DE102012224269A1 - Component of a fuel injection system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Komponente (100) mit wenigstens zwei metallisch ausgebildeten Teilkomponenten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Ventil (100) als Komponente eine Legierungsschicht (140) auf der Oberfläche eines als Teilkomponente fungierenden Ventiltrichters (110) aufgebracht ist, wobei die Legierungsschicht (140) aus einem gegenüber dem Ventiltrichter (110) unedleren Metall gebildet ist. Die Legierungsschicht (140) ist an einem Abschnitt des Ventiltrichters (110) angeordnet, welcher außerhalb des direkten mechanischen Einwirkungsbereichs (150) des als zweite Teilkomponente fungierenden Schließkörpers (160) liegt, und ist als ringförmig auf der Oberfläche des Ventiltrichters (110) umlaufender Abschnitt außerhalb des mechanischen Einwirkungsbereichs des Schließkörpers (160) bezüglich des während seines Schließzustands im Ventilsitz (120) des Ventiltrichters aufsitzenden Schließkörpers (160) angeordnet.The invention relates to a component (100) having at least two metallically formed subcomponents. According to the invention, in the case of a valve (100), an alloy layer (140) is applied to the surface of a valve funnel (110) functioning as a subcomponent, the alloy layer (140) being formed from a metal that is more noble than the valve funnel (110) , The alloy layer (140) is disposed on a portion of the valve funnel (110) which is outside the direct mechanical action area (150) of the closing body (160) functioning as a second subcomponent, and is a portion circulating annularly on the surface of the valve funnel (110) outside the mechanical action range of the closing body (160) with respect to the closing body (160) seated in the valve seat (120) of the valve funnel during its closing state.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Komponente eines Kraftstoffeinspritzsystems bestehend aus wenigstens zwei metallischen Teilkomponenten. The invention relates to a component of a fuel injection system consisting of at least two metallic subcomponents.
Bei derartigen Komponenten, welche aus mehreren metallischen Teilkomponenten zusammengesetzt sind, tragen korrosive Vorgänge in der Regel zum Verschleiß der Teilkomponenten bei. Diese korrosiven Vorgänge erfolgen aufgrund der unterschiedlichen chemischen Potentiale der jeweils in den Teilkomponenten verwendeten Metalle. Die dabei auftretenden Potentialdifferenzen der einzelnen Teilkomponenten üben auf das jeweilige Umgebungsmedium, das beispielsweise bei sog. Common-Rail-Injektoren der durch die dort zum Einsatz kommenden Einspritzventile strömende Kraftstoff oder der in der Außenumgebung vorhandene Sauerstoff sein kann, eine Kraft auf die Moleküle des Mediums aus, die schließlich einen korrosiven Zersetzungsprozess einleiten, der zum unerwünschten und vorzeitigen Verschleiß der Komponente führt. In such components, which are composed of several metallic subcomponents, corrosive processes usually contribute to the wear of the subcomponents. These corrosive processes occur due to the different chemical potentials of the metals used in the subcomponents. The occurring potential differences of the individual sub-components exert a force on the molecules of the medium, which can be, for example, in so-called common rail injectors of the fuel flowing through the injection valves used there or the oxygen present in the external environment which eventually initiate a corrosive decomposition process that leads to unwanted and premature wear of the component.
Aus dem Stand der Technik, z.B. aus
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Komponente mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Komponente eine gegenüber dem Stand der Technik höhere Korrosionsbeständigkeit und mithin eine längere Lebensdauer aufweist, indem Mittel vorgesehen sind, die den beiden Teilkomponenten der Komponente eine Potentialdifferenz aufprägen, die einer inhärenten Potentialdifferenz zwischen den beiden Teilkomponenten entgegenwirkt, um die unterschiedlichen energetischen Niveaus aufgrund der in den Teilkomponenten jeweils eingesetzten unterschiedlichen Metalle zu kompensieren. The component having the characterizing features of claim 1 has the advantage that the component has a higher corrosion resistance compared to the prior art and thus a longer life by means are provided which impart a potential difference to the two component parts of the component, the inherent potential difference counteracts between the two sub-components to compensate for the different energy levels due to the different metals used in the sub-components.
