EP2699790B1 - Komponente, insbesondere eines kraftstoffeinspritzsystems, mit einer oberfläche - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to cooperating components, in particular a fuel injection system, each having a surface, wherein the at least one surface has a structure which counteracts adherence of a reactive medium, in particular a fuel, a biofuel, an additive and / or a fatty acid. Furthermore, the invention relates to a method for producing at least one component of two interacting components, each having a surface, wherein a structure is applied to the surface of the at least one component, the adherence of a reactive medium, in particular a fuel, a biofuel, an additive and / or a fatty acid counteracts.
- the surface has an altered surface texture, in particular with regard to the surface properties and their surface structure.
- Such cooperating components are known from the DE 102 32 050 A1 known. These components are a valve needle and a valve body of a fuel injection valve, wherein the valve needle tip of the valve needle and the associated valve seat in the valve body have microwells, which are intended to cause a reduction in wear of the cooperating components. The wear occurs in particular upon impact of the valve needle tip on the valve seat, wherein this impact occurs abruptly for fast closing of the injection openings in the valve body. When the valve needle is moved away from the valve seat for release of the injection openings, the valve needle tip moves away from the valve seat by a defined path so that fuel can flow to the injection openings through the annular gap formed between the valve pin tip and the valve seat.
- An injection valve which has knobs in the region of injection ports controlled by a valve needle. These nubs, which are arranged in the injection openings, are intended to prevent adhesion of dirt particles to the surface of the injection openings.
- the injection openings are bores with a small diameter, which are incorporated in the valve body.
- the DE 103 44 584 A1 relates to a fuel injection valve in which a valve seat with a predetermined surface roughness is to be produced.
- the generation of the surface roughness is effected by a coating of the valve seat.
- the surface thus produced with the defined surface roughness lies outside the range of interacting components, that is to say the valve seat and a valve needle tip.
- the purpose of this surface roughness is to reduce a vortex intensity of the fuel jet.
- the object of the invention is to change the surface condition of at least one component of a component group in such a way that the possibility of the adhesion of deposits is reduced or the effects thereof are minimized.
- the surface texture so the surface property and the Surface structure designed to minimize adhesive.
- This refinement or this method is based on the recognition that such a component or groups of components may increasingly be with a reactive medium, in particular a fuel (diesel fuel, gasoline), a biofuel, an additive, a fatty acid or any mixture thereof , Contact, in which the possibility of the formation of deposits and / or of aging products in the medium is increased by the basic nature of the medium or by the inclusion of additives.
- a reactive medium in particular a fuel (diesel fuel, gasoline), a biofuel, an additive, a fatty acid or any mixture thereof
- Contact in which the possibility of the formation of deposits and / or of aging products in the medium is increased by the basic nature of the medium or by the inclusion of additives.
- Such deposits and aging products preferably adhere to the medium-carrying, ie fluid-carrying surfaces of the individual components. By this adhesion but the mobility of, for example, each other moving components is reduced so much that it can lead to jamming or sticking of the component groups.
- the guided component can be prevented from switching by such a jamming or gluing.
- deposits or aging products can not or only to a small extent apply adhesive forces to this component, so that the risk of breakdown of the corresponding component group is minimized.
- only one surface of a component is designed according to the invention in order to counteract attachment of a medium or of a fluid.
- the structure is a screw thread structure or a rhombic structure or one of the two structures or a combination of the two structures is applied. These structures have proven to be particularly suitable to counteract adhesion of a reactive medium.
- the surface is processed by a grinding process, a laser structuring process or a hard turning process, and consequently the corresponding component is ground, laser-structured (for example by a pulsed laser and a structure or lotus effect of the grooves) or hard twisted.
- a grinding process for example, a center grinding process is in question, in which there is a formation of the surface with an outer contour, for example a cylindrical surface that matches or at least resembles the screw thread structure.
- Another grinding process is a cross-grinding process in which the surface assumes a structure that corresponds to or at least resembles the rhombic structure. A cross-grinding takes place in particular in an internal grinding process of holes. It is common to all these surface treatment processes that they can be represented reliably with a reasonable workload.
