DE10133433A1

DE10133433A1 - Fuel injection valve for internal combustion engines

Info

Publication number: DE10133433A1
Application number: DE2001133433
Authority: DE
Inventors: Alexander Schattke; Sascha Henke; Rainer Feuerfeil; Wilhelm Christ; Ulrich Bothe; Branko Alfermann; Michael Lingner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-02-20
Also published as: WO2003006821A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem in einer Bohrung (3) eine kolbenförmige Ventilnadel (5) angeordnet ist. Am brennraumseitigen Ende der Bohrung (3) ist ein Ventilsitz (9) ausgebildet, der mit einer an der Ventilnadel (5) ausgebildeten Ventildichtfläche (7) zusammenwirkt, so dass durch die Längsbewegung der Ventilnadel (5) die Öffnung wenigstens einer am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (1) ausgebildeten Einspritzöffnung (11) gesteuert wird. Die Ventildichtfläche (7) und/oder der Ventilsitz (9) sind mit einer verschleißvermindernden Beschichtung (27; 28) überzogen, so dass die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils erhöht wird (Fig. 1).Fuel injection valve for internal combustion engines with a valve body (1), in which a piston-shaped valve needle (5) is arranged in a bore (3). At the combustion chamber end of the bore (3) a valve seat (9) is formed, which cooperates with a valve sealing surface (7) formed on the valve needle (5), so that the opening of at least one at the combustion chamber end of the valve needle (5) due to the longitudinal movement of the valve needle (5) Valve body (1) trained injection opening (11) is controlled. The valve sealing surface (7) and / or the valve seat (9) are coated with a wear-reducing coating (27; 28), so that the service life of the fuel injection valve is increased (FIG. 1).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 196 18 650 A1. In einem Ventilkörper ist eine Bohrung ausgebildet, in der eine kolbenförmige Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet ist, die an ihrem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche aufweist. Am brennraumseitigen Ende wird die Bohrung vom einem Ventilsitz begrenzt, mit dem die Ventildichtfläche der Ventilnadel zusammenwirkt und so durch ihre Längsbewegung die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung steuert, die am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers ausgebildet ist. The invention relates to a fuel injection valve for Internal combustion engines made from the state of the art is known, for example from the published patent application DE 196 18 650 A1. There is a hole in a valve body formed in which a piston-shaped valve needle is arranged to be longitudinally displaceable on its combustion chamber side End has a valve sealing surface. On the combustion chamber side At the end, the bore is delimited by a valve seat with which the valve sealing surface of the valve needle interacts and so through their longitudinal movement the opening of at least one Injection opening controls that at the combustion chamber end of the Valve body is formed.

Der Ventilsitz und die Ventildichtfläche sind zumindest im wesentlichen konisch ausgebildet. Durch die kurzen Öffnungszeiten des Kraftstoffeinspritzventils muss die Ventilnadel mit sehr großen Kräften bewegt werden, um entsprechend kleine Schaltzeiten zu erreichen. Dadurch erreicht die Ventilnadel hohe Geschwindigkeiten, mit der sie bei der Schließbewegung mit der Ventildichtfläche auf den Ventilsitz aufschlägt. Insbesondere bei sogenannten Common-Rail- Einspritzsystemen, wie sie beispielsweise aus der DE 198 27 267 A1 bekannt sind, ergeben sich deshalb hohe Anforderungen an den Ventilsitz und die Ventilnadel, um eine hohe Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils und eine möglichst über die gesamte Lebensdauer gleichbleibende Einspritzcharakteristik zu erreichen. The valve seat and the valve sealing surface are at least in the essentially conical. Because of the short The valve needle must open the fuel injection valve to be moved with very large forces accordingly to achieve short switching times. Thereby the Valve needle high speeds with which it can Closing movement with the valve sealing surface on the valve seat hits. Especially with so-called common rail Injection systems, such as those from DE 198 27 267 A1 are known, there are therefore high requirements to the valve seat and valve needle to a high Service life of the fuel injector and one as possible constant throughout the lifespan To achieve injection characteristics.

