DE4137224C1

DE4137224C1 - Pump plunger for fuel injection pump of IC engine - comprises coating head and/or shaft with chromium and/or tungsten carbide(s) or oxide(s) ceramics

Info

Publication number: DE4137224C1
Application number: DE4137224A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. 7143 Vaihingen De Hoefken; Wolfgang Dr. 7148 Remseck De Scheibe
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2011-11-14

Abstract

Pump plunger has a hard material coating (9, 14) on the head (1) and/or shaft (6), deposited in recesses, pref. 0.05-0.2 mm deep, in the material. Pref. hard materials are Cr and/or W carbides or oxide ceramics. The coating is protected mechanically and from fuel injection pressure by retention of the limiting edges (10a, 10b, 10c) of the plunger. ADVANTAGE - Long operating life with low risk of damage.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pumpenkolben für eine Kraftstoffein spritzpumpe einer Brennkraftmaschine gemäß den im Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a pump piston for a fuel injection pump of an internal combustion engine according to the in the preamble of Pa Tent claims 1 specified features.

Derartige Pumpenkolben, wie sie aus der DE-OS 36 41 34 oder aus dem JP-Abstract 60-26 161 bekannt sind, werden in Kraftstoffeinspritzpumpen verwendet, um Kraftstoff unter hohem Druck, der bis über 1000 bar reichen kann, in die Brennräume von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren einzuspritzen. Da bei diesen hohen Drücken der Kol ben wegen des geringen Laufspiels während der Hochdruckphase durch hohe Seitenkräfte geringfügig verkantet werden kann und an der Führung im Pumpenzylinder anstreift, besteht die Gefahr zum Fressen des Pum penkolbens an der Zylinderwand. Um solches Fressen zu vermeiden, wei sen die vorbekannten Pumpenkolben eine Beschichtung der Mantelfläche auf. Es hat sich gezeigt, daß die vorbekannte Beschichtung mit sehr harten Materialien nur in äußerst geringer Dicke erfolgen darf, wenn ein Abplatzen oder Auswaschen während des Betriebs sicher vermieden werden soll. Eine Beschichtungsdicke im µ-Bereich birgt aber die Ge fahr in sich, daß sie trotz großer Härte schnell verschleißt und dem nach in kurzen Zeitabständen erneuert werden muß.Such pump pistons, as they are from DE-OS 36 41 34 or from JP abstract 60-26 161 are known in fuel injection pumps used to fuel under high pressure up to over 1000 bar can extend into the combustion chambers of internal combustion engines, in particular injected by diesel engines. Since the Kol ben due to the low running play during the high pressure phase high lateral forces can be tilted slightly and on the guide brushing in the pump cylinder, there is a risk of the pump seizing up piston on the cylinder wall. To avoid such eating, the known pump pistons coat the outer surface on. It has been shown that the known coating with very hard materials may only be made in an extremely small thickness if chipping or washing out during operation is reliably avoided shall be. A coating thickness in the µ range hides the Ge drive in that it wears out quickly despite the hardness and that after must be renewed at short intervals.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gat tungsgemäßen Pumpenkolben derart auszubilden, daß ein Fressen des Pum penkolbens, insbesondere im Bereich des pumpenarbeitsraumseitig ge legenen Steuerkopfes verhindert, eine ausreichend lange Standzeit des Pumpenkolbens erreicht, sowie die Beschädigungsgefahr für die Hart stoffbeschichtung verringert wird.Proceeding from this, the object of the invention is to create a gat according to the pump piston in such a way that seizure of the pump piston, especially in the area of the pump work area control head prevents a sufficiently long service life of the Pump piston reached, as well as the risk of damage to the Hart fabric coating is reduced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe entsprechend den im Patentan spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, this object is in accordance with that in Patentan solved claim 1 specified features.