zwangskraft der Einlaßventil-
Feder 105a ausgelegt, so daß das Einlaßventil 105 in einem geöffneten
Zustand ist, wenn der Tauchmagnet 300 eingeschaltet ist, wie in Fig. 16 ge
zeigt ist.
Der Stromfluß zum Tauchmagneten 300 wird so gesteuert, daß dann, wenn
vom Pumpenkörper 100 Hochdruck-Kraftstoff zugeführt wird, der Tauchma
gnet 300 eingeschaltet wird (Stromfluß), und dann, wenn die Kraftstoffzufuhr
gestoppt wird, der Tauchmagnet 300 ausgeschaltet wird.
Wenn der Tauchmagnet 300 eingeschaltet bleibt (Stromfluß), wird eine
elektromagnetische Kraft, die größer als die Zwangskraft der Feder 302 ist,
erzeugt, um das Eingriffselement 301 gegen den Tauchmagneten 300 zu
ziehen, so daß das Eingriffselement 301 und das Einlaßventil 105 getrennt
werden. Unter dieser Bedingung wird das Einlaßventil 105 zu einem automati
schen Ventil, das synchron mit der Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens
102 öffnet und schließt. Somit wird das Einlaßventil 105 während des Ver
dichtungshubs geschlossen, weshalb dadurch, daß das Auslaßventil nach oben
gedrückt wird, durch Verkleinerung des Hubraums der Druckkammer 112
Kraftstoff an die gemeinsame Verbindung abgegeben wird.
Wenn andererseits der Tauchmagnet 300 ausgeschaltet bleibt (kein Strom
fluß), ist das Eingriffselement 301 durch die Zwangskraft der Feder 302, die
das Einlaßventil 105 geöffnet hält, mit letzterem in Eingriff. Somit wird der
Druck in der Druckkammer 112 auf einem niedrigen Wert gehalten, der selbst
während des Verdichtungshubs im wesentlichen gleich jenem an der Kraft
stoffzufuhröffnung ist, so daß das Auslaßventil nicht geöffnet werden kann
und Kraftstoff entsprechend der Abnahme des Hubraums der Druckkammer
112 durch das Einlaßventil 105 in Richtung der Kraftstoffzufuhröffnung
zurückgeführt wird.
Ferner wird ab dem Zeitpunkt, in dem der Tauchmagnet 300 durch den
Verdichtungshub in einen Durchlaßzwischenraum gebracht wird, an die
gemeinsame Verbindung 153 Kraftstoff abgegeben. Ferner erhöht sich der
Druck in der Druckkammer 112, sobald die Kraftstoffabgabe beginnt, so daß
das Einlaßventil 105, obwohl der Tauchmagnet 300 ausgeschaltet wurde,
anschließend geschlossen bleibt und synchron mit dem Beginn des Ansaug
hubs automatisch geöffnet wird.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 17 der Aufbau eines Kraftstoffversor
gungssystems, das die vorliegende Ausführungsform verwendet, erläutert.
Durch eine Niederdruckpumpe 151 wird über die Kraftstoffzufuhröffnung des
Pumpenkörpers Kraftstoff in einen Behälter 150 eingeführt, wobei der Druck
des Kraftstoffs durch einen Druckregler 152 auf einen konstanten Druck
eingestellt wird. Danach wird der Kraftstoff durch den Pumpenkörper 100
unter Druck gesetzt und zwangsläufig über die Kraftstoffabgabeöffnung an die
gemeinsame Verbindung 153 abgegeben. An der gemeinsamen Verbindung
153 sind Einspritzdüsen 154, ein Sicherheitsventil 155 und ein Drucksensor
angebracht. Die Anzahl von Einspritzdüsen 154 entspricht der Anzahlt der
Zylinder, wobei jede Einspritzdüse als Antwort auf ein Signal von einer
Motorsteuereinheit (ECU = engine control unit) Kraftstoff einspritzt. Ferner
öffnet das Sicherheitsventil 155, wenn der Druck in der gemeinsamen Verbin
dung 153 einen vorgegebenen Wert übersteigt, wodurch Leitungsbruch
verhindert wird.
Hierbei ist die Oberflächenstruktur des Tauchkolbens 102 wie in Fig. 5 gezeigt
ausgebildet. Fig. 18 zeigt Einzelheiten eines Teils der Ausführungsform 2.
Vom Einlaßventil 105 wird Benzin als Kraftstoff zugeführt und in die Druck
kammer 112 eingeführt. Das Benzin wird in der Druckkammer 112 unter
Druck gesetzt, wodurch das Benzin durch einen umfänglichen Spalt zwischen
einer Gleitbohrung 108a an einem Innendurchmesserabschnitt des Zylinders
108 und dem darin gleitenden Tauchkolben 102 nach außen fließt. Das
Entweichen von Benzin wird durch Abdichten des umfänglichen Spalts mit
einer Dichtung 120 minimiert.
Die durch das Gleitens zwischen dem Zylinder und dem Tauchkolben und
zwischen dem Tauchkolben und der Dichtung bedingten Verschleißzustände
gleichen jenen in der Ausführungsform 1. Als Maßnahmen gegen den Ver
schleiß der Dichtung 120 (elastisches Element, beispielsweise aus Gummi)
und des Tauchkolbens 102 und gegen den Verschleiß des Tauchkolbens 102
und der Gleitbohrung 108a des Zylinders besitzt der Tauchkolben 102 eine
oberflächenbehandelte Schicht 102a, die aus einer durch Diffusion oberflä
chenbehandelten Schicht und einem darauf ausgebildeten korrosionsbeständi
gen und verschleißfesten harten Überzug zusammengesetzt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die oberflächenbehandelte Schicht
102a des Tauchkolbens 102 aus einem korrosionsbeständigen und verschleiß
festen harten Überzug, wie er in Fig. 5(a) gezeigt ist, und einer durch Diffu
sion oberflächenbehandelten Schicht I zusammengesetzt. Ein Grundmaterial
ist legierter Werkzeugstahl JIS SKD11, wobei die durch Diffusion oberflä
chenbehandelte Schicht I eine Nitridschicht von 100 µm besitzt, die wie in
Fig. 10(b) ausgebildet ist. Durch die Behandlungsvorrichtung nach Fig. 11
wird auf der Oberfläche CrN von 5 µm ausgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Dichtung 120, die aus einem
elastischen Material gefertigt ist, auf dem äußeren Begrenzungsabschnitt des
Tauchkolbens 102 vorgesehen, um zu verhindern, daß Öl für die Schmierung
des Nockens 200 in die Pumpe fließt, und zu verhindern, daß Kraftstoff aus
der Pumpe nach außen fließt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die
Dichtung 120 mit einem Metallrohr 120a einteilig ausgebildet und in den
Pumpenkörper 100 eingepreßt. Es können beliebige Befestigungsverfahren
angewandt werden.
Ferner ist die Druckkammer 112 durch den Zylinder 108 gebildet, wobei die
Gleitbohrung den Tauchkolben 102 so führt, daß er sich hin und her bewegen
kann. Der Innendurchmesserabschnitt des Zylinders 108 ist aus einer sich
erstreckenden Innenwand 108b, die die Druckkammer bildet, und der Gleit
bohrung 108a mit einem umfänglichen Spalt von höchstens 10 µm zwischen
dem Tauchkolben 102, wodurch das Entweichen von Kraftstoff aus der
Druckkammer minimiert wird, zusammengesetzt.
Ferner ist in einem äußeren Begrenzungsabschnitt des Zylinders 108 ein
vertikaler Durchgang 109 vorgesehen, der mit der Gleitbohrung 108a in
Verbindung steht, wobei der vertikale Durchgang 109 mit dem Einlaßdurch
gang 110, der mit der Kraftstoffzufuhröffnung 110 durch den seitlichen
Durchgang 110b verbunden ist, in Fluidverbindung steht.
Ein Absperrventil 400 zum Sperren der Fließrichtung vom Kraftstoffeinlaß
durchgang 110 zum vertikalen Durchgang 109 ist am Einlaß des seitlichen
Durchgangs 110b vorgesehen.