Die Bewegung der Ventilnadel in der Bohrung geschieht beispielsweise dadurch, dass auf die Ventilnadel in Richtung des Ventilsitzes eine Schließkraft wirkt. Die der Schließkraft entgegen gerichtete Öffnungskraft auf die Ventilnadel ergibt sich durch Beaufschlagung der Ventilnadel mit Kraftstoff unter Druck, wobei auch ein Teil der Ventildichtfläche hierbei eine hydraulisch wirksame Kraft erfährt. Bei den bisher bekannten Kraftstoffeinspritzventilen kommt es im Betrieb zu einem Sitzverschleiß, das heißt, dass sich die Ventildichtfläche und der Ventilsitz mit der Zeit aneinander angleichen und sich die hydraulisch wirksame Teilfläche der Ventildichtfläche verändert. Dadurch ist die Einspritzung nicht mehr optimal und es kann zu erhöhten Abgasemissionen kommen. The valve needle moves in the bore for example, in that the valve needle in the direction a closing force acts on the valve seat. The the Closing force against the opening force on the valve needle results from the application of the valve needle Fuel under pressure, also part of the valve sealing surface experiences a hydraulically effective force. Both previously known fuel injection valves it comes in Operation to a seat wear, that is, the Valve sealing surface and the valve seat together over time adjust and the hydraulically effective partial area of the Valve sealing surface changed. This is the injection not optimal anymore and it can lead to increased exhaust emissions come.

Im Hochdruckbereich von Common-Rail-Kraftstoffeinspritzventilen, wozu auch der Bereich des Ventilsitzes zählt, kommt es als Folge der Einspritzvorgänge in der Regel zu Druckschwingungen. Zwischen zwei Einspritzungen treten dadurch oszillierende Kräfte auf den Ventilsitz und die Ventildichtfläche auf, die der hohen konstanten Grundlast durch den ständig anliegenden Hochdruck überlagert ist. Unter aggressiven Bedingungen, beispielsweise bei sehr hohen Drücken und bei Kraftstoffen mit geringer Schmierfähigkeit, kann es zu einer signifikanten Zunahme des Verschleißes im Bereich des Ventilsitzes kommen. Eine mögliche Folge dieses erhöhten Verschleißes sind Undichtigkeiten des Kraftstoffeinspritzventils, was zu Emissionsproblemen und/oder zu Dauereinspritzungen in den Brennraum und damit zu Schäden an der Brennkraftmaschine führen kann. In the high pressure range from Common rail fuel injection valves, which also includes the area of the valve seat it usually increases as a result of the injection processes Pressure oscillations. This occurs between two injections oscillating forces on the valve seat and the Valve sealing surface on which the high constant base load through the constant high pressure is superimposed. Under aggressive conditions, for example at very high pressures and with fuels with low lubricity, it can be too a significant increase in wear in the area of Valve seat come. A possible consequence of this increased Wear are leaks of the Fuel injector, causing emissions problems and / or too Continuous injections into the combustion chamber and thus damage to the Internal combustion engine can lead.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Kraftstoffeinspritzventil ein besseres Driftverhalten der Einspritzmenge und eine längere Lebensdauer aufweist. Die Ventilnadel und/oder der Ventilsitz weisen eine verschleißmindernde Beschichtung auf, die zu einer geänderten Materialpaarung von Ventilkörper und Ventilnadel im hochbelasteten Bereich führt. Durch eine gezielte Anpassung des Beschichtungsmaterials an die tribologisch relevante Beanspruchung wird der Verschleiß am Ventilsitz reduziert und damit die Lebensdauer des Einspritzsystems erhöht. The fuel injector according to the invention with the characterizing features of claim 1 in contrast, the advantage that the fuel injection valve better drift behavior of the injection quantity and a longer one Has lifespan. The valve needle and / or the Valve seat have a wear-reducing coating that to a changed material pairing of valve body and Valve needle leads in the highly loaded area. By a targeted adjustment of the coating material to the wear is tribologically relevant Valve seat reduced and thus the life of the Injection system increased.