DE102008031690B4

DE102008031690B4 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102008031690B4
Application number: DE102008031690A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Obu-shi Fujimoto; Hiroshi Obu-shi Kawazoe
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2028-07-05
Also published as: US7690357B2; JP4948295B2; US20090007887A1; JP2009013914A; DE102008031690A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil (10), enthaltend:
einen Hauptkörper (12), der einen Kraftstoffdurchlass (20) und eine Kraftstoffeinspritzöffnung (42) enthält, die am stromabwärtigen Ende des Kraftstoffdurchlasses (20) ausgebildet ist; und
ein Ventilglied (30), das im Kraftstoffdurchlass (20) angeordnet ist, und derart konfiguriert ist, dass es zwischen einer ersten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung (42) schließt, und einer zweiten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung (42) öffnet, bewegbar ist;
wobei der Hauptkörper (12) und das Ventilglied (30) jeweils eine Anlagefläche (16d, 30c) enthalten, die für eine gegenseitige Anlage konfiguriert sind, und
eine gehärtete Schicht (19, 33) auf zumindest einer der Anlageflächen (16d, 30c) des Hauptkörpers (12) und des Ventilglieds (30) ausgebildet ist, wobei die Härte der gehärteten Schicht (19, 33) an ihrer Oberflächenseite niedriger ist als an ihrer Unterseite.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor einspritzt.
Beschreibung des technischen Gebiets
Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 63 125 875 A offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor einspritzt. Dieses Kraftstoffeinspritzventil ist mit einem Hauptkörper und mit einem Ventilglied versehen, das im Hauptkörper angeordnet ist. Der Hauptkörper enthält einen Kraftstoffdurchlass und eine Kraftstoffeinspritzöffnung, die am stromabwärtigen Ende des Kraftstoffdurchlasses ausgebildet ist. Das Ventilglied ist so aufgebaut, dass es sich zwischen einer ersten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung schließt, und einer zweiten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung öffnet, bewegt. Das Ventilglied ist durch eine Schraubenfeder zur ersten Position hin vorgespannt.
Der Hauptkörper des Kraftstoffeinspritzventils ist mit einem Kern, der auf der stromaufwärtigen Seite des Ventilglieds angeordnet ist, und einer elektromagnetischen Spule, die den Kern magnetisiert, versehen. Der Strom wird zu dem Zeitpunkt angeschaltet und der elektromagnetischen Spule zugeführt, zu dem der Kraftstoff eingespritzt werden soll. Wird der elektromagnetischen Spule Strom zugeführt, werden der Kern und das Ventilglied magnetisiert. Gleichzeitig wird das Ventilglied vom Kern angezogen und bewegt sich in die zweite Position. Dadurch wird die Kraftstoffeinspritzöffnung geöffnet und der Kraftstoff wird durch die Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzt.
Wenn der elektromagnetischen Spule Strom zugeführt wird und sich das Ventilglied zur zweiten Position bewegt, prallen das Ventilglied und der Kern stark aufeinander. Deshalb ist bei diesem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventil eine gehärtete Schicht mit einer größeren Härte auf den Anlageflächen des Ventilelements und des Kerns, die miteinander in Anlage gebracht werden sollen, ausgebildet. Dadurch werden eine Verformung und eine Beschädigung des Ventilglieds und des Kerns verhindert.
Bei der oben erwähnten herkömmlichen gehärteten Schicht ist eine Stoß dämpfende Schicht auf ihrem Basisbauteil (dem Ventilglied oder dem Kern) ausgebildet, und eine die Oberfläche härtende Schicht ist auf der Stoß dampfenden Schicht ausgebildet. Die Härte der die Oberfläche härtenden Schicht ist so angepasst, dass sie höher ist als die Harte der Stoß dampfenden Schicht. D. h., die Harte der gehärteten Schicht ist auf ihrer Oberflächenseite hoch und auf ihrer Unterseite niedrig. Nach diesem Aufbau ist es angeblich möglich, einen Stoß zu dampfen, der auf die gehärtete Schicht ausgeübt wird, und den Bruch und die Ablösung der gehärteten Schicht zu verhindern.
Die DE 103 59 640 B3 offenbart eine Elektromagnetanordnung.
Die DE 32 30 844 A1 , DE 37 16 072 A1 und EP 0 683 862 B1 offenbaren elektromagnetisch betätigbare Ventile.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Bei der obengenannten herkömmlichen gehärteten Schicht ist die Stoß dampfende Schicht, die eine relativ geringe Härte hat, unter der die Oberfläche härtenden Schicht ausgebildet, die eine relativ hohe Härte hat. Dadurch wird, wenn die Kraft auf die Oberfläche der gehärteten Schicht ausgeübt wird, leicht eine sehr hohe Belastung in der Oberfläche der härtenden Schicht erzeugt, die zu unerwünschten Bedingungen führen kann, z. B. zum Bruch, zur Ablösung und dergleichen. Mit der Struktur der herkömmlichen gehärteten Schicht ist es nicht möglich, den Bruch und die Ablösung der gehärteten Schicht ausreichend zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung löst das obengenannte Problem. Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik zum Ausbilden einer gehärteten Schicht mit einer hohen Beständigkeit der Anlageflächen eines Ventilglieds und eines Hauptkörpers, die miteinander in Anlage gebracht werden, bereit.
