EP1546545B1 - Pumpe-düse-einheit und verfahren zur einstellung der härte von anlagebereichen eines steuerventils - Google Patents

Pumpe-düse-einheit und verfahren zur einstellung der härte von anlagebereichen eines steuerventils Download PDF

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EP1546545B1
EP1546545B1 EP03750345A EP03750345A EP1546545B1 EP 1546545 B1 EP1546545 B1 EP 1546545B1 EP 03750345 A EP03750345 A EP 03750345A EP 03750345 A EP03750345 A EP 03750345A EP 1546545 B1 EP1546545 B1 EP 1546545B1
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EP
European Patent Office
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hardness
areas
pump
nozzle unit
system areas
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EP1546545A1 (de
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Maximilian Kronberger
Christoph Hamann
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Continental Mechatronic Germany GmbH and Co KG
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Volkswagen Mechatronic GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a pump-nozzle unit for supplying fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, with a controllable and / or controllable fuel pump, which comprises a control valve with a valve needle, which is deflected by a piezoelectric actuator, wherein the comparatively small stroke of Piezoaktors of a mechanical translation device is increased to the extent necessary for the deflection of the valve needle.
  • the invention relates to a method for adjusting the hardness of at least some contacting with a mechanical translation means contact areas of a control valve for a pump-nozzle unit for supplying fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the mechanical translation means is provided to a by To increase a piezoelectric actuator caused relatively small stroke to a necessary for the deflection of a valve needle of the control valve degree.
  • Pump-nozzle units are used for supplying fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • This may be, for example, a pump-nozzle unit with a controllable and / or controllable fuel pump, a fuel injector, which has a between a closed position and an open position reciprocating nozzle needle, a first pressure chamber of the fuel pump with below a first pressurized fuel can be filled, a second pressure chamber, wherein in the second pressure chamber under a second pressure fuel standing a closing force exerts on the nozzle needle, and a third pressure chamber which communicates with the first pressure chamber, wherein in the third pressure chamber under a third pressure fuel is an opening force exerted on the nozzle needle act.
  • Pump-nozzle units are used in particular in connection with pressure-controlled injection systems.
  • An essential feature of a pressure-controlled injection system is that the fuel injector opens as soon as an opening force, which is influenced at least by the prevailing pressure, is exerted on the nozzle needle.
  • Such pressure-controlled injection systems are used for fuel metering, fuel preparation, the formation of the course of injection and a seal of the fuel supply against the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the time profile of the mass flow during the injection can be advantageously controlled. This can have a positive influence on the engine's performance, fuel consumption and pollutant emission.
  • the fuel pump and the fuel injector are typically formed as an integral component.
  • at least one pump-nozzle unit is provided, which is usually installed in the cylinder head.
  • the fuel pump typically includes a fuel pump piston reciprocating in a fuel pump cylinder, which is driven either directly via a plunger or indirectly via rocker arms of a camshaft of the internal combustion engine.
  • the usually the first pressure chamber forming portion of the fuel pump cylinder is connected via a control valve with a fuel low pressure region, wherein, with the control valve open, fuel is sucked from the low-pressure fuel area into the first pressure chamber and, when the control valve is still open, is pushed back from the first pressure chamber into the low-pressure fuel area.
  • the fuel pump piston compresses the fuel in the first pressure chamber and thus builds up the pressure.
  • the control valve in the form of a solenoid valve.
  • solenoid valves usually have a relatively long response time, which is particularly due to the fact that the magnet armature of a solenoid valve can not be accelerated arbitrarily fast due to the mass inertia forces dependent on its mass.
  • the structure of the magnetic field for generating the tightening force requires time.
  • a equipped with a solenoid valve pump-nozzle unit is for example from the EP 0 277 939 B1 known.
  • Piezo actuators of suitable size can only produce a comparatively small stroke. Therefore, it has already been proposed to provide a mechanical translation device which increases the caused by the piezoelectric actuator comparatively small stroke to a necessary for the deflection of the valve needle of the control valve degree.
  • the mechanical translation device can be formed for example by one or more levers.
  • the contact areas of the control valve, which come into contact with the mechanical translation device, are subjected to very high pressures and therefore subject to high wear, although the control valve body forming the contact areas is generally through-hardened, for example by means of an air hardening process.
  • Another problem is that hardening methods that lead to higher hardness also brittle the material increase. This has a negative effect on the pressure resistance in the case of control valves in which high pressures prevail.
  • transmission elements for actuating an actuator of a fuel injection valve are described, wherein the transmission elements transmit the actuating force from an actuator and are guided laterally by a guide disk.
  • the invention has the object of developing the generic pump-nozzle units and the generic method such that the susceptibility to wear of reaching the mechanical translation device in contact bearing areas of the control valve is reduced, without affecting the pressure resistance of the control valve adversely.
  • the pump-nozzle unit according to the invention builds on the generic state of the art in that with the translation device into contact bearing areas of the control valve at least partially have a higher hardness than adjacent to these investment areas areas. This solution makes it possible to optimize the strength of the control valve both in terms of pressure resistance and in terms of susceptibility to wear of the contact areas.
  • the hardness of the areas adjacent to the areas of higher hardness passes through an air hardening process is set.
  • Air hardening methods are characterized by slow cooling of the heated steel in the air to obtain a high hardness martensite form. It is desirable to produce a martensite texture that is at least as good as martensite texture producible by oil or salt bath hardening techniques.
  • steel compositions comprising silicon, manganese and molybdenum in combination with chromium and different carbon contents may be used for this purpose.
  • the hardness of the contact areas with higher hardness is set by a laser hardening method.
  • the laser hardening method has been applied to material already hardened by an air hardening process.
  • the air hardening process allows the material to be cured to 680 HV with normal cooling conditions, for example, without overly adversely affecting the material properties in terms of pressure resistance.
  • the hardness of the investment areas can then be increased to, for example, 800 HV by means of laser-beam techniques.
  • a laser with rectangular beam can be used in an advantageous manner, wherein the contact areas to be hardened by the laser beam can be brought to the Austenitmaschinestemperatur briefly, then to produce, for example, after switching off the laser beam by Diabschreckung the high hardness. Due to the short exposure time and the associated low energy can be ensured in many cases that the area in which the hardened body is tempered, small and thus cracks can be avoided, which otherwise arise during post-curing.
