DE19905462A1 - Keramischer Plungerkolben für ein Hochdruckkraftstoffsystem eines Innenverbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell Plungerkolben für Hochdruckkraftstoff­ systeme und Hochdruckkraftstoffsystemkomponenten und insbesondere einen rei­ bungsverschleißfesten bzw. gegen Fressen widerstandsfähigen Hochleistungsplun­ gerkolben, der aus einem keramischen Werkstoff hoher Härte und hoher Wärmeaus­ dehnung hergestellt ist.

Die Komponenten von Kraftstoffsystemen eines Verbrennungsmotors, insbesondere jener Motoren, welche die Zuleitung einer regulierten Menge an Hochdruckkraftstoff zu den Zylindern verlangen, müssen im Idealfall ohne Versagen tausende von Stun­ den funktionieren. Plungerkolben, die zur Druckbeaufschlagung von Kraftstoff und zur Regulierung der Zeitsteuerung und/oder der Menge von Kraftstoff, die an den Brennraum abgegeben wird, verwendet werden, sind integrierte Kraftstoffsystem­ komponenten.

Kraftstoffsystemplungerkolben und andere Komponenten müssen unter extrem un­ günstigen Umgebungsbedingungen über einen weiten Bereich von Betriebstempera­ turen in Injektoren, Pumpen und anderen Anordnungen arbeiten, wo große mechani­ sche Kräfte sowohl in die axiale als auch laterale oder seitliche Richtung auf den Plungerkolben und/oder andere Komponenten ausgeübt werden können. Während sich der Plungerkolben axial in seiner Bohrung hin- und herbewegt, steigt die Tempe­ ratur sowohl des Plungerkolbens als auch der Bohrungswand. In einem Hochdruck­ kraftstoffsystem kann erforderlich sein, daß sich der Plungerkolben in einer Bohrung hin- und herbewegt, die durch die axialen und lateralen oder seitlichen Kräfte, die auf den Plungerkolben während des Motorbetriebs ausgeübt werden, verformt ist. Da­ durch wird das ursprüngliche Radialspiel nicht aufrechterhalten, und der Plungerkol­ ben wird während des Motorbetriebs gegen die verformte Bohrungswand gepreßt, wodurch es zu einem Abrieb, Reibungsverschleiß, Festfressen und schließlich Versa­ gen kommt. Zusätzlich tragen minderwertige und verunreinigte Kraftstoffe zur Schaf­ fung einer ungünstigen Arbeitsumgebung eines Kraftstoffsystemplungerkolbens bei. Die Arten von Kraftstoff, die zunehmend in Dieselmotoren verwendet werden, insbe­ sondere Kraftstoffe mit geringer Schmierfähigkeit, alternative Kraftstoffe und Kraft­ stoffe, die mit Wasser verunreinigt sein können, erfordern für gewöhnlich besondere Teile oder eine Anpassung, um eine optimale Funktion des Kraftstoffsystems zu ermöglichen. Im Idealfall müssen hin- und hergehende Plungerkolbenkomponenten reibungsverschleißfest bzw. gegen Fressen widerstandsfähig sein, um einen effi­ zienten Motorbetrieb aufrechtzuerhalten. Die Gegenwart von Kraftstoffverunreini­ gungen aller Arten, insbesondere Wasser, erhöht die Neigung herkömmlicher Plun­ gerkolben zu einem Festfressen, Reibungsverschleiß und Blockieren.