Dadurch wird zugelassen, daß Kraftstoff, der durch den umfänglichen Spalt
zwischen der Gleitbohrung 108a und dem Tauchkolben 102 aus der Druck
kammer 112 fließt, in Richtung des Kraftstoffeinlaßdurchgangs 110 fließt, der
ein Abschnitt mit Niederdruck ist, so daß der Druck der Dichtung 120 auf
seiten der Kraftstoffkammer der gleiche Druck wie jener im Kraftstoffeinlaß
durchgang 110 wird, wodurch verhindert werden kann, daß der Kraftstoff nach
außen entweicht, ohne die Steifheit der Dichtung 120 stark zu erhöhen.
Ferner ist es dadurch, daß wie oben erwähnt der Ausfluß von Kraftstoff aus
der Druckkammer 112 durch den Spalt des Gleitabschnitts des Tauchkolbens
auf ein Minimum herabgesetzt werden kann, möglich, die Förderleistung der
Pumpe während des normalen Betriebs zu erhöhen.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Hauptelemente oder Hauptteile,
die in Kraftstoff arbeiten, gleiten und korrosionsbeständig und verschleißfest
sein müssen, das Einlaßventil und das Auslaßventil 106, die am Kraftstoffein
laßdurchgang 110 und am Auslaßdurchgang 111 vorgesehen sind, der Tauch
kolben 102 als Druckelement der Druckkammer 112 und der Zylinder 108 mit
der Gleitbohrung, die den Tauchkolben so führt, daß er sich hin und her
bewegen kann.
Insbesondere ist der umfängliche Spalt zwischen dem Tauchkolben 102 und
dem Zylinder 108 höchstens 10 µm breit ausgebildet, um das Entweichen von
Kraftstoff aus der Druckkammer zu minimieren. Deshalb kommt ein durch das
Fressen bedingtes Festhängen oder Steckenbleiben oder eine Verminderung
der Pumpenleistung aufgrund der Vergrößerung des umfänglichen Spalts
infolge eines ungewöhnlichen Verschleißes vor.
Als nächstes wird die Anwendung der vorliegenden Ausführungsform auf die
anderen Verschleißteile gezeigt. Fig. 19 und Fig. 20 zeigen Einzelheiten von
Teilen des Einlaßventils 105 bzw. Einzelheiten von Teilen des Auslaßventils
106.
Beim Einlaßventil 105 aus Fig. 19 wird durch die Kraftstoffzufuhröffnung 110
Kraftstoff zugeführt und durch einen Spalt zwischen einer Kugel 142 und dem
Einlaßventil 105 in die Druckkammer 112 aufgenommen, wenn sich ein
Tauchkolbenstab 140 hin und her bewegt. In diesem Fall sind die Stellen, an
denen der Verschleiß ein Problem wird, folgende: A: ein Kontaktabschnitt
zwischen der Kugel 142 und dem Einlaßventil 105, B: ein Gleitabschnitt
zwischen dem Einlaßventil 105 und einer Absperrventilführung 143, C: ein
Aufnahmeabschnitt der Tauchkolbenführung 141 und des Einlaßventils 105
und D: ein Abstützabschnitt des Tauchkolbenstabs 140.
Vor dem Auslaßventil 106 aus Fig. 20 wird in der Druckkammer 112 Kraft
stoff unter Druck gesetzt, um das Auslaßventil 106 zu öffnen und zu schlie
ßen, und dadurch abgegeben zu werden. In diesem Fall sind die Abschnitte, an
denen der Verschleiß ein Problem wird folgende: E: ein Kontaktabschnitt
zwischen dem Absperrventilsitz 107 und dem Auslaßventil 106 und F: ein
Kontaktabschnitt zwischen dem Auslaßventil 106 und einem Absperrventil
halter 130.
Um Maßnahmen gegen den Verschleiß an jedem dieser Abschnitte zu treffen,
ist auf jedem Abschnitt eine oberflächenbehandelte Schicht ausgebildet, die
aus einer durch Diffusion oberflächenbehandelten Schicht und einem korrosi
onsbeständigen und verschleißfesten harten Überzug zusammengesetzt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform sind auf dem Einlaßventil 105 aus
Fig. 19 und dem Absperrventilsitz 107 aus Fig. 20 die oberflächenbehandelten
Schichten 105a, 107a ausgebildet, die jeweils aus einem korrosionsbeständi
gen und verschleißfesten harten Überzug, wie er in Fig. 5(a) gezeigt ist, und
einer durch Diffusion oberflächenbehandelten Schicht I zusammengesetzt
sind. Ein Grundmaterial ist rostfreier Stahl JIS SUS420 J, wobei auf der durch
Diffusion oberflächenbehandelten Schicht I durch die Behandlungsvorrichtung
nach Fig. 11 eine Nitridschicht von 50 µm ausgebildet wird, wobei auf der
Oberfläche CrN von 5 µm ausgebildet wird.
Die vorzunehmende Haltbarkeitsprüfung der Radialtauchkolbenpumpe aus
Fig. 16, bei der die Innenseite der Kraftstoffkammer wie bei der vorherigen
aufgebaut war, wurde ausgeführt.
Im Ergebnis arbeitete die Pumpe ohne Anomalien, wobei ein stabiler Wert der
Durchflußleistung der Benzinförderung erzielt wurde. Nach der Prüfung
wurde die Pumpe zerlegt und jedes Teil in der Kraftstoffkammer untersucht,
wobei als Ergebnis an keinem der Teile ein ungewöhnlicher Verschleiß
eintrat, sondern die Teile in einem Zustand durch Dauerverschleiß waren.
Ferner war beim Einlaßventil 105 und dem Auslaßventil 106 der Verschleiß
von Teilen an Verschleißstellen gering.
Andererseits trat ohne jegliche Behandlung ein geringer Verschleiß an den
Gleitabschnitten zwischen dem Außendurchmesserabschnitt des Tauchkolbens
11 und der Dichtung 17 auf.
Bei der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Kraftstoffpumpe
haften die Gleitteile nur schwerlich aneinander, wobei die Verschleißfestigkeit
verbessert ist. Da eine aus einem korrosionsbeständigen und verschleißfesten
Überzug und einer durch Diffusion oberflächenbehandelten Schicht zusam
mengesetzte oberflächenbehandelte Schicht ausgebildet wurde, ist sie selbst
unter hohem Oberflächendruck nur schwerlich abzutrennen und besitzt die
Eigenschaft einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit. Die Verschleißfe
stigkeit in einer aggressiven Umgebung wird durch diese Eigenschaften
verbessert, wodurch eine aufgabengemäße Kraftstoffpumpe geschaffen
werden kann.
Fig. 21 ist eine Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit Taumel
scheibe und axialem Tauchkolben einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
In Fig. 21 ist ein Gehäuse aus einem ersten Gehäuse 211 und einem zweiten
Gehäuse 212 zusammengesetzt, wobei die Gehäuse durch Bolzen 213 zusam
mengebaut sind. Eine Innenseite des Gehäuses ist als Kurbelkammer 215
ausgeführt, in der eine Einlaßkammer 216 für Benzin und eine Hochdruck-
Druckkammer 217 ausgebildet sind, wie später beschrieben wird. Am oberen
Ende des ersten Gehäuses 211 ist ein Lager 219 vorgesehen, wobei eine
Antriebswelle 220 durch das Lager 219 geführt wird. Die Antriebswelle 220
ist mit einem Motornocken (nicht gezeigt) verbunden und wird in wohlbe
kannter Weise angetrieben. An einem Ende der Antriebswelle 220 ist eine
Taumelscheibe 221 angebracht, um durch die Rotation der Welle 220 eine
Gleitbewegung zu bewirken, wobei sie durch ein Axiallager 220, das zwischen
der Taumelscheibe und einer Innenfläche des Gehäuses angebracht ist, axial
gelagert ist. In einer in der Innenseite der Taumelscheibe 221 vorgesehenen
Aussparung ist ein Lager 223 vorgesehen, wobei ein Teil der Pendelscheibe
224 in der Aussparung aufgenommen ist, um durch das Lager 223 geführt zu
werden.
Die Pendelscheibe 224 ist durch das Radiallager 223 und das Axiallager 225
mit der Taumelscheibe 221 gekoppelt. Die Pendelscheibe 224 wird durch die
Rotation der Taumelscheibe 221, die durch die Rotation der Antriebswelle 220
bewirkt wird, in Schwingung versetzt.