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung besteht die Beschichtung aus einer PVD- oder CVD- Hartstoffbeschichtung. Die Beschichtung zeichnet sich durch eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig geringem Reibungskoeffizienten sowie einer geringen Haftreibung auch im Trockenlauf aus. Auch bei der Beschichtung von nur einer Fläche, also nur der Ventildichtfläche oder nur des Ventilsitzes, ergibt sich ein hoher Verschleißschutz bei guter chemischer Beständigkeit. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die PVD- bzw. CVD-Schicht als Kohlenstoffschicht ausgebildet, wobei die Kohlenstoffschicht entweder mit chemisch gebundenem Wasserstoff oder frei von Wasserstoff gefertigt sein kann. Ein Entzug des Wasserstoffs aus der Kohlenstoffschicht führt zu einer zusätzlichen Härtung der Beschichtung und damit zu einem noch besseren Verschleißschutz. In an advantageous embodiment of the subject of Invention, the coating consists of a PVD or CVD Hard Coating. The coating is characterized by high hardness and wear resistance at the same time low coefficient of friction and a low Stiction also in dry running. Even when coating only one surface, i.e. only the valve sealing surface or only of the valve seat, there is a high degree of wear protection good chemical resistance. In an advantageous The embodiment of the invention is the PVD or CVD layer as Carbon layer formed, the carbon layer either with chemically bound hydrogen or free of Hydrogen can be made. Withdrawal of hydrogen from the carbon layer leads to an additional one Hardening of the coating and thus an even better one Wear protection.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Beschichtung aus einem Metall, das galvanisch aufgebracht ist. Dadurch lassen sich verschiedene Metalle zielgerichtet auf dem gewünschten Bauteil abscheiden, die neben dem Verschleißschutz auch einen Korrosionsschutz bewirken. Insbesondere mit Chrom gelingt eine äußert präzise Abscheidung auch auf kleinsten Flächen, und die Beschichtung zeigt eine sehr gute Haftung auf dem Bauteil, das vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist. In a further advantageous embodiment, the Coating made of a metal that is applied galvanically. This allows different metals to be targeted the desired component, which is next to the Wear protection also cause corrosion protection. With chrome in particular, extremely precise deposition is possible even on the smallest areas, and the coating shows one very good adhesion to the component, which preferably consists of Steel is made.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Beschichtung chemisch aufgebracht, in dem das entsprechende Bauteil, also der Ventilkörper oder die Ventilnadel, in ein entsprechendes Bad getaucht werden. Die hierbei abgeschiedenen Metallschichten sind gleichmäßig auf dem Bauteil verteilt und die Technik ist einfach zu beherrschen. In a further advantageous embodiment, the Coating applied chemically, in which the corresponding Component, i.e. the valve body or the valve needle, in one appropriate bath can be dipped. The one here deposited metal layers are even on the component distributed and the technology is easy to master.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind auf der Ventilnadel bzw. dem Ventilsitz mehrere Teilschichten aufgebracht. Dadurch kann beispielsweise eine bessere Haftung der Beschichtung auf dem Bauteil erreicht werden. Die Teilschichten können sowohl bezüglich ihrer Eigenschaften als auch ihrer Materialzusammensetzung homogen oder inhomogen sein. In a further advantageous embodiment, the Valve needle or the valve seat several sub-layers applied. This can, for example, result in better adhesion of Coating can be achieved on the component. The Sub-layers can both with regard to their properties and also their material composition homogeneous or inhomogeneous his.