Der Werkstoff, der zur Herstellung von Kraftstoffsystemplungerkolben verwendet wird, wurde im Laufe der Jahre in dem Bemühen verändert, einen Plungerkolben her­ zustellen, der sowohl reibungsverschleißfest bzw. gegen Fressen widerstandsfähig als auch abriebbeständig ist und unter den ungünstigen Bedingungen der Kraftstoff­ systemumgebung wie erforderlich funktionieren kann. Metallplungerkolben haben unannehmbare Reparatur- und Versagenswerte gezeigt. Ferner beeinträchtigt die Gegenwart von Verschleißteilchen eines dritten Körpers die effiziente Funktions­ weise eines Kraftstoffsystems, wenn Metallplungerkolben in Hochdruckkraftstoff­ systemen verwendet werden. Verschleißteilchen eines dritten Körpers umfassen Teil­ chen von dem Plungerkolben oder der Bohrungswand der Kraftstoffsystemkompo­ nente wie auch Kraftstoffverunreinigungen, die in dem Kraftstoffsystem nicht vor­ handen sein sollten. Diese Teilchen werden in die Plungerkolbenoberfläche eingebet­ tet, wodurch das Radialspiel effektiv verringert wird, und bewirken schließlich, daß der Plungerkolben an der Bohrungswand festgekeilt wird, so daß sich der Plunger­ kolben in der Bohrung nicht hin- und herbewegen kann, und somit reibverschweißt wird oder blockiert. Die Verringerung der Kraftstoffschmierfähigkeit, die durch Was­ serverunreinigung des Kraftstoffs verursacht werden könnte und ein Merkmal einiger alternativer Kraftstoffe sein kann, kann auch ein Hauptfaktor sein, der zur Reibver­ schweißung oder zum Blockieren eines Plungerkolbens in einer Kraftstoffsystem­ komponentenbohrung beiträgt. Der Betrieb des Kraftstoffsystems ist natürlich ver­ hindert, wenn dies eintritt.

Zusätzlich zu der Gewährleistung einer freien Hin- und Herbewegung des Kraftstoff­ systemplungerkolbens in seiner Bohrung, verhindert das Aufrechterhalten eines op­ timalen, minimalen Radialspiels zwischen dem Plungerkolben und der Bohrungswand einen übermäßigen Kraftstoffleckverlust. Ein geringfügiger Kraftstoffleckverlust um den Plungerkolben herum ist zur Schmierung notwendig, wenn sich der Plungerkol­ ben während des Betriebs des Hochdruckkraftstoffsystems hin- und herbewegt. Ein übermäßiger Kraftstoffleckverlust beeinträchtigt jedoch eine effiziente Kraftstoffver­ teilung und/oder -einspritzung, wodurch ein effizienter Motorbetrieb verhindert wird und der Motorbetrieb sogar vollständig verhindert werden kann.

Nach dem Stand der Technik wurde die Verwendung abriebbeständiger Werkstoffe und korrosionsbeständiger Werkstoffe zur Bildung verschiedener Strukturen und Komponenten von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen. Zum Beispiel betreffen die US-A-4,794,894 und 4 848 286 keramisch bestückte Gelenkstangen, und die US-A-4,806,040 betrifft ein keramisches Kugelgelenk. Die US-A-4,266,729 offenbart die Bildung einer Injektorventilnadelspitze und/oder -scheibe aus korrosionsbestän­ digem Werkstoff, wie hochwertigem Stahl, Keramik oder Industrieglas. Die US-A-5,409,165 offenbart eine abriebbeständige Kraftstoffinjektorplungerkolbenanord­ nung mit einer Spitze, die aus einer schlagabriebbeständigen Keramik besteht, und ei­ nem Körper, der aus einer Keramik oder einem Metall hergestellt sein kann. Die Spitze und der Körper sind besonders gestaltet, so daß sie aneinander befestigt werden kön­ nen, um den hohen Temperaturen und Reibungskräften zu widerstehen, die durch einen ausgedehnten Motorbetrieb erzeugt werden. Weder diese beiden Patente noch irgendeines nach dem Stand der Technik, das den Erfindern bekannt ist, beschäftigen sich mit den besonderen Problemen des Reibungsverschleißes und Festfressens eines Hochdruckkraftstoffsystemplungerkolbens, die in verfügbaren Kraftstoffsystemen, insbesondere jenen, die in Dieselmotoren verwendet werden, auftreten. Der Stand der Technik stellt ferner auch keinen Hochdruckkraftstoffsystemplungerkolben bereit, der ein optimales, minimales Radialspiel zwischen dem Plungerkolben und der Boh­ rungswand aufrechterhalten kann, um einen übermäßigen Kraftstoffleckverlust zu verhindern.

