EP3201461A1 - Kraftstoffeinspritzventil und verfahren zum herstellen eines solchen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil und verfahren zum herstellen eines solchen

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EP3201461A1
EP3201461A1 EP15763344.7A EP15763344A EP3201461A1 EP 3201461 A1 EP3201461 A1 EP 3201461A1 EP 15763344 A EP15763344 A EP 15763344A EP 3201461 A1 EP3201461 A1 EP 3201461A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
armature
valve
fuel injection
pole
needle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15763344.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ileana Romeo
Tommaso Rosi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP3201461A1 publication Critical patent/EP3201461A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve and a method for producing the fuel injection valve.
  • Fuel injection valves are used for atomizing fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the fuel if it is a so-called Dir ⁇ injection of the fuel into the combustion chamber in a spark ignition engine designed as an internal combustion engine, the fuel, among other things, with the aid of the nozzle head, very finely atomize.
  • a combustion of the gasoline engine is based on the principle of homogeneous combustion, which, in order to produce as complete a combustion as possible, requires a fine mixture of air present in the combustion chamber and the injected fuel.
  • Fuel injector specified This has a valve body through which the fuel can flow with a longitudinal axis. Next it has a valve needle which is received axially movable in the valve body. The valve needle prevents in a closed position fuel flow through a spray hole of the
  • the fuel injection valve has an electromagnetic ⁇ actuator.
  • the actuator has an armature, a magnetic coil and a pole element.
  • the armature is received in the valve body axially movable.
  • the armature is mounted axially displaceable relative to the valve body.
  • the armature is mechanically coupled to the valve needle to move the valve needle axially away from the valve needle
  • the armature is integrally formed with the valve needle or firmly connected to the valve needle.
  • the armature relative to the valve needle is axially movable.
  • the Ven ⁇ tilnadel preferably has a stop element which limits the axial play of the armature to the valve needle and with which the Armature enters a positive connection to move the valve needle away from the closed position.
  • the magnetic coil is designed to move the armature, ie in particular to move it relative to the valve body.
  • the magnet coil can be acted upon by an operating current in order to generate a magnetic field by means of which the armature is pulled in the direction of the pole element.
  • the pole element is stationary relative to the valve body. In ⁇ example, it is attached in the valve body or integrally formed with the valve body. It is arranged opposite the armature such that an armature surface of the armature strikes a pole face of the pole element when the valve needle reaches the open position.
  • the armature surface is formed by a chromium nitride layer of the armature.
  • the pole face of a chromium nitride layer of the armature is formed by a chromium nitride layer of the armature.
  • Chromium nitride layer of the pole element may be formed.
  • the anchor has a chromium nitride layer and at least part of the surface of the chromium nitride layer, the at ⁇ ker Structure represent and / or the pole member has a Chromnit ⁇ rid-layer and at least part of the surface of the chromium nitride layer represents the pole face.
  • a chromium nitride layer in the present context is a layer containing chromium and nitrogen - in particular CrN, CR2 or
  • the CrN x contains or consists of 0.05 -S x -S 1 -.
  • the chromium nitride coating may conveniently be applied to a base ⁇ body of the respective component, ie in particular of the armature or of the pole element.
  • the main body is in ⁇ example a stainless steel body.
  • the valve needle has a needle sleeve, which is arranged in an axial passage opening, so that a lateral surface of the needle sleeve in sliding contact with a circumferential portion about the longitudinal axis Surface of the through hole is to guide the valve needle axially.
  • the pole element on the passage ⁇ opening is arranged in an axial passage opening, so that a lateral surface of the needle sleeve in sliding contact with a circumferential portion about the longitudinal axis Surface of the through hole is to guide the valve needle axially.
  • the pole element on the passage ⁇ opening.
  • the portion of the surface of the passage opening, with which the lateral surface of the needle sleeve is in sliding contact, is preferably formed by a chromium nitride layer, in particular ⁇ special of a surface of the chromium nitride layer of the pole element.
  • the chromium nitride layer is drawn continuously from the pole face of the pole element to the section.
  • it has has two separate parts, one in the area of the portion of the through hole ⁇ , one in the area of the pole face.
  • the needle sleeve forms, for example, the stop element for the anchor.
  • the needle sleeve may be attached to a shaft of the valve needle or formed integrally with the shaft.
  • a chromium nitride layer which in particular has the lateral surface, which is preferably in sliding contact with the chromium nitride layer in the passage opening of the pole element.
  • the armature relative to the valve needle is axially movable and the armature surface is positively connected to a stop surface of the needle sleeve to move the valve needle axially.
  • the armature surface and / or the abutment surface is / are preferably formed by a chromium nitride layer of the armature or the needle sheath.
  • the needle hub has an integral and contiguous Chromnit ⁇ rid-layer having the outer surface and the abutment surface of the needle sleeve.
  • Such a coating has a particularly good Ver ⁇ schl redesignresistenz.
  • the wear resistance is improved compared to a galvanic chrome coating.
  • a particularly high durability or lifetime of the coating can be achieved.
  • a particularly small drift in the injection quantity over the life of the valve can be achieved.
  • chromium nitride layer (s) and a particularly low coefficient of friction can be achieved. In particular, this is reduced compared to a galvanic chromium coating. So the fuel injector is very precise
  • a "magnetic gap" between the j e election components can be achieved.
  • the magnetizable bodies of armature and pole element are not in direct mechanical contact.
  • the anchor for closing the valve is particularly fast detachable from the pole element.
  • the danger that the armature will stick to the pole piece after switching off the operating current through the magnet coil due to remanence ⁇ magnetization is particularly low. In this way, the closing operation of the fuel injection valve is particularly fast and accurate.
  • the method of manufacturing the fuel injection valve includes a physical gas-phase senabscheidepens (PVD, physical vapor doposition) for preparing the chromium nitride layer or the Chromnit ⁇ rid-layers.