Gegenüber der Pendelscheibe 225 ist ein Zylinderblock 230 angeordnet, wobei
zwischen diesen ein Abstand besteht, wobei der Zylinderblock 230 mit fünf
Tauchkolben 231, einem Druckregler 232 und einer Druckfreigabebohrung
233 versehen ist und mit dem zweiten Gehäuse 212 durch Bolzen 214 zusam
mengebaut ist 35135 00070 552 001000280000000200012000285913502400040 0002010039169 00004 35016.
Eine obere Federbalgkappe 234 ist an der Pendelscheibe 224 befestigt,
während eine untere Federbalgkappe 235 am Zylinderblock 230 befestigt ist.
Durch die oberen und unteren Federbalgkappen 234 und 235 wird ein Feder
balg 236 gehalten. Der Federbalg trennt eine Mechanismuskammer 237, die
einen Mechanismusteil enthält, der die Rotation der Antriebswelle 220 in der
Kurbelkammer 215 umwandelt, von der Einlaßkammer 216, die mit abzuge
bendem Benzin gefüllt wird. In der Mechanismuskammer 237 ist Öl oder Fett
zur Schmierung des Mechanismusteils eingeschlossen. Das Bezugszeichen
238 bezeichnet einen Ölstopfen, der nach dem Einfüllen von Öl angebracht
wird.
Die Tauchkolben 231 sind jeweils aus einem Tauchkolbenkopf 240 in einem
Zylinder, oberen und unteren Federn 241 und 242, einer Kugel 243 und einer
Federhalterung 244 zusammengesetzt, wobei Gleitteile 245, wovon jedes eine
Form besitzt, die zu einer kugelförmigen Spitze des Tauchkolbenkopfes paßt,
angeordnet sind. Jeder Tauchkolbenkopf 240 besitzt eine Bohrung, die axial
durch ihn verläuft und mit der Druckkammer 217 über einen Durchgang in
jedem Tauchkolben 231 in Verbindung steht. An einem Auslaß des Durch
gangs zur Druckkammer 217 sind eine Bohrung und ein Absperrventil 246,
das die Bohrung durch eine Kugel drosselt, in dem Zylinderblock 230 ausge
bildet. Deshalb wird das in die Einlaßkammer 216 eingefüllte Benzin durch
die in dem Gleitteil 245 gebildete Rille und den Durchgang des Tauchkolbens
übertragen und durch Niederdrücken des Absperrventils 246 in die Druck
kammer 217 abgegeben. In diesem Fall wird diese Operation abwechselnd von
den fünf Tauchkolben ausgeführt. Zur Sicherheit ist an der Druckfreigabeboh
rung 233 ein ähnliches Absperrventil 247 vorgesehen, das so ausgeführt ist,
daß es eine in dem Zylinderblock ausgebildete Bohrung durch eine Kugel
verschließt.
Der Druckregler 232 ist aus einem Halterungselement 251, das in dem im
Zylinderblock 230 ausgebildeten Zylinder 250 angeordnet ist, das eine darin
ausgebildete Verbindungsbohrung besitzt und an dem Block 230 befestigt ist,
wobei die Position in bezug auf den Zylinderblock 230 durch einen Schraub
mechanismus und einen Drehmechanismus, der diesen dreht, eingestellt wird,
einem Überdruck-Kugelventil 254 zum Verschließen/Öffnen einer Ventilboh
rung 253, die mit dem Zylinder 250 und der Druckkammer 217 in Verbindung
steht, einer Aufnahme 255 für das Überdruck-Kugelventil 254 und einer Feder
256, die zwischen der Aufnahme 255 und der Halterungsstufe 251 so ange
ordnet ist, daß sie gegen diese drückt, zusammengesetzt. Das Überdruck-
Kugelventil 254 besitzt eine Kugel, die mit einer Aufnahmesitzfläche der
Kugelbohrung 253 in Kontakt ist, wobei die Kugel durch einen in der Auf
nahme 255 vorgesehenen konkaven Abschnitt gehalten wird. Die Aufnahme
255 besitzt eine in ihr ausgebildete Verbindungsbohrung 258. Durch einen
Spalt zwischen der Aufnahme 255 und einer Oberfläche des Zylinders 250
kann Benzin fließen.
Das Überdruck-Kugelventil 254 wiederholt das Schließen und Öffnen gemäß
der Pendelbewegung der Pendelscheibe 224, wobei in die Druckkammer 217
Benzin abgegeben wird. In diesem Fall wird die Abgabe unstetig geregelt.
Durch eine Förderpumpe (nicht gezeigt), die in einem Kraftstoffbehälter (nicht
gezeigt) vorgesehen ist, wird durch einen Einlaßdurchgang 260 Benzin, das
auf einen Druck von 0,3 MPa gebracht wurde, in die Einlaßkammer 216
aufgenommen, auf einen Druck von 3 MPa oder mehr gebracht und in die
Hochdruck-Druckkammer 217 abgegeben. Das zur Druckkammer 217
geförderte Benzin wird durch einen Auslaßdurchgang 161 zum Motor (nicht
gezeigt) geleitet.
Bei der vorliegenden Erfindung sind die Gleitabschnitte die Pendelscheibe 224
und das Gleitteil eines Abschnitts, der die Pendelbewegung in eine Hin- und
Herbewegung umwandelt, das Gleitteil 245 und der Tauchkolben 231 (Tauch
kolbenkopf 240), wobei sich der Tauchkolben 231 und der Zylinder 229 eines
Tauchkolbenabschnitts hin und her bewegen, wobei die Materialstrukturen
wie folgt sind.
Die Pendelscheibe 224 und das Gleitteil 245 gleiten gegeneinander an einer
flachen Oberfläche, wobei durch die im Gleitteil 245 ausgebildete Rille
Benzin zugeführt wird. Die Pendelscheibe 224 besteht aus einem Material,
dessen Härte größer oder im wesentlichen gleich jener des Gleitteils 245 ist.
Das Gleitteil 245 und der Tauchkolben 231 sind in einem Punkt an dem
konkaven kugelförmigen Abschnitt des Gleitteils 245 und dem konvexen
kugelförmigen Abschnitt des Tauchkolbenkopf 240 miteinander in Kontakt, so
daß dieser Kontaktabschnitt einem starken Oberflächendruck ausgesetzt ist.
Durch den im Gleitteil 245 vorgesehenen Verbindungsdurchgang wird Benzin
zugeführt. Das Gleitteil 245 besteht aus einem Material, dessen Härte im
wesentlichen gleich jener des Tauchkolbenkopfs 240 ist oder das weicher als
dieses ist.
Der Tauchkolben 231 und der Zylinder 229 sind so angeordnet, daß sie mit
einem Spalt von etwa einigen µm zwischen der Außendurchmesserfläche des
Tauchkolbens 231 und dem Zylinder 229 gleiten. Dem Gleitabschnitt wird
von seiten des Tauchkolbenkopfs 240 Benzin zugeführt.
Als Grundmaterialien der Pendelscheibe 224, des Gleitteils 245, des Tauch
kolbens 231 und des Zylinders 229 können vergütete rostfreie Martensitstähle
JIS SUS440C, JIS SUS420J2 und JIS SUS403 verwendet werden. Ebenso
können vergütete legierte Werkzeugstähle JIS SKD61 und JIS SKD11 ver
wendet werden. Als Oberflächenbehandlung jener Materialien wird die
Nitrierung ausgeführt.
JIS SUS440C und JIS SUS420J2 sind vergütet, so daß die Härte des Grund
materials 500-600 Hv beträgt. Die Materialien besitzen als rostfreier Stahl eine
ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
Da das Material JIS SUS403 selbst nach einer ausgeführten Vergütung einen
geringen Kohlenstoffgehalt besitzt, liegt die Härte bei ungefähr 300 Hv und
somit im unteren (weichen) Bereich. Deshalb wird die Nitrierung als Oberflä
chenbehandlung angewandt, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen.
Jedoch ist das Material JIS SUS403 mit bis zu 190 Hv in dem geläuterten
Grundmaterial vor der Vergütung zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit
weich, so daß es ausgezeichnet verschnitten werden kann und in einem
Niedrigtemperaturbereich plastisch verkleinert und durch Druckarbeit oder
dergleichen in Produktformen geformt werden kann. Deshalb besitzt es eine
ausgezeichnete Ergiebigkeit. Da die Härte des Grundmaterials andererseits mit
bis zu 190 Hv im unteren (weichen) Bereich liegt, ist die Verschleißfestigkeit
gering. Deshalb wird die Nitrierung angewandt, da es notwendig ist, die
Verschleißfestigkeit herzustellen.