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in erster Linie darin, daß die Hartstoffbeschichtung des Pumpenkolbens nicht unmittelbar den ho hen Kraftstoffdrücken ausgesetzt ist und demzufolge die Gefahr des Auswaschens insbesondere durch Kavitation und Hochdruckschwingungen entfällt. Die ausgebildeten Einsenkungen machen es außerdem möglich, daß die Dicke der Beschichtung mit Hartstoffen höher angesetzt werden kann und demnach entsprechend höhere Standzeiten erzielbar sind. Dar über hinaus wird auch die Palette der verwendbaren Hartstoffe erheb lich erweitert, da größere Schichtdicken zulässig sind. Wenn die Be grenzungsränder die Beschichtung allseitig begrenzen, ist die Gefahr einer Beschädigung der Beschichtung auch durch mechanische Einflüsse verringert. Schließlich ist es für die Exaktheit der Steuerung vor teilhaft, wenn die steuernden Grenzkanten aus dem Grundmaterial des Pumpenkolbens, also üblicherweise Stahl, bestehen, da auf diese Weise die Scharfkantigkeit der Steuerkanten erhalten bleibt.The main advantage of the invention is primarily that the hard material coating of the pump piston does not directly affect the ho hen fuel pressure is exposed and consequently the risk of Wash out, especially by cavitation and high pressure vibrations not applicable. The trained depressions also make it possible that the thickness of the coating with hard materials is set higher can and accordingly longer service lives can be achieved. Dar the range of hard materials that can be used is also increased Lich extended, because larger layer thicknesses are permitted. If the Be limit the coating on all sides is the danger Damage to the coating due to mechanical influences decreased. After all, it is for the accuracy of the control partial if the controlling boundary edges from the basic material of the Pump pistons, usually steel, are made in this way the sharp edges of the control edges are retained.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprü chen entnehmen. So weist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Einsenkung eine Tiefe bzw. der Begrenzungsrand eine Höhe von 0,01-3 mm, vorzugsweise 0,05-0,2 mm auf (Anspruch 2). Diese Tiefe bzw. Höhe ist für die Aufbringung einer ausreichend dicken Beschich tung geeignet. Weiterhin ist es vorteilhaft (Anspruch 3), wenn zu mindest die dem Förderdruck ausgesetzten Begrenzungsränder eine Breite von 0,3 - 4 mm aufweisen. Diese Breite reicht aus, um die gewünschten scharfen Steuerkanten zu gewährleisten. Als Hartstoffe für die Be schichtung eignen sich vorzugsweise Cr₂O₃ (Anspruch 4) oder eine Oxid keramik, insbesondere Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid oder Mi schungen hiervon (Anspruch 5). Auch Carbide, wie Wolframcarbid oder Chromcarbid oder Mischungen hiervon können vorteilhaft als Beschich tungswerkstoff eingesetzt werden (Anspruch 6). Wie auch aus dem JP-Abstract 60-26 161 zu entnehmen, ist die Pumpenkolbenbeschichtung mit Carbiden bekannt. Die vorgenannten Hartstoffe lassen sich durch Plasmaspritzen oder Flammspritzen aufbringen (Anspruch 7).Expedient embodiments of the invention can be found in the dependent claims. Thus, in an advantageous development of the invention, the depression has a depth and the boundary edge has a height of 0.01-3 mm, preferably 0.05-0.2 mm (claim 2). This depth or height is suitable for the application of a sufficiently thick coating. Furthermore, it is advantageous if at least the boundary edges exposed to the delivery pressure have a width of 0.3-4 mm. This width is sufficient to ensure the desired sharp control edges. Suitable hard materials for the coating are preferably Cr ₂ O ₃ (claim 4) or an oxide ceramic, in particular aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide or mixtures thereof (claim 5). Carbides such as tungsten carbide or chromium carbide or mixtures thereof can also advantageously be used as the coating material (claim 6). As can also be seen from JP abstract 60-26 161, pump piston coating with carbides is known. The aforementioned hard materials can be applied by plasma spraying or flame spraying (claim 7).

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der bei gefügten Zeichnung beschrieben. Dabei zeigtEmbodiments of the invention are described below with reference to attached drawing described. It shows

Fig. 1 einen Pumpenkolben mit beschichtetem Kolbenkopf, Fig. 1 is a pump piston with a coated piston head,

Fig. 2 einen Pumpenkolben, bei dem Kolbenkopf und Kolbenschaft beschichtet sind. Fig. 2 shows a pump piston in which the piston head and piston skirt are coated.