  • Diode lasers in particular high-power diode lasers, have a very good electrical efficiency (for example a factor of 10 compared to the Nd: YAG laser). They can be realized with an extremely compact design (for example factor 0.1 compared to the CO 2 laser).
  • the material already cured by an air hardening process is "Ovako 677".
  • the steel "Ovako 677” offered by the company Ovako has a better hardening capacity with slow cooling in open air than, for example, a normal DIN 100 Cr 6 steel with fast oil hardening.
  • a likewise preferred development of the pump-nozzle unit according to the invention provides that the contact areas with higher hardness and the areas adjacent to these contact areas are integrally formed.
  • the higher hardness abutment areas have a hardness in the range of 760 HV to 850 HV.
  • a particularly preferred range in this context extends from 760 HV to 780 HV.
  • the areas adjacent to the areas of higher hardness have a hardness in the range from 600 HV to 750 HV. In this case, a particularly preferred range of 650 HV to 720 HV extends.
  • the contact areas are at least partially reground with higher hardness. Good results are achieved, for example, when grinding about 50 ⁇ m of the material.
  • the contact areas with higher hardness have a depth of about 0.2 mm.
  • the inventive method is based on the generic state of the art in that the contacting with the translation device contact areas of the control valve are at least partially cured such that their hardness is higher than the hardness of adjacent to these investment areas areas.
  • the hardness of the areas adjacent to the areas of higher hardness has been adjusted by an air hardening method.
  • embodiments of the method according to the invention are considered to be advantageous in which it is provided that that the hardness of the higher hardness abutment areas is adjusted by a laser hardening process.
  • the laser hardening method is applied to material already hardened by an air hardening process.
  • the material already hardened by an air hardening process is "Ovako 677".
  • the contact areas with higher hardness and the areas adjacent to these contact areas are integrally formed.
  • the higher hardness contact areas obtain a hardness in the range from 760 HV to 850 HV, preferably in the range from 760 HV to 780 HV.
  • the regions adjacent to the higher hardness abutment areas have a hardness in the range of 600 HV to 750 HV, preferably in the range of 650 HV to 720 HV.
  • the method according to the invention can provide that the contact areas with higher hardness are formed with a depth of approximately 0.2 mm.
  • the hardness of the contact areas with higher hardness is set by a diode laser hardening method, wherein the diode laser is operated as a function of an output signal from at least one photodiode which detects emitted radiation.
  • the current surface temperature can be determined so that it can be used as a feedback variable, which makes it possible for the actuator for the laser diodes to be controlled in such a way that controlled cooling and / or cooling is achieved by switching off the laser becomes.
  • the emitted radiation is heat radiation.
  • embodiments of the method according to the invention are considered to be particularly advantageous in which it is provided that the hardness of the contact areas with higher hardness is set by a diode laser hardening method, wherein the diode laser is operated in response to an output signal from at least one photodiode which detects reflected radiation. Also, reflected radiation can be beneficial Way to control and / or regulation of the laser diodes are used.
  • reflected radiation is laser radiation.
  • An essential basic idea of the invention is to meet the requirements imposed on the control valve housing by choosing a material with a lower basic hardness instead of a starting material with a high basic hardness, which is post-cured in particular in the contact areas by means of a laser beam, which is connected to the mechanical translation device get in touch.
  • FIG. 1 shows schematically a pump-nozzle unit.
  • the illustrated pump-nozzle unit for supplying fuel 10 into a combustion chamber 12 of an internal combustion engine has a fuel pump 14-22.
  • a fuel pump piston 14 in a fuel pump cylinder 16 is movable back and forth.
  • the fuel pump piston 14 is driven directly or indirectly via a camshaft, not shown, of the internal combustion engine.
  • the compression space of the fuel pump cylinder 16 forms a first pressure chamber 28.
  • the first pressure chamber 28 is connected via a fuel line 20 to a piezo control valve 22.
  • the piezo control valve 22 serves to either close the fuel line 20 or to connect it to a fuel low-pressure region 18, from which fuel 10 can be sucked.
  • the illustrated unit injector further includes a total of 24 designated fuel injector, which has a between a closed position and an open position reciprocating nozzle needle 46.
  • a pressure pin 26 can, in relation to the representation of FIG. 1, in particular exert a downward force on the nozzle needle 46.
  • a shim 40 is provided, which is guided in a second pressure chamber 30, wherein in the second pressure chamber 30 at a second pressure p 30 standing fuel 10 via the pressure pin 26 with respect to the illustration of Figure 1 down directed closing force on the nozzle needle 46 exerts.
  • the shim 40 is preferably only so strongly sealed relative to the second pressure chamber 30 that the second pressure p 30 is already degraded before the start of a new injection cycle.
  • a further downwardly directed further closing force is exerted by a first spring 36 on the pressure pin 26 and thus the nozzle needle 46, wherein the first spring 36 is disposed in the second pressure chamber 30 and is supported with its rear end on the dial 40.
  • a shoulder 44 having a portion of the nozzle needle 46 is surrounded by a third pressure chamber 32 which communicates with the first pressure chamber 28 via a connecting line 42.
  • a third pressure p 32 is built up in the third pressure chamber 32 as a function of the first pressure p 28 prevailing in the first pressure chamber 28.
  • the standing in the third pressure chamber 32 under the third pressure p 32 fuel 10 exerts a reference to the illustration of Figure 1 upward opening force on the nozzle needle 46.
  • the nozzle needle 46 assumes its open position, as long as a difference between the opening force caused by the third pressure p 32 and the sum of the generated by the second pressure p 30 Closing force and the closing force generated by the first spring 36 exceeds a predetermined value.
  • the nozzle opening pressure can be influenced via the second pressure p 30 in the second pressure chamber 30.
  • a pressure limiting and holding valve 34 may be provided between the first pressure chamber 28 and the second pressure chamber 30.
  • FIG. 2 shows a schematic partial sectional view of a first embodiment of a control valve, which can be used with the pump-nozzle unit of Figure 1.