Da den Legierungszusammensetzungen des Materials JIS SUS403 ungefähr
13% Cr eines nitridbildenden Elements hinzugefügt wird, erreicht die Härte
einer Nitridschicht durch allgemeine Nitrierung über 1000 Hv. Hinsichtlich
der Härteverteilung ändert sich innerhalb der Nitridschicht die Härte nur
geringfügig, wobei die Härte nach dem Rand stark abnimmt und die Härte des
Grundmaterials erreicht.
Die Härte der legierten Werkzeugstähle JIS SKD61 und JIS SKD11 kann
durch Vergütung erhöht werden. Deshalb besitzen die Materialien selbst unter
einen hohen Oberflächendruck eine Festigkeit und Haltbarkeit, wobei sie
ebenfalls eine gute Verschleißfestigkeit besitzen.
Die legierten Werkzeugstähle enthalten jeweils ein nitridbildendes Element,
Cr von ungefähr 5-13%, so daß die Härte einer Nitridschicht durch allge
meine Nitrierung über 1000 Hv erreicht, wobei eine harte Oberflächenschicht
durch die Nitrierung geschaffen werden kann. Hinsichtlich der Härteverteilung
ist die Härte an der Oberfläche groß und nimmt nach innen allmählich ab.
Jedoch ist beim Material JIS SKD11 die Härte des Grundmaterials infolge der
Wärmehistorie der Nitrierung etwas geringer.
Als nächsten werden Beispiele der Oberflächenbehandlung jedes Teils
beschrieben.
Die bei der vorliegenden Erfindung angewandte Oberflächenbehandlung ist
die Nitrierung. Bis heute bekannte allgemeine Nitrierverfahren sind folgende:
- 1. Das Gas-Nitrierverfahren mit Erzeugung aktiven N (Stickstoffs) durch katalytische Reaktion von NH3-Gas auf einer Stahloberfläche, die in einen Temperaturbereich von 600°C oder darüber erhitzt wurde, und Diffusion nach innen; und
- 2. Das Plasmanitrierverfahren mit Anordnen eines zu behandelnden Gegen stands als Katode in einem druckreduzierten Behälter (Anode), Einführen in diesen von Stickstoff-Quellengas (N2) und Verdünnungsgas (H2), Anlegen einer Hochspannung, um eine Gleichspannungsentladung zu erzeugen, und Eindiffundieren von durch das Plasma ionisiertem Stickstoff.
Ein Beispiel von Verbindungen von Oberflächenschichten, die durch diese
Nitrierverfahren ausgebildet wurden, ist in Fig. 7 gezeigt. Die Probe ist
rostfreier Martensitstahl JIS SUS403, wobei die Nitrierung ausgeführt wurde.
Die auf dem größten Teil der Oberfläche identifizierten Verbindungen sind
Fe2N und Fe3N, die jeweils eine als weiße Verbindung des Cr-Nitrids be
zeichnete ε-Phase darstellen, Fe4N der γ'-Phase und CrN als Cr-Nitrid. Hierbei
ist die ε-Phase der weißen Verbindung brüchig, so daß sie durch Gleiten oder
dergleichen abgetragen wird, von der Oberfläche getrennt wird und als
Abtragspulver anfällt, das die Schleifwirkung bewirkt. Vom Gesichtspunkt der
Verschleißfestigkeit her ist es deshalb allgemein üblich, den größten Teil der
Oberfläche durch Schleifen oder dergleichen um etwa 10 µm abzutragen.
Jedoch werden im Fall einer komplizierten Form wie etwa der kugelförmigen
Oberfläche des Gleitteils 245 in der vorliegenden Ausführungsform Mann
stunden benötigt, um den größten Teil der Oberfläche um ungefähr 10 mm
sorgfältig abzutragen, was zudem ein Kostenproblem darstellt. Deshalb wird
die Nachbearbeitung des größten Teils der Oberfläche nach der Nitrierung
nicht ausgeführt oder durch ein einfaches Reduktionsverfahren wie etwa das
Trommelschleifen auf das Mindestmaß beschränkt.
Andererseits ergibt sich, wie oben erwähnt wurde, für jedes der Gleitteile, die
aus der Pendelscheibe 224, dem Gleitteil 245, dem Tauchkolben 231 und dem
Zylinder 229 bestehen, ein geeigneter Härtewert, wenn sie für ihre Funktion
kombiniert werden. Deshalb muß dann, wenn die Gleitteile aus den jeweiligen
Materialien dem Nitrieren unterzogen werden, die Härte der Nitridschichten
der jeweiligen Teile so gesteuert werden, daß sie für diese geeignet ist.
Die Härte einer Nitridschicht erreicht über 1000 Hv und ist nahezu gesättigt,
wenn ein nitridbildendes Element der Legierungselemente des Materials (z. B.
Cr, Al, V, Mo, Ti usw.) über ein bestimmtes Maß gehend hinzugefügt wird.
Ferner werden die sich niederschlagenden Nitride im selben Material größer,
wenn die Behandlungstemperatur zunimmt, wobei ihre Härte abnimmt. Durch
Ausnutzung dieses Phänomens wird es möglich, die Härte einer Nitridschicht
durch Steuern der Behandlungstemperatur zu steuern. Obwohl die Härte der
Nitridschicht gesteuert werden kann, nimmt die ε-Phase weißer Verbindung
jedoch auf dem größten Teil der Oberfläche zu, um bei erhöhter Behand
lungstemperatur dick zu werden, was nicht vorteilhaft ist. Ferner ist beim Gas-
Nitrierverfahren, durch seine Vorrichtung bedingt, die Behandlung in einem
Temperaturbereich 600°C oder darüber schwierig. Somit ist beim Gas-
Nitrierverfahren der Temperaturbereich, in dem die Härte gesteuert werden
kann, beschränkt, weshalb es notwendig ist, einen Behandlungsprozeß zu
betrachten, bei dem die Härte der Nitridschicht in einem größeren Bereich
gesteuert werden kann.
Deshalb wird bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe, die Härte einer Nitridschicht zu steuern, dadurch erfüllt, daß nach
der Nitrierung eine Diffusionsbehandlung ausgeführt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird außerdem eine Behandlung zur
Steuerung der Härte einer Nitridschicht in einer der Fig. 9 ähnlichen Weise
ausgeführt. In diesem Fall kann als Nitrierung in einem Behandlungsprozeß
ebenso ein Gas-Nitrierverfahren angewandt werden. Jedoch ist eine Plasmani
trierung, die die Verbindungen einer Oberflächenschicht durch Gaszusammen
setzungen steuern kann, geeigneter.
Während des Behandlungsprozesses (a) werden die Nitrier- und Diffusions
prozesse kontinuierlich ausgeführt. In der Ausführungsform wird der Prozeß
durch Plasmanitrierung ausgeführt. Bei der Plasmanitrierung kann ein zu
behandelndes Produkt durch aufgebrachte Leistung (Entladungsleistung)
beliebig auf eine Temperatur erhitzt und auf dieser gehalten werden. Ferner
besitzt sie das Merkmal, daß die Atmosphäre durch Steuerung der Gaszusam
mensetzungen in eine nitrierende Atmosphäre oder eine nicht nitrierende
Atmosphäre (Diffusion) gewandelt werden kann. Da es andererseits beim Gas-
Nitrierverfahren, durch seine Vorrichtung bedingt, wie oben erwähnt wurde,
schwierig ist, in einem Temperaturbereich von 600°C oder darüber zu
arbeiten, stellt eine Diffusionsbehandlung bei 600°C oder darüber ein Pro
blem dar.
Während des Behandlungsprozesses (b) werden die Nitrier- und Diffusions
prozesse diskontinuierlich ausgeführt. In der Ausführungsform wird die
Nitrierung durch eine Plasmanitrierung ausgeführt. Beim Diffusionsprozeß
werden das Aufheizen und das Halten auf Temperatur in einem Vakuum-
Wärmebehandlungsofen ausgeführt. Im Unterschied dazu kann auch eine
Behandlung in einem Wärmebehandlungsofen mit nichtoxidierender Atmo
sphäre, beispielsweise mit Inertgas wie etwa N2, Ar usw., verwendet werden.
