WO2017059990A1 - Verfahren zum herstellen eines ventilstücks für einen kraftstoffinjektor und kraftstoffinjektor - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines ventilstücks für einen kraftstoffinjektor und kraftstoffinjektor Download PDF

Info

Publication number
WO2017059990A1
WO2017059990A1 PCT/EP2016/069050 EP2016069050W WO2017059990A1 WO 2017059990 A1 WO2017059990 A1 WO 2017059990A1 EP 2016069050 W EP2016069050 W EP 2016069050W WO 2017059990 A1 WO2017059990 A1 WO 2017059990A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base material
support layer
valve piece
hardness
layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/069050
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Foerster
Thomas Kley
Thomas Nierychlo
Ursula Christmann
Thomas Waldenmaier
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201680071613.1A priority Critical patent/CN108368813A/zh
Priority to KR1020187012583A priority patent/KR20180059929A/ko
Priority to EP16769867.9A priority patent/EP3359804A1/de
Publication of WO2017059990A1 publication Critical patent/WO2017059990A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0077—Valve seat details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9038—Coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9046—Multi-layered materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9053—Metals
    • F02M2200/9061—Special treatments for modifying the properties of metals used for fuel injection apparatus, e.g. modifying mechanical or electromagnetic properties

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a valve piece for a fuel! Njektor according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel! Njektor having a valve piece according to the invention.
  • Such, for example, from DE 10 2013 225 387 A1 of the Applicant known serving as part of a fuel injector valve piece has a valve seat, which cooperates with a closing member, for example in the form of a hardened valve ball made of steel. Via the valve seat, the outflow of fuel into a low-pressure region of the fuel injector can be controlled in order to allow opening or closing of a nozzle needle.
  • a carbon layer in order to provide the valve member with the cooperating portion of the valve seat on the valve piece with a greater hardness.
  • Such a carbon layer usually has a process-related layer thickness of a few micrometers, typically about 2 ⁇ .sup.-1. Such a layer thickness is small
  • the invention has the object, a method for producing a valve piece for a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that the valve piece has an increased wear resistance especially when relatively large particles occur.
  • a partial flaking of the carbon layer from the valve piece should be avoided.
  • the invention is based on the idea, by a support layer which is arranged between the base material of the valve piece and the carbon layer to allow a more uniform hardness profile on the valve piece, such that the hardness, starting from the base material, in the direction of the carbon coating not abruptly increases.
  • a support layer will cause an approximately continuous increase in hardness of the base material in the direction of the carbon coating.
  • the hardness of the support layer is greater than that of the base material.
  • the effect is achieved that at least three hardness ranges be formed, whose hardness increases in the direction of the valve seat forming region: First, the area of the base material, which has the lowest hardness. This region is followed by the region of the support layer which has a higher hardness than the material of the base material, but a lower hardness than the carbon coating, and lastly the carbon coating, which is best suited for its appearance due to the greatest hardness of particles to avoid deformation of the valve seat.
  • the layer thickness of the support layer is between ⁇ ⁇ and ⁇ , preferably between ⁇ ⁇ and 300 ⁇ . Positive tests were achieved, for example, if the support layer had a layer thickness between 160 ⁇ to 190 ⁇ and a hardness between 1000HV and 1200HV in a non-bond nitriding.
