DE102016226274A1

DE102016226274A1 - Valve seat component and method for its production

Info

Publication number: DE102016226274A1
Application number: DE102016226274.2A
Authority: DE
Inventors: Oksana Fuetterer; Fatima Mutlu; Juergen Schubert; Robert Rimmel; Herbert Waibel; Manuel Lehmann; Sebastian Wansleben
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilsitzbauteil eines Injektors, umfassend wenigstens eine Durchlassöffnung (13) und einen Abdichtbereich (30), welcher eingerichtet ist, mit einem Schließelement (4) die Durchlassöffnung (13) freizugeben und zu verschließen, wobei der Abdichtbereich (30) eine Härte aufweist, welche geringer ist als eine Härte von Bereichen (51, 52), welche unmittelbar an den Abdichtbereich (30) angrenzen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ventilsitzbauteils.The present invention relates to a valve seat component of an injector, comprising at least one passage opening (13) and a sealing area (30) which is set up with a closing element (4) to open and close the passage opening (13), the sealing area (30) forming a Hardness which is less than a hardness of regions (51, 52), which immediately adjacent to the sealing region (30). Furthermore, the invention relates to a method for producing such a valve seat component.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilsitzbauteil eines Injektors, einen Injektor sowie ein Verfahren zur Steigerung einer Dichtheit eines Ventilsitzbauteils im Neuzustand.The present invention relates to a valve seat component of an injector, an injector and a method for increasing a tightness of a valve seat component in the new state.

Injektoren sind aus dem Stand der Technik beispielsweise als Kraftstoffinjektoren in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Aufgrund von moderneren Fertigungsverfahren werden Bauteile des Injektors mit einer immer höheren Genauigkeit hergestellt. Hierbei finden beispielsweise Bearbeitungsverfahren wie Hohnen oder Läppen Anwendung. Hierdurch kann eine Rauheit von Oberflächen von Bauteilen des Injektors signifikant reduziert werden. Allerdings haben diese genau gefertigten Bauteile den Nachteil, dass Versatzfehler weniger gut ausgeglichen werden können. Derartige Versatzfehler, z. B. ein Versatz aus der Mittelachse des Injektors, werden allerdings erst bei einer Endmontage des Injektors bemerkt, und noch nicht bei der Herstellung der einzelnen Bauteile. Somit kann es auftreten, dass Neuteile keine ausreichende Dichtheit des Injektors in dessen geschlossenem Zustand bereitstellen können. Hierbei betrifft das Problem der Neuteiledichtheit am Injektor insbesondere die Dichtheit zwischen einem Schließelement und einem Abdichtbereich an einem Ventilsitzbauteil. Somit kann insbesondere bei Neufahrzeugen oder bei einem Austausch eines Injektors einer Brennkraftmaschine ein erhöhter Kraftstoffbedarf aufgrund von Undichtigkeiten am Ventilsitz auftreten.Injectors are known from the prior art, for example, as fuel injectors in different configurations. Due to more modern manufacturing processes components of the injector are manufactured with an ever higher accuracy. For example, processing methods such as hoisting or lapping are used. As a result, a roughness of surfaces of components of the injector can be significantly reduced. However, these accurately manufactured components have the disadvantage that offset errors can be compensated less well. Such offset error, z. As an offset from the center axis of the injector, however, are not noticed until a final assembly of the injector, and not in the production of the individual components. Thus, it may happen that new parts can not provide sufficient tightness of the injector in its closed state. In this case, the problem of the new part density at the injector relates in particular to the tightness between a closing element and a sealing area on a valve seat component. Thus, especially in new vehicles or when replacing an injector of an internal combustion engine increased fuel demand due to leaks occur on the valve seat.