Fig. 22 zeigt graphische Darstellungen, die Härteverteilungen von Nitrid
schichten verschiedenartiger, in der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendeter Stähle sind. Als Beispiel werden in einem Prozeß (a)
die rostfreien Martensitstähle JIS SUS420J2 und JIS SUS403 behandelt,
während in einem Prozeß (b) ein legierter Werkzeugstahl JIS SKD61 behan
delt wird. In diesem Fall sind dies Härteverteilungen, wobei in jedem Prozeß
die Behandlungsbedingungen, Temperatur und Zeit, untersucht wurden und
sich eine Oberflächenhärte von 750 ± 50 und eine Tiefe des Überzugs von
0,1 mm (über 500 Hv) ergaben.
Die obige Nitrierung betreffend wird in allen Fällen eine Plasmanitrierung
vorgenommen. Die Behandlungsbedingungen waren wie folgt: Temperatur:
530°C, Zeit: 5 Stunden, Gaszusammensetzungen: N2/H2 gleich 1/3, Druck
(Pirani): 40 Torr. In den Härteverteilungen ohne eine nach der Nitrierung
ausgeführte Behandlung (nach ausschließlicher Nitrierung belassen) beträgt
die Härte jeder Art von Stahl an einer Stelle, die 25 µm unter der Oberfläche
liegt, 1000 Hv, nimmt von der Oberfläche nach innen allmählich ab und
erreicht die Härte des Grundmaterials. Der folgende Diffusionsprozeß wird für
jede Art von Stahl ausgeführt.
Material JIS SKD61 wurde im Vakuum-Wärmebehandlungsofen unter den
Bedingungen eines Drucks von 1 × 10-5 Torr, einer Temperatur von 630°C
und einer Zeit von 3 Stunden einer Wärmebehandlung unterzogen.
Material JIS SUS420J2 wurde unter den Bedingungen einer Temperatur von
590°C, einer Zeit von 3 Stunden, Gaszusammensetzungen, die nur aus H2
bestanden, und einem Druck (Pirani) von 40 Torr einer Plasmanitrierung
unterzogen. Das Material JIS SUS403 wurde unter den Bedingungen einer
Temperatur von 610°C, einer Zeit von 5 Stunden, Gaszusammensetzungen,
die lediglich aus H2 bestanden, und einem Druck (Pirani) von 40 Torr einer
Plasmanitrierung unterzogen.
Hinsichtlich der Härteverteilungen der Materialien, die nach der Nitrierung
einem Diffusionsprozeß unterzogen wurden, verringert sich die Härte des
durch Nitrierung behandelten Materials mit anschließender Diffusion, obwohl
die Härte des Materials, das nach der Nitrierung keinerlei Behandlung unter
zogen wurde, ungefähr 1000 Hv betrug, auf 700 bis 800 Hv an der Oberfläche,
verringert sich nach innen zu allmählich und erreicht die Härte des Grundma
terials. Die Materialien genügen dem Ziel einer Oberflächenhärte von 750 Hv
± 50 Hv und einer Tiefe des Überzugs von 0,1 mm (über 500 Hv).
Als Untersuchungsergebnis einer Oberflächenschicht, die durch die Behand
lung, bei der die Tiefe der Nitridschicht nach der Nitrierung in derselben
Weise wie in Fig. 7 durch Diffusion gesteuert wird, erzeugt wurde, bestehen
die an der Oberfläche identifizierten Verbindungen aus CrN als Cr-Nitrid und
α-Fe des Grundmaterials. Verglichen mit dem Fall in Fig. 3, in dem nach der
Nitrierung keinerlei Behandlung ausgeführt wurde, wird festgestellt, daß Fe2N
und Fe3N, die jeweils eine als brüchige weiße Verbindung bezeichnete und die
Verschleißfestigkeit beeinflussende ε-Phase darstellen, und Fe4N der γ'-Phase
verschwinden und infolge der Diffusion nach der Nitrierung nicht vorkom
men.
Die Ergebnisse zusammenfassend, gemäß der vorliegenden Erfindung ange
wandten Behandlung, bei der die Härte der Nitridschicht gesteuert wird, wird
eine Nitridschicht, deren Härte gesteuert wird, und eine Glattheit besitzt,
ausgebildet. Ferner können auch die Verbindungen der Oberflächenschicht
gesteuert werden. Deshalb ist es überflüssig, eine Oberfläche aus brüchiger ε-
Phase abzuschleifen, und möglich, diese selbst mit der Nitridschicht zu
belassen, wie sie ist. Jedoch schlagen sich im Fall der Plasmanitrierung feine
Teilchen von etwa 1-2 µm als Überzug infolge des Zerstäubungsphänomens
auf einer Oberfläche nieder. Die Oberfläche sollte unter Berücksichtigung des
verstärkenden Einflusses der feinen Teilchen auf den Anfangsverschleiß
geläppt werden.
Fig. 23 ist eine Schnittansicht eines Gleitteils und eines Tauchkolbens, bei
denen die Nitridschichthärte gesteuert wird, wobei das Gleitteil 245 einer
Behandlung unterzogen wird. Materialien und Spezifikation der Pendelscheibe
224, des Gleitteils 245, des Tauchkolbens 231 (Tauchkolbenkopfs 240) und
des Zylinders 229 sind wie folgt.
Die Pendelscheibe 224 betreffend wird das Material JIS SUS403 zur Bildung
einer Nitridschicht 24a einer Plasmanitrierung unterzogen, um deren Härte
größer als jene des Gleitteils 245 zu machen. Die Behandlungsbedingungen
sind wie folgt: Temperatur: 530°C, Zeit: 7 Stunden, Gaszusammensetzungen:
N2/H2 gleich 1/3, Druck (Pirani): 40 Torr. Die Tiefe des Überzugs (Tiefe der
Aushärtung) beträgt 0,1 mm (über 500 Hv). Die Oberfläche wird nach der
Nitrierung um 20 µm abgetragen, um eine α-Phase aus brüchiger weißer
Verbindung, die sich auf die Verschleißfestigkeit schädlich auswirkt, zu
entfernen. Ferner wird als Material für die Pendelscheibe 224, anders als oben,
vergütetes Material JIS SUS420J2 und JIS SUS440C und vergütetes Material
JIS SKD61 und JIS SKD11 verwendet, wobei gemäß einer kombinierten
Aufgabe die Nitrierung angewandt wird.
Die Härte des Gleitteils 245 ist geringer als jene der Pendelscheibe 224, wobei
ein Behandlungsprozeß (a), der die Nitrierschichthärte steuert, wie in Fig. 9
gezeigt ist, angewandt wird. Als Grundmaterial wird Material JIS SUS403
verwendet, wobei eine Nitridschicht 45a unter derselben Behandlungsbedin
gung und Nitridschichtspezifikation wie in den Fig. 9 und 22 ausgebildet wird.
In der Nitridschicht 45a beträgt die Oberflächenhärte 750 Hv ± 50 Hv,
während die Tiefe der Aushärtung 0,1 mm (über 500 Hv) beträgt. Nach der
Nitrierung werden das Entfernen feiner Teilchen auf dem größten Teil der
Oberfläche und das Läppen zur Verbesserung der Oberflächenglattheit
ausgeführt. Ferner wird als Material des Gleitteils 45, anders als oben, vergü
tetes Material JIS SUS420J2 und JIS SUS440C und ebenso vergütetes
Material JIS SKD61 und JIS SKD11 verwendet, wobei auf dieses die obener
wähnte Nitrierung angewandt wird, um gemäß einer kombinierten Aufgabe
vorzugehen.
Für den Tauchkolben 231 (Tauchkolbenkopf 240) wird vergütetes Material
JIS SUS440C verwendet. Die Außendurchmesserfläche des Tauchkolbens 231
und des Tauchkolbenkopfs 240 wird hinsichtlich der Verschleißfestigkeit
abgetragen. Ferner wird als Material für den Tauchkolben 231 (Tauchkolben
kopf 240), anders als oben, vergütetes Material JIS SUS420J2 und JIS
SUS440C und ebenso vergütetes Material JIS SKD61 und JIS SKD11 ver
wendet, wobei auf dieses die obenerwähnte Nitrierung angewandt wird, um
gemäß einer kombinierten Aufgabe vorzugehen.