  • Such a support layer was formed on a quenched base material of the valve piece made of X40CrMoV5-1, wherein the base material - depending on the heat treatment process - had a hardness of about 490HV.
  • the invention should not be limited to such vacuum case hardening or nitriding method of the base material. Rather, such backing layers can generally be produced by diffusion processes.
  • both bond coat-free nitriding and vacuum case-hardening with high-pressure quenching offer the particular advantage that residual compressive stresses are introduced near the surface of the base material, which additionally protects the subsequently applied carbon layer from damaging tensile stresses.
  • the base material of the valve piece in the region of the valve seat is caused by the described diffusion method to increase its surface layer hardness and thus form the support layer according to the invention. Subsequently, the carbon coating of the support layer, which prevents penetration of particles into the surface due to their high hardness occurs.
  • the invention also includes a fuel injector with a valve piece made according to a method according to the invention so far described. Such a fuel injector, in particular over the life considered a relatively low wear on its valve seat and thus small leaks, even when relatively large particles occur on.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a fuel injector of a self-igniting internal combustion engine
  • Fig. 2 is a simplified representation of the valve seat portion on a valve piece with a fuel! Njektor according to FIG. 1 when different sized particles occur.
  • the fuel injector 100 shown in FIG. 1 has an elongated injector housing 101, in which a nozzle needle 102 is disposed up and down in a longitudinal axis as an injection member for releasing or closing of injection openings, not shown in FIG.
  • the actuation of the nozzle needle 102 takes place in a known per se and therefore not described, because also not essential to the invention way over a
  • Magnetic actuator 105 which controls an outflow of fuel from a control chamber 106, in which the nozzle needle 102 is immersed with its one end.
  • the control chamber 106 is formed within a substantially sleeve-shaped valve piece 108 which is arranged in a stepped bore 109 in the injector housing 101.
  • the valve member 108 is immersed with its outer periphery partially in a high pressure chamber 1 10, which is connected via a fuel inlet nozzle 1 1 1 with a high pressure source (rail), not shown, wherein the high pressure source provides the system pressure.
  • a substantially circular cross-sectional area having high-pressure channel 1 12 arranged on the high-pressure chamber 1 10 side facing a likewise a round cross-section having a smaller cross-section than the high-pressure channel 1 12 having connecting bore
  • the valve piece 108 has, on the side facing the magnetic actuator 105, a through-bore 14 which, in the direction of a low-pressure region of the fuel! Njektors 100 in a conical valve seat 1 15 passes.
  • the valve seat 1 15 cooperates with a, for example, spherical, consisting of a hardened steel closing member 1 16 which is actuated by the solenoid actuator 105 and which seated in the position shown in FIG. 1 on the valve seat 1 15 to a drain of fuel to avoid from the control chamber 106 via the through hole 1 14 in the low pressure region of the fuel injector 100.
  • FIG. 2 a section in the region of the valve seat 15 of the valve piece 108 is shown greatly simplified.
  • the valve piece 108 is on the side facing away from the valve seat 1 15 side of a base material 1 19 made of steel, in particular from X40CrMoV5-1.
  • a support layer 120 is applied on this base material 1 19 of the valve member 108.
  • the thickness d of the support layer 120 is between 100 ⁇ and ⁇ , preferably between 100 ⁇ and 300 ⁇
  • the support layer 120 is formed by a diffusion process, wherein the hardness of the support layer 120, for example, depending on the manufacturing process, between 800HV and 1200HV Hardness of the pre-cured base material of the valve piece 108, for example, about 490HV.