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Ventilsitzbauteil eines Injektors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass steigende Anforderungen von Brennkraftmaschineherstellern hinsichtlich einer Neuteiledichtheit von Injektoren ohne aufwendige Arbeitsschritte kostengünstig hergestellt werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass hierbei keine zusätzlichen Materialien am Dichtsitz zur Erhöhung einer Dichtheit eingebracht werden müssen. Erfindungsgemäß können hierbei ausschließlich die Materialien verwendet werden, welche später auch eine Dauerfestigkeit des Ventilsitzes im geschlossenen Zustand bereitstellen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Ventilsitzbauteil wenigstens eine Durchlassöffnung und einen Abdichtbereich aufweist. Der Abdichtbereich ist eingerichtet, mit einem Schließelement, insbesondere einer Ventilnadel oder dergleichen, die Durchlassöffnung freizugeben und zu verschließen. Der Abdichtbereich weist dabei eine Härte auf, welche geringer ist als eine Härte von Bereichen des Ventilsitzbauteils, welche unmittelbar an den Abdichtbereich angrenzen. Durch die reduzierte Härte am Abdichtbereich kann auch bei Neubauteilen ein dichtes Abschließen im geschlossenen Zustand des Injektors erreicht werden. Das Schließelement weist dabei bevorzugt eine größere Härte als der Abdichtbereich auf, sodass auch ein möglicher Versatzfehler aufgrund von sich addierenden Toleranzen, ausgeglichen werden kann.The valve seat component according to the invention of an injector with the features of claim 1 has the advantage that increasing requirements of internal combustion engine manufacturers can be produced inexpensively with respect to a new part density of injectors without expensive steps. Another advantage is that in this case no additional materials must be introduced at the sealing seat to increase a tightness. According to the invention, exclusively the materials can be used which later also provide a fatigue strength of the valve seat in the closed state. This is inventively achieved in that the valve seat component has at least one passage opening and a sealing region. The sealing area is set up with a closing element, in particular a valve needle or the like, to release and close the passage opening. The sealing region has a hardness which is lower than a hardness of regions of the valve seat component which adjoin the sealing region directly. Due to the reduced hardness at the sealing area, a tight closing in the closed state of the injector can be achieved even with new components. In this case, the closing element preferably has a greater hardness than the sealing area, so that a possible offset error due to adding tolerances can also be compensated.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Der Abdichtbereich ist vorzugsweise kreisringförmig. Hierdurch kann eine einfache Reduzierung einer Härte am Abdichtbereich und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht werden.The sealing region is preferably annular. As a result, a simple reduction in hardness at the sealing area and cost-effective production can be made possible.