Indem die beiden Teilkomponenten beispielsweise unmittelbar benachbart zueinander so angeordnet sind, dass ein direkter mechanischer Kontakt und mithin auch ein eine Elektronenmigration zwischen den beiden Teilkomponenten zulassender elektrochemischer Kontakt besteht, stehen beide Teilkomponenten in elektrochemischer Wirkverbindung zueinander und die Potentialdifferenzkompensationsmittel zum Aufprägen einer Potentialdifferenz umfassen dabei gemäß einer Maßnahme der Erfindung eine auf der Oberfläche nur einer der Teilkomponenten aufgebrachte Schicht, welche aus einem elektrochemisch unedleren Metall oder Legierung im Vergleich zu dem die entsprechende Teilkomponente bildenden Metall besteht. By arranging the two subcomponents, for example, immediately adjacent to each other so that there is a direct mechanical contact and thus also an electrochemical contact permitting electron migration between the two subcomponents, both subcomponents are in electrochemical operative connection with each other and the potential difference compensation means for imposing a potential difference comprise one Measure of the invention, applied to the surface of only one of the sub-components layer, which consists of an electrochemically base metal or alloy compared to the metal forming the corresponding sub-component.
Um eine mechanische Abtragung der auf der Oberfläche der Teilkomponente aufgebrachten Legierungsschicht zu verhindern, kann die Legierungsschicht in einem Abschnitt der Teilkomponente angeordnet sein, welcher außerhalb des mechanischen Einwirkungsbereichs der anderen Teilkomponente liegt, die vorzugsweise beweglich ausgebildet ist und dabei beispielsweise in periodisch oder unperiodisch erfolgenden Intervallen mit der benachbarten und nichtbeweglich ausgeführten zweiten Teilkomponente innerhalb des dafür vorgesehenen Einwirkungsbereichs in mechanischen Kontakt kommt.In order to prevent mechanical removal of the alloy layer applied to the surface of the subcomponent, the alloy layer may be arranged in a section of the subcomponent which is outside the mechanical action range of the other subcomponent, which is preferably designed to be movable and, for example, at periodically or nonperiodically occurring intervals comes into mechanical contact with the adjacent and immovable executed second subcomponent within the intended action area.
Zusätzlich oder alternativ zu den vorstehend aufgeführten Maßnahmen können die Mittel zum Aufprägen einer Potentialdifferenz eine äußere Spannungsquelle umfassen, die mit zwei miteinander unmittelbar oder mittelbar miteinander in Kontakt stehenden Teilkomponenten der Komponente verbunden ist, um die zwischen den beiden Teilkomponenten der Komponente inhärent existierende Potentialdifferenz weitgehend aufzuheben, indem die äußere Spannungsquelle einerseits an die eine Teilkomponente und andererseits an die dazu in mechanischem und/oder elektrochemischem Kontakt stehende andere Teilkomponente elektrisch angeschlossen ist, wobei die von der äußeren Spannungsquelle erzeugte Spannung so eingestellt ist, dass sie der zwischen den beiden Teilkomponenten wirkenden inhärenten Potentialdifferenz hinsichtlich Größe und Polarität entgegenwirkt.In addition or as an alternative to the above-mentioned measures, the means for impressing a potential difference may comprise an external voltage source which is connected to two component parts of the component which are directly or indirectly in contact with one another in order to substantially cancel out the potential difference inherent between the two component parts of the component in that the external voltage source is electrically connected, on the one hand, to the one subcomponent and, on the other hand, to the other subcomponent in mechanical and / or electrochemical contact, the voltage generated by the external voltage source being set to be inherent between the two subcomponents Potential difference in size and polarity counteracts.
Eine andere Maßnahme, die bei rotationsbeweglichen Teilkomponenten zum Einsatz kommen kann, besteht darin, dass die Mittel eine Opferanode umfassen, die in einer der Teilkomponenten eingebettet ist, wobei die Opferanode aus einem im Vergleich zu jeweiligen Metallen, welche die der Opferanode zugeordnete Teilkomponente und die andere Teilkomponente jeweils bilden, elektrochemisch unedleren Metall gebildet ist.Another measure that can be used with rotationally movable subcomponents is that the means comprise a sacrificial anode embedded in one of the subcomponents, wherein the sacrificial anode consists of a subcomponent associated with the sacrificial anode and the respective subunit form each subcomponent, electrochemically less noble metal is formed.
Eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems als Ventil ausgebildet ist, wobei die erste Teilkomponente als Ventiltrichter und die zweite Teilkomponente als in dem Ventiltrichter beweglich aufgenommener Schließkörper ausgebildet sind, hat den Vorteil, dass die Korrosionsneigung und mithin der Verschleiß im Kontaktbereich zwischen dem zumeist hartchrombeschichteten Ventilsitz des Ventiltrichters und dem in dem Ventiltrichter vertikal beweglich aufgenommenen Schließkörper an diesen verschleißgefährdeten Ventilteilkomponenten reduzierbar ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist dabei die Schicht auf die Oberfläche des Ventiltrichters aufgebracht und ist an einem Abschnitt des Ventiltrichters angeordnet, welcher oberhalb des direkten mechanischen Einwirkungsbereichs des Schließkörpers liegt, wobei die Schicht aus einer gegenüber dem Ventiltrichter in elektrochemischer Hinsicht unedleren Legierung gebildet ist. Dadurch ist diese Schicht nicht unmittelbar der direkten mechanischen Beanspruchung durch die am Ventilsitz im Fußbereich des Ventiltrichters erfolgende Schließbewegung des Schließkörpers ausgesetzt. Zweckmäßigerweise kann dabei die Legierungsschicht als auf der Oberfläche des Ventiltrichters umlaufender Abschnitt so ringförmig angeordnet sein, dass die Legierungsschicht bezüglich des während seines Schließzustands im Ventilsitz des Ventiltrichters aufsitzenden Schließkörpers außerhalb des mechanischen Einwirkungsbereichs des Schließkörpers angeordnet ist. An embodiment of the invention, in which the component of the fuel injection system is formed as a valve, wherein the first subcomponent as a valve funnel and the second subcomponent are formed as in the valve funnel movably received closing body has the advantage that the tendency to corrosion and thus the wear in the contact area between the usually hard chromium coated valve seat of the valve funnel and in the valve funnel vertically movably received closing body on these wear-prone valve components is reduced. According to an advantageous development, the layer is applied to the surface of the valve funnel and is arranged on a portion of the valve funnel, which lies above the direct mechanical action region of the closing body, wherein the layer is formed of an alloy which is less noble than the valve funnel in electrochemical terms. As a result, this layer is not directly exposed to the direct mechanical stress due to the closing movement of the closing body taking place on the valve seat in the foot region of the valve funnel. Expediently, the alloy layer can be arranged as ringing on the surface of the valve funnel so that the alloy layer is arranged outside the mechanical action region of the closing body with respect to the closing body seated in the valve seat of the valve funnel during its closing state.
Anstatt die Schicht an einem Abschnitt des nichtbeweglichen Ventiltrichters anzuordnen, kann alternativ dazu die Schicht auf der Oberfläche eines Schaftbereichs des beweglich ausgeführten Schließkörpers aufgebracht sein und befindet sich dadurch außerhalb des beim Schließvorgang mechanisch beanspruchten Teils des Schließkörpers. Dabei ist die Schicht aus einem gegenüber den jeweiligen den Schließkörper und den Ventiltrichter bildenden Metallen bzw. Legierungen elektrochemisch unedleren Metall gebildet.Instead of arranging the layer on a portion of the non-movable valve funnel, the layer may alternatively be applied to the surface of a shank region of the movably embodied closing body and is therefore located outside the part of the closing body that is mechanically stressed during the closing process. In this case, the layer is formed from a metal which is electrochemically less noble than the respective metal forming the closing body and the valve funnel or alloys.