Nach dem Stand der Technik gelang es daher nicht, einen Plungerkolben für ein Hochdruckkraftstoffsystem zu schaffen, der ausreichend reibungsverschleißfest und abriebbeständig ist, insbesondere wenn er Abriebteilchen eines dritten Körpers und solch ungünstigen Betriebsbedingungen, wie geringer Schmierfähigkeit und verun­ reinigten Kraftstoffen und großen mechanischen Kräften, ausgesetzt ist, um effizient zu arbeiten, ohne häufige Reparaturen oder einen Austausch zu benötigen. Es be­ steht ein Bedarf an einem solchen Plungerkolben für ein Hochdruckkraftstoffsystem.

Es ist daher eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beheben und einen reibungsverschleißfesten bzw. gegen Fressen widerstandsfähigen Plungerkolben für ein Hochdruckkraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der von Kraftstoffen unterschiedlicher Quali­ tät angetrieben wird, insbesondere Kraftstoffen mit unterschiedlichen Graden an Schmierfähigkeit, einen hin- und hergehenden Plungerkolben in einem Hochdruck­ kraftstoffsystem zu schaffen, der aus einem abrieb- und reibungsverschleißfesten bzw. gegen Fressen widerstandsfähigen, keramischen Werkstoff hergestellt ist und in bezug auf die Bohrung, in welcher er sich hin- und herbewegt, so dimensioniert ist, daß ein optimales, minimales Radialspiel während des Kraftstoffsystembetriebs über einen weiten Bereich von Betriebstemperaturen aufrechterhalten wird, einen Hoch­ druckkraftstoffsystemplungerkolben für einen Dieselmotor zu schaffen, der zu einem zuverlässigen, reibungsverschleißfreien Betrieb bei minimalem Radialspiel in Gegen­ wart hoher axialer und/oder seitlicher Kräfte auf dem Plungerkolben imstande ist, und/oder einen zuverlässigen, wartungsfreien Plungerkolben für ein Hochdruckkraft­ stoffsystem eines Verbrennungsmotors zu schaffen.

Die obengenannte Aufgabe wird gemäß einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen abrieb- und reibungsverschleiß­ festen bzw. gegen Fressen widerstandsfähigen Plungerkolben für ein Hochdruck­ kraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors zu schaffen, der aus einer Zirkonium­ dioxid-, Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid- oder Aluminiumoxid-Keramik mit einer Härte größer 800 kg/mm² und einer Wärmeausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C hergestellt ist.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen keramischen Plunger­ kolben für ein Hochdruckkraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors zu schaffen, der aus umwandlungsgehärtetem Zirkoniumdioxid besteht.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen abrieb- und reibungs­ verschleißfesten bzw. gegen Fressen widerstandsfähigen, keramischen Plungerkolben für ein Hochdruckkraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors zu schaffen, der die Lackansammlung bzw. Überzugbildung vermeidet, die mit Kraftstoffsystemplunger­ kolben aus Metall zusammenhängt.

Es ist ein weiterer Aspekt, einen reibungsverschleißfesten bzw. gegen Fressen wider­ standsfähigen und abriebbeständigen Plungerkolben für eine Hochleistungskraft­ stoffsystempumpe zum direkten oder indirekten Zuleiten von Hochdruckkraftstoff zu den Zylindern in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, wobei der Plungerkolben betriebsbereit zur Hin- und Herbewegung mit einem minimalen, optimalen Radialspiel von 76 bis 128 Millionstel eines Inch in einer axialen Bohrung des Kraftstoffsystem­ pumpenkörpers angeordnet ist, um ein gesteuertes Volumen von eingeschlossenem Hochdruckkraftstoff in gewünschten Intervallen direkt oder indirekt an einen oder mehrere Motorzylinder abzugeben, wobei der Plungerkolben aus einem abriebbe­ ständigen keramischen Werkstoff hoher Härte und hoher Wärmeausdehnung herge­ stellt ist, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten größer 6-10^-6/°C und einer Härte größer 800 kg/mm², und der Plungerkolben in bezug auf die axiale Bohrung so di­ mensioniert ist, daß das optimale Radialspiel mit dieser aufrechterhalten wird, so daß er sich frei in der Bohrung hin- und herbewegt, ohne sich während des Betriebs der Kraftstoffsystempumpe festzufressen.