  • a carbon layer 130 is applied, whose hardness is again greater than the hardness of the support layer 120.
  • the thickness D of the carbon layer 130 is for example about 2 ⁇ " ⁇ .
  • Closing member 1 16 between the closing member 1 16 and the valve seat 1 15 of the Valve piece 108 are clamped. While the particle 1 a has a relatively small particle size, the particle 1 b has a relatively large particle size. In particular, it can be seen that the particle 1 a only partially penetrates into the carbon layer 130, while the particle 1 b deforms the material of the support layer 120 and this displaces it into the material of the base material 1 19. However, by the support layer 120 described so far, a spalling of the carbon layer 130 of the material of the base material 1 19 of the valve member 108 is avoided. Ideally, the hardness of the material of the valve piece 108, starting from the material of the base material 1 19, steadily increases in the direction of the carbon layer 130 or, in particular, does not increase suddenly.
  • Njektor 100 and the valve member 108 may be modified or modified in many ways, without departing from the spirit. This consists in forming an additional support layer 120 between the base material of the valve piece 108 and the carbon layer 130, which prevents the carbon layer 130 from flaking off when particles 1 a, 1 b are acted upon.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilstücks (108) für einen Kraftstoffinjektor (100), mit einem einen Ventilsitz (115) ausbildenden Bereich am Ventilstück (108), wobei das Ventilstück (108) aus einem vorzugsweise gehärtenden Stahl als Grundwerkstoff (119) besteht, dessen Oberfläche im Bereich des den Ventilsitz (115) ausbildenden Bereichs mit einer Kohlenstoffschicht (130) beschichtet ist,die eine größere Härte aufweist wie das Material des Grundwerkstoffs (119). Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dasszwischen dem Grundwerkstoff (119) und der Kohlenstoffschicht (130) eine Stützschicht (120) ausgebildet wird, wobei die Härte der Stützschicht (120) mindestens gleich groß ist als die des Grundwerkstoffs (119).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Ventilstücks für einen Kraftstoff! njektor und Kraftstoffinjektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilstücks für einen Kraftstoff! njektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoff! njektor, der ein erfindungsgemäßes Ventilstück aufweist.
Ein derartiges, beispielsweise aus der DE 10 2013 225 387 A1 der Anmelderin bekanntes, als Bestandteil eines Kraftstoffinjektors dienendes Ventilstück weist einen Ventilsitz auf, der mit einem Schließglied, beispielsweise in Form einer gehärteten Ventilkugel aus Stahl, zusammenwirkt. Über den Ventilsitz lässt sich der Abfluss von Kraftstoff in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors steuern, um damit ein Öffnen bzw. Schließen einer Düsennadel zu ermöglichen. Aus Verschleißgründen ist es bekannt, das aus Stahl bestehende Grundmaterial eines derartigen Ventilstücks mit einer Kohlenstoffschicht zu beschichten, um den mit dem Ventilglied zusammenwirkenden Bereich des Ventilsitzes am Ventilstück mit einer größeren Härte auszustatten. Eine derartige Kohlenstoffschicht weist üblicherweise prozessbedingt eine Schichtdicke von wenigen Mikrometern, typischerweise ca. 2μη"ΐ, auf. Eine derartige Schichtdicke ist bei kleinen
Partikelgrößen ausreichend, stößt jedoch bei größeren Partikelgrößen an ihre Grenzen. Dies rührt daher, dass es beim Auftreten von relativ großen Partikeln beim Übergang von der Kohlenstoffschicht zum Grundwerkstoff des Ventilstücks zu erhöhten Oberflächenspannungen kommt, da der Grundwerkstoff durch die relativ großen Partikel elastisch-plastisch deformiert wird, während die Kohlenstoffschicht weitgehend starr bleibt. Dies kann zu einem partiellen Abplatzen der Kohlenstoffschicht führen, was wiederum zu einer Kanalbildung und zu unzulässiger Druckunterwanderung am Ventilsitz bzw. zu Undichtheiten führen kann. Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilstücks für einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass das Ventilstück insbesondere beim Auftreten von relativ großen Partikeln eine erhöhte Verschleißfestigkeit aufweist. Insbesondere soll ein partielles Abplatzen der Kohlenstoffschicht vom Ventilstück vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Herstellen eines Ventilstücks für einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, durch eine Stützschicht, die zwischen dem Grundwerkstoff des Ventilstücks und der Kohlenstoffschicht angeordnet ist, einen gleichmäßigeren Härteverlauf am Ventilstück zu ermöglichen, derart, dass die Härte, ausgehend von dem Grundwerkstoff, in Richtung der Kohlenstoffbeschich- tung nicht sprunghaft ansteigt. Im Idealfall bewirkt eine derartige Stützschicht einen in etwa kontinuierlichen Härteanstieg von dem Grundwerkstoff in Richtung der Kohlenstoffbeschichtung. Dadurch werden im Übergangsbereich zwischen der Stützschicht und dem Grundwerkstoff des Ventilstücks beim Einwirken von großen Partikeln keine Oberflächenspannungen im Bereich des Grundwerkstoffs erzeugt, die zu einem Lösen bzw. Abplatzen der Kohlenstoffschicht bzw. der Stützschicht führen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Ventilstücks für einen Kraftstoffinjektor sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Stützschicht ist es vorgesehen, dass die Härte der Stützschicht größer ist als die des Grundwerkstoffs. Dadurch wird der Grundwerkstoff besonders gut und wirksam vor plastischen Verformungen durch Partikel geschützt.
Insbesondere wenn zusätzlich die Härte der Stützschicht geringer ist als die der Kohlenstoffschicht wird der Effekt erzielt, dass zumindest drei Härtebereiche ausgebildet werden, deren Härte sich in Richtung des den Ventilsitz ausbildenden Bereichs erhöht: Zunächst der Bereich des Grundwerkstoffs, der die geringste Härte aufweist. An diesen Bereich schließt sich der Bereich der Stützschicht an, die eine größere Härte aufweist als das Material des Grundwerkstoffs, jedoch eine geringere Härte als die Kohlenstoffbeschichtung, und zuletzt die Kohlen- stoffbeschichtung, die aufgrund der größten Härte am besten dazu geeignet ist, beim Auftreten von Partikeln eine Deformation des Ventilsitzes zu vermeiden.
Bei Versuchen wurde festgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn die Schichtdicke der Stützschicht zwischen Ι ΟΟμηη und δθθμηη, vorzugsweise zwischen Ι ΟΟμηη und 300μηΊ beträgt. Positive Versuche wurden beispielsweise dadurch erzielt, wenn bei einem verbindungsschichtfreien Nitrieren die Stützschicht eine Schichtdicke zwischen 160μηΊ bis 190μηΊ und eine Härte zwischen 1000HV und 1200HV aufwies. Eine derartige Stützschicht wurde an einem vergüteten Grundwerkstoff des Ventilstücks aus X40CrMoV5-1 ausgebildet, wobei der Grundwerkstoff - abhängig vom Wärmebehandlungsverfahren - eine Härte von etwa 490HV aufwies.
Weitere positive Versuche wurden bei einer Stützschicht erzielt, die durch Vakuum-Einsatzhärten mit Hochdruckgasabschreckung an dem oben genannten Grundwerkstoff aus X40CrMoV5-1 erzeugt wurden. Dabei betrug die Schichtdicke der Stützschicht ca. 200μηΊ und deren Härte zwischen 800HV und 900HV.
Die Erfindung soll jedoch nicht auf derartige Vakuum-Einsatzhärtverfahren bzw. Nitrierverfahren des Grundwerkstoffs beschränkt sein. Vielmehr können derartige Stützschichten allgemein durch Diffusionsverfahren erzeugt werden.
Sowohl das verbindungsschichtfreie Nitrieren als auch das Vakuum- Einsatzhärten mit Hochdruckabschreckung bietet jedoch den besonderen Vorteil, dass im oberflächennahen Bereich des Grundwerkstoffs Druckeigenspannungen eingebracht werden, wodurch die anschließend aufgebrachte Kohlenstoffschicht vor schädlichen Zugspannungen zusätzlich geschützt wird. Insgesamt gesehen wird durch die beschriebenen Diffusionsverfahren der Grundwerkstoff des Ventilstücks im Bereich des Ventilsitzes dazu veranlasst, seine Randschichthärte zu erhöhen und damit die erfindungsgemäße Stützschicht auszubilden. Anschließend erfolgt die Kohlenstoffbeschichtung der Stützschicht, welche ein Eindringen von Partikeln in die Oberfläche aufgrund ihrer hohen Härte verhindert. Die Erfindung umfasst auch einen Kraftstoffinjektor mit einem Ventilstück, das nach einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Ein derartiger Kraftstoffinjektor weist insbesondere über die Lebensdauer betrachtet einen relativ geringen Verschleiß an seinem Ventilsitz und somit geringe Undichtigkeiten, auch beim Auftreten von relativ großen Partikeln, auf.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor einer selbstzündenden Brennkraftmaschine und