- the component is an arbitrary component of a fuel injection system, in particular a fuel pump, a fuel injector or another system-critical component such as a switching valve.
- a fuel injection system the problem of adhering the individual components to the interacting component groups, for example when additives or a biodiesel mixture are added, which in turn lead to deposits upon aging of the biodiesel, occurs for the respective fuel.
- the object of the invention is therefore preferably usable with cooperating components of a fuel injection system, wherein the fuel injection system is operated with a fuel having at least one biodiesel mixture.
- the constituents of the admixture adhere to metallic surfaces by a polar character of the fatty acids contained in the biodiesel mixture.
- a reduction of the adhesive force can be achieved by a reduction of the material carrying component Rmr (0,1), (0,2) and (0,3) (according to Abbott).
- the material-carrying component can be reduced by up to 65% of the material-carrying component Rmr according to an Abbott curve of the surface of the component.
- the left picture of the FIG. 1 shows a coupler module of a fuel injection system of an internal combustion engine.
- This fuel injection system is designed in particular for use in a common-rail fuel injection system, in which fuel is stored under pressure of from about 1600 bar in a memory.
- This fuel is supplied from a fuel tank of a high-pressure pump and this memory From the memory, fuel is taken from fuel injectors via high pressure lines as needed.
- the fuel injectors are electrically actuated for actuation and inject the fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine.
- Such a fuel injector has such a coupler module as part of the electrically controlled fuel metering device.
- Such common rail fuel injection systems are used in particular in auto-ignition internal combustion engines, which are operated with diesel fuel.
- This diesel fuel is increasingly biodiesel in the order of up to 20%, possibly even beyond going added.
- the diesel fuel can also be replaced by alternative fuels which have at least similar ignition properties as diesel fuel. All of these alternative fuels or biodiesel have the property that at least parts of their constituents can adhere to metallic surfaces and form deposits due to the polar character of the fatty acids they contain.
- the fuel - flushed coupler module according to the left picture of the FIG. 1 has a coupler sleeve 1 with a continuous cylindrical bore into which two coupler pistons 2 are inserted.
- a coupler piston 2 with an annular flange which prevents the complete immersion of the coupler piston 2 in the bore is in the right figure of FIG. 1 shown in an enlarged scale.
- the two coupler pistons are guided, for example, with a guide clearance of 4 ⁇ m in the coupler sleeve 1.
- the coupler transmits a force exerted by a piezoelectric actuator on the upper coupler piston 2 force on the lower coupler piston 2, which ultimately transmits the movement caused by the piezoelectric actuator on a valve piston for driving a valve needle of the fuel injector.
- valve needle is moved by the described device from a closed position to an open position and vice versa.
- fuel is injected into an associated combustion chamber of the internal combustion engine through injection openings of a valve needle body of the fuel injector controlled by the valve needle.
- the invention is explained in the present case on such a coupler module, but is applicable to any other component group of a Kraftstoffeinspritzsytems.
- the inventively designed component is the coupler piston 2 or the coupler sleeve 1 or both as a component group.
- the pilot plant according to FIG. 2 has a module with a base 3, which has a cylindrical recess into which a coupler piston 2 is inserted and clamped with its annular flange.
- the actual coupler piston 2 is surrounded by a discharge bell 4, the cylindrical bore for receiving the actual coupler piston 2 with respect to the diameter and the surface finish of the bore of the coupler sleeve 1 corresponds.
- a diesel fuel mixed with biodiesel is fed into the take-off bell 4, guided past the fit between the coupler piston 2 and the take-off bell 4 on the thus formed guide play with a guide clearance of preferably 5 ⁇ m and through the passage 5b in the base part 3 dissipated.
- the guide play can be varied between 3 ⁇ m and 14 ⁇ m.
- the FIG. 3 shows a diagram showing the effects of various surface textures of a component (for example, the trigger bell 4 or the piston 2) depending on the constant surface of a counter-component (for example, the coupler piston 2).
- the surface textures are characterized by an arithmetic mean roughness Ra, an average roughness Rz and a profile depth Pt.
- the Gradients of the individual surface textures indicate the relationship to the respective breaking force F.