Ein Kraftstoffeinspritzventil, das durch die vorliegenden Lehren realisiert wird, ist mit einem Hauptkörper und einem Ventilglied vorgesehen. Der Hauptkörper enthält einen Kraftstoffdurchlass und eine Kraftstoffeinspritzöffnung, die am stromabwärtigen Ende des Kraftstoffdurchlasses ausgebildet ist. Das Ventilglied ist im Kraftstoffdurchlass angeordnet. Das Ventilglied ist derart konfiguriert, dass es sich zwischen einer ersten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung schließt, und einer zweiten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung öffnet, zu bewegen. Der Hauptkörper und das Ventilglied enthalten jeweils eine Anlagefläche, die derart konfiguriert sind, dass sie in gegenseitige Anlage kommen. Eine gehärtete Schicht ist auf zumindest einer der Anlageflächen des Ventilglieds und des Hauptkörpers ausgebildet. Die Harte der gehärteten Schicht ist auf ihrer Oberflächenseite geringer als auf ihrer Unterseite.
Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil ist zumindest eine der Anlageflächen des Ventilglieds und des Hauptkörpers, die miteinander in Anlage gebracht werden, mit der gehärteten Schicht beschichtet, deren Härte größer ist als die Härte des Ventilglieds und des Hauptkörpers. Dadurch können die Verformung und die Beschädigung des Ventilglieds und des Hauptkörpers verhindert werden. Des Weiteren ist die Härte der gehärteten Schicht auf ihrer Oberflächenseite niedrig und auf ihrer Unterseite oder Innenseite hoch. Mit diesem Aufbau ist es möglich, die Restspannung der gehärteten Schicht abzubauen und auszuhalten. D. h., wenn eine Kraft von der Oberflächenseite auf die gehärtete Schicht ausgeübt wird, wird die Spannung, die im Inneren der gehärteten Schicht erzeugt wird, in ihrer Oberflächenseite gepuffert. Dadurch kann selbst in einem Fall, in dem das Ventilglied und der Hauptkörper aufeinanderprallen, wobei sie eine Fremdsubstanz zwischen den Anlageflächen einschließen (ein solcher Aufprall führt oft dazu, dass die gehärtete Schicht Risse bekommt), die Ausübung einer lokalen und verstärkten Kraft auf eine sehr harte Fläche, die die Fremdsubstanz einschließt, verhindert werden. Der Bruch und die Ablösung der gehärteten Schicht werden durch die Struktureigenschaft der gehärteten Schicht verhindert.
Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil ist es, da zumindest eine der Anlageflächen des Ventilglieds und des Hauptkörpers mit der gehärteten Schicht beschichtet ist, die eine hohe Beständigkeit aufweist, möglich, die Funktionen des Kraftstoffeinspritzventils über einen längeren Zeitraum aufrecht zu erhalten.
Die obengenannte gehärtete Schicht enthält bevorzugt eine hoch gehärtete Schicht, die auf ihrer Unterseite ausgebildet ist, und eine schwach gehärtete Schicht, die auf ihrer Oberflächenseite ausgebildet ist. Bei der obengenannten gehärteten Schicht, kann die Schicht so aufgebaut sein, dass die Härte der schwach gehärteten Schicht niedriger ist als die Härte der hoch gehärteten Schicht.
Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil können das Ventilglied und der Hauptkörper durch die hoch gehärtete Schicht geschützt werden, und die Spannung, die im Inneren der gehärteten Schicht erzeugt wird, kann durch die schwach gehärtete Schicht unterdrückt werden. Durch Anpassen der Härte und der Dicke der hoch gehärteten Schicht und der schwach gehärteten Schicht, dass sie jeweils hoch oder niedrig ist, oder in Kombination, kann es möglich sein, die gehärtete Schicht mit den gewünschten Toleranzfunktionen zu realisieren.
Die obengenannte gehärtete Schicht enthält bevorzugt nur die hoch gehärtete Schicht und die schwach gehärtete Schicht.
Die gehärtete Schicht kann eine schwach gehärtete Schicht oder eine Mehrzahl schwach gehärteter Schichten aufweisen. Desgleichen kann die gehärtete Schicht eine oder eine Mehrzahl hoch gehärteter Schichten aufweisen. Ein solcher Aufbau kann in Übereinstimmung mit der gewünschten Dicke und/oder der Harte der gehärteten Schicht bestimmt werden. Allerdings ist in einem Fall, in dem die benötigte Härte, Dicke und Funktion der hoch gehärteten Schicht und der schwach gehärteten Schicht realisiert werden kann, indem eine hoch gehärtete Schicht und eine schwach gehärtete Schicht verwirklicht wird, ein solcher Aufbau bevorzugt, da es leichter ist, die gehärtete Schicht in einem solchen Aufbau auszubilden. Es ist möglich, die Verwendung einer komplizierten Struktur zu vermeiden, die zu Schwierigkeiten bei der Herstellung des Kraftstoffeinspritzventils führen kann.
Alternativ erhöht sich beim oben genannten Kraftstoffeinspritzventil die Härte der gehärteten Schicht von ihrer Oberflächenseite zu ihrer Unterseite hin bevorzugt kontinuierlich.
Durch Festlegung der Verteilung der Härte der gehärteten Schicht mit kleinen Kerben und anschließendes Ändern der Härte der gehärteten Schicht in ihrer Tiefenrichtung, ist es möglich, die gehärtete Schicht mit den gewünschten Funktionen noch präziser zu realisieren.