Als vorteilhaft haben sich Beschichtungen erwiesen, die eine Schichtdicke von weniger als 0,1 mm aufweisen, wobei eine Beschichtungsdicke von 0,001 bis 0,01 mm besonders vorteilhaft ist. Coatings have proven to be advantageous, the one Have layer thickness of less than 0.1 mm, one Coating thickness from 0.001 to 0.01 mm especially is advantageous.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Further advantages and advantageous configurations of the The object of the invention are the description, the drawing and removable from the claims.

drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt die In the drawing is an embodiment of the Fuel injector according to the invention shown. It shows the

Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzventil im wesentlichen Bereich im Längsschnitt, Fig. 1, a fuel injection valve in the region substantially in a longitudinal section,

Fig. 2 eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Ausschnitts der Fig. 1 und Fig. 2 is an enlargement of the section designated by II of Fig. 1 and

Fig. 3 eine Vergrößerung von Fig. 2 im mit III bezeichneten Ausschnitt im Längsschnitt. Fig. 3 is an enlargement of Fig. 2 in the section designated III in longitudinal section.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils in seinem wesentlichen Ausschnitt im Längsschnitt dargestellt. In einem Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 3 ausgebildet, in der eine kolbenförmige Ventilnadel 5 längsverschiebbar angeordnet ist. Der Ventilkörper 1 ist hierbei in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet, so dass er mit seinem brennraumseitigen Ende in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragt beziehungsweise einen Teil der Wandung des Brennraums bildet. Die Ventilnadel 5 weist brennraumabgewandt einen Führungsabschnitt 15 auf, der in einem Führungsbereich 23 der Bohrung 3 dichtend geführt ist. Ausgehend vom Führungsabschnitt 15 verjüngt sich die Ventilnadel 5 dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 13, die die Ventilnadel 5 auf ihrem gesamten Umfang umgibt. An seinem brennraumseitigen Ende geht die Ventilnadel 5 in eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 7 über, die mit einem Ventilsitz 9 zusammenwirkt, der ebenfalls im wesentlichen konisch geformt ist und der die Bohrung 3 an ihrem brennraumseitigen Ende verschließt. In dem Ventilsitz 9 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 11 ausgebildet, die den Ventilsitz 9 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. Zwischen der Ventilnadel 5 und der Wand der Bohrung 3 ist ein Druckraum 19 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 13 radial erweitert ist. Über einen im Ventilkörper 1 ausgebildeten Zulaufkanal 25 kann der Druckraum 19 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden, der dann durch den Druckraum 19 bis zum Ventilsitz 9 fließt. In Fig. 1, an embodiment of the fuel injection valve of the invention is illustrated in its essential segment in longitudinal section. A bore 3 is formed in a valve body 1 , in which a piston-shaped valve needle 5 is arranged to be longitudinally displaceable. The valve body 1 is arranged in an internal combustion engine, not shown in the drawing, so that its end on the combustion chamber side projects into the combustion chamber of the internal combustion engine or forms part of the wall of the combustion chamber. The valve needle 5 has a guide section 15 facing away from the combustion chamber, which is guided in a sealing manner in a guide region 23 of the bore 3 . Starting from the guide section 15 , the valve needle 5 tapers towards the combustion chamber to form a pressure shoulder 13 which surrounds the valve needle 5 over its entire circumference. At its end on the combustion chamber side, the valve needle 5 merges into an essentially conical valve sealing surface 7 , which cooperates with a valve seat 9 , which is also essentially conical in shape and which closes the bore 3 at its end on the combustion chamber side. In the valve seat 9 at least one injection port 11 is formed, which connects the valve seat 9 with the combustion chamber of the internal combustion engine. A pressure chamber 19 is formed between the valve needle 5 and the wall of the bore 3, which is expanded radially at the pressure shoulder 13 . Via an inlet channel 25 formed in the valve body 1 , the pressure chamber 19 can be filled with fuel under high pressure, which then flows through the pressure chamber 19 to the valve seat 9 .

Durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung wird eine konstante oder zeitlich veränderliche Schließkraft auf das brennraumabgewandte Ende der Ventilnadel 5 ausgeübt, die die Ventilnadel 5 mit ihrer Ventildichtfläche 7 in Anlage an den Ventilsitz 9 drückt. Dieser Schließkraft wirkt die hydraulische Kraft entgegen, die durch den Kraftstoffdruck im Druckraum 19 auf die Druckschulter 13 und auf Teile der Ventildichtfläche 7 wirkt. Zur Steuerung der Längsbewegung der Ventilnadel 5 in der Bohrung 3 werden diese beiden Kräfte eingesetzt. Übersteigt die hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 5 die Schließkraft, so hebt die Ventilnadel 5 mit ihrer Ventildichtfläche 7 vom Ventilsitz 9 ab, und Kraftstoff fließt aus dem Druckraum 19 in die Einspritzöffnungen 11, von wo der Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Wird die Schließkraft erhöht beziehungsweise die hydraulische Kraft vermindert, so überwiegt die Schließkraft auf die Ventilnadel 5, und die Ventilnadel 5 gelangt mit ihrer Ventildichtfläche 7 wieder in Anlage an den Ventilsitz 7, wodurch die Einspritzöffnungen 11 erneut verschlossen werden. A device, not shown in the drawing, exerts a constant or time-varying closing force on the end of the valve needle 5 facing away from the combustion chamber, which presses the valve needle 5 with its valve sealing surface 7 in contact with the valve seat 9 . This closing force is counteracted by the hydraulic force which acts on the pressure shoulder 13 and on parts of the valve sealing surface 7 due to the fuel pressure in the pressure chamber 19 . These two forces are used to control the longitudinal movement of the valve needle 5 in the bore 3 . If the hydraulic force on the valve needle 5 exceeds the closing force, the valve needle 5 lifts off with its valve sealing surface 7 from the valve seat 9 , and fuel flows from the pressure chamber 19 into the injection openings 11 , from where the fuel reaches the combustion chamber of the internal combustion engine. If the closing force is increased or decreased, the hydraulic force, so the closing force predominates on the valve needle 5, and the valve needle 5 passes with its valve sealing surface 7 back into engagement with the valve seat 7, whereby the injection ports 11 is again closed.