- the breaking force F thus denotes the previously described release force of the withdrawal bell 4. It can be seen that the breaking force F is the lowest in each case when the arithmetic mean roughness Ra and the profile depth Pt are large. At initially significantly decreasing values of the individual surface textures, the breaking force F increases only to a comparatively slight extent up to a common limit F grenz .
- FIG. 4 shows in analogy to FIG. 3 a diagram with the exponential relationship between an adhesive force and a change in the surface structure of a component and at different Materialtragan turnover Rmr according to the so-called Abbott curve at -0.1, -0.2 and -0.3 (Rmr (0.1); (0.2); (0.3)).
- Rmr Materialtragan turnover
- FIG. 5 shows in diagram form in three different modules MD1, MD2 and MD3 have the different combinations of surface textures (surface property and surface structure).
- this graph shows the effects of the arithmetic mean roughness Ra, the average roughness depth Rz and the profile depth Pt versus the different material support rates Rmr and in particular the breaking force F.
- Module MD1 shows an equal ratio of all values that can be represented by the implementation of the invention.
- Module MD2 shows that a reduction of the average arithmetic mean roughness Ra, the average roughness depth Rz and the profile depth Pt and an increase in the material carrying component Rmr lead to an increase in the breaking force F.
- the arithmetic mean roughness Ra, the average roughness Rz and the tread depth PT only slightly further reduced and there is an increase in the material carrying part Rmr, in particular the breaking force F increases rapidly.
- the possibility of the effect of the adhesion of deposits on the respective surface is very high in module MD3.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft zusammenwirkende Komponenten, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit jeweils einer Oberfläche, wobei die zumindest eine Oberfläche eine Struktur aufweist, die einem Anhaften eines reaktionsfähigen Mediums, insbesondere eines Kraftstoffs, eines Biokraftstoffs, eines Additivs und/oder einer Fettsäure, entgegenwirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Komponente zweier zusammenwirkender Komponenten mit jeweils einer Oberfläche, wobei auf die Oberfläche der zumindest einen Komponente eine Struktur aufgebracht wird, die einem Anhaften eines reaktionsfähigen Mediums, insbesondere eines Kraftstoffs, eines Biokraftstoffs, eines Additivs und/oder einer Fettsäure entgegenwirkt. Die Oberfläche weist dabei eine veränderte Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften und deren Oberflächenstruktur auf.
- Solche zusammenwirkenden Komponenten sind aus der
DE 102 32 050 A1 bekannt. Diese Komponenten sind eine Ventilnadel und ein Ventilkörper eines Kraftstoffeinspritzventils, wobei die Ventilnadelspitze der Ventilnadel und der zugehörige Ventilsitz in dem Ventilkörper Mikrovertiefungen aufweisen, die eine Verschleißverringerung der hier zusammenwirkenden Bauteile bewirken sollen. Der Verschleiß tritt insbesondere beim Auftreffen der Ventilnadelspitze auf den Ventilsitz auf, wobei dieses Auftreffen schlagartig zum schnellen Verschließen der Einspritzöffnungen in dem Ventilkörper erfolgt. Wird die Ventilnadel von dem Ventilsitz für eine Freigabe der Einspritzöffnungen wegbewegt, entfernt sich die Ventilnadelspitze von dem Ventilsitz um einen definierten Weg, so das Kraftstoff durch den zwischen der Ventilnadelspitze und dem Ventilsitz gebildeten Ringspalt zu den Einspritzöffnungen fließen kann. - Aus der
DE 10 2004 063 165 A1 ist ein Einspritzventil bekannt, das im Bereich von durch eine Ventilnadel beherrschten Einspritzöffnungen Noppen aufweist. Diese Noppen, sie in den Einspritzöffnungen angeordnet sind, sollen eine Adhäsion von Schmutzpartikeln an der Oberfläche der Einspritzöffnungen verhindern, Die Einspritzöffnungen sind Bohrungen mit einem geringen Durchmesser, die in den Ventilkörper eingearbeitet sind. - Die