Die vorangehenden Aufgaben werden vorzugsweise durch Bereitstellen eines Hoch­ druckkraftstoffsystemplungerkolbens zur Verwendung in Pumpeinheiten eines Hochdruckspeichers und anderen Kraftstoffsystemen in Verbrennungsmotoren ge­ löst, der abriebbeständig und reibungsverschleißfest ist und ein ausreichendes mini­ males Radialspiel in der Bohrung, in welcher er positioniert ist, aufrechterhält, so daß sich der Plungerkolben selbst unter ungünstigen Motorbetriebsbedingungen frei, ohne festzufressen, hin- und herbewegen kann. Der Plungerkolben ist aus einem rei­ bungsverschleißfesten keramischen Werkstoff mit einer hohen Härte von größer 800 kg/mm² und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C gebildet und so dimensioniert, daß ein optimales, minimales Arbeitsspiel von 76 bis 128 Mil­ lionstel eines Inch mit der Wand der Bohrung, in welcher er sich hin- und herbewegt, geschaffen wird, um einen Kraftstoffleckverlust um den Plungerkolben während des Motorbetriebs zu verhindern.

Andere Aufgaben und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung, den Ansprü­ chen und der Zeichnung hervor. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Hochdruckkraftstoffinjektoran­ ordnung in einem Dieselmotor, wobei sowohl ein Zeitsteuerplungerkol­ ben als auch ein Dosierplungerkolben reibungsverschleißfeste, nicht festfressende Plungerkolben sind, die aus Keramik gemäß der vorliegen­ den Erfindung hergestellt sind;

Fig. 2 ein Druckspeicherpumpensystem eines Motorkraftstoffsystems, das ke­ ramische Pumpenkolben gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;

Fig. 3a-c elektromagnetisch gesteuerte Kraftstoffverteilerpumpen mit keramischen Pumpenkolben gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4a, b zwei Ansichten einer Hochdruckkraftstoffverteilerpumpe mit kerami­ schen Pumpenkolben gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 die Änderungen in den Dimensionen einer Kraftstoffinjektorkörperboh­ rung und des Zeitsteuerplungerkolbens von Fig. 1 für verschiedene Werkstoffe bei verschiedenen Temperaturen;

Fig. 6 einen Vergleich in graphischer Form eines Kraftstoffleckverlustes für einen Plungerkolben, der aus Metall gebildet ist, und einen Plungerkol­ ben, der aus Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, in einem Kraftstoffinjektor bei hohem Einspritzdruck:

Fig. 7 einen visuellen Qualitätsvergleich von Plungerkolben, die aus Kerami­ ken von zwei Quellen hergestellt sind, und Plungerkolben, die aus Stahl hergestellt sind, nach einem ausgedehnten Kontakt mit einem Fluid mit geringer oder keiner Schmierfähigkeit; und

Fig. 8a, b die Häufigkeit von Injektoreinheitsreparaturen pro Hundert für zwei verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren vor und nach dem Ein­ bau der keramischen Zeitsteuerplungerkolben gemäß der vorliegenden Erfindung.