Beim Kraftstoffeinspritzventil nach der vorliegenden Erfindung besteht die gehärtete Schicht bevorzugt aus diamantähnlichem Kohlenstoff.
Diamantähnlicher Kohlenstoff ist allgemein für seine ausgezeichnete Härte und Verschleißfestigkeit bekannt. Allerdings ist der diamantähnliche Kohlenstoff, der in der gehärteten Schicht verwendet wird, anfälliger für Bruch oder Ablösung. Nach der Technik der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die gehärtete Schicht zu realisieren, indem diamantähnlicher Kohlenstoff mit hoher Beständigkeit verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vertikale Schnittzeichnung eines Kraftstoffeinspritzventils.
2 zeigt einen Zustand, in dem sich ein Ventilglied in einer ersten Position befindet.
3 zeigt einen Zustand, in dem sich ein Ventilglied in einer zweiten Position befindet.
4 ist eine vergrößerte Ansicht von Abschnitt IV in 2.
5 zeigt die Beziehung zwischen der Vickershärte und der Dickenrichtung einer gehärteten Schicht.
6 zeigt eine gehärtete Schicht, die als eine Schicht aufgebaut ist.
7 zeigt die Beziehung zwischen der Vickershärte und der gehärteten Schicht, die als eine Schicht aufgebaut ist.
8 zeigt ein alternatives Beispiel, bei dem die gehärtete Schicht nur auf dem stromaufwärtigen Ende des Ventilglieds ausgebildet ist.
9 zeigt ein weiteres alternatives Beispiel, bei dem die gehärtete Schicht nur auf dem stromabwärtigen Ende eines Kerns ausgebildet ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Einige der charakteristischen Merkmale der Ausführungsformen, in denen die vorliegende Erfindung durchgeführt werden kann, sind nachstehend aufgeführt. (Merkmal 1) Ein Hauptkörper kann mit einem Gehäuse, einem Kern, der im Gehäuse fixiert ist, und einem Ventilsitz, der an einem Ende des Gehäuses fixiert ist, vorgesehen sein. Der Ventilsitz kann mit einer Kraftstoffeinspritzöffnung versehen sein. Ein Ventilglied, das im Hauptkörper angeordnet ist, kann zwischen dem Kern und dem Ventilsitz ausgebildet sein. Das Ventilglied kann so aufgebaut sein, dass es sich zwischen einer ersten Position, in der ein Ende des Ventilglieds mit dem Ventilsitz in Anlage gebracht wird, um die Kraftstoffeinspritzöffnung zu schließen, und einer zweiten Position, in der ein Ende des Ventilglieds vom Ventilsitz entfernt wird, und das andere Ende mit dem Kern in Anlage gebracht wird, bewegen kann. (Merkmal 2) Ein Stöpselbereich, der so mit dem Ventilsitz in Anlage gebracht wird, dass er die Kraftstoffeinspritzöffnung schließt, kann in einem Ende des Ventilglieds vorgesehen sein. (Merkmal 3) Der Kern und das Ventilglied können aus magnetischem Material bestehen. Wird einer elektromagnetischen Spule Strom zugeführt, werden der Kern und das Ventilglied magnetisiert, so dass das Ventilglied vom Kern angezogen wird.
Ausführungsform der Erfindung
Eine nicht einschränkende Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzventils, die durch die vorliegenden Lehren realisiert wird, wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 1 zeigt eine vertikale Schnittzeichnung eines Kraftstoffeinspritzventils 10 der Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 mit einem Hauptkörper 12, einem Ventilglied 30, einer Schraubenfeder 24 und einer elektromagnetischen Spule 26 vorgesehen.
Im Inneren des Hauptkörpers 12 ist ein Kraftstoffdurchlass 20 ausgebildet, durch den der Kraftstoff strömt. Ein Pfeil A in 1 zeigt die Strömungsrichtung des Kraftstoffs. Am stromabwärtigen Ende 12d des Hauptkörpers 12 ist eine Kraftstoffeinspritzöffnung 42 ausgebildet. Weiter stromaufwärts vom stromaufwärtigen Ende 12c des Hauptkörpers 12, ist eine Kraftstoffleitung (nicht gezeigt), die sich von einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) erstreckt, angeschlossen. Der Kraftstoffdurchlass 20 verbindet die Kraftstoffeinspritzöffnung 42 und das stromaufwärtige Ende 12c des Hauptkörpers 12.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck „stromaufwärts”, „stromaufwärts bezüglich der Kraftstoffströmungsrichtung A”, und der Ausdruck „stromabwärts” bedeutet „stromabwärts bezüglich der Kraftstoffströmungsrichtung A”. D. h., die Ausdrücke „stromaufwärtige Seite” und „stromabwärtige Seite” entsprechen der „oberen Seite” bzw. der „unteren Seite” wie in 1 gezeigt.
Ein Aufbau des Hauptkörpers 12 wird ausführlich beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist der Hauptkörper 12 mit einem Gehäuse 14, einem Kern 16, einem Federstift 22, einem Ventilsitzhalter 32 und einem Ventilsitz 34 versehen.