DE 103 44 584 A1 betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, bei dem ein Ventilsitz mit einer vorgegebenen Oberflächenrauigkeit hergestellt werden soll. Dabei erfolgt die Erzeugung der Oberflächenrauigkeit durch eine Beschichtung des Ventilsitzes. Dabei liegt die so erzeugte Fläche mit der definierten Oberflächenrauigkeit außerhalb des Bereichs von zusammenwirkenden Bauteilen, also dem Ventilsitz und einer Ventilnadelspitze. Zweck dieser Oberflächenrauigkeit ist die Verringerung einer Wirbelintensität des Kräftstoffstrahls. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei zumindest einer Komponente einer Komponentengruppe die Oberflächenbeschaffenheit so zu verändern, dass die Möglichkeit der Anhaftung von Ablagerungen vermindert ist, beziehungsweise deren Auswirkungen minimiert sind.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Komponenten zwei zusammenwirkende, zueinander bewegte, eine Passung mit einem Führungsspiel bildende Komponenten sind, und dass die Oberfläche eine von einem Mittenrauwert Ra bestimmte Oberflächenbeschaffenheit aufweist und der arithmetische Mittenrauwert einen Wert >= 0,2 µm aufweist. Das entsprechende Verfahren zum Herstellen einer solchen Komponente sieht vor, dass die Struktur der Oberfläche zumindest einer Komponente der zwei zusammenwirkenden, zueinander bewegten, eine Passung mit einem Führungsspiel bildenden Komponenten so ausgelegt ist, dass deren Beschaffenheit von einem arithmetischen Mittenrauwert Ra mit einem Wert >= 0,2 µm bestimmt ist. Dabei wird die Oberflächenbeschaffenheit, also die Oberflächeneigenschaft und die Oberflächenstruktur klebekraftminimierend ausgelegt. Dieser Ausgestaltung bzw. diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine solche Komponente oder solche Komponentengruppen zunehmend mit einem reaktionsfähigen Medium, dass insbesondere eine Kraftstoff (Dieselkraftstoff, Benzin), ein Biokraftstoff, eine Additiv, eine Fettsäure oder eine beliebige Mischung davon sein kann, Kontakt haben, bei dem durch die grundsätzliche Beschaffenheit des Mediums beziehungsweise durch die Aufnahme von Zusätzen die Möglichkeit der Bildung von Ablagerungen und/oder von Alterungsprodukten in dem Medium erhöht ist. Solche Ablagerungen und Alterungsprodukte haften bevorzugt an den mediumführenden, also fluidführenden Oberflächen der einzelnen Komponenten. Durch diese Anhaftung wird aber die Beweglichkeit der beispielsweise zueinander bewegten Komponenten soweit reduziert, dass es zu Verklemmungen bzw. Verklebungen der Komponentengruppen kommen kann. Sind die Komponenten beispielsweise bei engen Führungsspielen zur Ausführung einer Schaltfunktion ausgelegt, kann durch eine solche Verklemmung oder Verklebung die geführte Komponente an einem Schaltvorgang gehindert werden. Dadurch, dass zumindest eine Oberfläche einer der zusammenwirkenden Komponenten klebekraftminimiert ist, können Ablagerungen bzw. Alterungsprodukte an dieser Komponente nicht oder nur in einem geringen Umfang Klebekräfte aufbringen, so dass die Gefahr von Ausfällen der entsprechenden Komponentengruppe minimiert ist. In der allgemeinsten Ausführung ist aber nur eine Oberfläche einer Komponente erfindungsgemäß ausgebildet, um einem Anhaften eines Mediums beziehungsweise eines Fluids entgegenzuwirken. Dabei ist die Oberflächenbeschaffenheit von einem arithmetischen Mittenrauwert Ra bestimmt und der Mittenrauwert Ra der Oberfläche des Bauteils weist einen Wert >= 0,2 µm auf. In weiterer Ausgestaltung ist die Oberflächenbeschaffenheit von einer gemittelten Rautiefe Rz bestimmt und die Rautiefe Rz der Oberfläche weist einen Wert von >= 0,2 µm, insbesondere >= 1,5 µm, auf. Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung die Oberflächenbeschaffenheit von einer Profiltiefe Pt bestimmt und die Profiltiefe Pt der Oberfläche weist einen Wert von >= 0,2 µm, insbesondere >= 2 µm, auf. Alle diese Werte kennzeichnen Grenzwerte, bei deren Unterschreitung die gegenseitige Haltekraft oder Klebekraft von miteinander kommunizierenden Komponenten bei schon geringen Veränderungen der oben genannten Oberflächenbeschaffenheiten extrem ansteigt. Andererseits ist bei diesen Werten gewährleistet, dass die Gleiteigenschaften der zusammenwirkenden Komponenten unbeeinträchtigt sind.