Der effiziente Betrieb eines Hochdruckkraftstoffsystems erfordert, daß sich die Plun­ gerkolben in dem System frei hin- und herbewegen, ohne Reibungsverschleiß und Festfressen, während ein minimales Radialspiel mit den Bohrungen aufrechterhalten wird, in welchen sich die Plungerkolben hin- und herbewegen. Der Reibungsver­ schleiß und das Festfressen von Kraftstoffsystemplungerkolben ist eine Ursache ho­ her Kraftstoffsystemreparaturen, die für gewöhnlich als RPH oder Reparaturen pro Hundert ausgedrückt werden. Zusätzlich sind hohe Garantie- und Reparaturkosten die Folge des Austausches schadhafter oder betriebsunfähiger Kraftstoffsystemplun­ gerkolben. Der Hochdruckkraftstoffsystemplungerkolben der vorliegenden Erfin­ dung ist ein zuverlässiger, abriebbeständiger Plungerkolben, der kein Festfressen und keinen Reibungsverschleiß erfährt, selbst wenn er äußerst ungünstigen Motorbedin­ gungen und Kraftstoffen mit geringer Schmierfähigkeit ausgesetzt ist. Folglich senkt die vorliegende Erfindung effektiv sowohl die Häufigkeit von Reparaturen als auch die Garantiekosten, die durch schadhafte und betriebsunfähige Kraftstoffsystem­ plungerkolben verursacht werden.

Die Plungerkolben der vorliegenden Erfindung sind im allgemeinen integrierte Kom­ ponenten von Hochdruckkraftstoffsystemen und werden zur Druckbeaufschlagung von Kraftstoff und zur Regulierung der Zeitsteuerung und/oder der Menge von Kraftstoff verwendet, der direkt oder indirekt an den Motorbrennraum abgegeben wird. Alle diese Plungerkolben pressen ein eingeschlossenes Kraftstoffvolumen in den "Zylinder" oder die Bohrung, in welcher der Plungerkolben hin- und hergehend angeordnet ist, und beaufschlagen den eingeschlossenen Kraftstoff auf einen sehr hohen Wert. Kraftstoff, der von den Plungerkolben der vorliegenden Erfindung mit Druck beaufschlagt wird, kann so hohe Drücke wie 24 500 psi oder mehr erreichen. Es wurde entdeckt, daß die Bildung eines Kraftstoffsystemplungerkolbens aus einer reibungsverschleißfesten Keramik hoher Wärmeausdehnung und hoher Härte die Hin- und Herbewegung des Plungerkolbens in einer passenden Bohrung, die im all­ gemeinen in einem Metallkörper ausgebildet ist, bei sehr knappen Arbeitsspielräumen im gesamten Bereich von Betriebsdrücken und -temperaturen eines Kraftstoffsystems ermöglicht, ohne das Festfressen, den Reibungsverschleiß oder die Blockierung, die für Metallplungerkolben charakteristisch sind. Der Unterschied in den Atomstruktu­ ren der Keramiken, die für die vorliegende Erfindung bevorzugt sind, und dem Stahl, der für gewöhnlich zur Bildung des Kraftstoffsystemelements verwendet wird, wel­ ches die Bohrung enthält, in dem sich der Plungerkolben hin- und herbewegt, führt dazu, daß der keramische Plungerkolben und die metallische Bohrungswand der wechselseitigen Materialübertragung bei direktem Kontakt während des Pumphubs des Plungerkolbens widerstehen. Plungerkolben, die aus Stahl gebildet sind, haben eine viel größere Neigung, Material zwischen der Bohrungswand und dem Plunger­ kolben während eines zufälligen Kontakts hin und her zu übertragen. Ein solcher Kontakt wird zum Beispiel durch hohe Biegelasten auf dem Plungerkolben, Verfor­ mung der Bohrung, Verlust des Schmierfilms und die Gegenwart von Staub- bzw. Abriebteilchen eines dritten Körpers während des Kraftstoffsystembetriebs verur­ sacht. Ferner erhöht die Gegenwart von Verunreinigungen aller Arten im Kraftstoff die Neigung herkömmlicher Plungerkolben zum Festfressen, Reibungsverschleiß und Blockieren. Wasser ist eine Kraftstoffverunreinigung, die besonders ungeheuerliche Wirkungen auf den Plungerkolbenbetrieb hat.