Für den Zylinder 229 wird vergütetes Material JIS SUS440C verwendet. Die
Innendurchmesserfläche des Zylinders 229 wird hinsichtlich der Verschleißfe
stigkeit abgetragen. Ferner wird als Material für den Zylinder 229, anders als
oben, vergütetes Material JIS SUS420J2 und JIS SUS440C und ebenso
vergütetes Material JIS SKD61 und JIS SKD11 verwendet, wobei auf dieses
die obenerwähnte Nitrierung angewandt wird, um gemäß einer kombinierten
Aufgabe vorzugehen.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform eine ionennitrierte Schicht
auf der Oberfläche des Tauchkolbens 131 in der gleichen Weise wie in den
Ausführungsformen 1 und 2 ausgebildet und anschließend die Diffusionsbe
handlung ausgeführt, wobei sich anschließend Überzüge aus CrN, TiN, BN,
TiC, SiC mit einer Dicke von 1-5 µm auf der Oberfläche ausbilden.
Eine Haltbarkeitsprüfung einer realen Maschine der Pumpe mit Taumel
scheibe und axialem Tauchkolben aus Fig. 21 mit der obenerwähnten Kon
struktion wurde ausgeführt.
Im Ergebnis arbeitet die Kraftstoffpumpe ohne jegliche Anomalie, wobei
stabile Werte der Benzinförderungs-Durchflußprüfung erzielt wurden. Nach
der Prüfung wurde die Pumpe zerlegt und jedes Teil untersucht. Im Ergebnis
wurde in keinem der Teile ein Eintreten eines ungewöhnlichen Verschleißes
beobachtet, sondern der Verschleiß ergab einen stabilen Zustand.
Andererseits trat bei einer Pumpe ohne jegliche Behandlung, wie sie oben
erwähnt wurde, bei der Durchflußleistung der Benzinförderung während der
Haltbarkeitsprüfung eine Anomalie ein, wobei deren Betrieb nicht fortgesetzt
werden konnte. Als Ergebnis der Zerlegung und Untersuchung der Pumpe
nach der Prüfung wurde an der Pendelscheibe 224 ein großer Verschleiß
beobachtet und ein abgestufter Abschnitt festgestellt. Ferner trat in dem
kugelförmigen Abschnitt des Gleitteils 245 und des Tauchkolbenkopfs 240
eine Verringerung der Dicke durch Verschleiß ein. Vom Verschleiß herrüh
rendes Pulver drang in einen Spalt zwischen der Außendurchmesserfläche des
Tauchkolbens 231 und der Innendurchmesserfläche des Zylinders 229 ein,
wodurch ein ungewöhnlicher Verschleiß eintrat.
Die obigen Ergebnisse zusammenfassend, in der gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruierten Kraftstoffpumpe haften eine Nitridschicht und eine
verschleißfeste Schicht, wovon jede härter als jene des Grundmaterials ist nur
schwerlich aneinander, wobei die Reaktivität zwischen den Gleitteilen
verbessert wird. Ferner ist die Nitridschicht eine behandelte Schicht, die sich
aus dem Grundmaterial fortsetzt, so daß die Schicht die Eigenschaft, nicht
leicht abzulösen zu sein, besitzt. Die Verschleißfestigkeit und die Korrosions
beständigkeit werden verbessert, weshalb durch diese Eigenschaften eine
aufgabengemäße Hochdruck-Kraftstoffpumpe verwirklicht werden kann.
Fig. 24 ist eine schematische Darstellung einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine
mit Benzin-Direkteinspritzung, der die Kraftstoffpumpe einer der Ausfüh
rungsformen 1 bis 3 verwendet. Ein in einem Zylinderkopf 70 vorgesehenes
Einspritzventil 61 ist an seiner Spitze geöffnet, um Kraftstoff, der aus einem
Kraftstoffkorridor zugeführt wird, direkt in eine Brennkammer 74 einzusprit
zen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor mit der Hochdruck-
Kraftstoffpumpe zur Kraftstoffzufuhr zum Einspritzventil versehen, um direkt
in den Zylinder Kraftstoff einzuspritzen, wobei der Kraftstoff zur supermage
ren Verbrennung in hochfeine Teilchen zerlegt wird.
Zwischen einem Einlaßventil 64 und einem Auslaßventil 65 ist eine Zünd
kerze 63 vorgesehen, wobei während des Öffnens des Einlaßventils 64
aufgrund der Wirkung eines Flachkolbens 68 Luft durch eine Einlaßöffnung
66 aufgenommen und mit dem vom Einspritzventil 61 eingespritzten Kraft
stoff gemischt wird und die Mischung durch elektrischen Funken gezündet
wird, um die Verbrennung auszulösen. Das Verbrennungsgas wird aufgrund
der Wirkung des Kolbens 68 durch das Abgasventil 65, während dieses
geöffnet ist, ausgeströmt.
Eine Einspritzventil-Ansteuerungsschaltung 62 ist mit einem Einspritzventil-
Ansteuerungssignalanschluß 71 des Einspritzventils 61 elektrisch verbunden.
Die Einspritzventil-Ansteuerungsschaltung 62 ist mit einer elektronischen
Steuereinheit (ECU) 69, die ein Auslösesignal zur Ansteuerung oder Nichtan
steuerung des Einspritzventils ausgibt, um die Verzögerung der Bewegung des
Ventilkörpers zu verkürzen, elektrisch verbunden. In die elektronische
Steuereinheit 69 werden verschiedenartige Betriebszustände des Motors
eingegeben, wobei ein Auslösesignal zur Ansteuerung des Einspritzventils
gemäß der Betriebszustände bestimmt wird.
Die Luftströmgeschwindigkeit durch die Einlaßöffnung 66 wird durch
elektromagnetische Mittel M gesteuert, die an zwei Stellen angeordnet und mit
einem Gaspedal verbunden sind. Das Abgas nach der Verbrennung wird durch
einen sauerstoffarmen Speicher des Typs Dreiwege-Katalysator 72, durch den
Kohlenwasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und NOx entfernt werden, und durch
einen NOx-Filter-Katalysator 73, durch den NOx entfernt wird, geleitet. In der
vorliegenden Ausführungsform wird vom Einspritzventil 61 Kraftstoff in den
Zylinder eingespritzt, wobei der Kraftstoff in gasförmige/flüssige hochfeine
Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von höchstens 25 µm, vorzugsweise
von höchstens 15 µm und noch vorzugsweiser von höchstens 10 µm, zerstäubt
wird, wobei der Motor bei einem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von 50 durch
supermagere Verbrennung betrieben wird.
Der hier verwendete Dreiwege-Katalysator 72 enthält einen Aluminiumträger,
wobei in den Träger Pt und Ce eingebaut ist, während der hier verwendete
NOx-Katalysator 73 einen Aluminiumträger enthält, wobei in den Träger Pt
und Na- und Ti-Oxide eingebaut sind.
Der Gesamtaufbau des Kraftstoffeinspritzventils 61 ist wie folgt. Das Ein
spritzventil 61 ist an einem Zylinderkopf 70 angebracht und an dem Gehäuse
befestigt. Das Einspritzventil enthält einen Kern, eine Spuleneinheit, eine
Armatur und eine Wirbelventil-Vorrichtung, die durch Verstemmen an einem
Ende des Gehäuses getragen wird. Die Ventilvorrichtung ist aus einem
zylindrischen, hohlen, abgestuften Zylinderkörper mit einem Zylinderab
schnitt, der einen kleinen Durchmesser besitzt, und einem Zylinderabschnitt,
der einen großen Durchmesser besitzt, einem an der Spitze einer zentralen
Bohrung in dem Ventilkörper befestigten Ventilsitz mit einer Kraftstoffein
spritzbohrung und aus einem Nadelventil mit einem Ventilkörper, der durch
ein Magnetventil angesteuert wird, um diesen mit dem Ventilsitz in Kontakt
zu bringen oder von diesem zu trennen und so die Kraftstoffeinspritzbohrung
zu schließen und zu öffnen, zusammengesetzt ist. Sie besitzt zwei O-Ringe,
die auf derjenigen Seite angeordnet sind, auf die der Kraftstoffdruck ausgeübt
wird, und in einem Raum, der das obenerwähnte Gehäuse und den Kern
einschließt, mit einer unteren Stirnfläche der Spuleneinheit in Kontakt sind.