- In Weiterbildung der Erfindung ist die Struktur eine Schraubengewindestruktur oder eine Rautenstruktur beziehungsweise es wird eine der beiden Strukturen oder eine Kombination der beiden Strukturen aufgebracht. Diese Strukturen haben sich als besonders geeignet erwiesen, einem Anhaften von einem reaktionsfähigen Medium entgegenzuwirken.
- In Weiterbildung der Erfindung wird die Oberfläche durch einen Schleifprozess, einen Laserstrukturierungsprozess oder einen Hartdrehprozess bearbeitet, wobei folglich die entsprechende Komponente geschliffen, laserstrukturiert (beispielsweise durch einen gepulsten Laser und einer dadurch erzeugten Struktur oder Lotuseffekt (Noppenstruktur) der Riefen) oder hartgedreht wird. Als Schleifprozess kommt beispielsweise ein Centerschleifprozess Infrage, bei dem es zu einer Ausbildung der Oberfläche mit einer Außenkontur an beispielsweise einer zylindrischen Oberfläche kommt, die der Schraubengewindestruktur entspricht oder zumindest ähnelt. Ein weiterer Schleifprozess ist ein Kreuzschliffprozess, bei dem die Oberfläche eine Struktur annimmt, die der Rautenstruktur entspricht oder zumindest ähnelt. Ein Kreuzschliff erfolgt insbesondere bei einem Innenschleifprozess von Bohrungen. Allen diesen Obertlächenbehandlungsprozessen ist es gemeinsam, dass diese bei einem vertretbaren Arbeitsaufwand prozesssicher darstellbar sind.
- In Weiterbildung der Erfindung ist die Komponente ein beliebiges Bauteil eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eine Kraftstoffpumpe, ein Kraftstoffinjektor oder ein sonstiges systemkritisches Bestandteil wie beispielsweise ein Schaltventils. Insbesondere bei einem Kraftstoffeinspritzsystem tritt die Problematik des Anhaftens der einzelnen Komponenten an den zusammenwirkenden Komponentengruppen, beispielsweise bei Zugabe von Additiven oder einer Biodieselbeimischung, die wiederum bei einer Alterung des Biodiesels zu Ablagerungen führen, zu dem jeweiligen Kraftstoff, auf.
- Bevorzugt ist der Gegenstand der Erfindung also bei zusammenwirkenden Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems verwendbar, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem mit einem zumindest eine Biodieselbeimischung aufweisenden Kraftstoff betrieben wird. Insbesondere bei solchen mit einer Biodieselbeimischung betriebenen Kraftstoffeinspritzsystemen haften die Bestandteile der Beimischung durch einen polaren Charakter der Fettsäuren, die in der Biodieselbeimischung enthalten sind, an metallischen Oberflächen. Gleichzeitig kann eine Reduktion der Klebekraft durch eine Reduzierung des Materialtrageanteils Rmr (0,1), (0,2) und (0,3) (nach Abbott) erfolgen.
- Dabei kann der Materialtraganteil ausgehend von einem Ausgangswert mit einem ersten Materialtraganteil Rmr der Materialtraganteil Rmr nach einer Abbott-Kurve der Oberfläche der Komponente um bis zu 65 % reduziert werden. Beispielhaft weist der Materialtrageanteil Rmr (0,1) einen Wert <= 25 %, der Materialtrageanteil Rmr (0,2) einen Wert <= 45 % und der Materialtrageanteil Rmr (0,3) einen Wert <= 65% auf.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
- Es zeigen:
- Figur 1
- ein Anwendungsbeispiel der Erfindung an einem Kopplermodul eines Kraftstoffeinspritzsystems,
- Figur 2
- eine Versuchsanlage zur Bildung eines Führungsspiels zwischen einem Kopplerkolben und einer Abzugsglocke zu einer Belagsablagerungsbestimmung ,
- Figur 3
- ein Diagramm mit der Darstellung der Auswirkungen verschiedener Oberflächenbeschaffenheiten einer Komponente in Abhängigkeit der gleichbleibenden Oberfläche einer Gegenkomponente,
- Figur 4
- ein Diagramm mit dem exponentiellen Zusammenhang zwischen einer Klebekraft und einer Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit einer Komponente und
- Figur 5
- ein Diagramm mit einer Darstellung der prozentualen Verteilung von Oberflächenbeschaffenheiten einer Komponente gegenüber einer Klebekraft der Komponente.