Das Gehäuse 14 ist ein zylindrisches Bauteil, das einen äußeren Rahmen des Hauptkörpers 12 bildet. Das Gehäuse 14 besteht aus Harz. An einer Außenfläche des Gehäuses 14 ist ein Anschluss 48 ausgebildet, der mit einer externen Steuereinheit (nicht gezeigt) verbunden ist. Im Anschluss 48 ist eine Mehrzahl von Anschlussstiften 50 vorgesehen, die mit der elektromagnetischen Spule 26 verbunden sind.
Der Kern 16 ist ein zylindrisches Bauteil, das aus magnetischem Material besteht und in einer Durchgangsöffnung 14a des Gehäuses 14 befestigt ist. Ein Teil des Kerns 16 steht aus der Durchgangsöffnung 14a des Gehäuses 14 zur stromaufwärtigen Seite hin hervor. D. h., ein Teil des Kerns 16 ragt vom obersten Rand des Gehäuses 14 in der stromaufwärtigen Richtung hervor. Das stromabwärtige Ende 16d des Kerns 16 ist in der Durchgangsöffnung 14a des Gehäuses 14 an der stromabwärtigen Seite angeordnet. Eine Durchgangsöffnung 16a, die im Inneren des Kerns 16 ausgebildet ist, bildet einen Teil des Kraftstoffdurchlasses 20. In der Durchgangsöffnung 16a des Kerns 16 ist ein Filter 18 zum Entfernen von Fremdsubstenzen aus dem Kraftstoff vorgesehen.
Der Federstift 22 ist ein hohles zylindrisches Bauteil und wird in die Durchgangsöffnung 16a des Kerns 16 durch Pressen eingepasst. Der Federstift 22 ist auf der stromaufwärtigen Seite der Schraubenfeder 24 ausgebildet und ist in Anlage an dem stromaufwärtigen Ende der Schraubenfeder 24. Der Federstift 22 bestimmt das Maß, zu dem die Schraubenfeder 24 durch die Einstellung ihrer Einsetzposition gestaucht werden muss. Eine Durchgangsöffnung 22a des Federstifts 22 bildet einen Teil des Kraftstoffdurchlasses 20.
Der Ventilsitzhalter 32 ist ein zylindrisches Bauteil, in dessen Mitte eine Durchgangsöffnung 32a ausgebildet ist. Der Ventilsitzhalter 32 ist in der Durchgangsöffnung 14a des Gehäuses 14 fixiert. Der Ventilsitzhalter 32 ist auf der stromabwärtigen Seite des Kerns 16 ausgebildet, und ein Teil des Ventilsitzhalters 32 ragt von der Durchgangsöffnung 14a des Gehäuses 14 zur stromabwärtigen Seite hin hervor. In der Durchgangsöffnung 32a des Ventilsitzhalters 32 ist das Ventilglied 30 angeordnet. Ein Abstand ist zwischen der Innenfläche der Durchgangsöffnung 32a des Ventilsitzhalters 32 und der Außenfläche des Ventilglieds 30 ausgebildet. Der davon gebildete Abstand bildet einen Teil des Kraftstoffdurchlasses 20. Am stromaufwärtigen Ende des Ventilsitzhalters 32 ist eine zylindrische Hülse 28 aus einem nicht magnetischen Material vorgesehen. Eine Durchgangsöffnung 28a ist entlang des Zentrums der zylindrischen Hülse 28 ausgebildet. In die Durchgangsöffnung 28a der Hülse 28 sind das stromabwärtige Ende 16d des Kerns 16 und das stromaufwärtige Ende 30c des Ventilglieds 30 eingesetzt. Das Ventilglied 30 ist bewegbar relativ zur der Innenseitenfläche der Durchgangsöffnung 28a der Hülse 28 angeordnet.
Der Ventilsitz 34 ist ein zylindrisches Bauteil und ist in der Durchgangsöffnung 32a des Ventilsitzhalters 32 fixiert. Ein Hohlraum ist im Ventilsitz 34 ausgebildet, wobei sich eine Bodenfläche auf der stromabwärtigen Seite befindet. Eine Durchgangsöffnung 34a ist auf der Bodenfläche des Ventilsitzes 34 ausgebildet. Der stromabwärtige Teil des Ventilglieds 30 ist im Innenhohlraum 34b des Ventilsitzes 34 angeordnet. Der Innenhohlraum 34b des Ventilsitzes 34 bildet einen Teil des Kraftstoffdurchlasses 20. Über einen Teil einer Außenfläche des Ventilsitzes 34 an der stromabwärtigen Seite ist eine Lochplatte 38 vorgesehen. Eine Durchgangsöffnung 38a ist auf der Lochplatte 38 an einer Stelle ausgebildet, die der Position entspricht, an der die Durchgangsöffnung 34a auf dem Ventilsitz 34 ausgebildet ist. Der Ventilsitz 34 und die Lochplatte 38 sind am stromabwärtigen Ende 12d des Hauptkörpers 12 ausgebildet. Die Durchgangsöffnungen 34a und 38a des Ventilsitzes 34 und der Lochplatte 38 bilden die Kraftstoffeinspritzöffnung 42.
