DE29713628U1

DE29713628U1 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE29713628U1
Application number: DE29713628U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2007-08-01
Also published as: WO1999006692A1; EP0929742A1; JP2001504192A; EP0929742B1; DE59807000D1; US6168095B1

Description

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R. 32272

Robert Bosch GmbH, 70442 Stuttgart Kraftstoffeinspritzdüse Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper, in welchem eine Ventilnadel mit einer Dichtfläche verschiebbar gelagert ist, die an einer auf sie angepaßten Dichtfläche zur Anlage kommt, welche an einem Innenwandbereich einer Stirnkuppe des Düsenkörpers gebildet ist und in der wenigstens ein Spritzloch vorgesehen ist, wobei sowohl der Innenwandbereich mit der an ihm angeordneten Dichtfläche des Düsenkörpers als auch sein Außenwandbereich gehärtet sind.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen geht beispielsweise aus der EP 0 233 190 Bl hervor. Bei dieser ist der mit der Ventilsitzfläche versehene Innenwandbereich der Stirnkuppe durch Randschichthärtung mit einer größeren Härte versehen als der Außenwandbereich und der zwischen der Ventilsitzfläche

und dem gegenüberliegenden Außenwandbereich liegende mittlere Randbereich.

Der Düsenkörper dieser Kraftstoffeinspritzdüsen besteht aus Einsatzstahl, der zur Ausbildung der unterschiedlichen Härtegrade unterschiedlich aufgekohlt wird.

Derartige Kraftstoffeinspritzdüsen werden beispielsweise in Dieselkraftstoffeinspritsystemen verwendet, wo sie sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Wenn nämlich mit einer Direkteinspritzung versehene Dieselmotoren beispielsweise im Motorbremsbetrieb betrieben werden, können sehr hohe Temperaturen an den Dieseleinspritzdüsen entstehen, wodurch sie "weichgeglüht" und hierdurch für einen weiteren Betrieb untauglich werden können (Verschleiß, Bruchgefahr).

Bei Verwendung derartiger Kraftstoffeinspritzdüsen in mit Direkteinspritzsystemen versehenen Benzinmotoren entstehen außer Verschleiß auch Probleme durch Korrosion der Kraftstoffeinspritzdüsen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse dahingehend zu verbessern, daß sie einerseits bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden kann, wobei insbesondere das oben im Zusammenhang mit Dieselmotoren erwähnte Weichglühen vermieden werden soll, und daß sie andererseits eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, so daß auch ein Einsatz in Benzindirekteinspritzungssystemen möglich ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse soll dabei auf möglichst einfache und daher kostengünstige Weise herstellbar sein.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoffeinspritzdüse der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Düsenkörper aus einem nichtrostenden martensitischen Stahl besteht, der durch Einsatzhärten mit Stickstoff gehärtet ist.

Die Verbesserung des Korrosionswiderstandes martensitischer nichtrostender Stähle durch Einsatzhärten mit Stickstoff geht beispielsweise aus der DE 40 33 706 Al hervor. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Wärmebehandlungsverfahren steht die Erhöhung des Korrosionswiderstandes im Vordergrund.

Aufgrund einer Vielzahl von Versuchen hat sich gezeigt, daß das aus der DE 40 33 706 Al hervorgehende Wärmebehandlungsverfahren überraschenderweise auch dafür eingesetzt werden kann, die Temperaturbeständigkeit von Düsenkörpern zu erhöhen. Insbesondere hat sich gezeigt, daß das obenbeschriebene Weichglühen des Düsenkörpers bei hohen Temperaturen bei Verwendung eines martensitischen nichtrostenden Stahls, der durch Einsatzhärten mit Stickstoff gehärtet wurde, vermieden werden kann.

Besonders vorteilhaft hierbei ist es, daß auch die Spritzlöcher gehärtet sind.

Als nichtrostende martensitische Stähle kommen vorteilhafterweise Stähle mit der folgenden Zusammensetzung in Frage: < 0,1, vorzugsweise 0,01 Gewichts-% C; von 0,03 bis 0,3, vorzugsweise 0,1 Gewichts-% N; von 0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,06 Gewichts-% Si; von 10,0 bis 20,0,

vorzugsweise 13,7 Gewichts-% Cr; < 5,0, vorzugsweise 1,5 Gewichts-% Mo; < 0,5, vorzugsweise 0 Gewichts-% Nb; < 0,5, vorzugsweise 0,1 Gewichts-% V und Legierungszusätze 7Ui- TTni-orHWipViinrt &tgr;&ggr;&igr;~&igr;&tgr;-&igr; &Lgr;-Porrif

zur Unterdrückung von &dgr;-Ferrit.