Weiter bevorzugt weist der Abdichtbereich eine unbeschichtete Oberfläche auf. Hierdurch kann eine Dichtheit von Neubauteilen ohne zusätzliches Material am Abdichtbereich erreicht werden. Dadurch kann die Neuteiledichtheit auf einfache Weise erreicht werden.More preferably, the sealing region has an uncoated surface. As a result, a tightness of new components without additional material can be achieved at the Abdichtbereich. As a result, the new part density can be achieved in a simple manner.

Besonders bevorzugt ist die Oberfläche des Ventilsitzbauteils derart vorgesehen, dass das Ventilsitzbauteil eine Mittenrauheit Ra von kleiner gleich 0,4 µm aufweist.Particularly preferably, the surface of the valve seat component is provided such that the valve seat component has a center roughness Ra of less than or equal to 0.4 μm.

Für eine einfache und sichere Abdichtung ist vorzugsweise der Abdichtbereich an einem sich verjüngenden Abschnitt des Ventilsitzbauteils angeordnet.For a simple and secure sealing, the sealing area is preferably arranged on a tapering section of the valve seat component.

Besonders bevorzugt ist das Ventilsitzbauteil ein MIM-Bauteil.Particularly preferably, the valve seat component is an MIM component.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Injektor mit einem erfindungsgemäßen Ventilsitzbauteil. Der Injektor ist besonders bevorzugt ein nach innen öffnender Injektor, bei dem das Schließelement entgegen einer Durchströmungsrichtung durch die Durchlassöffnung vom Abdichtbereich abgehoben wird.Furthermore, the present invention relates to an injector with a valve seat component according to the invention. The injector is particularly preferably an inwardly opening injector, in which the closing element is lifted against the direction of flow through the passage opening from the sealing area.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steigerung einer Dichtheit eines Ventilsitzbauteils im Neuzustand umfassend die Schritte: Reduzieren einer Härte einer Oberfläche des Ventilsitzbauteils an einem Abdichtbereich, an welchem das Schließelement eine Durchlassöffnung im Ventilsitzbauteil freigibt und verschließt. Durch das lokale Reduzieren der Härte der Oberfläche des Ventilsitzbauteils kann dabei auch in einem Neuzustand des Bauteils eine Dichtheit verbessert werden.Furthermore, the present invention relates to a method for increasing a seal of a valve seat component in the new state, comprising the steps of: reducing a hardness of a surface of the valve seat member at a sealing region, at which the closing element opens and closes a passage opening in the valve seat member. By locally reducing the hardness of the surface of the valve seat component can be improved in a new condition of the component, a tightness.

Besonders bevorzugt wird das Reduzieren der Härte durch Erwärmen, insbesondere durch induktives Erwärmen, erreicht.The reduction of the hardness is particularly preferably achieved by heating, in particular by inductive heating.

Figurenliste list of figures

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein Ventilsitzbauteil sowie ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Schnittansicht eines Injektors mit einem erfindungsgemäßen Ventilsitzbauteil gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
2 bis 4 schematische Schnittdarstellungen der Herstellung des erfindungsgemäßen Ventilsitzbauteils von 1.

Hereinafter, a valve seat member and a method according to a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 a schematic sectional view of an injector with a valve seat member according to the invention according to a preferred embodiment of the invention, and
2 to 4 schematic sectional views of the production of the valve seat component of the invention 1 ,

Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein Injektor 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. The following is with reference to the 1 to 4 an injector 1 according to a preferred embodiment of the invention described in detail.

Wie in 1 gezeigt, umfasst der Injektor 1 ein Ventilgehäuse 2 und einen Aktor 6 mit einem Anker 60 und einer Spule 61.As in 1 shown, includes the injector 1 a valve housing 2 and an actor 6 with an anchor 60 and a coil 61 ,

Der Anker 60 ist mit einem Schließelement 4 in Form einer Ventilnadel verbunden. An einem vom Aktor 6 abgewandten Ende des Schließelements 4 ist eine Ventilkugel 41 angeordnet. Durch Betätigung des Aktors 6 gibt das Schließelement 4 eine Durchgangsöffnung 13, welche in einem Ventilsitzbauteil 3 vorgesehen ist, frei und verschließt dieses. 1 zeigt dabei die geschlossene Stellung des Injektors 1.The anchor 60 is with a closing element 4 connected in the form of a valve needle. At one of the actor 6 opposite end of the closing element 4 is a valve ball 41 arranged. By actuating the actuator 6 gives the closing element 4 a passage opening 13 , which is provided in a valve seat member 3, free and closes this. 1 shows the closed position of the injector 1 ,

Der Injektor 1 ist ein nach innen öffnender Injektor, wobei eine Öffnungsrichtung des Injektors entgegen einer Ausströmungsrichtung durch die Durchgangsöffnung 13 des Injektors ist.The injector 1 is an inwardly opening injector, wherein an opening direction of the injector against an outflow direction through the through hole 13 of the injector.

Der Injektor 1 wird mittels eines Rückstellelements 14 in Form einer Rückstellfeder in der in 1 gezeigten geschlossenen Stellung gehalten.The injector 1 is by means of a return element 14 in the form of a return spring in the in 1 kept closed position shown.

Der Injektor 1 umfasst ferner einen Injektorraum 8, welcher einen Innenraum des Ventilgehäuses 2 umfasst. Der Injektorraum 8 ist dabei mit dem einzubringenden Fluid, insbesondere einem flüssigen Kraftstoff, gefüllt.The injector 1 further includes an injector space 8th , which has an interior of the valve housing 2 includes. The injector room 8th is filled with the fluid to be introduced, in particular a liquid fuel.