- Die linke Abbildung der
Figur 1 zeigt ein Kopplermodul eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem ist insbesondere zur Verwendung bei einem Common-Rail Kraftstoffeinspritzsystem ausgelegt, bei dem Kraftstoff unter einem Druck von ab ca. 1600 bar in einem Speicher gespeichert wird. Diesem Speicher wird der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank von einer Hochdruckpumpe zugeführt und aus dem Speicher wird Kraftstoff bedarfsweise von Kraftstoffinjektoren über Hochdruckleitungen entnommen. Die Kraftstoffinjektoren werden für eine Betätigung elektrisch angesteuert und spritzen den Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ein. Ein solcher Kraftstoffinjektor weist ein solches Kopplermodul als Bestandteil der elektrisch angesteuerten Kraftstoffzumesseinrichtung auf. Solche Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme werden insbesondere bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwendet, die mit Dieselkraftstoff betrieben werden. Diesem Dieselkraftstoff wird vermehrt Biodiesel in einer Größenordnung von bis zu 20%, gegebenenfalls sogar darüber hinausgehend, zugesetzt. Alternativ kann der Dieselkraftstoff auch durch alternative Kraftstoffe, die zumindest ähnliche Zündeigenschaften wie Dieselkraftstoff aufweisen, ersetzt werden. Alle diese alternativen Kraftstoffe bzw. der Biodiesel haben die Eigenschaft, dass zumindest Teile deren Bestandteile durch den polaren Charakter von enthaltenen Fettsäuren an metallischen Oberflächen haften und Ablagerungen bilden können. - Das kraftstoffumspülte Kopplermodul gemäß der linken Abbildung der
Figur 1 weist eine Kopplerhülse 1 mit einer durchgehenden zylindrischen Bohrung auf, in die zwei Kopplerkolben 2 eingesetzt sind. Ein solcher Kopplerkolben 2 mit einem Ringflansch, der das vollständige Eintauchen des Kopplerkolbens 2 in die Bohrung verhindert, ist in der rechten Abbildung derFigur 1 in einen vergrößerten Maßstab dargestellt. Die beiden Kopplerkolben sind beispielsweise mit einem Führungsspiel von 4 µm in der Kopplerhülse 1 geführt. Das Kopplermodul überträgt eine beispielsweise von einem Piezoaktor auf den oberen Kopplerkolben 2 ausgeübte Krafteinwirkung auf den unteren Kopplerkolben 2, der letztendlich die von dem Piezoaktor hervorgerufene Bewegung auf einen Ventilkolben zur Ansteuerung einer Ventilnadel des Kraftstoffinjektors überträgt. Die Ventilnadel wird durch die beschriebene Einrichtung von einer geschlossenen Position in eine geöffnete Position und umgekehrt bewegt. In der geöffneten Position wird durch von der Ventilnadel beherrschte Einspritzöffnungen eines Ventilnadelkörpers des Kraftstoffinjektors Kraftstoff in einen zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Erfindung wird vorliegend an einem solchen Kopplermodul erläutert, ist aber auf jede andere Komponentengruppe eines Kraftstoffeinspritzsytems anwendbar. - Die erfindungsgemäß ausgebildete Komponente ist der Kopplerkolben 2 oder die Kopplerhülse 1 oder beide als Komponentengruppe.