  • PVD physical gas-phase senabscheidepens
  • the layer thicknesses of different injection valves particularly little from each other and / or in each of the chromium nitride layers, the layer thicknesses differ at different locations from each other very little.
  • applied galvanically ⁇ layers is the layer thickness, for example, at corners of the coated components strongly and increases in hard predictable manner.
  • the pole face has a first annular surface extending orthogonally to the longitudinal axis. The first annular surface is aligned parallel to the armature surface and opposite this. The armature surface abuts the first annular surface when the valve needle reaches the open position.
  • the pole face and the anchor face are preferably shaped such that a gap is formed radially inwardly of the first ring face between the anchor face and the pole face.
  • the axial extent of the gap increases in the course radially towards the valve needle, in particular continuously.
  • the armature surface and the pole face extend axially in the radial direction from the longitudinal axis to the first annular surface until they touch one another at an inner edge of the first annular surface.
  • the gap is formed by means of a radially inwardly adjoining the first annular surface second annular surface of the pole face, which extends from the first annular surface, in the radial direction to the longitudinal axis, inclined away from the anchor surface and / or curved.
  • the anchor surface is preferably flat out ⁇ forms, in particular, it extends in a plane perpendicular to the longitudinal axis.
  • an angle is formed in the region of the gap in a development, which has a value between 1 ° and 4 °, wherein the limits are included. For example, the angle has a value of 2 °.
  • the closing time of the valve over the life at ⁇ example remain almost constant.
  • the basic body of the armature and pole element have, in particular already at a ent ⁇ speaking shaping, where the chromium nitride layer (s) follows / follow. It is particularly advantageous to produce the shaping mechanically with a ground countersinking tool. So very precise dimensions can be achieved. With the help of very accurate ground tools particularly close Ferti ⁇ tolerances can be maintained so that it is identical between different injectors in a very low dispersion of the pickup and in particular fall time of the armature from the pole member.
  • Layer thickness are applied to the main body of the armature or the pole element.
  • the shape of the body remains particularly accurate even when coated body.
  • the pole surface has a third annular surface, which is then outwardly to a side facing away from the longitudinal axis peripheral surface of the pole member it extends to the first annular surface radially in the direction ⁇ .
  • the third annular surface extends, in the radial direction away from the longitudinal axis, away from the - in particular flat - anchor surface inclined and / or curved. The magnetic and / or hyd ⁇ raulische sticking of the armature on the pole member can be further reduced in this way.
  • the surface of the armature includes a chamfer, which is formed between the armature surface and a peripheral surface facing away from the longitudinal axis of the armature.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of an inventive device.
  • Fig. 2 shows a detail of the fuel injection valve according to
  • FIG. 3 in a longitudinal section a schematic representation of a
  • FIG. 1 shows an embodiment of a fuel injection valve 10 according to the invention for an unspecified Darge ⁇ presented internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 10 has a valve body 12 with a longitudinal axis 14, wherein the fuel injection valve 10 at a first end 16 of the valve body 12 on a fuel rail not shown in detail ("fuel rail") for supplying a fluid - in particular ⁇ a fuel for the internal combustion engine - taken on ⁇ .
  • fuel rail fuel rail not shown in detail
  • a sealing element 18 is arranged in the region of the first end 16, which completely surrounds the valve body 12 over its circumference.
  • the sealing element 18 is in particular an O-ring seal.
  • a nozzle head 22 for atomizing the fluid is arranged or formed.
  • the nozzle head 22 is positioned at the second end 20 of the fuel ⁇ injector 10 which is arranged brennungsmotors in a not-shown combustion chamber of wiring not shown. This means that fuel, which is supplied to the Ver ⁇ combustion engine using the fuel injection valve, is injected directly into the combustion chamber.
  • the nozzle head 22 has injection holes 24, via which the fluid from the valve body 12 is injected into the combustion chamber. Fuel flow through the injection holes 24 can be released or prevented by means of a valve needle 26 of the fuel injection valve 10.
  • the valve needle 26 is axially movable along the longitudinal axis 14. In other words, the valve needle 26 can perform a lifting movement in the valve body 12.
  • This lifting movement is initiated by means of an actuator 28.
  • This actuator 28 has a magnetic coil 30, which is taken in a coil housing 32 outside of the hollow valve body 12 on ⁇ .
  • the actuator 28 includes a movably received in the valve body 12 anchor 34 which is mechanically coupled to the valve needle 26 to move the valve needle 26 away from a closed position.
  • the mechanical coupling is effected by means of a positive connection between the armature 34 and a needle sleeve 68, which serves as a stop element which the axial play of the armature 34th limited relative to the valve needle 26 in the direction of the pole piece 36 out.
  • the armature 34 is axially spring-loaded by means of an armature return spring 38 in the direction of the needle sleeve 68.
  • the needle sleeve 68 is fixedly connected to a shaft of the valve needle 26 and arranged at an end remote from the nozzle head 22 of the valve needle 26.
  • An immovable pole element 36 is positioned in the valve body 12 adjacent to the armature 34. If the magnetic coil 30 is energized, a magnetic field between the armature 34 and the pole member 36, through which the armature 34 is pulled in the axial direction to the pole member 36.
  • the open position corresponds in particular to a maximum needle stroke - possibly from ⁇ seen from a possible short-term overshoot of the valve needle.
  • fuel is discharged through the injection holes 24 from the fuel injection valve 10 during operation.
  • the needle sleeve 68 forms a spring seat for the closing spring 66.
  • the armature 34 has an armature surface 42 which is arranged opposite a pole surface 44 of the pole element 36 and a stop surface 71 of the needle sleeve 68. Between the armature surface 42 and the pole surface 44, a gap 46 is formed so that the successive surfaces of the armature 34 and the pole element 36 are kept small.