Zur Unterdrückung der &dgr;-Ferritbildung werden vorzugsweise Legierungszusätze folgender Zusammensetzung: von 0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,03 Gewichts-% Mn; < 5,0, vorzugsweise 2,2 Gewichts-% Ni; < 5,0, vorzugsweise 2,7 Gewichts-% Co zugesetzt.

Hinsichtlich des Einsatzhärtens wurden bislang noch keine näheren Angaben gemacht.

Der Düsenkörper ist vorteilhafterweise durch Einsatzhärten bei einer Temperatur von 1050 bis 1200 ⁰C, vorzugsweise bei 1100 ⁰C, bei einem Druck von 0,5 bis 10 bar, vorzugsweise bei 3 bar über einen Zeitraum von 1 h bis 30 h, vorzugsweise 4 h gehärtet.

Durch eine derartige Ausbildung des Düsenkörpers aus nichtrostendem martensitischem Stahl, der wie oben beschrieben durch Einsatzhärten mit Stickstoff gehärtet ist, wird nicht nur der Korrosions- und Verschleißwiderstand, sondern auch die Anlaßbeständigkeit und die Warmhärte wesentlich erhöht.

Die Vorteile dabei sind: Es ergibt sich eine bessere Zerspanbarkeit des ungehärteten Ausgangswerkstoff es. Die Randschichthärtung erfolgt mit hoher Fertigungssicherheit, die zu gleichmäßiger Oberflächenhärte und Einhärtung, insbesondere auch bei den die Spritzlöcher bildenden Bohrungen führt, ohne daß Reinigungsprobleme entstehen. Aufgrund einer einfachen Fertigung können die

Kraftstoffeinspritzdüsen nicht nur auf technisch einfache Weise, sondern auch besonders kostengünstig hergestellt werden, wobei hierbei nicht zwischen Kraftstoffeinspritzdüsen für Dieseleinspritzsysteme und Kraftstoffeinspritzdüsen für Benzineinspritzsysteme unterschieden werden muß.

Zeichnung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

In der Figur ist schematisch ein Längsschnitt durch den einspritzseitigen Endabschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Kraftstoffeinspritzdüse dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird die Erfindung schematisch anhand einer Kraftstoff einspritzdüse für eine Dieselbrennkraftmaschine erläutert. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf Kraftstoffeinspritzdüsen für Dieselbrennkraftmaschinen beschränkt ist, sondern sich auch auf Kraftstoffeinspritzdüsen für Benzindirekteinspritsysteme erstreckt.

Die in Figur 1 dargestellte Einspritzdüse weist einen Düsenkörper 10 auf, in welchem eine Ventilnadel 20 verschiebbar gelagert ist. Die Ventilnadel 20 weist an ihrem unteren Ende eine kegelige Dichtfläche 22 auf, die an einer auf sie angepaßten und daher konischen Ventilsitzfläche 12 zur Anlage kommt. Die Ventilsitzfläche 12 ist an einem Innenwandbereich 31 einer Stirnkuppe 3 0 des Düsenkörpers 10 gebildet. Von der Ventilsitzfläche 12

gehen mehrere Spritzlöcher 32 aus, welche die Wand der Stirnkuppe 3 0 in einem Winkel zur Düsenachse durchstoßen.

Zwischen der Ventilnadel 20 und einer zylindrischen Innenwand des Düsenkörpers 10 ist ein Ringraum 13 gebildet, in welchen eine nicht dargestellte Kraftstoffzuleitung einmündet. Die Ventilnadel 20 wird von einer ebenfalls nicht dargestellten Ventilfeder gegen die Ventilsitzfläche 12 gepreßt. Wenn der Kraftstoffdruck im Ringraum 13 auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist, wird die Ventilnadel 20 entgegen der Kraft der Ventilfeder angehoben und der Kraftstoff durch die Spritzlöcher 32 ausgespritzt. Wie in der Figur dargestellt, kann der Kegelwinkel der Dichtfläche 22 an der Ventilnadel 2 0 etwas größer gewählt sein als der Winkel der Ventilsitzfläche 12, so daß sich anfangs an der oberen Kante 24 der Dichtfläche 22 die höchste Dichtpreßkraft ergibt.

Bei Kraf tstof f einspritzdüsen für Benzindirekteinspritzsysteme kann die Dichtfläche 22 auch kugelförmig und die Ventilsitzfläche sowie die Stirnkuppe 3 0 hohlkugelförmig ausgebildet sein.

Darüber hinaus.können die Spritzlöcher 32 auch unterhalb der Dichtfläche 22 in der Stirnkuppe 3 0 angeordnet sein.