Der Durchmesser der Kraftstoffeinspritzbohrung beträgt 0,8 mm.
Als nächstes wird die Arbeitsweise erklärt. Wenn Strom zur Spule fließt, wird
in einem magnetischen Kreis, der durch die Armatur, den Kern und das
Gehäuse gebildet wird, ein Magnetfluß erzeugt, so daß die Armatur zur
Kernseite hin angezogen wird und das mit der Armatur integrierte Nadelventil
vom Ventilsitz getrennt wird, so daß sich ein Spalt bildet. Nach der Bildung
des Spalts dringt aus dem Ventilkörper Kraftstoff mit hohem Druck in die
Einspritzbohrung des Ventilsatzes ein, der durch einen Auslaß an seiner Spitze
eingespritzt wird, wobei, wie oben erwähnt wurde, dieser hochfein gemacht
wurde.
Das Einspritzventil 61 steht 2-10 mm vom Zylinderkopf in den Zylinder vor.
Insbesondere der Ventilkörper, der Ventilsitz, das Nadelventil und der
Verwirbler bestehen jeweils aus 1% C und 16% Cr enthaltendem rostfreiem
Ferritstahl des JIS-Standards SUS44C, der nach der kalten plastischen Reduk
tion getempert und maschinell bearbeitet wird, um die endgültige Produktform
zu bilden. Der Durchmesser der Kraftstoffeinspritzbohrung beträgt 0,8 mm,
wobei die Unrundheit höchstens 0,5 µm beträgt.
Im folgenden werden ein Verfahren zur Bildung eines organischen Films auf
einem Spitzenabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils 61 und dessen Auswir
kungen erläutert.
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Einspritzventil mit einem organi
schen Film mit einer Tiefe von 1,5 bis 8 nm, der in der Kraftstoffeinspritzboh
rung und ihrem Begrenzungsabschnitt ausgebildet ist, und einem organischen
Film, der auf einer Oberfläche der Kraftstoffeinspritzbohrung ausgebildet ist,
wobei wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt wird: die Kraft
stoffeinspritzbohrung besitzt einen solchen Durchmesser, daß Kraftstoff bei
einem Teilchendurchmesser von höchstens 2 µm gesprüht werden kann, der
Durchmesser der Einspritzbohrung 0,3-0,8 mm beträgt und die Kraftstoffein
spritzbohrung und ihr Begrenzungsabschnitt aus rostfreien Ferritstahl mit
einem Gehalt von 0,6-1,5% C, von höchstens 1% Si, höchstens 1,5% Mn
und 15-20% Cr gefertigt sind.
Der organische Film ist mit dem Basismetall durch Kovalenzbindung verbun
den, wobei die Dicke vorzugsweise 105-30 mm, vorzugsweise 1,5-10 mm und
noch vorzugsweiser 1,5-7 mm beträgt.
Ferner kann als organischer Überzug ein Film, der unter anwachsende Entla
dung aus einer Perfluorpolyether-Verbindung, einem Tetrafluorethylenmono
mer, einem Silikonharz, einem Polyamidharz usw. gebildet ist, und ein Film,
der aus Teflonharz oder einer Lösung aus Alkoxiden und durch ein substitu
iertem Alkoxid erhalten wurde, verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform können bei einer Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung, die mit einem Zylinderkopf, der eine Einlaßvorrich
tung und eine Auslaßvorrichtung in der Brennkammer besitzt, einem Kolben,
der sich im Zylinderkopf hin und her bewegt, einer Kraftstoffeinspritzeinrich
tung, die so angeordnet ist, daß sie Kraftstoff in die Brennkammer einspritzt,
und einer Zündvorrichtung zum Zünden des von einer Kraftstoffeinspritzein
richtung eingespritzten Kraftstoffs versehen ist, die obenerwähnte Kraftstoff
pumpe und das obenerwähnte Einspritzventil verwendet werden.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform bei einer Brennkraftma
schine mit Direkteinspritzung, die mit einem Zylinderkopf, der eine Einlaß
vorrichtung und eine Auslaßvorrichtung in der Brennkammer besitzt, einem
Kolben, der sich im Zylinderkopf hin und her bewegt, einer Kraftstoffein
spritzeinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie zur Steuerung einer mageren
Verbrennung bei einem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von 45 oder darüber,
Kraftstoff in die Brennkammer einspritzt, und einer Zündvorrichtung zum
Zünden des von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingespritzten Kraftstoffs
versehen ist, wobei die obenerwähnte Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen auf
den Oberflächen einer Einspritzbohrung, die den Kraftstoff versprüht, und
einem Begrenzungsabschnitt der Bohrung ausgebildeten organischen Film
besitzt, die obenerwähnte Kraftstoffpumpe verwendet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann vermieden werden, daß
Ablagerungen infolge der Verbrennung von Benzin auf der Oberfläche des
Kraftstoffeinspritzventils des Direkteinspritzungsmotors haften, wobei
insbesondere die Steuerung einer supermageren Verbrennung bei einem Luft-
/Kraftstoff-Verhältnis von 45 oder darüber möglich ist und ein Fahrzeug oder
Automobil mit einem hohen Wirkungsgrad in bezug auf den Kraftstoffver
brauch erhalten werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einer Kraftstoffpumpe auf jedem
Gleitmechanismusteil ein verschleißfester/korrosionsbeständiger Überzug
ausgebildet, wobei Gleitteile in Kraftstoff, insbesondere die Materialstruktur
und die Kombination, berücksichtigt werden, wodurch ein Fressen und ein
ungewöhnlicher Verschleiß vermieden werden können. Dadurch kann eine
hochzuverlässige Hochdruck-Kraftstoffpumpe geschaffen werden, die,
insbesondere bei der Direkteinspritzung in den Zylinder eines Fahrzeug-
Magerverbrennungsmotors mit gesteuerter Verbrennung, eine bemerkenswerte
Wirkung zeigt.
Claims (15)
1. Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck setzt und an ein
Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wobei auf wenigstens
einer der Gleitflächen, die miteinander in Kontakt kommen und durch den
Kraftstoff gleiten, eine oberflächengehärtete Schicht, die entweder eine nitrier
te Schicht, eine karburierte und abgeschreckte Schicht oder eine karbonitrierte
Schicht enthält, und eine auf der oberflächengehärteten Schicht ausgebildete
Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit gegen den
Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, ausgebildet sind.
2. Kraftstoffpumpe, die in einem Gehäuse eine Welle, die die Rotation
von außen überträgt, eine Taumelscheibe, die die Rotation der Welle in eine
Pendelbewegung umwandelt, und einen Tauchkolben, der sich durch die
Pendelbewegung der Taumelscheibe über ein Gleitteil in einem Zylinder hin
und her bewegt, enthält, den Kraftstoff unter Druck setzt und diesen an ein
Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wobei auf wenigstens
einer der Gleitflächen des Tauchkolbens und des Zylinders, die miteinander in
Kontakt kommen und gleiten, eine oberflächengehärtete Schicht, die entweder
eine nitrierte Schicht, eine karburierte und abgeschreckte Schicht oder eine
karbonitrierte Schicht umfaßt, und eine auf der oberflächengehärteten Schicht
ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosionsbeständig
keit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, ausge
bildet sind.
3. Kraftstoffpumpe, die in einem Gehäuse eine Taumelscheibe, die
durch die von einer Welle von außen übertragene Rotation rotiert, eine
Pendelscheibe, die durch die Rotation der Taumelscheibe pendelt, und einen
Tauchkolben, der sich durch die Rotation der Pendelscheibe über ein Gleitteil
in einem Zylinder hin und her bewegt, enthält, den Kraftstoff unter Druck setzt
und diesen an ein Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wo
bei auf wenigstens einer der Gleitflächen des Tauchkolbens und des Zylinders,
die miteinander in Kontakt kommen und gleiten, eine oberflächengehärtete
Schicht, die entweder eine nitrierte Schicht, eine karburierte und abgeschreckte
Schicht oder eine karbonitrierte Schicht umfaßt, und eine auf der
oberflächengehärteten Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine
höhere Korrosionsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächen
gehärtete Schicht besitzt, ausgebildet sind.