In der Fig. 2 ist eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Ausschnitts von Fig. 1 gezeigt, also eine Vergrößerung des Ventilsitzbereichs des Kraftstoffeinspritzventils. Die Ventildichtfläche 7 unterteilt sich in zwei Konusflächen, von denen sich die erste Konusfläche 107 direkt an den zylindrischen Abschnitt der Ventilnadel 5 anschließt, während die zweite Konusfläche 207 an die erste Konusfläche 107 grenzt und die Spitze der Ventilnadel 5 bildet. Die erste Konusfläche 107 weist einen größeren Öffnungswinkel auf als die zweite Konusfläche 207, so dass am Übergang der beiden Konusflächen 107 und 207 eine Dichtkante 30 ausgebildet ist. Der Ventilsitz 9 weist einen Öffnungswinkel auf, der zwischen dem der ersten Konusfläche 107 und dem der zweiten Konusfläche 207 liegt, so dass die Dichtkante 30 in Schließstellung der Ventilnadel 5 am Ventilsitz 9 zur Anlage kommt. Die Einspritzöffnungen 11, von denen in der Regel mehrere über den Umfang des Ventilkörpers 1 verteilt angeordnet sind, sind stromabwärts der Dichtkante 30 angeordnet, so dass sie durch die Ventilnadel 5 verschlossen werden können. FIG. 2 shows an enlargement of the section of FIG. 1 designated II, that is to say an enlargement of the valve seat area of the fuel injection valve. The valve sealing surface 7 is divided into two conical surfaces, of which the first conical surface 107 directly adjoins the cylindrical section of the valve needle 5 , while the second conical surface 207 borders on the first conical surface 107 and forms the tip of the valve needle 5 . The first conical surface 107 has a larger opening angle than the second conical surface 207 , so that a sealing edge 30 is formed at the transition between the two conical surfaces 107 and 207 . The valve seat 9 has an opening angle that lies between that of the first cone surface 107 and that of the second cone surface 207 , so that the sealing edge 30 comes into contact with the valve seat 9 in the closed position of the valve needle 5 . The injection openings 11 , of which several are generally arranged distributed over the circumference of the valve body 1 , are arranged downstream of the sealing edge 30 , so that they can be closed by the valve needle 5 .

Die Schaltzeiten der Ventilnadel 5 sind sehr kurz: Da bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen, wie sie in Personenkraftwagen verwendet werden, mehr als 2000 Einspritzungen pro Minute stattfinden können, dauert ein Einspritzvorgang nur etwa 1 ms. Deshalb wirken auf die Ventilnadel 5 große Kräfte und damit hohe Beschleunigungen, die die Ventilnadel 5 mit großer Geschwindigkeit auf dem Ventilsitz 9 aufschlagen lassen. Im Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils wird sich die Dichtkante 30 etwas in den Ventilsitz 9 einschlagen, so dass es zu einer Anpassung zwischen Ventildichtfläche 7 und Ventilsitz 9 kommt. Die Ventildichtfläche 7 und der Ventilsitz 9 sind deshalb mechanisch äußerst stark belastet. Auf der einen Seite darf der Sitzbereich des Ventilkörpers 1 nicht zu hart sein, um einen Bruch in diesem Bereich auszuschließen. Auf der anderen Seite darf sich die Dichtkante 30 im Betrieb nicht zu sehr in den Ventilsitz 9 einschlagen, da sich dann auch die vom Kraftstoff im Druckraum 19 beaufschlagte Teilfläche der Ventildichtfläche 7 ändert und damit der Druck, bei dem die Ventilnadel 5 entgegen der Schließkraft in Öffnungsrichtung bewegt wird. The switching times of the valve needle 5 are very short: since more than 2000 injections per minute can take place in high-speed internal combustion engines, such as those used in passenger cars, an injection process only takes about 1 ms. Therefore, large forces and thus high accelerations act on the valve needle 5 , which cause the valve needle 5 to strike the valve seat 9 at high speed. When the fuel injection valve is in operation, the sealing edge 30 will bend somewhat into the valve seat 9 , so that there is an adaptation between the valve sealing surface 7 and the valve seat 9 . The valve sealing surface 7 and the valve seat 9 are therefore subjected to extremely high mechanical loads. On the one hand, the seat area of the valve body 1 must not be too hard to rule out a break in this area. On the other hand, the sealing edge 30 must not turn too much into the valve seat 9 during operation, since then the partial area of the valve sealing surface 7 acted upon by the fuel in the pressure chamber 19 also changes, and thus the pressure at which the valve needle 5 counteracts the closing force Opening direction is moved.