Wie aus 4 ersichtlich ist, weist der Injektor 1 am Ventilsitzbauteil 3 einen Abdichtbereich 30 auf. Der Abdichtbereich 30 ist ringförmig vorgesehen und umgibt die Durchgangsöffnung 13. Am Abdichtbereich 30 dichtet die Ventilkugel 41 des Schließelements 4 im geschlossenen Zustand des Injektors ab.How out 4 it can be seen, the injector points 1 at the valve seat component 3 a sealing area 30 on. The sealing area 30 is annular and surrounds the passage opening 13 , At the sealing area 30 seals the valve ball 41 of the closing element 4 in the closed state of the injector.

Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, grenzt an den Abdichtbereich 30 ein äußerer angrenzender Bereich 51 an und an den inneren Umfang ein innerer angrenzender Bereich 52 an.Like from the 3 and 4 can be seen, adjacent to the sealing area 30 an outer contiguous area 51 on and at the inner periphery an inner contiguous area 52 at.

Der Abdichtbereich 30 umschließt dabei in Umfangsrichtung die Durchgangsöffnung 13.The sealing area 30 encloses the passage opening in the circumferential direction 13 ,

4 zeigt dabei eine geöffnete Stellung des Injektors, in welcher die Ventilkugel 41 vom Abdichtbereich 30 abgehoben ist. Der Pfeil A deutet die Schließrichtung des Injektors an. Der Abdichtbereich 30 weist hierbei eine Härte auf, welche geringer ist als eine Härte der Bereiche 51, 52, welche unmittelbar an den Abdichtbereich 30 angrenzen. 4 shows an open position of the injector, in which the valve ball 41 from the sealing area 30 is lifted off. The arrow A indicates the closing direction of the injector. The sealing area 30 in this case has a hardness which is less than a hardness of the areas 51 . 52 which directly adjoins the sealing area 30 adjoin.

Wie insbesondere aus den 2 bis 4 ersichtlich ist, weist das Ventilsitzbauteil eine Ausnehmung 31 auf, welche durch einen sicher verjüngenden Bereich 32 abgeschlossen ist. Der Abdichtbereich 30 ist dabei am sich verjüngenden Bereich 32 angeordnet.As in particular from the 2 to 4 it can be seen, the valve seat member has a recess 31 on, passing through a safely tapered area 32 is completed. The sealing area 30 is on the rejuvenating area 32 arranged.

Durch die reduzierte Härte des Abdichtbereichs 30 im Vergleich zu den daran angrenzenden Bereichen 51, 52 des Ventilsitzbauteils 3 kann eine erforderliche Neuteiledichtheit von Injektoren ohne aufwendige zerspanende Arbeitsgänge kostengünstig bereitgestellt werden. Hierbei müssen insbesondere keine zusätzlichen Materialien am Abdichtbereich vorgesehen werden, um eine Neuteiledichtheit zu erreichen. Somit kann durch ein lokales Reduzieren einer Härte des Ventilsitzbauteils 3 im Bereich des Abdichtbereichs 30, in welchem die Ventilkugel 41 die Durchgangsöffnung 13 verschließt, auch bei Neuteilen eine ausreichende Dichtheit sichergestellt werden. Insbesondere können hierbei auf Versatzfehler, welche erst bei einem Zusammenbau der Einzelteile des Injektors festgestellt werden, durch den weicheren Abdichtbereich 30 ausgeglichen werden.Due to the reduced hardness of the sealing area 30 compared to the adjacent areas 51 . 52 of the valve seat component 3 a required new part density of injectors can be provided inexpensively without costly machining operations. In particular, no additional materials have to be provided at the sealing area in order to achieve a new-part density. Thus, by locally reducing a hardness of the valve seat member 3 in the area of the sealing area 30 in which the valve ball 41 the passage opening 13 closes, even with new parts a sufficient tightness can be ensured. In particular, offset errors, which are only determined during assembly of the individual parts of the injector, can be compensated by the softer sealing region 30 be compensated.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Wie in 2 gezeigt, wird das Ventilsitzbauteil 3 bereitgestellt, wobei das Material des Ventilsitzbauteils 3 mit einer relativ hohen Härte bereitgestellt wird. Um am Abdichtbereich 30 eine Härte zu reduzieren, wird ein Induktionswerkzeug 10 in den Hohlraum im Ventilsitzbauteil 3 eingeführt. Durch induktives Erwärmen ergibt sich am Abdichtbereich 30, an welchem später die Ventilkugel 41 den Injektor 1 abdichtet, eine reduzierte Härte. Es sei angemerkt, dass die Reduzierung der Härte auch durch andere wärmeeinleitende Werkzeuge erreicht werden kann. Das induktive Erwärmen kann jedoch besonders einfach und kostengünstig, beispielsweise mittels einer im Wesentlichen kreisförmigen Induktionsschleife oder dergleichen, bereitgestellt werden.The inventive method is described below with reference to the 2 and 3 described. As in 2 shown, the valve seat component 3 provided, wherein the material of the valve seat member 3 provided with a relatively high hardness. To the sealing area 30 reducing a hardness becomes an induction tool 10 into the cavity in the valve seat component 3 introduced. Inductive heating results at the sealing area 30 , on which later the valve ball 41 the injector 1 seals, a reduced hardness. It should be noted that the reduction in hardness can also be achieved by other heat-introducing tools. However, the inductive heating can be provided in a particularly simple and cost-effective manner, for example by means of a substantially circular induction loop or the like.