  • the armature return spring urges the armature surface 42 toward the abutment surface 71 so that the armature 34 entrains the valve pin 26 by positive engagement between the armature surface 42 and abutment surface 71 as it moves toward the pole face 44 to open the valve ,
  • the armature surface 42 releases from the abutment surface 71 when the valve needle 26 comes into contact with the valve seat 40 and the armature 34 moves against the spring force of the armature return spring 38 before finally coming back into contact therewith is brought with the stop surface 71.
  • the pole face 44 is divided to form the gap 46 in three annular surfaces 48, 50, 52, which follow one another in the radial direction.
  • the pole face 44 is formed as a double-wedged surface of the pole member 36.
  • Fig. 3 is a detail of the armature 34 and the pole member 36 with the annular surfaces 48, 50, 52 shown in more detail.
  • the first annular surface 48 which is arranged in the radial direction between the second annular surface 50 and the third annular surface 52 and adjacent to both extends orthogonally to the longitudinal axis 14.
  • the planar armature surface 42 is aligned parallel to the first annular surface 48.
  • the armature surface 42 abuts against the first annular surface 48 in the open position.
  • the second annular surface 50 which is arranged in the radial direction between the first annular surface 48 and the valve needle 26, is inclined towards an imaginary first extension 54 of the first annular surface 48 in the direction of the first end 16.
  • the imaginary first extension 54 extends the first annular surface 48 radially inwardly, ie towards the longitudinal axis 14.
  • the distance between the imaginary first extension 54 and the second annular surface 50 increases in the course radially inwardly toward the longitudinal axis 14, wherein the second annular surface 50 is disposed on the side remote from the anchor surface 42 side of the imaginary first extension 54. It is between the imaginary first extension 54 and the second annular surface 50 an angle ⁇ formed, which has a value of 2 °.
  • the third annular surface 52 adjoins the first annular surface 48 at the side opposite the second annular surface 50. It extends radially outwardly from the first annular surface 48 toward an outer peripheral surface 58 of the pole member 36. It is inclined toward an imaginary second extension 56 of the first annular surface 48 toward the first end 16.
  • the imaginary second extension 56 extends the first annular surface 48 radially outward, i. away from the longitudinal axis 14. In other words, the distance between the imaginary second extension 56 and the third annular surface 52 increases in the course radially outward away from the longitudinal axis 14, wherein the third annular surface 52 is disposed on the remote from the armature surface 42 side of the imaginary second extension 56.
  • a chamfer 62 is advantageously formed.
  • the armature surface 42 and the pole face 44 are each coated with a chromium nitride layer 64 and 65, wherein the chromium nitride layers 64, 65 are applied by means of a physical vapor deposition on the base body of armature 34 and Polelement 36.
  • the chromium nitride layer 65 of the pole element 36 is also formed in a passage opening of the pole element 36, where the needle sleeve 68 is positioned. Needle sleeve 68 is axially slidable about a valve needle 26 in sliding contact with a portion 72 of the surface of the passageway.
  • the lateral surface 70 of the needle sleeve 68 facing the section 72 and its abutment surface 71 are also formed by a chromium nitride layer 69, which is applied in one piece to a base body of the needle sleeve 68 and to an end of the main body facing the armature 34 , In this way, the wear is particularly low when the lateral surface 70 moves along the surface of the through hole and when the armature surface 42 impinges on the stop surface 71.

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil (10) mit einem Ventilkörper (12), einer Ventilnadel (26) und einem elektromagnetischen Aktuator (28) angegeben. Der Aktuator (28) weist einen im Ventilkörper(12) axial bewegbaren Anker (34), der mit der Ventilnadel (26) mechanisch gekoppelt ist sowie ein dem Anker (34) gegenüberliegend angeordnetes, gegenüber dem Ventilkörper (12) ortsfestes Polelement (36) auf. Eine Ankerfläche (42) des Ankers (34) schlägt an eine Polfläche (44) des Polelements (36) an, wenn die Ventilnadel eine Öffnungsstellung erreicht. Bei einer Ausgestaltung ist/sind die Ankerfläche (42) und/oder die Polfläche (44) von einer Chromnitrid-Schicht (64, 65) des Ankers (34) bzw. des Polelements (36) gebildet. Zudem wird ein Verfahren zum Herstellen des Kraftstoffeinspritzventils (10) angegeben, das einen physikalischen Gasphasenabscheideprozess zur Herstellung der Chromitrid-Schicht oder -Schichten (64, 65, 69) umfasst.

Description

Beschreibung
Kraftstoffeinspritzventil und Verfahren zum Herstellen eines solchen
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil und ein Verfahren zum Herstellen des Kraftstoffeinspritzventils .
Kraftstoffeinspritzventile werden zur Zerstäubung von Kraft- Stoff in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors eingesetzt. Insbesondere, sofern es sich um eine so genannte Direktein¬ spritzung des Kraftstoffs in den Brennraum bei einem als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotors handelt, ist der Kraftstoff, unter anderem mit Hilfe des Düsenkopfes, sehr fein zu zerstäuben. Eine Verbrennung des Ottomotors beruht auf dem Prinzip der homogenen Verbrennung, welche, zur Erzeugung einer möglichst vollständigen Verbrennung, ein feines Gemisch von im Brennraum vorhandener Luft und dem eingespritzten Kraftstoff erfordert .