Bei Einspritzventilen, bei denen ständig Kraftstoffhochdruck im Druckraum und damit auch am Ventilsitz anliegt, ergibt sich durch Druckschwingungen eine weitere Belastung. Durch das Schließen der Ventilnadel wird der Kraftstoff im Druckraum, der zum Ventilsitz hin fließt, abrupt abgebremst, so dass sich die kinetische Energie in Kompressionsarbeit umwandelt und infolge dessen Druckschwingungen auftreten, was zu einer periodischen Belastung im Bereich von Ventilsitz und Ventildichtfläche führt. Auf diese Weise beanspruchte Kraftstoffeinspritzventile werden hauptsächlich in Common- Rail-Einspritzsystemen verwendet. In the case of injectors, in which the fuel pressure is constantly high in the pressure chamber and thus also on the valve seat a further load due to pressure vibrations. By closing the valve needle will fuel the Pressure chamber that flows towards the valve seat is braked abruptly, see above that the kinetic energy is in compression work converts and as a result of which pressure vibrations occur what periodic loading in the area of the valve seat and valve sealing surface leads. Claimed in this way Fuel injectors are mainly used in common Rail injection systems used.

Um den Verschleiß des Kraftstoffeinspritzventils zu vermindern und damit die Lebensdauer zu erhöhen ist es vorgesehen, den Ventilsitz 9 und die Ventildichtfläche 7 mit einer verschleißmindernden Beschichtung zu versehen. In Fig. 3 ist eine Vergrößerung in dem mit III bezeichneten Bereich der Fig. 2 im Längsschnitt dargestellt, in der die Beschichtung 27 der Ventildichtfläche 7 und die Beschichtung 28 des Ventilsitzes 9 dargestellt sind. Es kann auch vorgesehen sein, entweder nur die Ventildichtfläche 7 oder nur den Ventilsitz 9 zu beschichten. Je nach Anforderungen an das Kraftstoffeinspritzventil können verschiedene Beschichtungen zum Einsatz kommen: In order to reduce the wear of the fuel injection valve and thus to increase the service life, it is provided that the valve seat 9 and the valve sealing surface 7 are provided with a wear-reducing coating. FIG. 3 shows an enlargement in the area designated by III in FIG. 2 in longitudinal section, in which the coating 27 of the valve sealing surface 7 and the coating 28 of the valve seat 9 are shown. Provision can also be made to coat either only the valve sealing surface 7 or only the valve seat 9 . Depending on the requirements of the fuel injector, different coatings can be used:

PVD or CVD hard material layers

Die Beschichtung auf das entsprechende Bauteil wird im Vakuum in der Regel durch Plasma- oder thermische Unterstützung abschieden. Das schichtbildende Material kann hierbei aus der festen Phase kommen (PVD: physical vapor deposition) oder aus der gasförmigen Phase (CVD: chemical vapor deposition). Man kann diese Hartstoffschichten in drei Kategorien unterteilen: The coating on the corresponding component is in the Vacuum usually through plasma or thermal support separated out. The layer-forming material can be made of come to the solid phase (PVD: physical vapor deposition) or from the gaseous phase (CVD: chemical vapor deposition). These hard material layers can be divided into three categories divide:

Nitridic hard material layers

Diese PVD/CVD-Hartstoffschichten basieren auf Stickstoffverbindungen, beispielsweise Titannitrid (TiN). These PVD / CVD hard material layers are based on Nitrogen compounds, for example titanium nitride (TiN).

Oxidic hard material layers

Dies PVD/CVD-Hartstoffschichten basierend auf Sauerstoffverbindungen. Beispiele hierfür sind Titanoxid (TiO_x), Zirkoniumoxid (ZrO_x) und Aluminiumoxid (Al₂O₃). This is PVD / CVD hard material layers based on oxygen compounds. Examples include titanium oxide (TiO _x ), zirconium oxide (ZrO _x ) and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ).