Das Radial- oder Ringspiel zwischen der größten Durchmesserlänge des Plungerkol­ bens und der Wand der Bohrung, in welcher der Plungerkolben zur Hin- und Herbe­ wegung angeordnet ist, kann so klein ausgebildet werden, wie für einen optimalen Kraftstoffstrom durch den Spielraum notwendig ist. Etwas Kraftstoff muß durch den Zwischenraum zwischen dem Plungerkolben und der Bohrungswand strömen, um für die notwendige Schmierung zu sorgen, so daß sich der Plungerkolben in der Bohrung bei den hohen Kraftstoffdrücken und den hohen äußeren Kräften hin- und herbewe­ gen kann, die für den Betrieb eines Kraftstoffsystems charakteristisch sind. Wenn je­ doch der Zwischenraum zu groß ist, leckt überschüssiger Kraftstoff um den Plunger­ kolben, und die hohen Kraftstoffdrücke, die für einen effizienten Kraftstoffsystembe­ trieb erforderlich sind, werden nicht aufrechterhalten. Metallplungerkolben nach dem Stand der Technik sind auch einem Abrieb ausgesetzt, der im Laufe der Zeit zu einem übermäßigen Leckverlust führen könnte, selbst wenn das anfängliche Radialspiel op­ timal ist.

Die Zeichnung zeigt beispielhafte Anwendungen des keramischen Kraftstoffsystem­ plungerkolbens der vorliegenden Erfindung. Es ist vorgesehen, daß dieser Keramik­ plungerkolben effektiv in verschiedenen Motorkraftstoffsystemumgebungen ver­ wendet werden kann, wo ein Plungerkolben Hochdruckkraftstoffe, die verunreinigt sein können oder eine geringe Schmierfähigkeit aufweisen, in Gegenwart hoher äuße­ rer Kräfte, insbesondere hoher axialer und/oder seitlicher Lasten, entweder direkt oder indirekt an den Motorbrennraum oder an Zylinder abgeben muß. Solche Plun­ gerkolben können zum Beispiel als obere Plungerkolben einer Injektoreinheit oder als Injektor- oder Kraftstoffpumpen-Zeitsteuerplungerkolben oder Pumpenkolben in Mittelbereich-, leistungsstarken und Schwerlast-Motoren verwendet werden.

Mit Bezugnahme auf die Zeichnung zeigt Fig. 1 in einem schematischen Schnitt ein Ausführungsbeispiel des Plungerkolbens der vorliegenden Erfindung in einer Hoch­ druckkraftstoffinjektoreinheit mit offener Düse 10 mit einer Zeitsteueranordnung je­ ner Art, die einen Zeitsteuerplungerkolben 14 enthält. Die US-A-5,094,215 und 5,611,317 offenbaren Kraftstoffinjektoreinheiten jener Art, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die Offenbarungen dieser Patente werden hiermit als Referenz eingeführt. Wie in Fig. 1 dargestellt, bildet der Zeitsteuerplungerkolben 14 Teil einer mehrteiligen Plungerkolbenanordnung, die einen Dosierplungerkolben 12 umfaßt. Der Zeitsteuer­ plungerkolben 14 und der Dosierplungerkolben 12 bilden eine zusammendrückbare Zeitsteuerkammer, in welche Kraftstoff (oder eine andere Art von Zeitsteuerfluid) auf einer zyklischen Basis zur Regulierung der Zeitsteuerung der Abgabe von Kraftstoff dosiert werden kann, der von einer Kraftstoffversorgung (nicht dargestellt) durch einen Kraftstoffdurchlaß 15 in dem Kraftstoffinjektorkörper 16 zu der Injektordüse 20 geleitet wird. Der besondere Aufbau des Zeitsteuerplungerkolbens ist nicht kritisch. Der Zeitsteuerplungerkolben 14 enthält einen Fortsatz bzw. Vorsprung 18, der eine Feder (nicht dargestellt) halten kann, die den Zeitsteuerplungerkolben nach oben spannt. Andere Formen eines Zeitsteuerplungerkolbens können auch aus einer Ke­ ramik gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Die Injektordüse 20 und der Körper 16 sind axial ausgerichtet und werden durch eine Halterung 22 zusam­ mengehalten. Eine axiale Bohrung 24 verläuft durch die Länge des Körpers 16 und steht mit der Injektordüse 20 in Fluidverbindung. Eine Mehrzahl beabstandeter Ein­ spritzöffnungen (nicht dargestellt) ist am Ende der Injektordüse 20 vorgesehen, um das Einspritzen von Hochdruckkraftstoff in den Motorzylinder (nicht dargestellt) zu optimieren.