Als nächstes wird ein Aufbau des Ventilglieds 30 ausführlicher beschrieben. Das Ventilglied 30 ist ein zylindrisches Bauteil und besteht hauptsächlich aus magnetischem Material. Das Ventilglied 30 ist hohl ausgebildet, wobei sich eine Bodenfläche auf der stromabwärtigen Seite befindet; eine Durchgangsöffnung 30a ist im Ventilglied 30 ausgebildet. Das Ventilglied 30 ist in der Durchgangsöffnung 32a des Ventilsitzhalters 32 angeordnet, und wird bewegbar gehalten, so dass es sich in der Richtung parallel zur Kraftstoffströmungsrichtung A bewegt. Das stromaufwärtige Ende 30c des Ventilelements 30 liegt dem stromabwärtigen Ende 16d des Kerns 16 gegenüber, der als ein Teil des Hauptkörpers 12 dient. Ein Stöpselbereich 36 zum Schließen der Kraftstoffeinspritzöffnung 42 ist am stromabwärtigen Ende des Ventilglieds 30 vorgesehen. Die innere Öffnung 30a des Ventilglieds 30 ist mit der Durchgangsöffnung 16a des Kerns 16 verbunden und bildet einen Teil des Kraftstoffdurchflusses 20. An der unteren Seitenfläche des Ventilglieds 30 ist eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 30b ausgebildet. Die Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 30b sind orthogonal zur Kraftstoffströmungsrichtung zwischen der inneren Durchgangsöffnung 30a und dem Stöpselbereich 36 gerichtet. Die innere Durchgangsöffnung 30a des Ventilglieds 30 ist durch die obengenannten Durchgangsöffnungen 30b mit dem Innenhohlraum 34b des Ventilsitzes 34 verbunden.
Das Ventilglied 30 ist so aufgebaut, dass es sich zwischen einer ersten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung 42, wie in 2 gezeigt, schließt, und einer zweiten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung 42, wie in 3 gezeigt, öffnet, bewegt. Man sollte beachten, dass die erste Position die Grenze ist, bis zu der sich das Ventilglied 30 zur stromabwärtigen Seite oder der Seite zur Kraftstoffeinspritzöffnung 42 hin bewegen kann, und die zweite Position die Grenze ist, bis zu der sich das Ventilglied 30 zur stromaufwärtigen Seite hin bewegen kann, wenn es sich von der Seite der Kraftstoffeinspritzöffnung 42 entfernt. In dem Fall, in dem sich das Ventilglied 30 an der ersten Position befindet, wie in 2 gezeigt, ist der Stöpselbereich 36, der als das stromabwärtige Ende des Ventilglieds 30 dient, in Anlage an dem Ventilsitz 34, so dass er die Kraftstoffeinspritzöffnung 42 schließt. In diesem Moment ist das stromaufwärtige Ende 30c des Ventilglieds 30 vom stromabwärtigen Ende 16d des Kerns 16 getrennt. Indessen ist in dem Fall, in dem sich das Ventilglied 30 in der zweiten Position befindet, wie in 3 gezeigt, der Stöpselbereich 36, der als das stromabwärtige Ende des Ventilglieds 30 dient, vom Ventilsitz 34 entfernt, so dass die Kraftstoffeinspritzöffnung 42 geöffnet ist. In diesem Moment ist das stromaufwärtige Ende 30c des Ventilglieds 30 in Anlage an dem stromabwärtigen Ende 16d des Kerns 16.
4 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Abschnitt IV von 2 zeigt. Wie in 4 gezeigt, ist das stromaufwärtige Ende 30c des Ventilglieds 30 mit einer gehärteten Schicht 33 beschichtet. Die gehärtete Schicht 33 besteht aus einem Material, dass eine höhere Harte aufweist als das Material eines Körperteils 31 des Ventilglieds 30. Die gehärtete Schicht 33 der vorliegenden Ausführungsform besteht aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC). Der Körperteil 31 des Ventilglieds 30 besteht aus magnetischem rostfreien Stahl. Außerdem enthält die gehärtete Schicht 33 eine hoch gehärtete Schicht 33a, die auf den Körperteil 31 des Ventilglieds 30 aufgebracht bzw. abgeschieden wird, und eine schwach gehärtete Schicht 33b, die auf die hoch gehärtete Schicht 33a aufgebracht bzw. abgeschieden wird. Die Härte der hoch gehärteten Schicht 33a ist so beschaffen, dass sie höher ist als die Härte der schwach gehärteten Schicht 33b. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Vickershärte der hoch gehärteten Schicht so angepasst, dass sie etwa 1500 ist, und die Vickershärte der schwach gehärteten Schicht 33b ist auf etwa 1200 angepasst, während die Vickershärte des Körperteils 31 des Ventilglieds 30 etwa 200 ist. Beim Ventilglied 30 kann die gehärtete Schicht 33 auch über anderen Flächen als die Fläche des stromaufwärtigen Endes 30c ausgebildet sein. Beispielsweise bedeckt in der vorliegenden Ausführungsform die gehärtete Schicht 33 die Seitenfläche des Ventilglieds 30 entlang des Bereichs, der gegen die Hülse 28 und den Ventilsitzhalter 32 gleitet. Man beachte, dass die gehärtete Schicht aus jedem Material gebildet sein kann, das eine höhere Härte aufweist als der Körperteil 31 des Ventilelements 30; es sollte beachtet werden, dass das obengenannte Material nicht auf DLC beschränkt ist. Außerdem ist die Vickershärte der hoch gehärteten Schicht 33a, der schwach gehärteten Schicht 33b und des Körperteils 31 nicht auf die obengenannten Zahlenwerte beschränkt. Die spezifischen Zahlenwerte sind angegeben, um eines der technologischen Konzepte der offenbarten Lehren hiermit zu erklären, dass die hoch gehärtete Schicht 33a härter ist als die schwach gehärtete Schicht 33b, und die gehärtete Schicht 33 härter ist als der Körperteil 31 des Ventilglieds.