Carbon layers

Die Kohlenstoffschicht besteht aus einem hochvernetzten Kohlenwasserstoffverbund und wird durch ein PVD- oder CVD- Verfahren aufgebracht. Hierdurch ergibt sich ein geringer Reibungskoeffizient und eine geringe Haft- und Gleitreibung. Auch bei nur einseitiger Beschichtung 27; 28, also entweder auf der Ventilnadel 5 oder dem Ventilsitz 9, ergibt sich ein hoher Verschleißschutz bei guter chemischer Beständigkeit. Die Kohlenstoffschicht weist auch eine gute Wärmebeständigkeit auf, was bei Kraftstoffeinspritzventilen von entscheidender Bedeutung ist. Die Kohlenstoffschichten können mit chemisch gebundenen Wasserstoff herstellt werden oder frei von Wasserstoff. Über den Wasserstoffgehalt kann die Vernetzung der Kohlenstoffatome untereinander beeinflusst werden und damit die Härte der Kohlenstoffschicht. Die Schichtdicken betragen in der Regel weniger als 10 µm, vorzugsweise 1 bis 5 µm. The carbon layer consists of a highly cross-linked hydrocarbon composite and is applied by a PVD or CVD process. This results in a low coefficient of friction and a low static and sliding friction. Even with only one-sided coating 27 ; 28 , that is, either on the valve needle 5 or the valve seat 9 , there is high wear protection with good chemical resistance. The carbon layer also has good heat resistance, which is critical in fuel injectors. The carbon layers can be made with chemically bound hydrogen or free of hydrogen. The cross-linking of the carbon atoms with each other and thus the hardness of the carbon layer can be influenced via the hydrogen content. The layer thicknesses are generally less than 10 μm, preferably 1 to 5 μm.

Neben den PVD/CVD-Schichten sind noch weitere Beschichtungen möglich. In addition to the PVD / CVD layers, there are other coatings possible.

Galvanic layers

Es werden Metallschichten aufgebracht, die überwiegend aus einer wässrigen Metallsalzlösung mittels einer äußeren Stromquelle abgeschieden werden. Als vorteilhaft haben sich vor allem Chromschichten und Schichten aus Nickel erwiesen, die eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Die aufgebrachten Schichten können eine Dicke von ca. 0,5 µm bis zu 1000 µm aufweisen, wobei meist eine Schichtdicke von weniger als 10 µm gewählt wird. Metal layers are applied, which are predominantly made of an aqueous metal salt solution by means of an external Power source to be separated. Have proven to be beneficial especially chrome layers and layers of nickel proved which have high wear resistance. The applied layers can have a thickness of approx. 0.5 µm up to Have 1000 µm, usually a layer thickness of less is chosen as 10 µm.

Chemical layers

Chemisch abgeschiedene Metallschichten werden aus wässriger Metallsalzlösung mit Hilfe chemischer Reduktionsmittel ohne äußere Stromquelle abgeschieden. Besonders geeignet ist hierfür Nickel, das aus einer nickelchlorid- oder nickelsulfathaltigen wässrigen Lösung mit Phosphor- oder Borverbindungen als Reduktionsmittel abgeschieden wird. Diese Schichten zeichnen sich durch eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aus, die bis zu 700°C betragen kann. Die Schichtdicken werden vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 µm gewählt. Chemically deposited metal layers become watery Metal salt solution with the help of chemical reducing agents without external power source separated. is particularly suitable for this nickel, which consists of a nickel chloride or aqueous solution containing phosphorus or nickel sulfate Boron compounds is deposited as a reducing agent. This Layers are characterized by a very high Temperature resistance, which can be up to 700 ° C. The layer thicknesses are preferably selected in the range from 1 to 10 µm.

Die verschleißvermindernde Beschichtung kann aus Funktionsgründen, beispielsweise für eine bessere Schichthaftung auf dem Bauteil, auch aus mehreren Teilschichten bestehen. Nur ein Teil des Gesamtschichtsystems braucht die Funktion des Verschleißschutzes zu erfüllen. Die Schichten oder Teilschichten können sowohl bezüglich ihrer Eigenschaften als auch ihrer Materialzusammensetzung homogen oder nicht homogen sein. Die Gesamtschichtdicke ist kleiner als 100 µm, vorzugsweise 1 µm bis 10 µm. The wear-reducing coating can Functional reasons, for example for better layer adhesion the component, also consist of several sub-layers. Just part of the overall layer system needs the function of Wear protection. The layers or Sub-layers can both with regard to their properties and even their material composition homogeneous or not be homogeneous. The total layer thickness is less than 100 µm, preferably 1 µm to 10 µm.