Da ein Brennverlauf der Verbrennungskraftmaschine, neben weiteren Einspritzparametern, wie bspw. Einspritzmenge oder -temperatur, abhängig ist vom Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils , sind ein genauer Einspritzbeginn, d.h. ein Öffnen der Ventilöffnung sowie ein genaues Einspritz-Ende, d.h. ein Schließen der Ventilöffnung zur Einhaltung von bspw. Leistung und Kraftstoffverbrauch sowie Emissionen der Verbrennungskraftmaschine, unerlässlich . Verschleiß, der aufgrund eines funktionsbedingten, immer wieder kehrenden Anschlagens des Ankers am Polelement herbeigeführt wird kann über die Lebensdauer zu Veränderungen und unerwünschten Toleranzen der Öffnungs- und Schließzeiten führen. Aus der US 5732 888 A geht ein Kraftstoffeinspritzventil hervor, dessen Polelement und Anker zur Verschleißminimierung an ihren sich jeweils gegenüberliegenden Fläche eine Beschichtung aufweisen. Dabei sind die einander gegenüberliegende Flächen des Polelements und das Ankers nicht planparallel ausgestaltet, sondern keilförmig.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kraft- Stoffeinspritzventil bereitzustellen, mittels welchem eine besonders genaue und/oder über die Lebensdauer des Ventils besonders konstante Kraftstoffdosierung erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftstoffein- spritzventil und ein Verfahren zum Herstellen des Kraft¬ stoffeinspritzventils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil¬ dungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein
Kraftstoffeinspritzventil angegeben. Dieses hat einen von dem Kraftstoff durchströmbaren Ventilkörper mit einer Längsachse. Weiter hat es eine Ventilnadel, die im Ventilkörper axial beweglich aufgenommen ist. Die Ventilnadel verhindert in einer Schließposition Kraftstofffluss durch ein Spritzloch des
Kraftstoffeinspritzventils und gibt in einer Öffnungsstellung Kraftstofffluss aus dem Ventilkörper zur Zerstäubung des Kraftstoffs durch das Spritzloch frei. Zudem hat das Kraftstoffeinspritzventil einen elektromagne¬ tischen Aktuator. Der Aktuator weist einen Anker, eine Magnetspule und ein Polelement auf.
Der Anker ist im Ventilkörper axial beweglich aufgenommen. Zweckmäßig ist der Anker gegenüber dem Ventilkörper axial verschieblich gelagert. Der Anker ist mit der Ventilnadel mechanisch gekoppelt, um die Ventilnadel axial von der
Schließposition zur Öffnungsstellung zu bewegen. Entweder ist der Anker einstückig mit der Ventilnadel ausgebildet bzw. fest mit der Ventilnadel verbunden. Alternativ ist der Anker gegenüber der Ventilnadel axial beweglich. In diesem Fall hat die Ven¬ tilnadel vorzugsweise ein Anschlagelement welches das axiale Spiel des Ankers zur Ventilnadel begrenzt und mit welchem der Anker eine formschlüssige Verbindung eingeht, um die Ventilnadel von der Schließposition weg zu bewegen.
Die Magnetspule ist dazu ausgebildet, den Anker zu bewegen, d.h. insbesondere ihn gegenüber dem Ventilkörper zu verschieben. Insbesondere ist die Magnetspule mit einem Betriebsstrom beaufschlagbar um ein Magnetfeld zu erzeugen, mittels welchem der Anker in Richtung zu dem Polelement hin gezogen wird. Das Polelement ist gegenüber dem Ventilkörper ortsfest. Bei¬ spielsweise ist es im Ventilkörper befestigt oder mit dem Ventilkörper integral ausgebildet. Es ist dem Anker gegenüberliegend angeordnet, derart dass eine Ankerfläche des Ankers an eine Polfläche des Polelements anschlägt, wenn die Ventilnadel die Öffnungsstellung erreicht.
Bei einer Ausgestaltung ist die Ankerfläche von einer Chromnitrid-Schicht des Ankers gebildet. Bei dieser Ausgestaltung kann alternativ oder zusätzlich die Polfläche von einer
Chromnitrid-Schicht des Polelements gebildet sein. Mit anderen Worten hat der Anker eine Chromnitrid-Schicht und zumindest ein Teil der Oberfläche der Chromnitrid-Schicht stellt die An¬ kerfläche dar und/oder das Polelement hat eine Chromnit¬ rid-Schicht und zumindest ein Teil der Oberfläche der Chrom- nitrid-Schicht stellt die Polfläche dar.
Eine Chromnitrid-Schicht ist im vorliegenden Zusammenhang eine Schicht, die Chrom und Stickstoff - insbesondere CrN, CR2 oder
CrNx mit 0,05 -S x -S 1 - enthält oder daraus besteht. Die Chromnitrid-Schicht kann zweckmäßigerweise auf einen Grund¬ körper des jeweiligen Bauteils, d.h. insbesondere des Ankers bzw. des Polelements, aufgebracht sein. Der Grundkörper ist bei¬ spielsweise ein Edelstahl-Körper. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die Ventilnadel eine Nadelhülse, welche in einer axialen Durchgangsöffnung angeordnet ist, so dass eine Mantelfläche der Nadelhülse in gleitendem Kontakt mit einem um die Längsachse umlaufenden Abschnitt der Oberfläche der Durchgangsöffnung ist, um die Ventilnadel axial zu führen. Vorzugsweise weist das Polelement die Durchgangs¬ öffnung auf. Der Abschnitt der Oberfläche der Durchgangsöffnung, mit dem die Mantelfläche der Nadelhülse in gleitendem Kontakt ist, ist vorzugsweise von einer Chromnitrid-Schicht gebildet, insbe¬ sondere von einer Oberfläche der Chromnitrid-Schicht des Polelements . Die Chromnitrid-Schicht ist bei einer Weiterbildung durchgängig von der Polfläche des Polelements zu dem Abschnitt gezogen. Bei einer anderen Weiterbildung hat sie hat zwei getrennte Teile, einen im Bereich des Abschnitts der Durch¬ gangsöffnung, einen im Bereich der Polfläche. Die Nadelhülse bildet beispielsweise das Anschlagelement für den Anker. Die Nadelhülse kann an einem Schaft der Ventilnadel befestigt oder einstückig mit dem Schaft ausgebildet sein. Sie ist vorzugsweise ein einem von dem Spritzloch abgewandten axialen Ende der Ventilnadel positioniert. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist sie - insbesondere alternativ oder zusätzlich zur Durchgangsöffnung - mit einer Chromnitrid-Schicht versehen, die insbesondere die Mantelfläche aufweist, welche vorzugsweise in dem gleitenden Kontakt mit der Chromnitrid-Schicht in der Durchgangsöffnung des Polelements ist.