Im Betrieb der Kraftstoffeinspritzdüse wird diese sehr hoch beansprucht. Diese hohe Beanspruchung resultiert zum einen daraus, daß die Ventilnadel 20 durch dauerndes Öffnen und Schließen der Kraftstoffeinspritzdüse ununterbrochen auf die Ventilsitzfläche 12 trifft, zum anderen aber auch daraus, daß die gesamte Kraftstoff einspritzdüse beispielsweise im Schubbetrieb eines mit einer Dieselbrennkraftmaschine betriebenen Fahrzeugs, bei der die

Motorbremswirkung eingesetzt wird, einer sehr hohen Temepratur ausgesetzt ist.

Bei Einsatz der Kraftstoffeinspritzdüse in Benzindirekteinspritzsystemen kann es zur Korrosion der Kraftstoffeinspritzdüse kommen, so daß deren sichere Funktion nicht gewährleistet ist.

Aus diesem Grunde besteht die Kraftstoffeinspritzdüse aus einem nichtrostenden martensitischen Stahl beispielsweise folgender Zusammensetzung: 0,01 Gewichts-% C; 0,1 Gewichts-% N; 0,06 Gewichts-% Si; 13,7 Gewichts-% Cr; 1,5 Gewichts-% Mo; 0,1 Gewichts-% V und Legierungszusätzen zur Unterdrückung von &dgr;-Ferrit folgender Zusammensetzung: 0,03 Gewichts-% Mn; 2,2 Gewichts-% Ni; 2,7 Gewichts-% Co, der durch Einsatzhärten mit Stickstoff gehärtet ist.

Das Einsatzhärten mit Stickstoff erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 1100 ⁰C und einem Druck von 3 bar über einem Zeitraum von 4 h.

Die Verwendung eines auf diese Weise gehärteten nichtrostenden, martensitischen Stahl verhindert einerseits, daß die Kraftstoffeinspritzdüse bei sehr hoher Temperaturbeanspruchung weichgeglüht und daher untauglich wird, so daß eine Bruchgefahr oder ein erhöhter Verschleiß entsteht, zum anderen ergibt sich zusätzlich ein sehr guter Korrosionswiderstand, so daß die Kraftstoffeinspritzdüse sowohl bei direktdieseleinspritzenden als auch direktbenzineinspritzenden Systemen eingesetzt werden kann.

Claims

R. 32272 Robert Bosch GmbH, 70442 Stuttgart Schutzansprüche

1. Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper (10), in welchem eine Ventilnadel (20) mit einer Dichtfläche (22) verschiebbar gelagert ist, die an einer auf sie angepaßten Ventilsitzfläche (12) zur Anlage kommt, welche an einem Innenwandbereich (31) einer Stirnkuppe (30) des Düsenkörpers (10) gebildet ist und in der wenigstens ein Spritzloch (32) vorgesehen ist, wobei sowohl der Innenwandbereich (31) mit der an ihm angeordneten Ventilsitzfläche (12) des Düsenkörpers (10) als auch sein Außenwandbereich gehärtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (10) aus einem nichtrostenden martensitischen Stahl besteht, der durch Einsatzhärten mit Stickstoff gehärtet ist.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzlöcher (32) gehärtet sind.

3. Kraftstoff einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtrostende

martensitische Stahl folgende Zusammensetzung aufweist: < 0,1, vorzugsweise 0,01 Gewichts-% C; von 0,03 bis 0,3, vorzugsweise 0,1 Gewichts-% N; von 0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,06 Gewichts-% Si; von 10,0 bis 20,0, vorzugsweise 13,7 Gewichts-% Cr; < 5,0, vorzugsweise 1,5 Gewichts-% Mo; < 0,5, vorzugsweise 0 Gewichts-% Nb; < 0,5, vorzugsweise 0,1 Gewichts-% V und Legierungszusätze zur Unterdrückung von &dgr;-Ferrit.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stahl Legierungszusätze zur Unterdrückung von &dgr;-Ferrit folgender Zusammensetzung: von 0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,03 Gewichts-% Mn; < 5,0, vorzugsweise 2,2 Gewichts-% Ni; < 5,0, vorzugsweise 2,7 Gewichts-% Co zugesetzt sind.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (10) durch Einsatzhärten bei einer Temperatur von 1050 bis 1200 ⁰C, vorzugsweise bei 1100 ⁰C, bei einem Druck von 0,5 bis 10 bar, vorzugsweise bei 3 bar und über einen Zeitraum von 1 bis 30 h, vorzugsweise 4 h gehärtet ist.