4. Kraftstoffpumpe, die eine Welle, die sich durch den Lauf einer
Brennkraftmaschine dreht, einen Nocken, der sich durch die Rotation der
Welle dreht, und einen Tauchkolben, der sich durch die Rotation des Nockens
in einem Zylinder hin und her bewegt, enthält, den Kraftstoff unter Druck setzt
und diesen an ein Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert,
wobei auf wenigstens einer der Gleitflächen des Tauchkolbens und des Zylin
ders, die miteinander in Kontakt kommen und gleiten, eine oberflächenge
härtete Schicht, die entweder eine nitrierte Schicht, eine karburierte und abge
schreckte Schicht oder eine karbonitrierte Schicht umfaßt, und eine auf der
oberflächengehärteten Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine
höhere Korrosionsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächen
gehärtete Schicht besitzt, ausgebildet sind.
5. Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck setzt und an ein
Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wobei auf wenigstens
einer der Gleitflächen, die miteinander in Kontakt kommen und durch
Schmieröl gleiten, eine oberflächengehärtete Schicht, die entweder eine ni
trierte Schicht, eine karburierte und abgeschreckte Schicht oder eine karboni
trierte Schicht umfaßt, und eine auf der oberflächengehärteten Schicht ausge
bildete Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit
gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, ausgebildet
sind.
6. Kraftstoffpumpe, die in einem Gehäuse eine Welle, die die Rotation
von außen überträgt, eine Taumelscheibe, die die Rotation der Welle in eine
Pendelbewegung umwandelt, und einen Tauchkolben, der sich durch die
Pendelbewegung der Taumelscheibe über ein Gleitteil in einem Zylinder hin
und her bewegt, enthält, den Kraftstoff unter Druck setzt und diesen an ein
Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wobei auf wenigstens
einer der Gleitflächen der Taumelscheibe, des Gleitteils und des Tauchkol
bens, die miteinander in Kontakt kommen, um zu gleiten, eine oberflächen
gehärtete Schicht, die entweder eine nitrierte Schicht, eine karburierte und
abgeschreckte Schicht oder eine karbonitrierte Schicht umfaßt, ausgebildet ist
und auf wenigstens einer der Gleitflächen des Tauchkolbens und des Zylinders
die durch Abschreckhärten vergütete Schicht und eine auf der oberflächen
gehärteten Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine höhere
Korrosionsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete
Schicht besitzt, ausgebildet sind.
7. Kraftstoffpumpe, die in einem Gehäuse eine Taumelscheibe, die
durch die von einer Welle von außen übertragene Rotation rotiert, eine
Pendelscheibe, die durch die Rotation der Taumelscheibe pendelt, und einen
Tauchkolben, der sich durch die Rotation der Pendelscheibe über ein Gleitteil
in einem Zylinder hin und her bewegt, enthält, den Kraftstoff unter Druck setzt
und diesen an ein Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wo
bei auf wenigstens einer der Berührungsflächen zwischen der Pendelscheibe
und dem Gleitteil eine oberflächengehärtete Schicht, die entweder eine nitrier
te Schicht, eine karburierte und abgeschreckte Schicht oder eine karbonitrierte
Schicht umfaßt, ausgebildet ist, und die oberflächengehärtete Schicht und eine
auf dieser ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosions
beständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt,
auf wenigstens einer der Gleitflächen des Tauchkolbens und des Zylinders
ausgebildet sind.
8. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die eine Einspritzein
richtung zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer und eine
Kraftstoffpumpe, die an die Einspritzeinrichtung den Kraftstoff fördert,
enthält, wobei die Kraftstoffpumpe eine Kraftstoffpumpe nach einem der
Ansprüche 1 bis 7 ist.
9. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 8,
wobei die Einspritzeinrichtung zur Steuerung einer mageren Verbrennung
Kraftstoff mit einem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von 45 oder darüber ein
spritzt.
10. Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck setzt und an ein
Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wobei auf wenigstens
einer der Gleitflächen, die miteinander in Kontakt kommen und durch den
Kraftstoff gleiten, eine oberflächengehärtete Schicht, die entweder eine durch
Nitrierung und anschließende Diffusionsbehandlung gebildete nitrierte Schicht
oder eine karbonitrierte Schicht umfaßt, und eine auf der oberflächenge
härteten Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine höhere Kor
rosionsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht
besitzt, ausgebildet sind.
11. Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck setzt und an ein
Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wobei auf wenigstens
einer der Gleitflächen, die entweder aus rostfreiem Stahl oder aus legiertem
Werkzeugstahl gefertigt sind und miteinander in Kontakt kommen, um durch
den Kraftstoff zu gleiten, eine Fe4N und CrN enthaltende oberflächengehärtete
Schicht und eine auf der oberflächengehärteten Schicht ausgebildete Metall
verbindungsschicht, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit gegen den Kraft
stoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, ausgebildet sind.
12. Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck setzt und an ein
Kraftstoffeinspritzventil eines Fahrzeugmotors fördert, wobei auf wenigstens
einer der Gleitflächen, die entweder aus rostfreiem Stahl oder legiertem
Werkzeugstahl gefertigt sind und miteinander in Kontakt kommen, um durch
den Kraftstoff zu gleiten, eine oberflächengehärtete Schicht, die eine karboni
trierte Schicht mit Martensitstruktur umfaßt, und eine auf der oberflächen
gehärteten Schicht ausgebildete Metallverbindungsschicht, die eine höhere
Korrosionsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete
Schicht besitzt, ausgebildet sind.
13. Oberflächenbehandlungsverfahren für eine Kraftstoffpumpe, die
Kraftstoff unter Druck setzt und an ein Kraftstoffeinspritzventil eines Fahr
zeugmotors fördert, umfassend die folgenden Schritte:
Ausbilden einer oberflächengehärteten Schicht aus einer nitrierten Schicht oder einer karbonitrierten Schicht auf wenigstens einer der miteinan der in Kontakt kommenden und gleitenden Gleitflächen durch Plasmanitrieren;
Ausführen der Diffusionsbehandlung zum Entfernen einer ε-Phase aus weißer Verbindung, die durch das Plasmanitrieren erzeugt wurde; und danach
Ausbilden einer Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosi onsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, auf der oberflächengehärteten Schicht durch ein PVD-Verfahren.
Ausbilden einer oberflächengehärteten Schicht aus einer nitrierten Schicht oder einer karbonitrierten Schicht auf wenigstens einer der miteinan der in Kontakt kommenden und gleitenden Gleitflächen durch Plasmanitrieren;
Ausführen der Diffusionsbehandlung zum Entfernen einer ε-Phase aus weißer Verbindung, die durch das Plasmanitrieren erzeugt wurde; und danach
Ausbilden einer Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosi onsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, auf der oberflächengehärteten Schicht durch ein PVD-Verfahren.
14. Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 13, bei dem die
Diffusionsbehandlung bei einer Temperatur ausgeführt wird, die höher als die
Behandlungstemperatur der Plasmanitrierung ist.
15. Oberflächenbehandlungsverfahren für eine Kraftstoffpumpe, die
Kraftstoff unter Druck setzt und an ein Kraftstoffeinspritzventil eines Fahr
zeugmotors fördert, umfassend die folgenden Schritte:
Ausbilden einer oberflächengehärteten Schicht mit Martensitstruk tur auf wenigstens einer der Gleitflächen, die entweder aus rostfreiem Stahl oder legiertem Werkzeugstahl gefertigt sind, miteinander in Kontakt kommen und durch den Kraftstoff gleiten, durch Karburieren und Abschrecken; und danach
Ausbilden einer Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosi onsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, auf der oberflächengehärteten Schicht durch ein PVD-Verfahren.
Ausbilden einer oberflächengehärteten Schicht mit Martensitstruk tur auf wenigstens einer der Gleitflächen, die entweder aus rostfreiem Stahl oder legiertem Werkzeugstahl gefertigt sind, miteinander in Kontakt kommen und durch den Kraftstoff gleiten, durch Karburieren und Abschrecken; und danach
Ausbilden einer Metallverbindungsschicht, die eine höhere Korrosi onsbeständigkeit gegen den Kraftstoff als die oberflächengehärtete Schicht besitzt, auf der oberflächengehärteten Schicht durch ein PVD-Verfahren.
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