  • a control valve shown in Figure 2 is a so-called I-valve, that is, a valve which closes in the flow direction from the high pressure region to the low pressure region of the control valve.
  • the illustrated piezo-control valve 22 has a valve needle 48 which can be moved to close the piezo control valve 22 in the illustrated first end position and the complete opening of the piezo control valve 22 in a second end position, which moved relative to the representation to the right is.
  • a valve plate 64 provided on the valve needle 48 cooperates with a housing-side valve seat 62.
  • the piezo control valve 22 has a piezoelectric actuator or a piezoelectric element 76. With suitable control of the piezoelectric element 76, this exerts a force on a pressure piece 54 via an end face 78.
  • the pressure piece 54 transmits the force generated by the piezoelectric element 76 in turn to a first lever 56 and a second lever 58, wherein the first lever 56 and the second lever 58 are provided to effect a force translation and increase the valve needle lift.
  • the first lever 56 and the second lever 58 abut against a second axial end surface 72 of the valve needle 48 to transmit the translated force generated by the piezo element 76 to the valve needle 48.
  • the translated force generated by the suitably driven piezoelectric element 76 acting on the valve needle 48 is greater than an opposing force generated by a second spring 66 and exerted via a spring pressure member 68 on a first axial end surface 70 of the valve needle 48.
  • the low-pressure fuel area 18 communicates with a discharge space 50, which is also connected via a compensation bore 52 with an actuator chamber 74 located in front of the piezoelectric element 76. This actuator chamber 74 is in communication with a return 60, via which fuel can flow back out of the actuator chamber 74.
  • the first lever 56 and the second lever 58 which form the mechanical translation device, contact regions 80, 82 of the control valve housing which have been post-cured by means of a diode laser to have a hardness in the range of 760 HV to 780 HV.
  • the areas 52 of the control valve housing which are adjacent to the higher-hardness abutment areas 80, 82 are formed integrally with the abutment areas 80, 82 (the different hatching only serves to identify the post-cured areas).
  • the areas 52 adjacent to the contact areas 80, 82 have a hardness of 650 HV to 720 HV set by an air hardening method.
  • As the material for the control valve housing of the company Ovako offered steel "Ovako 677" is particularly preferred.
  • the depth of the abutment areas 80, 82 is approximately 0.2 mm, with the surfaces coming into contact with the levers 56, 58 the contact areas 80, 82 are reground by a material removal of approximately 50 ⁇ m.
  • FIG. 3 shows a schematic partial sectional view of a second embodiment of a control valve, which can also be used with the pump-nozzle unit of Figure 1.
  • a control valve which can also be used with the pump-nozzle unit of Figure 1.
  • A-valve that is, a valve which opposite to the flow direction from the high pressure region to the low pressure region closes.
  • Such A-valves often provide greater security against unwanted jamming of the valve needle.
  • the illustrated piezo-control valve 22 has a valve needle 48 which can be moved to close the piezo control valve 22 in the illustrated first end position and the complete opening of the piezo control valve 22 in a second end position, which moved relative to the representation to the right is.
  • a valve plate 64 provided on the valve needle 48 cooperates with a housing-side valve seat 62.
  • the flow and Abêtraum 50 which is in communication with the fuel low pressure region, closed to a high-pressure chamber 38, which is in communication with the fuel line 20 shown in Figure 1.
  • the piezo control valve 22 has a piezoelectric actuator or a piezoelectric element 76. With suitable activation of the piezoactuator 76, the latter exerts with its end face 78 a force on a first lever 56 and a second lever 58, wherein the first lever 56 and the second lever 58 form the mechanical translation device.
  • the first lever 56 and the second lever 58 abut against a second axial end surface 72 of the valve needle 48, about the translated force generated by the piezoelectric element 76 on the valve needle 48 to transmit.
  • the translated force generated by the suitably controlled piezoactuator 76 acting on the valve needle 48 is greater than an opposing force generated by a second spring 66 and applied to a first axial end surface 70 of the valve needle 48.
  • the abutment portions 80, 82 which come into contact with the mechanical translation device formed by the first lever 56 and the second lever 58, are post-cured by means of a laser beam. Incidentally, reference is made to the description for Figure 2.
  • the invention can be summarized as follows:
  • the invention relates to a pump-nozzle unit for supplying fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, with a controllable and / or controllable fuel pump, which comprises a control valve with a valve needle, which is deflected by a piezoelectric actuator is, wherein the comparatively small stroke of the piezoelectric actuator is increased by a mechanical translation device to the extent necessary for the deflection of the valve needle.
  • control valve housing made of a material having a relatively lower basic hardness, for example, Ovako 677, and To post-cure areas 80, 82 of the control valve 22 by means of laser.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff (10) in einen Verbrennungsraum (12) einer Brennkraftmaschine, mit einer steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe (14-22), die ein Steuerventil (22) mit einer Ventilnadel (48) umfasst, die von einem Piezoaktor (76) ausgelenkt wird, wobei der vergleichsweise geringe Hub des Piezoaktors (76) von einer mechanischen Übersetzungseinrichtung (56, 58) auf das zur Auslenkung der Ventilnadel (48) notwendige Maß gesteigert wird. Um die Druckbeständigkeit des Steuerventilgehäuses nicht zu gefährden und dennoch vergleichsweise verschleißfeste mit der mechanischen Übersetzungseinrichtung (56, 58) in Kontakt gelangende Anlagebereiche (80, 82) bereitzustellen, ist vorgesehen, das Steuerventilgehäuse aus einem Werkstoff mit vergleichsweise niedrigerer Grundhärte zu bilden, beispielsweise aus Ovako 677, und die Anlagebereiche (80, 82) des Steuerventils (22) mittels Laser nachzuhärten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine, mit einer steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe, die ein Steuerventil mit einer Ventilnadel umfasst, die von einem Piezoaktor ausgelenkt wird, wobei der vergleichsweise geringe Hub des Piezoaktors von einer mechanischen Übersetzungseinrichtung auf das zur Auslenkung der Ventilnadel notwendige Maß gesteigert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Einstellung der Härte von zumindest einigen mit einer mechanischen Übersetzungseinrichtung in Kontakt gelangenden Anlagebereichen eines Steuerventils für eine Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine, wobei die mechanische Übersetzungseinrichtung dazu vorgesehen ist, einen durch einen Piezoaktor hervorgerufenen vergleichsweise geringen Hub auf ein zur Auslenkung einer Ventilnadel des Steuerventils notwendiges Maß zu steigern.