Alternativ oder zusätzlich hierzu wird zur Reduzierung der Korrosionsneigung durch den Anschluss einer äußeren Spannungsquelle an den Ventiltrichter einerseits und den Schließkörper andererseits der Elektronenaustausch zwischen diesen beiden Teilkomponenten weitgehend unterbunden, wobei die Höhe der Spannung und deren Polarität nach Maßgabe der Potentialdifferenz zwischen den in den Teilkomponenten verwendeten unterschiedlichen Metallen eingestellt wird.Alternatively or additionally, to reduce the tendency to corrosion by connecting an external voltage source to the valve funnel on the one hand and the closing body on the other hand, the electron exchange between these two sub-components largely prevented, the height of the voltage and its polarity in accordance with the potential difference between those used in the subcomponents different metals is set.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems als Wälzlager ausgebildet ist, wobei die erste Teilkomponente als auf einer Außenfläche eines Nockens ablaufende Rolle und die zweite Teilkomponente als Nocken ausgebildet sind, hat den Vorteil, dass die Korrosionsneigung und mithin der Verschleiß zwischen Nocken und Rolle, die beweglich ausgebildet sind, reduzierbar ist. Dazu ist vorgesehen, dass die Opferanode in der Rolle eingebettet ist, wobei die Opferanode aus einem Metall bzw. einer Legierung gebildet ist, welches/welche gegenüber den jeweils den Nocken und die Rolle bildenden Metallen elektrochemisch unedler ausgebildet ist. Another embodiment of the invention, wherein the component of the fuel injection system is designed as a rolling bearing, wherein the first sub-component as running on an outer surface of a cam roller and the second sub-component are designed as cams, has the advantage that the tendency to corrosion and thus the wear between Cam and roller, which are designed to be movable, can be reduced. For this purpose, it is provided that the sacrificial anode is embedded in the roll, wherein the sacrificial anode is formed of a metal or an alloy, which / which is formed electrochemically less noble than the respective cams and the roller forming metals.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die in der Rolle eingebettete Opferanode zylindrisch ausgebildet ist und koaxial zur Rollendrehachse verlaufenden Durchgangsbohrung der Rolle in der Rolle eingebettet bzw. inkorporiert ist, so dass die Opferanode nicht unmittelbar dem natürlichen Abrieb an der Lauffläche der Rolle ausgesetzt ist und dabei aufgrund der Einbettung in der Rolle in elektrochemischem Wirkkontakt mit dieser Teilkomponente steht.An advantageous development provides that the embedded in the role sacrificial anode is cylindrical and coaxial with the roller rotational axis extending through hole of the roller is embedded or incorporated in the role, so that the sacrificial anode is not directly exposed to the natural abrasion of the tread of the role and this is due to the embedding in the role in electrochemical active contact with this sub-component.
Alternativ oder zusätzlich dazu wird zur Reduzierung der Korrosionsneigung durch den Anschluss einer äußeren Spannungsquelle an den die Rolle führenden Rollenschuh einerseits und den Nocken andererseits der Elektronenaustausch zwischen beiden Teilkomponenten des Wälzlagers weitgehend unterbunden, wobei auch hierbei die Höhe der Spannung und deren Polarität nach Maßgabe der Potentialdifferenz zwischen den in diesen Teilkomponenten verwendeten unterschiedlichen Metallen eingestellt wird.Alternatively or additionally, to reduce the tendency to corrosion by connecting an external voltage source to the role leading roller shoe on the one hand and the cam on the other hand, the electron exchange between the two sub-components of the bearing largely prevented, in which case the height of the voltage and its polarity in accordance with the potential difference is set between the different metals used in these subcomponents.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen.Further advantageous developments and refinements of the invention will become apparent from the measures listed in the dependent claims.
Zeichnungendrawings
Ausführungsformen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen nachstehend näher erläutert. Letztere zeigen in stark schematisch gehaltenen Ansichten:Embodiments of the invention are explained in more detail in the following description and in the accompanying drawings. The latter show in strongly schematic views:
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Neidel, „Handbuch Metallschäden“, Seiten 214 bis 216, Carl Hanser Verlag, 2. Auflage, München 2011 [0003] Neidel, "Handbuch Metallschäden", pages 214 to 216, Carl Hanser Verlag, 2nd edition, Munich 2011 [0003]
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