5 zeigt die Beziehung zwischen der Vickershärte Hv bezüglich der Dickenrichtung der gehärteten Schicht 33. Die horizontale Achse X des in 5 gezeigten Graphen entspricht der X-Achse in 4. Die Achse X zeigt somit eine Entfernung (Tiefe) von der Oberfläche des stromaufwärtigen Endes 30c zur Bodenfläche der gehärteten Schicht 33. Somit zeigt der Graph den Härtegrad (in der Vickershärte) an der jeweiligen Tiefe von der Oberfläche des stromaufwärtigen Endes 30c. Der x-Koordinatenbereich von 0 bis x2 entspricht der gehärteten Schicht 33. Der x-Koordinatenbereich von 0 bis x1 entspricht der schwach gehärteten Schicht 33b, und der x-Koordinatenbereich von x1 bis x2 entspricht der hoch gehärteten Schicht 33a. Der x-Koordinatenbereich, der über x2 hinausgeht, entspricht dem Körperteil 31. Wie in 5 gezeigt, ist die Vickershärte Hv der gehärteten Schicht 33 an der Oberflächenseite, die die Seite ist, die näher an der Fläche des stromaufwärtigen Endes 30c (x = 0) ist, niedrig. Und die Vickershärte Hv der gehärteten Schicht 33 ist an der Bodenseite, die die Seite ist, die näher am Körperteil 31 des Ventilglieds 30 (x = x2) ist, hoch.
In gleicher Weise ist das stromabwärtige Ende 16d des Kerns 16 mit einer gehärteten Schicht 19 bedeckt. Die gehärtete Schicht 19 enthält eine hoch gehärtete Schicht 19a, die auf einen Körperteil 17 des Kerns 16 aufgebracht ist, und eine schwach gehärtete Schicht 19b, die auf die hoch gehärtete Schicht 19a aufgebracht ist. Die hoch gehärtete Schicht 19a, die schwach gehärtete Schicht 19b und der Körperteil 17 des Kerns 16 können die gleiche oder eine ähnliche Härtecharakteristik haben wie die hoch gehärtete Schicht 33a, die schwach gehärtete Schicht 33b und der Körperteil 31 des Ventilglieds 30.
Als nächstes werden die Details des Aufbaus der Schraubenfeder 24 und der elektromagnetischen Spule 26 beschrieben. Wie bereits erwähnt, ist die Schraubenfeder 24 in der Durchgangsöffnung 16a des Kerns 16 angeordnet. Die Schraubenfeder 24 ist zwischen dem Federstift 22 und dem Ventilglied 30 ausgebildet, in einem Zustand, in dem die Schraubenfeder 24 gestaucht ist. Das stromaufwärtige Ende der Schraubenfeder 24 ist an der äußeren Bodenfläche des Federstifts 22 in Anlage, und das stromabwärtige Ende der Schraubenfeder 24 ist an einer Fläche in Anlage, die im Inneren der Durchgangsöffnung 30a des Ventilelements 30 vorsteht. Die Schraubenfeder 24 spannt das Ventilelement 30 durch ihre Spannkraft zur ersten Position hin vor, die die Bewegungsgrenze in der stromabwärtigen Richtung ist (siehe 2).
Die elektromagnetische Spule 26 ist in der Durchgangsöffnung 14a des Körpers 14 angebracht. Die elektromagnetische Spule 26 umgibt einen Teil des Kerns 16, der das stromabwärtige Ende 16d enthält. Der Strom wird eingeschaltet und der elektromagnetischen Spule 26 von der externen Steuereinheit (nicht gezeigt) durch die Anschlussstifte 50 des Anschlusses 48 zugeführt. Der Strom wird zu einem Zeitpunkt zugeführt, zu dem der Kraftstoff eingespritzt werden soll. Die elektromagnetische Spule 26 erzeugt durch den ihr zugeführten Strom ein Magnetfeld.
Als nächstes wird beschrieben, wie das Kraftstoffeinspritzventil 10 arbeitet. Kraftstoff fließt von der Kraftstoffleitung (nicht gezeigt), die mit dem stromaufwärtigen Ende 12c verbunden ist, in den Hauptkörper 12 des Kraftstoffeinspritzventils 10. Der strömende Kraftstoff strömt durch den Kraftstoffdurchlass 20 und erreicht die Kraftstoffeinspritzöffnung 42, die am stromabwärtigen Ende 12d des Hauptkörpers 12 ausgebildet ist. In dem Fall, in dem der Strom nicht der elektromagnetischen Spule 26 zugeführt wird, wird das Ventilglied 30 durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 24 in der ersten Position gehalten (siehe 2). In diesem Fall wird, da die Kraftstoffeinspritzöffnung 42 durch den Stöpselbereich 36 des Ventilglieds 30 geschlossen wird, der Kraftstoff nicht von der Kraftstoffeinspritzöffnung 42 eingespritzt.