Bei einer Ausgestaltung ist der Anker gegenüber der Ventilnadel axial beweglich und die Ankerfläche ist mit einer Anschlagfläche der Nadelhülse formschlüssig koppelbar, um die Ventilnadel axial zu bewegen. In diesem Fall ist/sind vorzugsweise die Ankerfläche und/oder die Anschlagfläche von einer Chromnitrid-Schicht des Ankers bzw. der Nadelhülse gebildet. Insbesondere hat die Nadelhülse eine einstückige und zusammenhängende Chromnit¬ rid-Schicht, welche die Mantelfläche und die Anschlagfläche der Nadelhülse aufweist.
Eine derartige Beschichtung weist eine besonders gute Ver¬ schleißresistenz auf. Insbesondere ist die Verschleißresistenz gegenüber einer galvanischen Chrombeschichtung verbessert. Auf diese Weise ist eine besonders große Dauerhaltbarkeit bzw. Lebensdauer der Beschichtung erzielbar. Auf diese Weise ist, bei gleicher Ansteuerung des Ventils, eine besonders geringe Drift der Einspritzmenge über die Lebensdauer des Ventils erzielbar.
Mit der/den Chromnitrid-Schicht (en) ist auch ein besonders geringer Reibungskoeffizient erzielbar. Insbesondere ist dieser gegenüber einer galvanischen Chrombeschichtung verringert. So ist das Kraftstoffeinspritzventil besonders präzise
ansteuerbar.
Zudem ist mittels der Chromnitrid-Schicht (en) ein "magnetischer Spalt" zwischen den j eweiligen Bauteilen erzielbar . Insbesondere sind die magnetisierbaren Grundköper von Anker und Polelement nicht in direktem mechanischen Kontakt. Auf diese Weise ist der Anker zum Schließen des Ventils besonders schnell vom Polelement lösbar. Die Gefahr, dass der Anker nach dem Abschalten des Betriebsstroms durch die Magnetspule aufgrund von Remanenz¬ magnetisierung am Polstück haften bleibt ist besonders gering. Auf diese Weise ist der Schließvorgang des Kraftstoffeinspritzventils besonders schnell und präzise.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird der Verfahren zum Herstellen des Kraftstoffeinspritzventils an- gegeben. Das Verfahren umfasst einen physikalischen Gaspha- senabscheideprozess (PVD, physical vapor doposition) zur Herstellung der Chromnitrid-Schicht oder der Chromnit¬ rid-Schichten . Mit dem Verfahren ist eine besonders geringere Beschich- tungsdickenstreuung erzielbar. Insbesondere weichen die
Schichtdicken verschiedener Einspritzventile besonders wenig voneinander ab und/oder bei jeder der Chromnitrid-Schichten weichen die Schichtdicken an verschiedenen Stellen besonders wenig voneinander ab. Beispielsweise bei galvanisch aufge¬ brachten Schichten ist die Schichtdicke dagegen zum Beispiel an Ecken der beschichteten Bauteile stark und in schwer vorhersehbarer Weise erhöht. Bei einer Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils weist die Polfläche eine orthogonal zur Längsachse verlaufende erste Ringfläche auf. Die erste Ringfläche ist parallel zur Ankerfläche ausgerichtet und dieser gegenüber. Die Ankerfläche schlägt an der ersten Ringfläche an wenn die Ventilnadel die Öffnungsstellung erreicht. Die Polfläche und die Ankerfläche sind vorzugsweise derart geformt, dass zwischen der Ankerfläche und der Polfläche radial einwärts von der ersten Ringfläche ein Spalt ausgebildet ist. Die axiale Ausdehnung des Spalts vergrößert sich im Verlauf radial zur Ventilnadel hin, insbesondere kontinuierlich. Mit anderen Worten verlaufen die Ankerfläche und die Polfläche in radialer Richtung von der Längsachse zur ersten Ringfläche axial aufeinander zu bis sie sich an einem Innenrand der ersten Ringfläche berühren. Bei einer Weiterbildung ist der Spalt mittels einer sich radial einwärts an die erste Ringfläche anschließenden zweiten Ringfläche der Polfläche ausgebildet, welche von der ersten Ringfläche, in radialer Richtung zur Längsachse hin, von der Ankerfläche weg geneigt und/oder gekrümmt verläuft. Die Ankerfläche ist dabei vorzugsweise eben ausge¬ bildet, insbesondere verläuft sie in einer zur Längsachse senkrechten Ebene. Zwischen der Ankerfläche und der Polfläche ist im Bereich des Spalts bei einer Weiterbildung ein Winkel ausgebildet, welcher einen Wert zwischen 1° und 4° aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Beispielsweise hat der Winkel einen Wert von 2°.
Mit derart geformten Anschlagflächen ist ein besonders geringes magnetisches und/oder hydraulisches Haften des Ankers am Polelement erzielbar, so dass besonders kurze und reprodu¬ zierbare Schließzeiten des Ventils erzielbar sind. Im Fall einer Chromnitrid-Beschichtung ist mit Vorteil trotz der vergleichsweise kleinen Anschlagfläche, die von der Ausdehnung der ersten Ringfläche vorgegeben ist, die Gefahr besonders gering, dass sich die Anschlagfläche über die Lebensdauer durch
Verschleiß in unerwünschter Weise vergrößert. Auf diese Weise kann die Schließzeit des Ventils über die Lebensdauer bei¬ spielsweise nahezu konstant bleiben. Im Fall einer Chromnitrid-Beschichtung weisen insbesondere bereits die Grundkörper von Anker und Polelement eine ent¬ sprechende Formgebung auf, denen die Chromnitrid-Schicht (en) folgt/folgen . Besonders vorteilhaft ist es, die Formgebung mechanisch mit einem geschliffenen Senkwerkzeug herzustellen. So sind sehr präzise Abmessungen erreichbar. Mit Hilfe der sehr genau geschliffenen Werkzeuge können besonders enge Ferti¬ gungstoleranzen eingehalten werden, so dass es zwischen ver- schiedenen baugleichen Einspritzventilen zu einer sehr geringen Streuung der Anzugs- und insbesondere Abfallzeit des Ankers vom Polelement kommt.