  • Pumpe-Düse-Einheiten dienen zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Pumpe-Düse-Einheit mit einer Steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe, einer Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel aufweist, einem ersten Druckraum, der von der Kraftstoffpumpe mit unter einem ersten Druck stehenden Kraftstoff befüllbar ist, einem zweiten Druckraum, wobei in dem zweiten Druckraum unter einem zweiten Druck stehender Kraftstoff eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt, und einen dritten Druckraum, der mit dem ersten Druckraum kommuniziert, wobei in dem dritten Druckraum unter einem dritten Druck stehender Kraftstoff eine Öffnungskraft auf die Düsennadel ausübt, handeln.
  • Pumpe-Düse-Einheiten werden insbesondere im Zusammenhang mit druckgesteuerten Einspritzsystemen verwendet. Ein wesentliches Merkmal eines druckgesteuerten Einspritzsystems besteht darin, dass die Kraftstoffeinspritzdüse öffnet, sobald eine zumindest vom aktuell herrschenden Drücken beeinflusste Öffnungskraft auf die Düsennadel ausgeübt wird. Derartige druckgesteuerte Einspritzsysteme dienen der Kraftstoffdosierung, der Kraftstoffaufbereitung, der Formung des Einspritzverlaufs und einer Abdichtung der Kraftstoffzuführung gegen den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine. Mit druckgesteuerten Einspritzsystemen lässt sich der zeitliche Verlauf des Mengenstroms während der Einspritzung in vorteilhafter Weise steuern. Damit kann ein positiver Einfluss auf die Leistung, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission des Motors genommen werden.
  • Bei Pumpe-Düse-Einheiten sind die Kraftstoffpumpe und die Kraftstoffeinspritzdüse in der Regel als integriertes Bauteil ausgebildet. Für jeden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine wird zumindest eine Pumpe-Düse-Einheit vorgesehen, die in der Regel in den Zylinderkopf eingebaut wird. Die Kraftstoffpumpe umfasst dabei typischerweise einen in einem Kraftstoffpumpenzylinder hin und her beweglichen Kraftstoffpumpenkolben, der entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der üblicherweise den ersten Druckraum bildende Abschnitt des Kraftstoffpumpenzylinders ist über ein Steuerventil mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich verbindbar, wobei bei geöffnetem Steuerventil Kraftstoff von dem Kraftstoff-Niederdruckbereich in den ersten Druckraum angesaugt und bei weiterhin geöffnetem Steuerventil von dem ersten Druckraum in den Kraftstoff-Niederdruckbereich zurückgedrückt wird. Sobald das Steuerventil geschlossen wird, erfolgt durch den Kraftstoffpumpenkolben eine Komprimierung des in dem ersten Druckraum befindlichen Kraftstoffs und somit ein Druckaufbau. Es ist bekannt, das Steuerventil in Form eines Magnetventils vorzusehen. Magnetventile weisen jedoch üblicherweise eine relativ lange Ansprechzeit auf, was insbesondere dadurch bedingt ist, dass der Magnetanker eines Magnetventils aufgrund der von seiner Masse abhängigen Massenträgheitskräfte nicht beliebig schnell beschleunigt werden kann. Weiterhin erfordert auch der Aufbau des Magnetfeldes zur Erzeugung der Anzugskraft Zeit. Eine mit einem Magnetventil ausgestattete Pumpe-Düse-Einheit ist beispielsweise aus der EP 0 277 939 B1 bekannt.
  • Piezoaktoren geeigneter Größe können nur einen vergleichsweise geringen Hub erzeugen. Daher wurde bereits vorgeschlagen, eine mechanische Übersetzungseinrichtung vorzusehen, die den durch den Piezoaktor hervorgerufenen vergleichsweise geringen Hub auf ein zur Auslenkung der Ventilnadel des Steuerventils notwendiges Maß steigert. Die mechanische Übersetzungseinrichtung kann beispielsweise durch einen oder mehrere Hebel gebildet sein. Die Anlagebereiche des Steuerventils, die mit der mechanischen Übersetzungseinrichtung in Kontakt gelangen, werden mit sehr hohen Drücken belastet und unterliegen deshalb einem hohen Verschleiß, obwohl der die Anlagebereiche bildende Steuerventilkörper in der Regel durchgehärtet ist, beispielsweise mit Hilfe eines Lufthärteverfahrens. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Härteverfahren, die zu einer höheren Härte führen auch die Sprödigkeit des Materials erhöhen. Dies wirkt sich bei Steuerventilen, in denen hohe Drücke herrschen, nachteilig auf die Druckbeständigkeit aus.
  • In der EP 1 019 628 B1 werden beispielsweise Übertragungselemente zum Betätigen eines Stellgliedes eines Kraftstoff-Einspritzventils beschrieben, wobei die Übertragungselemente die Betätigungskraft von einem Aktuator übertragen und von einer Führungsscheibe seitlich geführt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheiten und die gattungsgemäßen Verfahren derart weiterzubilden, dass die Verschleißanfälligkeit der mit der mechanischen Übersetzungseinrichtung in Kontakt gelangenden Anlagebereiche des Steuerventils verringert wird, ohne die Druckbeständigkeit des Steuerventils nachteilig zu beeinflussen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Pumpe-Düse-Einheit baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass mit der Übersetzungseinrichtung in Kontakt gelangende Anlagebereiche des Steuerventils zumindest teilweise eine höhere Härte aufweisen als zu diesen Anlagebereichen benachbarte Bereiche. Diese Lösung ermöglicht es, die Festigkeit des Steuerventils sowohl hinsichtlich der Druckbeständigkeit als auch hinsichtlich der Verschleißanfälligkeit der Anlagebereiche zu optimieren.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit ist vorgesehen, dass die Härte der zu den Anlagebereichen mit höherer Härte benachbarten Bereiche durch ein Lufthärteverfahren eingestellt ist. Lufthärteverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass der erhitzte Stahl langsam an der Luft abgekühlt wird, um einen Martensit hoher Härte zu bilden. Dabei ist es erwünscht, ein Martensitgefüge zu erzeugen, das zumindest genauso gut wie durch Öl- oder Salzbadhärteverfahren erzeugbare Martensitgefüge ist. Zu diesem Zweck können beispielsweise Stahlzusammensetzungen verwendet werden, die Silizium, Mangan und Molybdän in Verbindung mit Chrom und unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten umfassen.
  • Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit ist vorgesehen, dass die Härte der Anlagebereiche mit höherer Härte durch ein Laserhärteverfahren eingestellt ist.
  • In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft erachtet, wenn weiterhin vorgesehen ist, dass das Laserhärteverfahren auf bereits durch ein Lufthärteverfahren gehärtetes Material angewendet wurde. Durch das Lufthärteverfahren kann das Material mit normalen Abkühlbedingungen beispielsweise auf 680 HV gehärtet werden, ohne dass die Materialeigenschaften hinsichtlich der Druckbeständigkeit zu stark nachteilig beeinflusst werden. Durch Laserstrahlverfahren lässt sich die Härte der Anlagebereiche anschließend auf beispielsweise 800 HV steigern. Zur Härtung kann in vorteilhafter Weise ein Laser mit rechteckförmigem Strahl eingesetzt werden, wobei die zu härtenden Anlagebereiche durch den Laserstrahl kurzzeitig auf die Austenitisierungstemperatur gebracht werden können, um dann beispielsweise nach dem Abschalten des Laserstrahls durch Selbstabschreckung die hohe Härte zu erzeugen. Durch die kurze Einwirkzeit und die damit verbundene geringe Energie kann in vielen Fällen sichergestellt werden, dass der Bereich, in dem der gehärtete Körper angelassen wird, klein ist und somit Risse vermieden werden können, die sonst beim Nachhärten entstehen.
  • Die vorstehend erläuterten Vorteile können insbesondere erzielt werden, wenn vorgesehen ist, dass das Laserhärteverfahren mit Hilfe eines Diodenlasers durchgeführt wurde. Diodenlaser, insbesondere Hochleistungs-Diodenlaser, verfügen über einen sehr guten elektrischen Wirkungsgrad (beispielsweise Faktor 10 im Vergleich zum Nd:YAG-Laser). Sie können mit einer äußerst kompakten Bauform realisiert werden (beispielsweise Faktor 0,1 im Vergleich zum CO2-Laser).
  • Weiterhin wird bevorzugt, dass das bereits durch ein Lufthärteverfahren gehärtete Material "Ovako 677" ist. Der von der Firma Ovako angebotene Stahl "Ovako 677" weist ein besseres Durchhärtungsvermögen bei langsamer Abkühlung an offener Luft auf als beispielsweise ein normaler DIN 100 Cr 6 Stahl bei schneller Ölhärtung.
  • Eine ebenfalls bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit sieht vor, dass die Anlagebereiche mit höherer Härte und die zu diesen Anlagebereichen benachbarten Bereiche einstückig ausgebildet sind.
  • Allgemein wird bevorzugt, dass die Anlagebereiche mit höherer Härte eine Härte im Bereich von 760 HV bis 850 HV aufweisen. Ein in diesem Zusammenhang besonders bevorzugter Bereich erstreckt sich von 760 HV bis 780 HV.
  • Allgemein wird weiterhin bevorzugt, dass die zu den Anlagebereichen mit höherer Härte benachbarten Bereiche eine Härte im Bereich von 600 HV bis 750 HV aufweisen. Dabei erstreckt sich ein besonders bevorzugter Bereich von 650 HV bis 720 HV.
  • Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit vorgesehen ist, dass die Anlagebereiche mit höherer Härte zumindest teilweise nachgeschliffen sind. Gute Ergebnisse werden beispielsweise erzielt, wenn ungefähr 50 µm des Materials abgeschliffen werden.
  • Weiterhin wird es als vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen ist, dass die Anlagebereiche mit höherer Härte eine Tiefe von ungefähr 0,2 mm aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die mit der Übersetzungseinrichtung in Kontakt gelangenden Anlagebereiche des Steuerventils zumindest teilweise derart nachgehärtet werden, dass ihre Härte höher als die Härte von zu diesen Anlagebereichen benachbarten Bereichen ist. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit erläuterten Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.
  • Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auch bezüglich der durch diese Ausführungsformen erzielbaren Vorteile auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit verwiesen wird.
  • Auch bei vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Härte der zu den Anlagebereichen mit höherer Härte benachbarten Bereiche durch ein Lufthärteverfahren eingestellt wurde.
  • Weiterhin werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft erachtet, bei denen vorgesehen ist, dass die Härte der Anlagebereiche mit höherer Härte durch ein Laserhärteverfahren eingestellt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass das Laserhärteverfahren auf bereits durch ein Lufthärteverfahren gehärtetes Material angewendet wird.
  • Ähnlich wie bei der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit wird es auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen ist, dass das Laserhärteverfahren mit Hilfe eines Diodenlasers durchgeführt wird.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das bereits durch ein Lufthärteverfahren gehärtete Material "Ovako 677" ist.
  • Auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es als vorteilhaft erachtet, dass die Anlagebereiche mit höherer Härte und die zu diesen Anlagebereichen benachbarten Bereiche einstückig ausgebildet sind.
  • Allgemein wird für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt, dass die Anlagebereiche mit höherer Härte eine Härte im Bereich von 760 HV bis 850 HV erhalten, vorzugsweise im Bereich von 760 HV bis 780 HV.
  • Darüber hinaus wird es als vorteilhaft erachtet, dass die zu den Anlagebereichen mit höherer Härte benachbarten Bereiche eine Härte im Bereich von 600 HV bis 750 HV aufweisen, vorzugsweise im Bereich von 650 HV bis 720 HV.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Anlagebereiche mit höherer Härte zumindest teilweise nachgeschliffen werden.
  • Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren vorsehen, dass die Anlagebereiche mit höherer Härte mit einer Tiefe von ungefähr 0,2 mm ausgebildet werden.
  • Besonders gute Ergebnisse lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen, wenn vorgesehen ist, dass die Härte der Anlagebereiche mit höherer Härte durch ein Diodenlaserhärteverfahren eingestellt wird, wobei der Diodenlaser in Abhängigkeit eines Ausgangssignals von zumindest einer Photodiode betrieben wird, die emittierte Strahlung erfasst. Über die emittierte Strahlung lässt sich beispielsweise die aktuelle Oberflächentemperatur bestimmen, so dass diese als Rückführgröße verwendet werden kann, wodurch es ermöglicht wird, dass das Stellglied für die Laserdioden derart angesteuert wird, dass eine geregelte Abkühlung und/oder eine Abkühlung durch Abschalten des Lasers erzielt wird.
  • In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass die emittierte Strahlung Wärmestrahlung ist.
  • Weiterhin werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders vorteilhaft angesehen, bei denen vorgesehen ist, dass die Härte der Anlagebereiche mit höherer Härte durch ein Diodenlaserhärteverfahren eingestellt wird, wobei der Diodenlaser in Abhängigkeit eines Ausgangssignals von zumindest einer Photodiode betrieben wird, die reflektierte Strahlung erfasst. Auch reflektierte Strahlung kann in vorteilhafter Weise zur Steuerung und/oder Regelung der Laserdioden eingesetzt werden.
  • Dabei kommen insbesondere Ausführungsformen in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass die reflektierte Strahlung Laserstrahlung ist.
  • Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die an das Steuerventilgehäuse gestellten Anforderungen dadurch zu erfüllen, dass anstelle eines Ausgangsmaterials mit einer hohen Grundhärte ein Material mit niedrigerer Grundhärte gewählt wird, das insbesondere in den Anlagebereichen mittels eines Laserstrahls nachgehärtet wird, die mit der mechanischen Übersetzungseinrichtung in Kontakt gelangen.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wurde;
    Figur 2
    eine schematische Teil-Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Steuerventils, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann; und
    Figur 3
    eine schematische Teil-Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Steuerventils, das ebenfalls mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann.
  • Figur 1 zeigt schematisch eine Pumpe-Düse-Einheit. Die dargestellte Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff 10 in einen Verbrennungsraum 12 einer Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffpumpe 14-22 auf. Dabei ist ein Kraftstoffpumpenkolben 14 in einem Kraftstoffpumpenzylinder 16 hin und her bewegbar. Der Kraftstoffpumpenkolben 14 wird direkt oder indirekt über eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Der Kompressionsraum des Kraftstoffpumpenzylinders 16 bildet einen ersten Druckraum 28. Der erste Druckraum 28 ist über eine Kraftstoffleitung 20 mit einem Piezo-Steuerventil 22 verbunden. Das Piezo-Steuerventil 22 dient dazu, die Kraftstoffleitung 20 entweder zu verschließen oder mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 zu verbinden, aus dem Kraftstoff 10 angesaugt werden kann. In der geöffneten Ruhestellung des Piezo-Steuerventils 22 wird bei einer bezogen auf Figur 1 nach oben gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 Kraftstoff 10 aus dem Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 in den ersten Druckraum 28 angesaugt. Sofern das Piezo-Steuerventil 22 sich bei einer bezogen auf Figur 1 nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 noch in seiner geöffneten Ruhestellung befindet, kann vorher in den ersten Druckraum 28 angesaugter Kraftstoff 10 wieder zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 gedrückt werden. Bei einer geeigneten Ansteuerung des Piezo-Steuerventils 22 verschließt dieses die Kraftstoffleitung 20. Dadurch wird der in den ersten Druckraum 28 angesaugte Kraftstoff 10 bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 komprimiert, wodurch ein erster Druck p28 in dem ersten Druckraum 28 erzeugt wird. Die dargestellte Pumpe-Düse-Einheit umfasst weiterhin eine insgesamt mit 24 bezeichnete Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel 46 aufweist. Ein Druckstift 26 kann, bezogen auf die Darstellung von Figur 1, insbesondere eine nach unten gerichtete Kraft auf die Düsennadel 46 ausüben. Am oberen Ende des Druckstifts 26 ist eine Einstellscheibe 40 vorgesehen, die in einem zweiten Druckraum 30 geführt ist, wobei in dem zweiten Druckraum 30 unter einem zweiten Druck p30 stehender Kraftstoff 10 über den Druckstift 26 eine bezogen auf die Darstellung von Figur 1 nach unten gerichtete Schließkraft auf die Düsennadel 46 ausübt. Die Einstellscheibe 40 ist dabei vorzugsweise gegenüber dem zweiten Druckraum 30 nur so stark abgedichtet, dass der zweite Druck p30 vor Beginn eines neuen Einspritzzyklus bereits wieder abgebaut ist. Eine ebenfalls nach unten gerichtete weitere Schließkraft wird durch eine erste Feder 36 auf den Druckstift 26 und somit die Düsennadel 46 ausgeübt, wobei die erste Feder 36 in dem zweiten Druckraum 30 angeordnet ist und sich mit ihrem hinteren Ende an der Einstellscheibe 40 abstützt. Ein eine Schulter 44 aufweisender Abschnitt der Düsennadel 46 ist von einem dritten Druckraum 32 umgeben, der mit dem ersten Druckraum 28 über eine Verbindungsleitung 42 kommuniziert. In Abhängigkeit von der Drosselwirkung der Verbindungsleitung 42 und gegebenenfalls weiterer nicht dargestellter Drosseleinrichtungen wird in Abhängigkeit von dem in dem ersten Druckraum 28 herrschenden ersten Druck p28 in dem dritten Druckraum 32 ein dritter Druck p32 aufgebaut. Der in dem dritten Druckraum 32 unter dem dritten Druck p32 stehende Kraftstoff 10 übt eine bezogen auf die Darstellung von Figur 1 nach oben gerichtete Öffnungskraft auf die Düsennadel 46 aus. Die Düsennadel 46 nimmt ihre Öffnungsstellung ein, solange eine Differenz zwischen der durch den dritten Druck p32 verursachten Öffnungskraft und der Summe aus der durch den zweiten Druck p30 erzeugten Schließkraft und der durch die erste Feder 36 erzeugten Schließkraft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Über den zweiten Druck p30 in dem zweiten Druckraum 30 kann somit der Düsenöffnungsdruck beeinflusst werden. Um den zweiten Druck p30 im zweiten Druckraum 30 auf jeweils geeignet Werte zu begrenzen und zu halten kann beispielsweise ein Druckbegrenzungs- und -halteventil 34 zwischen dem ersten Druckraum 28 und dem zweiten Druckraum 30 vorgesehen sein.