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Ventilsitzbereichs an einem Ventilstück bei einem Kraftstoff! njektor gemäß Fig. 1 beim Auftreten von unterschiedlich großen Partikeln.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Der in der Fig. 1 dargestellte Kraftstoffinjektor 100 weist ein länglich ausgebildetes Injektorgehäuse 101 auf, in dem in einer Längsachse eine Düsennadel 102 als Einspritzglied zum Freigeben bzw. Verschließen von in der Fig. 1 nicht dargestellten Einspritzöffnungen auf- und abbeweglich angeordnet ist. Die Betätigung der Düsennadel 102 erfolgt in an sich bekannter und daher nicht beschriebener, weil auch nicht erfindungswesentlicher Art und Weise über einen
Magnetaktor 105, der einen Abfluss von Kraftstoff aus einem Steuerraum 106 steuert, in den die Düsennadel 102 mit ihrem einen Ende eintaucht. Der Steuerraum 106 ist innerhalb eines im Wesentlichen hülsenförmigen Ventilstücks 108 ausgebildet, das in einer gestuften Bohrung 109 im Injektorgehäuse 101 angeordnet ist. Das Ventilstück 108 taucht mit seinem Außenumfang bereichsweise in eine Hochdruckkammer 1 10 ein, die über einen Kraftstoffzulaufstutzen 1 1 1 mit einer nicht dargestellten Hochdruckquelle (Rail) verbunden ist, wobei die Hoch- druckquelle den Systemdruck bereitstellt. Hierzu ist in dem Kraftstoffzulaufstutzen 1 1 1 ein im Wesentlichen eine runde Querschnittsfläche aufweisender Hochdruckkanal 1 12 angeordnet, der auf der Hochdruckkammer 1 10 zugewandten Seite über eine ebenfalls einen runden Querschnitt aufweisende, einen geringe- ren Querschnitt als der Hochdruckkanal 1 12 aufweisende Verbindungsbohrung
1 13 mit der Hochdruckkammer 1 10 verbunden ist.
Das Ventilstück 108 weist auf der dem Magnetaktor 105 zugewandten Seite eine Durchgangsbohrung 1 14 auf, die in Richtung eines Niederdruckbereichs des Kraftstoff! njektors 100 in einen kegelförmigen Ventilsitz 1 15 übergeht. Der Ventilsitz 1 15 wirkt mit einem beispielsweise kugelförmigen, aus einem gehärteten Stahl bestehenden Schließglied 1 16 zusammen, das von dem Magnetaktor 105 betätigbar ist und das in der in der Fig. 1 dargestellten Stellung auf dem Ventilsitz 1 15 aufsitzt, um einen Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 106 über die Durchgangsbohrung 1 14 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors 100 zu vermeiden.
In der Fig. 2 ist stark vereinfacht ein Schnitt im Bereich des Ventilsitzes 1 15 des Ventilstücks 108 dargestellt. Das Ventilstück 108 besteht auf der dem Ventilsitz 1 15 abgewandten Seite aus einem Grundwerkstoff 1 19 aus Stahl, insbesondere aus X40CrMoV5-1 . Auf diesen Grundwerkstoff 1 19 des Ventilstücks 108 ist eine erfindungsgemäße Stützschicht 120 aufgebracht. Die Dicke d der Stützschicht 120 beträgt zwischen 100μηι und δθθμηη, vorzugsweise zwischen 100μηι und 300μη"ΐ. Die Stützschicht 120 ist durch ein Diffusionsverfahren ausgebildet, wobei die Härte der Stützschicht 120 beispielsweise, je nach Herstellverfahren, zwischen 800HV und 1200HV beträgt. Demgegenüber beträgt die Härte des vorab gehärteten Grundwerkstoffs des Ventilstücks 108 beispielsweise etwa 490HV.
Auf die Stützschicht 120 ist eine Kohlenstoffschicht 130 aufgebracht, deren Härte wiederum größer ist als die Härte der Stützschicht 120. Die Dicke D der Kohlenstoffschicht 130 beträgt beispielsweise etwa 2μη"ΐ.
In der Fig. 2 ist darüber hinaus das Verhalten einer derartigen Stützschicht 120 bzw. einer Kohlenstoffschicht 130 im Bereich des Ventilsitzes 1 15 beim Auftreten von Partikeln 1 a, 1 b dargestellt, wenn diese beispielsweise beim Schließen des