Die unterschiedlichen Härten können mit bekannten Härtemessverfahren, beispielsweise dem Vicker-Verfahren oder dem Rockwell-Verfahren oder dem Brinell-Verfahren gemessen werden.The different hardnesses can be measured by known hardness measuring methods, for example the Vicker method or the Rockwell method or the Brinell method.

Das Ventilsitzbauteil 3 kann beispielsweise mittels MIM (Metal injection molding)- Verfahren hergestellt werden.The valve seat component 3 For example, it can be produced by MIM (Metal Injection Molding) process.

Die Ventilkugel 41 weist dabei eine Härte auf, welche größer ist als eine Härte des Abdichtbereichs 30. Vorzugsweise weist die Ventilkugel 41 eine Härte auf, welche den angrenzenden Bereichen 51, 52 entspricht.The valve ball 41 has a hardness which is greater than a hardness of the Abdichtbereichs 30 , Preferably, the valve ball 41 a hardness on which the adjacent areas 51 . 52 equivalent.

Somit können auch gestiegene Anforderungen von Brennkraftmaschinenherstellern hinsichtlich einer Neuteiledichtheit von Injektoren durch einfache fertigungstechnische Maßnahmen erfüllt werden.Thus, increased requirements of internal combustion engine manufacturers with respect to a new part density of injectors can be met by simple manufacturing measures.

Claims

Valve seat component of an injector, comprising - At least one passage opening (13) and a sealing region (30) which is set up with a closing element (4) to open and close the passage opening (13), - wherein the sealing region (30) has a hardness which is lower than a hardness of regions (51, 52), which directly adjacent to the sealing region (30).

Valve seat component according to Claim 1 , wherein the sealing region (30) is annular.

Valve seat component according to one of the preceding claims, wherein the sealing region (30) has an uncoated surface.

Valve seat member according to one of the preceding claims, wherein a surface of the valve seat member has a center roughness Ra of less than or equal to 0.4 microns.

A valve seat member according to any one of the preceding claims, wherein the sealing portion (30) is disposed on a tapered portion (32) of the valve seat member (3).

Valve seat component according to one of the preceding claims, wherein the valve seat member is an MIM component.

Injector comprising a valve seat component according to one of the preceding claims.

Injector after Claim 7 wherein the injector is an inwardly opening injector.

Method for increasing the tightness of a valve seat component when new, comprising the steps: - Reducing a hardness of a surface of the valve seat member (3) at a sealing region (30) on which a closing element (4) a passage opening (13) in the valve seat member (3) releases and closes.

Method according to Claim 9 wherein the reduction of the hardness is carried out by heating, in particular by inductive heating.