Die Chromnitrid-Schichten können mit Vorteil mit einer über die Ankerfläche bzw. über die Polfläche gleichbleibenden
Schichtdicke auf den Grundkörper des Ankers bzw. des Polelements aufgebracht werden. Insbesondere beim Aufbringen mittels eines physikalischen Gasphasenabscheideprozesses bleibt dabei die Formgebung des Grundkörpers auch beim beschichteten Körper besonders genau erhalten.
Bei einer Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils weist die Polfläche eine dritte Ringfläche auf, die sich an die erste Ringfläche anschließend radial auswärts in Richtung zu einer von der Längsachse abgewandten Umfangsfläche des Polelements er¬ streckt. Die dritte Ringfläche verläuft, in radialer Richtung von der Längsachse weg, von der - insbesondere ebenen - Ankerfläche weg geneigt und/oder gekrümmt. Das magnetische und/oder hyd¬ raulische Haften des Ankers am Polelement kann auf diese Weise weiter verringert sein.
Bei einer anderen Ausgestaltung enthält die Oberfläche des Ankers eine Fase, die zwischen der Ankerfläche und einer von der Längsachse abgewandten Umfangsfläche des Ankers ausgebildet ist. Die Gefahr, dass der Anker sich bei seiner axialen Bewegung im Ventilkörper verklemmt ist so besonders gering. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei¬ terbildungen des Kraftstoffeinspritzventils und des Verfahrens ergeben sich aus dem folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel .
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren.
Es zeigen : Fig. 1 in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes
Kraftstoffeinspritzventil,
Fig. 2 einen Ausschnitt des Kraftstoffeinspritzventils gemäß
Fig. 1, und
Fig. 3 in einem Längsschnitt eine Prinzipdarstellung eines
Ankers und eines Polelements des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils in einem Ausschnitt. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 10 für einen nicht näher darge¬ stellten Verbrennungsmotor. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist einen Ventilkörper 12 mit einer Längsachse 14 auf, wobei das Kraftstoffeinspritzventil 10 an einem ersten Ende 16 des Ventilkörpers 12 an einer nicht näher dargestellten Kraftstoffleiste ("fuel rail") zur Zuführung eines Fluids - ins¬ besondere eines Kraftstoffs für den Verbrennungsmotor - auf¬ genommen ist. Zur Abdichtung der Verbindung des Kraftstoffeinspritzventils 10 mit der Kraftstoffleiste ist ein Dichtelement 18 im Bereich des ersten Endes 16 angeordnet, welches den Ventilkörper 12 über dessen Umfang vollständig umläuft. Das Dichtelement 18 ist insbesondere eine O-Ring-Dichtung .
An einem dem ersten Ende 16 gegenüberliegenden zweiten Ende 20 des Ventilkörpers 12 ist ein Düsenkopf 22 zur Zerstäubung des Fluids angeordnet oder ausgebildet.
Der Düsenkopf 22 ist an dem zweiten Ende 20 des Kraftstoff¬ einspritzventils 10 positioniert, welches in einem nicht näher dargestellten Brennraum eines nicht näher dargestellten Ver- brennungsmotors angeordnet ist. Das bedeutet, dass Kraftstoff, welcher mit Hilfe des Kraftstoffeinspritzventils dem Ver¬ brennungsmotor zugeführt wird, direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Der Düsenkopf 22 weist Spritzlöcher 24 auf, über welche das Fluid aus dem Ventilkörper 12 in der Brennraum eingespritzt wird. Kraftstofffluss durch die Spritzlöcher 24 kann mittels einer Ventilnadel 26 des Kraftstoffeinspritzventils 10 freigegeben oder unterbunden werden. Hierzu ist die Ventilnadel 26 axial entlang der Längsachse 14 bewegbar. Mit anderen Worten, die Ventilnadel 26 kann im Ventilkörper 12 eine Hubbewegung ausführen .
Diese Hubbewegung wird mittels eines Aktuators 28 initiiert. Dieser Aktuator 28 hat eine Magnetspule 30, welche in einem Spulengehäuse 32 außerhalb des hohlen Ventilkörpers 12 auf¬ genommen ist. Des Weiteren umfasst der Aktuator 28 einen beweglich im Ventilkörper 12 aufgenommenen Anker 34, welcher mit der Ventilnadel 26 mechanisch gekoppelt ist um die Ventilnadel 26 von einer Schließposition weg zu bewegen. Vorliegend erfolgt die mechanische Kopplung mittels einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Anker 34 und einer Nadelhülse 68, die als Anschlagelement dient welches das axiale Spiel des Ankers 34 relativ zur Ventilnadel 26 in Richtung zum Polstück 36 hin begrenzt .
Der Anker 34 ist mittels einer Ankerrückstellfeder 38 in Richtung zur Nadelhülse 68 axial federbelastet. Die Nadelhülse 68 ist mit einem Schaft der Ventilnadel 26 fest verbunden und an einem vom Düsenkopf 22 abgewandten Ende der Ventilnadel 26 angeordnet. Dem Anker 34 benachbart ist ein unbewegliches Polelement 36 im Ventilkörper 12 positioniert. Wird die Magnetspule 30 mit Strom beaufschlagt, stellt sich ein Magnetfeld zwischen dem Anker 34 und dem Polelement 36 ein, durch das der Anker 34 in axialer Richtung zum Polelement 36 gezogen wird.