Fig. 3 einen Pumpenkolben, bei dem der Kolbenschaft beschichtet ist. Fig. 3 shows a pump piston in which the piston shaft is coated.

Der in Fig. 1 gezeigte, in einem nicht dargestellten Pumpenzylinder geführte Pumpenkolben für eine Kraftstoffeinspritzpumpe umfaßt im we sentlichen die Teile Kolbenkopf 1, Kolbenschaft 6, Kolbenfahne 7 zum Verdrehen des Kolbens und Kolbenfuß 8, der von einem nicht darge stellten Stößel oder Nocken beaufschlagbar ist. Der Kolbenkopf 1 mit der druckseitig gelegenen Stirnfläche 4 weist eine obere Steuerkante 5a zur Festlegung des Einspritzbeginns und eine untere schräge Steuer kante 15a zur Festlegung des Einspritzendes auf. Es können auch mehre re schräge Steuerkanten vorgesehen sein. Eine umlaufende Nut 2a steht über eine Längsnut 3 mit dem Raum oberhalb der Stirnfläche 4 (Pumpenarbeitsraum) in Verbindung.The shown in Fig. 1, in a pump cylinder, not shown, pump piston for a fuel injection pump comprises in essence the parts piston head 1 , piston skirt 6 , piston vane 7 for rotating the piston and piston foot 8 , which can be acted upon by a plunger or cam, not shown . The piston head 1 with the pressure-side end face 4 has an upper control edge 5 a to determine the start of injection and a lower oblique control edge 15 a to determine the end of injection. Several re sloping control edges can also be provided. A circumferential groove 2 a is connected via a longitudinal groove 3 to the space above the end face 4 (pump work space).

Entsprechend der Erfindung ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Pumpen kolben der Kolbenkopf mantelflächenseitig mit einer Einsenkung ver sehen, die mit einer Hartstoffbeschichtung 9 ausgefüllt ist. Der Au ßendurchmesser des Kolbenkopfes im Bereich der in der Fig. mit Kreuz schraffur versehenen Hartstoffbeschichtung 9 ist dem Außendurchmesser eines Begrenzungsrandes 10a gleich, welcher die Hartstoffbeschichtung 9 weitgehend gegen den Hochdruckraum abschirmt. Je nach verwendetem Hartstoff und je nach Nenndurchmesser des Pumpenkolbens beträgt die Beschichtungsdicke bei entsprechender Tiefe der Einsenkungen zwischen 0,01 und 3 mm. Die Breite des Begrenzungsrandes liegt zwischen 0,3 und 4 mm, wobei dieser Wert wiederum vom Nenndurchmesser des Pumpenkolbens und vom Werkstoff desselben abhängt. Entlang der unteren, schrägen Steuerkante 15a verläuft ein Begrenzungsrand 10c, der in einen Begren zungsrand längs der Umfangsnut 2a übergeht und sich in einen Begren zungsrand beiderseits der Längsnut 3 bis zum Anschluß an den Begren zungsrand 10a fortsetzt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Pumpenkolben ist der Kolbenschaft 6 nicht mit Hartstoff beschichtet. Eine Ausführungs form mit Beschichtung des Kolbenkopfes 1 und des Kolbenschaftes 6 ist in Fig. 2 gezeigt. Gemäß der Erfindung ist die dort in einer ent sprechenden Einsenkung des Kolbenschaftes 6 eingebrachte Hartstoffbe schichtung 14 durch einen weiteren Begrenzungsrend 10b von der pumpen arbeitsraumseitigen Hochdruckseite des Kolbens abgeschirmt. Im übrigen unterscheidet sich der Kolbenkopf von der Ausführungsform nach Fig. 1 nur dadurch, daß die Verbindung einer am Kolbenkopf umlaufenden Nut 2b mit dem Druckraum oberhalb der Stirnfläche 4 über eine Axialbohrung 11 und eine Querbohrung 12 erfolgt. Entlang der unteren schrägen Steuer kante 15b verläuft ein durchgehender Begrenzungsrand 10c und entlang der oberen an der Stirnseite 4 des Pumpenkolbens gelegenen Steuerkante 5b ein Begrenzungsrand 10a. According to the invention, in the pump piston shown in FIG. 1, the piston head is seen on the lateral surface side with a depression which is filled with a hard material coating 9 . The outer diameter of the piston head in the region of the cross-hatched hard material coating 9 in the figure is the same as the outer diameter of a boundary edge 10 a, which largely shields the hard material coating 9 against the high-pressure chamber. Depending on the hard material used and the nominal diameter of the pump piston, the coating thickness with a corresponding depth of the depressions is between 0.01 and 3 mm. The width of the boundary edge is between 0.3 and 4 mm, which in turn depends on the nominal diameter of the pump piston and the material of the same. Along the lower, oblique control edge 15 a runs a boundary edge 10 c, which passes into a limita- tion edge along the circumferential groove 2 a and continues in a limita- tion edge on both sides of the longitudinal groove 3 until the connection to the limita- tion edge 10 a continues. In the pump piston shown in FIG. 1, the piston shaft 6 is not coated with hard material. An execution form with coating of the piston head 1 and the piston skirt 6 is shown in Fig. 2. According to the invention, there introduced in a corresponding depression of the piston skirt 6 Hartstoffbe coating 14 by a further limiting trend 10 b of the pump workspace side high pressure side of the piston shielded. Otherwise, the piston head differs from the embodiment according to FIG. 1 only in that the connection of a circumferential groove 2 b on the piston head to the pressure chamber above the end face 4 takes place via an axial bore 11 and a transverse bore 12 . Along the lower oblique control edge 15 b, a continuous boundary edge 10 c and along the upper control edge 5 b located on the end face 4 of the pump piston 5 a boundary edge 10 a.