- Die Versuchsanlage gemäß
Figur 2 weist ein Modul mit einem Grundteil 3 auf, das eine zylinderförmige Ausnehmung aufweist, in die ein Kopplerkolben 2 mit dessen Ringflansch eingesetzt und festgeklemmt ist. Der eigentliche Kopplerkolben 2 ist von einer Abzugsglocke 4 umgeben, deren zylindrische Bohrung zur Aufnahme des eigentlichen Kopplerkolbens 2 bezüglich des Durchmessers und der Oberflächenbeschaffenheit der Bohrung der Kopplerhülse 1 entspricht. - Durch einen Kanal 5a wird in die Abzugsglocke 4 beispielsweise ein mit Biodiesel versetzter Dieselkraftstoff zugeführt, entlang der Passung zwischen dem Kopplerkolben 2 und der Abzugsglocke 4 an dem so gebildeten Führungsspiel mit einem Führungsspiel von vorzugsweise 5 µm vorbeigeleitet und durch den Kanal 5b in dem Grundteil 3 abgeführt. Das Führungsspiel kann dabei zwischen 3 µm und 14 µm variiert werden. Zur Versuchsdurchführung wird beispielsweise in einem Zeitrahmen von mehreren Stunden, Tagen oder Wochen mit Biokraftstoff versetzter Dieselkraftstoff oder aber auch konzentrierter Biokraftstoff der Versuchsanlage zugeführt. Zur Auswertung des Versuchs wird die Kraft gemessen, mit der die Abzugsglocke 4 angehoben werden muss, um sich von dem in dem Grundteil festgehaltenen Kopplerkolben 2 zu lösen. Aus den gewonnenen Messwerten mit Abzugsglocken 4 (oder auch gegebenenfalls Kopplerkolben 2), die unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen, lässt sich ermitteln, welche Oberflächenbeschaffenheit für beispielsweise verschiedene Biokraftstoffe optimiert ist. Die so ermittelte Oberflächenbeschaffenheit hat folglich die Eigenschaft, dass Bestandteile des Biodiesels an dieser metallischen Oberfläche nicht oder nur schlecht haften.
- Die
Figur 3 zeigt ein Diagramm mit der Darstellung der Auswirkungen verschiedener Oberflächenbeschaffenheiten einer Komponente (beispielsweise der Abzugsglocke 4 oder des Kolbens 2) in Abhängigkeit der gleichbleibenden Oberfläche einer Gegenkomponente (beispielsweise des Kopplerkolbens 2). Die Oberflächenbeschaffenheiten sind charakterisiert durch einen arithmetischen Mittenrauwert Ra, einer gemittelten Rautiefe Rz und einer Profiltiefe Pt. Die Verläufe der einzelnen Oberflächenbeschaffenheiten geben den Zusammenhang zu der jeweiligen Bruchkraft F an. Die Bruchkraft F bezeichnet also die zuvor beschriebene Lösekraft der Abzugsglocke 4. Erkennbar ist, dass die Bruchkraft F jeweils am geringsten ist, wenn der arithmetische Mittenrauwert Ra und die Profiltiefe Pt groß ist. Bei anfangs deutlich abnehmenden Werten der einzelnen Oberflächenbeschaffenheiten nimmt die Bruchkraft F bis zu einem gemeinsamen Grenzwert Fgrenz nur verhältnismäßig geringfügig zu. -
Figur 4 zeigt in Analogie zurFigur 3 ein Diagramm mit dem exponentiellen Zusammenhang zwischen einer Klebekraft und einer Veränderung der Oberflächenstruktur einer Komponente und bei verschiedenen Materialtraganteilen Rmr gemäß der sogenannten Abbott-Kurve bei -0,1, -0,2 und -0,3 (Rmr (0,1); (0,2); (0,3)). Auch hier ist erkennbar, dass bis zu einem Grenzwert Fgrenz eine deutliche Veränderung der Bruchkraft in Abhängigkeit des prozentualen Traganteils besteht. -
Figur 5 zeigt in Diagrammform bei drei unterschiedlichen Modulen MD1, MD2 und MD3 die unterschiedliche Kombinationen von Oberflächenbeschaffenheiten (Oberflächeneigenschaft und Oberflächenstruktur) aufweisen. Insbesondere zeigt dieses Diagramm die Auswirkungen des arithmetischen Mittenrauwertes Ra, der gemittelten Rautiefe Rz und der Profiltiefe Pt gegenüber den verschiedenen Materialtraganteilen Rmr und insbesondere hinsichtlich der Bruchkraft F. Modul MD1 zeigt ein gleichgestelltes Verhältnis von allen Werten, dass durch die Umsetzung der Erfindung darstellbar ist. Modul MD2 zeigt, dass