Schließglieds 1 16 zwischen dem Schließglied 1 16 und dem Ventilsitz 1 15 des Ventilstücks 108 eingeklemmt werden. Während das Partikel 1 a eine verhältnismäßig geringe Partikelgröße aufweist, weist das Partikel 1 b eine relativ große Partikelgröße auf. Insbesondere erkennt man, dass das Partikel 1 a lediglich bereichsweise in die Kohlenstoffschicht 130 eindringt, während das Partikel 1 b das Material der Stützschicht 120 deformiert und diese dabei bis in das Material des Grundwerkstoffs 1 19 verdrängt. Jedoch wird durch die soweit beschriebene Stützschicht 120 ein Abplatzen der Kohlenstoffschicht 130 von dem Material des Grundwerkstoffs 1 19 des Ventilstücks 108 vermieden. Idealerweise nimmt die Härte des Materials des Ventilstücks 108, beginnend von dem Material des Grundwerkstoffs 1 19, in Richtung der Kohlenstoffschicht 130 stetig bzw. insbesondere nicht sprunghaft zu.
Der soweit beschriebene Kraftstoff! njektor 100 bzw. das Ventilstück 108 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt oder modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, zwischen dem Grundmaterial des Ventilstücks 108 und der Kohlenstoffschicht 130 eine zusätzliche Stützschicht 120 auszubilden, die ein Abplatzen der Kohlenstoffschicht 130 beim Einwirken von Partikeln 1 a, 1 b verhindert.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines Ventilstücks (108) für einen Kraftstoffinjektor (100), mit einem einen Ventilsitz (1 15) ausbildenden Bereich am Ventilstück (108), wobei das Ventilstück (108) aus einem vorzugsweise gehärtenden oder vergüteten Stahl als Grundwerkstoff (1 19) besteht, dessen Oberfläche im Bereich des den Ventilsitz (1 15) ausbildenden Bereichs mit einer Kohlenstoffschicht (130) beschichtet ist, die eine größere Härte aufweist als das Material des Grundwerkstoffs (1 19), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundwerkstoff (1 19) und der Kohlenstoffschicht (130) eine Stützschicht (120) ausgebildet wird, wobei die Härte der Stützschicht (120) mindestens gleich groß ist wie die des Grundwerkstoffs (1 19).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Härte der Stützschicht (120) größer ist als die des Grundwerkstoffs (1 19).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Härte der Stützschicht (120) geringer ist als die der Kohlenstoffschicht (130).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schichtdicke (d) der Stützschicht (120) zwischen 100μηι und δθθμηη, vorzugsweise zwischen 100μηι und 300μηι beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erzeugen der Stützschicht (120) durch ein Diffusionsverfahren erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erzeugen der Stützschicht (120) durch Vakuum-Einsatzhärten mit anschließender Hochdruckgasabschreckung oder durch Nitrieren des Grundwerkstoffs (1 19) des Ventilstücks (108) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Erzeugen der Stützschicht (120) in dem oberflächennahen Bereich des Grundwerkstoffs (1 19) Druckeigenspannungen erzeugt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dicke (D) der Kohlenstoffschicht (130) zwischen 1 μηη und 3μη"ΐ, vorzugsweise etwa 2μηι beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Grundwerkstoff für das Ventilstück (108) X40CrMoV5-1 Stahl verwendet wird.
10. Kraftstoffinjektor (100), aufweisend ein Ventilstück (108), das nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
PCT/EP2016/069050 2015-10-07 2016-08-10 Verfahren zum herstellen eines ventilstücks für einen kraftstoffinjektor und kraftstoffinjektor WO2017059990A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680071613.1A CN108368813A (zh) 2015-10-07 2016-08-10 用于制造用于燃料喷射器的阀件的方法和燃料喷射器
KR1020187012583A KR20180059929A (ko) 2015-10-07 2016-08-10 연료 인젝터용 밸브 피스 제조 방법 및 연료 인젝터
EP16769867.9A EP3359804A1 (de) 2015-10-07 2016-08-10 Verfahren zum herstellen eines ventilstücks für einen kraftstoffinjektor und kraftstoffinjektor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015219353.5A DE102015219353A1 (de) 2015-10-07 2015-10-07 Verfahren zum Herstellen eines Ventilstücks für einen Kraftstoffinjektor und Kraftstoffinjektor
DE102015219353.5 2015-10-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017059990A1 true WO2017059990A1 (de) 2017-04-13