Indessen erzeugt die elektromagnetische Spule 26, wenn der Strom eingeschaltet ist und der elektromagnetischen Spule 26 zugeführt wird, ein Magnetfeld, und magnetisiert so den Kern 16 und das Ventilglied 30. In einem solchen Zustand ziehen der Kern 16 und das Ventilglied 30 sich gegenseitig an, so dass das Ventilglied 30 seine Haltung zur zweiten Position hin verlagert, indem es sich gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder 24 nach oben bewegt (siehe 3). Der Stöpselbereich 36 des Ventilglieds 30 wird vom Ventilsitz 34 entfernt, so dass die Kraftstoffeinspritzöffnung 42 geöffnet ist. In diesem Moment wird der Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzöffnung 42 eingespritzt. Der Strom wird der Schraubenfeder 24 intermittierend zugeführt, und der Kraftstoff wird intermittierend von der Kraftstoffeinspritzöffnung 42 eingespritzt.
Wenn der elektromagnetischen Spule 26 Strom zugeführt wird, und sich das Ventilglied 30 von der ersten Position zur zweiten Position bewegt, prallen das stromabwärtige Ende 16d des Kerns 16 und das stromaufwärtige Ende 30c des Ventilglieds 30 mit einer verhältnismäßig starken Kraft aufeinander. In diesem Moment wird eine verhältnismäßig starke Erschütterung auf das stromabwärtige Ende 16d des Kerns 16 und das stromaufwärtige Ende 30c des Ventilglieds 30 ausgeübt. Insbesondere in einem Fall, in dem eine Fremdsubstanz im Kraftstoff zwischen dem stromabwärtigen Ende 16d und dem stromaufwärtigen Ende 30c eingeschlossen ist, tritt manchmal der Fall auf, dass die Erschütterung lokal verstärkt wird. Das Auftreten einer solchen lokalen Verstärkung der Erschütterung ist unerwünscht, da sie eine Beschädigung und/oder eine Verformung der Flächen des Kerns 16 und des Ventilglieds 30 verursachen kann. Um die Toleranz gegenüber einer solchen Erschütterung zu verbessern, sind das stromabwärtige Ende 16d des Kerns 16 und das stromaufwärtige Ende 30c des Ventilglieds 30 mit der gehärteten Schicht 19 bzw. 33 beschichtet. Deshalb werden die Verformung und die Beschädigung des Ventilglieds 30 effektiv verhindert.
Im Allgemeinen tendiert die Belastung in der gehärteten Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff, Chromnitrid oder dergleichen, dazu, hoch zu sein, und in der gehärteten Schicht wird leicht eine hohe Belastung erzeugt, wenn von einem äußeren Mittel eine Kraft angesetzt wird. Deshalb tritt in einem Fall, in dem die Erschütterung lokal auf die gehärtete Schicht ausgeübt wird, oder in einem Fall, in dem die Erschütterung wiederholt auf die gehärtete Schicht ausgeübt wird, manchmal ein Fall auf, in dem die gehärtete Schicht bricht oder sich von der Fläche, an der die Schicht anhaftete, ablöst.
Um solche Probleme wie die obengenannten zu vermeiden, sind bei den gehärteten Schichten 19 und 33 der vorliegenden Ausführungsform die hoch gehärteten Schichten 19a und 33a auf der Unterseite (der inneren Seite) ausgebildet, und die schwach gehärteten Schichten 19b und 33b sind auf der Oberflächenseite (der äußeren Seite) ausgebildet. Da die hoch gehärteten Schichten 19a und 33a, die auf der Unterseite ausgebildet sind, eine ausreichende Harte aufweisen, die die darauf ausgeübte Kraft aushalten kann, werden die Verformung und Beschädigung des Kerns 16 und des Ventilglieds 30 ausreichend verhindert. Darüber hinaus werden auch das Brechen und die Beschädigung der gehärteten Schichten 19 und 33 selbst verhindert. Indessen wird, da die Härte der schwach gehärteten Schichten 19b und 33b, die auf der Oberflächenseite ausgebildet sind, verhältnismäßig niedrig festgesetzt ist, die Belastung, die in den gehärteten Schichten 19 und 33 erzeugt wird, abgebaut. Mit den schwach gehärteten Schichten 19b und 33b, die die Kraft, die auf die gehärteten Schichten 19 und 33 wirkt, Puffern, und den hoch gehärteten Schichten 19a und 33a, die eben diese Kraft aushalten, werden das Brechen und das Ablösen der gehärteten Schichten 19 und 33 beachtlich verhindert, selbst mit diamantähnlichem Kohlenstoff, der verhältnismäßig leicht bricht. Da die gehärteten Schichten 19 und 33 eine hervorragende Beständigkeit aufweisen, kann das Kraftstoffeinspritzventil 10 seine Funktionen über einen längeren Zeitraum hinweg beibehalten.
Die spezifische(n) Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben, stellen jedoch nur einige Möglichkeiten der Erfindung dar und schränken deren Ansprüche nicht ein. Die Technik, die in den Ansprüchen dargelegt wird, enthält verschiedene Umbildungen und Änderungen der oben dargelegten spezifischen Ausführungsform.