bei einer Reduzierung des arithmetischen Mittenrauwertes Ra, der gemittelten Rautiefe Rz und der Profiltiefe Pt sowie ein Anstieg des Materialtraganteils Rmr zu einem Anstieg der Bruchkraft F führen. Wird dann, wie im Modul MD3 dargestellt, der arithmetische Mittenrauwert Ra, die gemittelte Rautiefe Rz und die Profiltiefe PT nur geringfügig weiter verringert und es zu einem Anstieg des Materialtrageteils Rmr kommt, steigt insbesondere die Bruchkraft F rapide an. Angewendet auf den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bedeutet dies, dass bei dem ausgewogenen Modul MD1 die Möglichkeit der Auswirkungen von angehafteten Ablagerungen an der jeweiligen Oberfläche minimiert ist. Dagegen ist bei dem Modul MD3 die Möglichkeit von der Auswirkung der Anhaftung von Ablagerungen an der jeweiligen Oberfläche sehr hoch.
Claims (11)
- Zusammenwirkende Komponenten, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit jeweils einer Oberfläche, wobei die zumindest eine Oberfläche eine Struktur aufweist, die einem Anhaften eines reaktionsfähigen Mediums, insbesondere eines Kraftstoffs, eines Biokraftstoffs, eines Additivs und/oder einer Fettsäure, entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zwei zusammenwirkende, zueinander bewegte, eine Passung mit einem Führungsspiel bildende Komponenten sind, und dass die Oberfläche eine von einem Mittenrauwert Ra bestimmte Oberflächenbeschaffenheit aufweist und der arithmetische Mittenrauwert einen Wert >= 0,2 µm aufweist.
- Komponente nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine Schraubengewindestruktur oder eine Rautenstruktur ist. - Komponente nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschaffenheit von einer gemittelten Rautiefe Rz bestimmt ist und die gemittelte Rautiefe Rz einen Wert >= 2 µm aufweist. - Komponente nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschaffenheit von einer Profiltiefe Pt bestimmt ist und die Profiltiefe Pt einen Wert >= 2 µm aufweist. - Komponente nach der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche geschliffen, laserstrukturiert oder hartgedreht ist. - Verfahren zum Herstellen zumindest einer Komponente zweier zusammenwirkender Komponenten mit jeweils einer Oberfläche, wobei auf die Oberfläche der zumindest einen Komponente eine Struktur aufgebracht wird, die einem Anhaften eines reaktionsfähigen Mediums, insbesondere eines Kraftstoffs, eines Biokraftstoffs, eines Additivs und/oder einer Fettsäure entgegenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Oberfläche zumindest einer. Komponente der zwei zusammenwirkenden, zueinander bewegten, eine Passung mit einem Führungsspiel bildenden Komponenten so ausgelegt ist, dass deren Beschaffenheit von einem arithmetischen Mittenrauwert Ra mit einem Wert >= 0,2 µm bestimmt ist. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche der Komponente eine schraubengewindeförmige oder eine rautenförmige Struktur aufgebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Komponente durch einen Schleifprozess, einem Laserstrukturierungsprozess oder einem Hartdrehprozess bearbeitet wird. - Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifprozess ein Centerschleifprozess oder ein Kreuzschliffschleifprozess ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Oberfläche so ausgelegt wird, dass deren Beschaffenheit von einer gemittelten Rautiefe Rz mit einem Wert >= 2 µm und/oder einer Profiltiefe Pt der Oberfläche mit einen Wert >= 2 µm bestimmt ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Ausgangswert mit einem ersten Materialtraganteil Rmr der Materialtraganteil Rmr nach einer Abbott-Kurve der Oberfläche der Komponente um bis zu 65 % reduziert wird.
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