Family

ID=56979509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/069050 WO2017059990A1 (de) 2015-10-07 2016-08-10 Verfahren zum herstellen eines ventilstücks für einen kraftstoffinjektor und kraftstoffinjektor

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3359804A1 (de)
KR (1) KR20180059929A (de)
CN (1) CN108368813A (de)
DE (1) DE102015219353A1 (de)
WO (1) WO2017059990A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060151627A1 (en) * 2000-02-15 2006-07-13 Caterpillar Inc. Thin film coating for fuel injector components
DE102007047074A1 (de) * 2007-10-01 2009-04-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Aufkohlung von Werkstücken sowie Verwendung
DE102008009030A1 (de) * 2008-02-14 2009-09-03 Continental Automotive Gmbh Ventilnadel und Ventil
EP2256228A2 (de) * 2009-05-27 2010-12-01 United Technologies Corporation Lagenbeschichtung zum Erosionsschutz
DE102013225387A1 (de) 2013-12-10 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Verbindungsbereich zwischen einem Hochdruckkanal und einer Hochdruckkammer und Kraftstoffeinspritzkomponente mit einem Verbindungsbereich

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1177375A1 (de) * 2000-02-15 2002-02-06 Caterpillar Inc. Dünne überzugsschicht für kraftstoffeinspritzventilkomponenten
JP2003148294A (ja) * 2001-11-12 2003-05-21 Hitachi Ltd 燃料ポンプ及び筒内噴射エンジン
US20090087673A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Taylor Steven C Method for coating fuel system components

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060151627A1 (en) * 2000-02-15 2006-07-13 Caterpillar Inc. Thin film coating for fuel injector components
DE102007047074A1 (de) * 2007-10-01 2009-04-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Aufkohlung von Werkstücken sowie Verwendung
DE102008009030A1 (de) * 2008-02-14 2009-09-03 Continental Automotive Gmbh Ventilnadel und Ventil
EP2256228A2 (de) * 2009-05-27 2010-12-01 United Technologies Corporation Lagenbeschichtung zum Erosionsschutz
DE102013225387A1 (de) 2013-12-10 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Verbindungsbereich zwischen einem Hochdruckkanal und einer Hochdruckkammer und Kraftstoffeinspritzkomponente mit einem Verbindungsbereich

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180059929A (ko) 2018-06-05
EP3359804A1 (de) 2018-08-15
CN108368813A (zh) 2018-08-03
DE102015219353A1 (de) 2017-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0233190B1 (de) Kraftstoff-einspritzdüse für brennkraftmaschinen
EP3167094B1 (de) Verfahren zum nitrieren eines bauteils eines kraftstoffeinspritzsystems
EP1831410A1 (de) Verfahren zur wärmebehandlung eines bauteils aus einem durchhärtenden warmfesten stahl und bauteil aus einem durchhärtenden warmfesten stahl
EP2753821A1 (de) VERSCHLEIßOPTIMIERTE HERSTELLUNG VON KONISCHEN SPRITZLÖCHERN
DE102012216117A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer selbstschneidenden Schraube
DE112020001983T5 (de) Baugruppe für kraftstoffinjektor und beschichtungsverfahren für die gleiche
DE202014007106U1 (de) Edelstahl-Bohrschraube aus Duplexstahl
WO2018007195A1 (de) Schraube und herstellungsverfahren
DE102007012476A1 (de) Kraftstoff-Injektor und Herstellungsverfahren
EP3359804A1 (de) Verfahren zum herstellen eines ventilstücks für einen kraftstoffinjektor und kraftstoffinjektor
DE102015006079A1 (de) Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils
WO2013170995A1 (de) Wälzlagerteil sowie verfahren zur wärmebehandlung eines wälzlagerteils
EP3862583A1 (de) Fügeelement, verbindungsstruktur mit dem fügeelement, herstellungsverfahren des fügeelements und entsprechendes verbindungsverfahren
DE102010030424A1 (de) Steuerventil
DE102014215987A1 (de) Einspritzventil und Verfahren zur Herstellung eines Einspritzventils
DE102019204718A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauteils sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil
DE102005041078B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers mit einer druckeigenspannungsbelasteten galvanischen Beschichtung
WO2017153265A1 (de) Verfahren zur wärmebehandlung eines flachproduktes aus stahl, wärmebehandeltes flachprodukt aus stahl sowie seine verwendung
DE10227521A1 (de) Bauelement mit einem Bereich aus nichtmagnetischem Stahl und einer magnetischen Randschicht und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016203261A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Bohrung, Bauteil und Kraftstoffinjektor
EP2439307B1 (de) Verfahren zum Beschichten eines in Wirkverbindung mit Kraftstoff angeordneten, als Kraftstoffeinspritzkomponente ausgebildeten Bauteils und Anordnung zweier Bauteile
DE10328293B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines als Führungsgelenk ausgeführten Bauteils und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Führungsgelenk
WO2018172021A1 (de) Verfahren zur herstellung einer drosselstelle in einem bauteil, insbesondere in einem kraftstoffinjektor sowie kraftstoffinjektor selbst
EP3963121A1 (de) Verfahren zum beschichten einer mechanisch hochbelasteten oberfläche eines bauteils sowie beschichtetes bauteil selbst
DE102009004962B4 (de) Verfahren zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit eines stählernen Dorns und Dorn als Bestandteil einer Vorrichtung zur Autofrettage

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16769867

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187012583

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016769867

Country of ref document: EP