Sobald der Anker 34 am Polelement 36 anschlägt ist eine Öff- nungsstellung der Ventilnadel 26 erreicht. Die Öffnungsstellung entspricht insbesondere einem maximalen Nadelhub - ggf. ab¬ gesehen von einem etwaigen kurzzeitigen Überschießen der Ventilnadel. In der Öffnungsstellung wird im Betrieb Kraftstoff durch die Spritzlöcher 24 aus dem Kraftstoffeinspritzventil 10 abgegeben.
Wird die Bestromung der Magnetspule 30 beendet, bricht nach kurzer Zeit das Magnetfeld zusammen und eine Schließfeder 66 presst die Ventilnadel 26 in axialer Richtung zurück in die Schließposition, in Kontakt mit einem im Düsenkopf 22 ausge¬ bildeten Ventilsitz 40, so dass über die Spritzlöcher 24 kein Fluid mehr in den Brennraum strömen kann . Die Nadelhülse 68 bildet einen Federsitz für die Schließfeder 66. Der Anker 34 weist Ankerfläche 42 auf, welche einer Polfläche 44 des Polelementes 36 und einer Anschlagfläche 71 der Nadelhülse 68 gegenüberliegend angeordnet ist. Zwischen der Ankerfläche 42 und der Polfläche 44 ist ein Spalt 46 ausgebildet, sodass die aufeinander schlagenden Flächen des Ankers 34 und des Pol- elementes 36 gering gehalten sind. So ist eine besonders geringe unerwünschte Haftung des Ankers 34 am Polelement 36 aufgrund hydraulischer und/oder magnetischer Effekte erzielbar. Die Ankerrückstellfeder drückt die Ankerfläche 42 in Richtung zu der Anschlagfläche 71 hin, so dass der Anker 34 die Ventilnadel 26 durch formschlüssige Kopplung zwischen der Ankerfläche 42 und der Anschlagfläche 71 mitnimmt, wenn er sich in Richtung zur Polfläche 44 hin bewegt um das Ventil zu öffnen. Am Ende der Schließbewegung der Ventilnadel 26 löst sich die Ankerfläche 42 von der Anschlagfläche 71, wenn die Ventilnadel 26 in Kontakt mit dem Ventilsitz 40 kommt und der Anker 34 bewegt sich gegen die Federkraft der Ankerrückstellfeder 38 weiter, bevor er schließlich von dieser wieder in Kontakt mit der Anschlagfläche 71 gebracht wird.
Die Polfläche 44 ist zur Ausbildung des Spaltes 46 in drei Ringflächen 48, 50, 52 gegliedert, die in radialer Richtung aufeinander folgen. Mittels der drei Ringflächen 48, 50, 52 ist die Polfläche 44 als eine doppelt keilige Oberfläche des Polelements 36 ausgebildet. In Fig. 3 ist ein Ausschnitt des Anker 34 und des Polelements 36 mit den Ringflächen 48, 50, 52 genauer dargestellt .
Die erste Ringfläche 48, welche in radialer Richtung zwischen der zweiten Ringfläche 50 und der dritten Ringfläche 52 angeordnet ist und an beide angrenzt, verläuft orthogonal zur Längsachse 14. Die ebene Ankerfläche 42 ist parallel zur ersten Ringfläche 48 ausgerichtet. Die Ankerfläche 42 liegt in der Öffnungsstellung an der ersten Ringfläche 48 an.
Die zweite Ringfläche 50, welche in radialer Richtung zwischen der ersten Ringfläche 48 und der Ventilnadel 26 angeordnet ist, ist gegenüber einer gedachten ersten Verlängerung 54 der ersten Ringfläche 48 in Richtung zum ersten Ende 16 hin geneigt. Die gedachte erste Verlängerung 54 verlängert die erste Ringfläche 48 radial einwärts, d.h. zur Längsachse 14 hin. Mit anderen Worten vergrößert sich der Abstand zwischen der gedachten ersten Verlängerung 54 und der zweiten Ringfläche 50 im Verlauf radial einwärts zu Längsachse 14 hin, wobei die zweite Ringfläche 50 auf der von der Ankerfläche 42 abgewandten Seite der gedachten ersten Verlängerung 54 angeordnet ist. Dabei ist zwischen der gedachten ersten Verlängerung 54 und der zweiten Ringfläche 50 ein Winkel α ausgebildet, welcher einen Wert von 2° aufweist.
Die dritte Ringfläche 52 grenzt an der der zweiten Ringfläche 50 gegenüber liegenden Seite an die erste Ringfläche 48 an. Sie erstreckt sich von der ersten Ringfläche 48 radial auswärts in Richtung zu einer äußeren Umfangsfläche 58 des Polelements 36. Sie ist gegenüber einer gedachten zweiten Verlängerung 56 der ersten Ringfläche 48 in Richtung des ersten Endes 16 geneigt. Die gedachte zweite Verlängerung 56 verlängert die erste Ringfläche 48 radial auswärts, d.h. von der Längsachse 14 weg. Mit anderen Worten vergrößert sich der Abstand zwischen der gedachten zweiten Verlängerung 56 und der dritten Ringfläche 52 im Verlauf radial auswärts von der Längsachse 14 weg, wobei die dritte Ringfläche 52 auf der von der Ankerfläche 42 abgewandten Seite der gedachten zweiten Verlängerung 56 angeordnet ist.
Zwischen der Ankerfläche 42 und einer zweiten Umfangsfläche 60 des Ankers 34 ist vorteilhafterweise eine Fase 62 ausgebildet.
Zur Reduzierung des Verschleißes sind die Ankerfläche 42 und die Polfläche 44 jeweils mit einer Chromnitrid-Schicht 64 bzw. 65 beschichtet, wobei die Chromnitrid-Schichten 64, 65 mit Hilfe eines physikalischen Gasphasenabscheideverfahrens auf die Grundkörper von Anker 34 bzw. Polelement 36 aufgebracht sind.