Es kann bei den erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventilen vorgesehen sein, entweder nur die Ventildichtfläche 7 zu beschichten oder auch größere Bereiche der Ventilnadel 5, falls dies sich anders nicht in sinnvoller Weise technisch umsetzen lässt. So kann auch die gesamte Oberfläche der Ventilnadel 5 einschließlich des Führungsabschnitt 15 mit einer Beschichtung versehen werden, wobei die Dicke der Beschichtung auf dem Führungsabschnitt 15 der Ventilnadel 5 durch einen etwas erweiterten Durchmesser des Führungsbereichs 23 der Bohrung 3 berücksichtigt werden muss. It can be provided in the fuel injection valves according to the invention either to coat only the valve sealing surface 7 or also larger areas of the valve needle 5 , if this cannot be technically implemented otherwise in a meaningful manner. Thus, the entire surface of the valve needle 5 including the guide section 15 can also be provided with a coating, the thickness of the coating on the guide section 15 of the valve needle 5 having to be taken into account by a somewhat enlarged diameter of the guide region 23 of the bore 3 .

Für den Fall, dass der Ventilsitz 9 beschichtet werden soll, kann es auch vorgesehen sein, die sonstige Wand der Bohrung 3 mit einer Beschichtung zu versehen. Auch hier muss der Durchmesser des Führungsabschnitts 15 der Ventilnadel 5 entsprechend angepasst werden, wenn der Führungsbereich 23 der Bohrung 3 beschichtet wird, da der verbleibende Ringspalt zwischen dem Führungsabschnitt 15 und der Wand der Bohrung 3 nur weniger Mikrometer beträgt, so dass auch eine sehr dünne zusätzliche Beschichtung zu einer unzulässigen Verengung führen könnte. In the event that the valve seat 9 is to be coated, it can also be provided to provide the other wall of the bore 3 with a coating. Here, too, the diameter of the guide section 15 of the valve needle 5 must be adjusted accordingly if the guide area 23 of the bore 3 is coated, since the remaining annular gap between the guide section 15 and the wall of the bore 3 is only a few micrometers, so that a very thin one additional coating could lead to an impermissible narrowing.

Claims

1. Fuel injection valve for internal combustion engines with a valve body ( 1 ) in which a piston-shaped valve needle ( 5 ) is arranged in a bore ( 3 ), and with a valve seat ( 9 ) which is formed at the combustion chamber end of the bore ( 3 ) and cooperates with a valve sealing surface ( 7 ) formed on the valve needle ( 5 ), so that the opening of at least one injection opening ( 11 ) formed on the combustion chamber end of the valve body ( 1 ) is controlled by the longitudinal movement of the valve needle ( 5 ), characterized in that the Valve sealing surface ( 7 ) and / or the valve seat ( 9 ) is covered with a wear-reducing coating ( 27 ; 28 ).

2. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the coating ( 27 ; 28 ) is a PVD or CVD hard material layer.

3. Fuel injection valve according to claim 2, characterized in that the coating ( 27 ; 28 ) is a carbon layer.

4. Fuel injection valve according to claim 3, characterized characterized that the carbon layer is chemically contains bound hydrogen.

5. Fuel injection valve according to claim 3, characterized characterized in that the carbon layer is free of Is hydrogen.

6. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the coating ( 27 ; 28 ) consists of a metal which is applied galvanically.

7. Fuel injection valve according to claim 6, characterized characterized that the metal is chrome.

8. Fuel injection valve according to claim 6, characterized characterized that the metal is zinc or a Zinc alloy is.

9. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the coating ( 27 ; 28 ) is chemically applied.

10. Fuel injection valve according to claim 9, characterized in that the coating ( 27 ; 28 ) consists of a metal.

11. Fuel injection valve according to claim 10, characterized characterized that the metal is nickel or a Nickel alloy is.

12. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the coating ( 27 ; 28 ) consists of a plurality of partial layers applied one above the other.

13. Fuel injection valve according to claim 12, characterized characterized that the sub-layers from different materials.

14. Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the coating ( 27 ; 28 ) has a thickness of less than 0.1 mm, preferably 0.001 mm to 0.01 mm.

15. Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that both the valve seat ( 9 ) and the valve sealing surface ( 7 ) are at least approximately conical.