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Steuerventils, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann. Bei dem in Figur 2 dargestellten Steuerventil handelt es sich um ein sogenanntes I-Ventil, das heißt ein Ventil, das in der Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich des Steuerventils schließt. Das dargestellte Piezo-Steuerventil 22 weist eine Ventilnadel 48 auf, die zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 in die dargestellte erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Piezo-Steuerventils 22 in eine zweite Endstellung bewegt werden kann, die bezogen auf die Darstellung nach rechts verschoben ist. Wenn sich die Ventilnadel 48 in ihrer dargestellten ersten Endstellung befindet, wirkt ein an der Ventilnadel 48 vorgesehener Ventilteller 64 mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz 62 zusammen. Dadurch wird der Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 gegenüber einer Hochdruckkammer 38 verschlossen, die mit der in Figur 1 dargestellten Kraftstoffleitung 20 in Verbindung steht. Das Piezo-Steuerventil 22 weist einen Piezoaktor beziehungsweise ein Piezoelement 76 auf. Bei geeigneter Ansteuerung des Piezoelementes 76 übt dieses über eine Stirnfläche 78 eine Kraft auf ein Druckstück 54 aus. Das Druckstück 54 überträgt die von dem Piezoelement 76 erzeugte Kraft seinerseits auf einen ersten Hebel 56 und einen zweiten Hebel 58, wobei der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 dazu vorgesehen sind, eine Kraftübersetzung zu bewirken und den Ventilnadelhub zu vergrößern. Der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 liegen an einer zweiten axialen Endfläche 72 der Ventilnadel 48 an, um die von dem Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft auf die Ventilnadel 48 zu übertragen. Die von dem geeignet angesteuerten Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft, die auf die Ventilnadel 48 wirkt, ist größer als eine entgegengesetzte Kraft, die von einer zweiten Feder 66 erzeugt und über ein Federdruckstück 68 auf eine erste axiale Endfläche 70 der Ventilnadel 48 ausgeübt wird. Der Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 steht mit einem Absteuerraum 50 in Verbindung, der über eine Ausgleichsbohrung 52 weiterhin mit einem vor dem Piezoelement 76 befindlichen Aktorraum 74 in Verbindung steht. Dieser Aktorraum 74 steht mit einem Rücklauf 60 in Verbindung, über den Kraftstoff aus dem Aktorraum 74 zurückströmen kann. Der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58, die die mechanische Übersetzungseinrichtung bilden, gelangen mit Bereichen 80, 82 des Steuerventilgehäuses in Kontakt, die mit Hilfe eines Diodenlasers derart nachgehärtet wurden, dass sie eine Härte im Bereich von 760 HV bis 780 HV aufweisen. Die zu den Anlagebereichen 80, 82 mit höherer Härte benachbarten Bereiche 52 des Steuerventilgehäuses sind einstückig mit den Anlagebereichen 80, 82 ausgebildet (die unterschiedliche Schraffur dient nur dazu, die nachgehärteten Bereiche kenntlich zu machen). Die zu den Anlagebereichen 80, 82 benachbarten Bereiche 52 weisen eine durch ein Lufthärteverfahren eingestellte Härte von 650 HV bis 720 HV auf. Als Material für das Steuerventilgehäuse wird der von der Firma Ovako angebotene Stahl "Ovako 677" besonders bevorzugt. Die Tiefe der Anlagebereiche 80, 82 beträgt ungefähr 0,2 mm, wobei die mit den Hebeln 56, 58 in Kontakt gelangenden Oberflächen der Anlagebereiche 80, 82 durch einen Materialabtrag von ungefähr 50 µm nachgeschliffen sind.
  • Figur 3 zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Steuerventils, das ebenfalls mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann. Bei dem in Figur 3 dargestellten Steuerventil handelt es sich um ein sogenanntes A-Ventil, das heißt ein Ventil, das entgegengesetzt zur Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich schließt. Derartige A-Ventile bieten häufig eine größere Sicherheit gegenüber einem unerwünschten Verklemmen der Ventilnadel. Das dargestellte Piezo-Steuerventil 22 weist eine Ventilnadel 48 auf, die zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 in die dargestellte erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Piezo-Steuerventils 22 in eine zweite Endstellung bewegt werden kann, die bezogen auf die Darstellung nach rechts verschoben ist. Wenn sich die Ventilnadel 48 in ihrer dargestellten ersten Endstellung befindet, wirkt ein an der Ventilnadel 48 vorgesehener Ventilteller 64 mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz 62 zusammen. Dadurch wird der Vorlauf- und Absteuerraum 50, der mit dem Kraftstoff-Niederdruckbereich in Verbindung steht, gegenüber einer Hochdruckkammer 38 verschlossen, die mit der in Figur 1 dargestellten Kraftstoffleitung 20 in Verbindung steht. Das Piezo-Steuerventil 22 weist einen Piezoaktor beziehungsweise ein Piezoelement 76 auf. Bei geeigneter Ansteuerung des Piezoaktors 76 übt dieser mit seiner Stirnfläche 78 eine Kraft auf einen ersten Hebel 56 und einen zweiten Hebel 58 aus, wobei der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 die mechanische Übersetzungseinrichtung bilden. Der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 liegen an einer zweiten axialen Endfläche 72 der Ventilnadel 48 an, um die von dem Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft auf die Ventilnadel 48 zu übertragen. Die von dem geeignet angesteuerten Piezoaktor 76 erzeugte, übersetzte Kraft, die auf die Ventilnadel 48 wirkt, ist größer als eine entgegengesetzte Kraft, die von einer zweiten Feder 66 erzeugt und auf eine erste axiale Endfläche 70 der Ventilnadel 48 ausgeübt wird. Auch bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform des Steuerventils 22 sind die Anlagebereiche 80, 82, die mit der durch den ersten Hebel 56 und den zweiten Hebel 58 gebildete mechanische Übersetzungseinrichtung in Kontakt gelangen, mit Hilfe eines Laserstrahls nachgehärtet. Im Übrigen wird auf die Beschreibung zur Figur 2 verwiesen.
  • Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Erfindung betrifft eine Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine, mit einer steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe, die ein Steuerventil mit einer Ventilnadel umfasst, die von einem Piezoaktor ausgelenkt wird, wobei der vergleichsweise geringe Hub des Piezoaktors von einer mechanischen Übersetzungseinrichtung auf das zur Auslenkung der Ventilnadel notwendige Maß gesteigert wird. Um die Druckbeständigkeit des Steuerventilgehäuses nicht zu gefährden und dennoch vergleichsweise verschleißfeste mit der mechanischen Übersetzungseinrichtung 56, 58 in Kontakt gelangende Anlagebereiche 80, 82 bereitzustellen, ist vorgesehen, das Steuerventilgehäuse aus einem Werkstoff mit vergleichsweise niedrigerer Grundhärte zu bilden, beispielsweise aus Ovako 677, und die Anlagebereiche 80, 82 des Steuerventils 22 mittels Laser nachzuhärten.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims (26)

  1. Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff (10) in einen Verbrennungsraum (12) einer Brennkraftmaschine, mit einer steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe (14-22), die ein Steuerventil (22) mit einer Ventilnadel (48) umfasst, die von einem Piezoaktor (76) ausgelenkt wird, wobei der vergleichsweise geringe Hub des Piezoaktors (76) von einer mechanischen Übersetzungseinrichtung (56, 58) auf das zur Auslenkung der Ventilnadel (48) notwendige Maß gesteigert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit der Übersetzungseinrichtung (56, 58) in Kontakt gelangende Anlagebereiche (80, 82) des Steuerventils (22) zumindest teilweise eine höhere Härte aufweisen als zu diesen Anlagebereichen (80, 82) benachbarte Bereiche (52).
  2. Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Härte der zu den Anlagebereichen (80, 82) mit höherer Härte benachbarten Bereiche (52) durch ein Lufthärteverfahren eingestellt ist.
  3. Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Härte der Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte durch ein Laserhärteverfahren eingestellt ist.
  4. Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Laserhärteverfahren auf bereits durch ein Lufthärteverfahren gehärtetes Material angewendet wurde.
  5. Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Laserhärteverfahren mit Hilfe eines Diodenlasers durchgeführt wurde.
  6. Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das bereits durch ein Lufthärteverfahren gehärtete Material "Ovako 677" ist.
  7. Pumpe-Düse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte und die zu diesen Anlagebereichen (80, 82) benachbarten Bereiche (52) einstückig ausgebildet sind.
  8. Pumpe-Düse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte eine Härte im Bereich von 760 HV bis 850 HV aufweisen.
  9. Pumpe-Düse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zu den Anlagebereichen (80, 82) mit höherer Härte benachbarten Bereiche (52) eine Härte im Bereich von 6.00 HV bis 750 HV aufweisen.
  10. Pumpe-Düse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte zumindest teilweise nachgeschliffen sind.
  11. Pumpe-Düse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte eine Tiefe von ungefähr 0,2 mm aufweisen.
  12. Verfahren zur Einstellung der Härte von zumindest einigen mit einer mechanischen Übersetzungseinrichtung (56, 58) in Kontakt gelangenden Anlagebereichen (80, 82) eines Steuerventils (22) für eine Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff (10) in einen Verbrennungsraum (12) einer Brennkraftmaschine, wobei die mechanische Übersetzungseinrichtung (56, 58) dazu vorgesehen ist, einen durch einen Piezoaktor (76) hervorgerufenen vergleichsweise geringen Hub auf ein zur Auslenkung einer Ventilnadel (48) des Steuerventils notwendiges Maß zu steigern,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mit der Übersetzungseinrichtung (56, 58) in Kontakt gelangenden Anlagebereiche (80, 82) des Steuerventils (22) zumindest teilweise derart nachgehärtet werden, dass ihre Härte höher als die Härte von zu diesen Anlagebereichen (80, 82) benachbarten Bereichen (52) ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Härte der zu den Anlagebereichen (80, 82) mit höherer Härte benachbarten Bereiche (52) durch ein Lufthärteverfahren eingestellt wurde.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Härte der Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte durch ein Laserhärteverfahren eingestellt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Laserhärteverfahren auf bereits durch ein Lufthärteverfahren gehärtetes Material angewendet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Laserhärteverfahren mit Hilfe eines Diodenlasers durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das bereits durch ein Lufthärteverfahren gehärtete Material "Ovako 677" ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte und die zu diesen Anlagebereichen (80, 82) benachbarten Bereiche (52) einstückig ausgebildet sind.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte eine Härte im Bereich von 760 HV bis 850 HV erhalten.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zu den Anlagebereichen (80, 82) mit höherer Härte benachbarten Bereiche (52) eine Härte im Bereich von 600 HV bis 750 HV aufweisen.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte zumindest teilweise nachgeschliffen werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte mit einer Tiefe von ungefähr 0,2 mm ausgebildet werden.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Härte der Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte durch ein Diodenlaserhärteverfahren eingestellt wird, wobei der Diodenlaser in Abhängigkeit eines Ausgangssignals von zumindest einer Photodiode betrieben wird, die emittierte Strahlung erfasst.
  24. Verfahren nach Anspruch 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die emittierte Strahlung Wärmestrahlung ist.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Härte der Anlagebereiche (80, 82) mit höherer Härte durch ein Diodenlaserhärteverfahren eingestellt wird, wobei der Diodenlaser in Abhängigkeit eines Ausgangssignals von zumindest einer Photodiode betrieben wird, die reflektierte Strahlung erfasst.
  26. Verfahren nach Anspruch 25,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die reflektierte Strahlung Laserstrahlung ist.
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