Besonders vorteilhaft ist die Chromnitrid-Schicht 65 des Polelements 36 auch in einer Durchgangsöffnung des Polelements 36 ausgebildet, wo die Nadelhülse 68 positioniert ist. Die Nadelhülse 68 ist in gleitendem Kontakt mit einem Abschnitt 72 der Oberfläche der Durchgangsöffnung um die Ventilnadel 26 axial zu führen.
Auch die dem Abschnitt 72 zugewandte Mantelfläche 70 der Na- delhülse 68 sowie deren Anschlagfläche 71 sind von einer - vorliegend einstückigen - Chromnitrid-Schicht 69 gebildet, die auf einen Grundkörper der Nadelhülse 68 umfangsseitig und auf ein dem Anker 34 zugewandtes Ende des Grundkörpers aufgebracht ist. Auf diese Weise ist der Verschleiß besonders gering, wenn sich die Mantelfläche 70 an der Oberfläche der Durchgangsöffnung entlang bewegt und wenn die Ankerfläche 42 auf die Anschlagfläche 71 auftrifft.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil , mit
- einem von Kraftstoff durchströmbaren Ventilkörper (12) mit einer Längsachse (14),
- einer Ventilnadel (26), die im Ventilkörper (12) axial bewegbar aufgenommen ist, welche in einer Schließposition Kraftstofffluss durch ein Spritzloch (24) des Kraftstoffeinspritzventils verhindert und in einer Öffnungsstellung Kraftstofffluss aus dem Ventilkörper (12) durch das Spritzloch (24) zur Zerstäubung des Kraftstoffs freigibt, und
- einem elektromagnetischen Aktuator (28), welcher einen im Ventilkörper (12) axial bewegbaren Anker (34) aufweist, der mit der Ventilnadel (26) mechanisch gekoppelt ist um die Ventilnadel (26) axial zu bewegen, eine Magnetspule (30) zur Bewegung des Ankers (34) aufweist, sowie ein dem Anker (34) gegenüberliegend angeordnetes gegenüber dem Ventilkörper (12) ortsfestes Polelement (36) aufweist, wobei eine Ankerfläche (42) des Ankers (34) an eine Polfläche (44) des Polelements (36) anschlägt wenn die Ventilnadel die Öffnungsstellung erreicht,
wobei- die Ventilnadel (26) eine Nadelhülse (68) hat, welche in einer axialen Durchgangsöffnung des Polelements (36) angeordnet ist, so dass eine Mantelfläche (70) der Nadelhülse (68) in gleitendem Kontakt mit einem um die Längsachse (14) umlaufenden Abschnitt (72) der Oberfläche der Durchgangsöffnung ist, um die Ventilnadel (26) axial zu führen und
- der Abschnitt (72) und/oder die Mantelfläche (70) von einer Chromnitrid-Schicht (65, 69) des Polelements (36) bzw. der Nadelhülse (68) gebildet ist.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- der Anker (34) gegenüber der Ventilnadel (26) axial beweglich ist,
- die Ankerfläche (42) mit einer Anschlagfläche (71) der Na¬ delhülse (68) formschlüssig koppelbar ist, um die Ventilnadel (26) axial zu bewegen und
- die Ankerfläche (42) und/oder die Anschlagfläche (71) von einer Chromnitrid-Schicht (64, 65) des Ankers (34) bzw. der Nadelhülse (68) gebildet ist/sind.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ankerfläche (42) und/oder die Polfläche (44) von einer Chromnitrid-Schicht (64, 65) des Ankers (34) bzw. des Polelements (36) gebildet ist/sind.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Polfläche (44) eine orthogonal zur Längsachse (14) aus¬ gebildete erste Ringfläche (48) aufweist, welche parallel zur Ankerfläche (42) ausgerichtet ist und dieser gegenüber liegt,
- die Ankerfläche (42) an der ersten Ringfläche (48) anschlägt wenn die Ventilnadel die Öffnungsstellung erreicht und
- die Polfläche (44) und die Ankerfläche (42) derart geformt sind, dass zwischen der Ankerfläche (42) und der Polfläche (44) radial einwärts von der ersten Ringfläche (48) ein Spalt (46) aus¬ gebildet ist, dessen axiale Ausdehnung sich im Verlauf radial zur Ventilnadel (26) hin vergrößert.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach dem vorhergehenden An¬ spruch,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Spalt (46) mittels einer sich radial einwärts an die erste Ringfläche (48) anschließenden zweiten Ringfläche (50) der Polfläche ( 42 ; 44) ausgebildet ist, welche von der ersten Ringfläche (48) in radialer Richtung zur Längsachse (14) hin von der insbesondere ebenen Ankerfläche (42) weg geneigt und/oder gekrümmt verläuft.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
zwischen der Ankerfläche (42) und der Polfläche (44) im Bereich des Spalts (46) ein Winkel (a) ausgebildet ist, welcher einen Wert von 2° aufweist.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Polfläche (44) eine dritte Ringfläche (52) aufweist, die sich an die erste Ringfläche (48) anschließend radial auswärts in Richtung zu einer von der Längsachse (14) abgewandten Um- fangsfläche (58) des Polelements (36) erstreckt, wobei die dritte Ringfläche (52) in radialer Richtung von der Längsachse (14) weg von der insbesondere ebenen Ankerfläche (42) weg geneigt und/oder gekrümmt verläuft.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Anker (34) zwischen der Ankerfläche (42) und einer von der Längsachse (14) abgewandten Umfangsfläche (60) des Ankers (34) eine Fase (62) aufweist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche das einen physikalischen Gasphasenabscheideprozess zur Herstellung der Chromnit- rid-Schicht oder -Schichten (64, 65, 69) umfasst.
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