Außer den beiden in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten alternativen Ausfüh rungsformen eines Pumpenkolbens ist auch eine dritte Ausführungsform gem. Fig. 3 möglich, bei der nur der Kolbenschaft 6 mit einer Hart stoffbeschichtung 14 versehen ist, nicht dagegen der Kolbenkopf 1. Es kann vorteilhaft sein, bei einem solchen Ausführungsbeispiel den Durchmesser des Kolbenkopfes 1 gegenüber dem Kolbenschaft 6 geringfü gig kleiner zu halten.Approximately form other than the two in Fig. 1 and Fig. 2 shown alternative exporting a pump piston is also a third embodiment according to FIG. Fig. 3 possible material coating in which only the piston shaft 6 with a hard 14 is provided, but not the piston head 1. It may be advantageous in such an embodiment to keep the diameter of the piston head 1 slightly smaller than the piston skirt 6 .

Claims

1. Pump piston for a fuel injection pump of an internal combustion engine with a piston head facing a pump work chamber, which has control edges for determining the start of injection and the end of injection, and with a piston skirt that is separated from the piston head by a circumferential groove in connection with the pump work chamber in the tread area of the pump piston is, the pump piston being provided on the outer surface side with a coating consisting of a hard material, characterized in that the hard material coating ( 9 , 14 ) is introduced into depressions worked out in the outer surface side in the piston head ( 1 ) and / or piston skirt ( 6 ) such that it is retained device of boundary edges ( 10 a, b, c) at least on the sides that are adjacent to the spaces acted upon by the fuel delivery pressure, the hard material coating ( 9 , 14 ) is mechanically protected or the fuel delivery pressure is kept away from it.

2. Pump piston according to claim 1, characterized in that the Countersink or pitches a depth of 0.01-3mm, preferably 0.05-0.2 mm.

3. Pump piston according to claim 1 or 2, characterized in that at least the boundary edges exposed to the delivery pressure ( 10 a, 10 b, 10 c) have a width of 0.3-4 mm.

4. Pump piston according to claims 1 to 3, characterized in that Cr₂O₃ is used as hard material.

5. Pump piston according to claims 1 to 3, characterized in that the hard material made of oxide ceramic, especially aluminum oxide, Titanium oxide, zirconium oxide or mixtures thereof.

6. Pump piston according to claims 1 to 3, characterized in that the hard material, as known per se, is a carbide, in particular Is tungsten carbide or chromium carbide, or mixtures thereof consists.

7. Pump piston according to claims 1 to 6, characterized in that the hard material by means of plasma spraying or flame spraying is brought.