Beispielsweise sind in der obengenannten Ausführungsform die gehärteten Schichten 19 und 33 aus zwei Schichten gebildet: aus den hoch gehärteten Schichten 19a und 33a und den schwach gehärteten Schichten 19b und 33b. Allerdings können die gehärteten Schichten 19 und 33 als eine einzige Schicht aufgebaut sein, wie in 6 gezeigt. In diesem Fall kann, wie in 7 gezeigt, die Härte der gehärteten Schichten 19 und 33 jeweils so beschaffen sein, dass sie von der Oberflächenseite 16d und 30c (x = 0) zu den Körperteilseiten 17 und 31 (x = x2) hin kontinuierlich ansteigt (linearer Anstieg in Folge). Man sollte beachten, dass eine Veränderung der Härte entsprechend der Tiefe von der Oberfläche, wie in 7 gezeigt, ein bloßes Beispiel ist, und es sollte klar sein, dass die Verteilung von deren Härte nicht auf die obengenannte Weise beschränkt ist. Das Änderungsverhältnis oder die Verteilungsrate der Harte in der Dickenrichtung (x-Richtung) kann so festgelegt sein, dass es oder sie von einem Bereich zum anderen abweicht (d. h., die Harte kann im Quadrat ansteigen), entsprechend der Position in der Dickenrichtung (x-Koordinate).
Außerdem können die gehärteten Schichten 19 und 33, die in der Ausführungsform beschrieben sind, nur am stromaufwärtigen Ende 30c des Ventilglieds 30 ausgebildet sein, wie in 8 gezeigt, oder können nur am stromabwärtigen Ende 16d des Kerns 16 ausgebildet sein, wie in 9 gezeigt.
Die gehärtete Schicht kann beispielsweise durch ein Verfahren der chemischen Gasabscheidung (CVD) ausgebildet werden. Beim CVD-Verfahren wird Gas, das Kohlenstoff und Wasserstoff (wie Acetylen C₂H₂, Methan CH₄ oder Toluen C₇H₈) enthält, ionisiert und auf die Oberfläche des Basismaterials gesprüht. Die Härte der DLC-Schicht, die in einem solchen Verfahren ausgebildet wird, kann, abhängig von der Art des Gases oder der Gase, die ionisiert werden, unterschiedlich sein. Im Allgemeinen kann die DLC-Schicht härter gemacht werden, wenn mehr Kohlenstoff in dem ionisierten Gas enthalten ist. Daher kann durch Änderung der Arten der in dem CVD-Verfahren zu verwendenden Gase die Härte der DLC-Schicht auf das erwünschte Maß eingestellt werden. Eine Mischung einer Mehrzahl von Gasen, deren Kohlenstoffgehalt unterschiedlich ist (C₂H₂, CH₄ und C₇H₈) kann in dem CVD-Verfahren verwendet werden. Weiter kann durch Änderung der Anteile der vorgenannten Gase innerhalb des Gemisches die Härte der DLC-Schicht stufenartig oder in sequenzieller Art verändert werden (von der Bodenseite (x = X2) zu der Oberflächenseite (x = 0) im Falle der 5 und 7). Beispielsweise kann die Harte der DLC-Schicht durch Abnahme des Anteils and Toluen innerhalb des Gasgemisches vermindert werden.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil (10), enthaltend: einen Hauptkörper (12), der einen Kraftstoffdurchlass (20) und eine Kraftstoffeinspritzöffnung (42) enthält, die am stromabwärtigen Ende des Kraftstoffdurchlasses (20) ausgebildet ist; und ein Ventilglied (30), das im Kraftstoffdurchlass (20) angeordnet ist, und derart konfiguriert ist, dass es zwischen einer ersten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung (42) schließt, und einer zweiten Position, in der es die Kraftstoffeinspritzöffnung (42) öffnet, bewegbar ist; wobei der Hauptkörper (12) und das Ventilglied (30) jeweils eine Anlagefläche (16d, 30c) enthalten, die für eine gegenseitige Anlage konfiguriert sind, und eine gehärtete Schicht (19, 33) auf zumindest einer der Anlageflächen (16d, 30c) des Hauptkörpers (12) und des Ventilglieds (30) ausgebildet ist, wobei die Härte der gehärteten Schicht (19, 33) an ihrer Oberflächenseite niedriger ist als an ihrer Unterseite.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 1, wobei die Anlageflächen (16d, 30c) des Hauptkörpers (12) und des Ventilglieds (30) in einem Fall, in dem sich das Ventilglied (30) zur zweiten Position bewegt, aneinander anliegen.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hauptkörper (12) weiter einen Kern (16) und eine elektromagnetische Spule (26) enthält, die den Kern (16) und das Ventilglied (30) magnetisiert, wobei der magnetisierte Kern (16) das Ventilglied (30) zur zweiten Position hin anzieht, wenn der elektromagnetischen Spule (26) Strom zugeführt wird; und die gehärtete Schicht (19, 33) auf zumindest einer der Anlageflächen (16d, 30c) des Kerns (16) und des Ventilglieds (30) ausgebildet ist, die für eine gegenseitige Anlage konfiguriert sind.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gehärtete Schicht (19, 33) eine hoch gehärtete Schicht (19a, 33a) enthält, die auf ihrer Unterseite ausgebildet ist, und eine schwach gehärtete Schicht (19b, 33b), die auf ihrer Oberflächenseite ausgebildet ist, wobei die schwach gehärtete Schicht (19b, 33b) eine geringere Härte aufweist als die hoch gehärtete Schicht (19a, 33a).
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 4, wobei die gehärtete Schicht (19, 33) nur die hoch gehärtete Schicht (19a, 33a) und die schwach gehärtete Schicht (19b, 33b) enthält.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Harte der gehärteten Schicht (19, 33) von ihrer Oberflächenseite zu ihrer Unterseite hin kontinuierlich zunimmt.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die gehärtete Schicht (19, 33) aus diamantähnlichem Kohlenstoff besteht.