Der Zeitsteuerplungerkolben 14 bewegt sich axial in der Bohrung 24 in dem Injek­ torkörper 16 hin und her. Durch ein Verbindungsstück 28, von dem ein Ende 30 mit einem Kipphebel 34 in Eingriff steht, wird eine abwärts gerichtete Kraft auf den Do­ sierplungerkolben 12 ausgeübt. Das andere Ende 32 des Verbindungsstücks 28 steht direkt oder indirekt mit dem Dosierplungerkolben 12 während des Motorbetriebs in Kontakt und übt eine abwärts gerichtete Kraft auf den Zeitsteuerplungerkolben 14 durch das Zeitsteuerfluid aus, das in der dazwischen gebildeten Dosierkammer dosiert und eingeschlossen ist. Der Kipphebel 34 ist durch eine Stößelstange 38 und einen Nockenstößel 40 antriebsmäßig mit der Motornockenwelle 36 verbunden. Der Kipp­ hebel 34 übt für gewöhnlich während des Motorbetriebs sowohl axiale als auch seit­ liche Lasten auf den Zeitsteuerplungerkolben 14 aus. Der Pfeil (A) stellt die axiale Last dar, die auf einen Plungerkolben 14 durch den Kipphebel 34 ausgeübt wird. Der Pfeil (B) stellt die seitliche Last dar, die auf den Plungerkolben 14 durch den Kipp­ hebel 34 ausgeübt wird. Die axiale Last, die von dem Kipphebel 34 auf den Zeitsteuerplungerkolben 14 ausgeübt wird, während sich dieser im Injektorkörper 16 hin- und herbewegt, kann bis zu 2400 Pfund betragen. Zusätzlich zu diesen axialen und seitlichen Lasten werden so hohe Drücke wie 24 500 psi und mehr durch den Abwärtshub des Zeitsteuerplungerkolbens erzeugt, wenn er sich zu der Injektordüse 20 bewegt. Dadurch wird der Kraftstoff, der in dem Hohlraum zwischen dem Zeit­ steuer- und Dosierplungerkolben eingeschlossen ist, mit Druck beaufschlagt, und führt zu einer Last von 24 500 psi oder mehr, die auf den Zeitsteuerplungerkolben 14 in eine nach oben gerichtete axiale Richtung und auf den Dosierplungerkolben 12 in eine nach unten gerichtete axiale Richtung wirkt. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die­ ser Druck auf die gesamte Fläche des Zeitsteuerplungerkolbens 14 ausgeübt, ein­ schließlich der Fläche des Zeitsteuerplungerkolbenfortsatzes 18.

Der keramische Zeitsteuerplungerkolben 14 ist in bezug auf den Durchmesser der In­ jektorkörperbohrung 24 so dimensioniert, daß ein optimales, minimales Radialspiel er­ halten wird. Vorzugsweise liegt dieses Radialspiel im Bereich von 76-128 Millionstel (0,000076-0,000128) eines Inch (1,93 bis 3,25 Mikron). Das Radialspiel kann auf­ grund von Unterschieden in der Wärmeausdehnung zwischen dem gegenwärtig ver­ fügbaren Plungerkolben aus rostfreiem Stahl und dem keramischen Zeitsteuerplun­ gerkolben 14 der vorliegenden Erfindung geringer als jenes von bisher bekannten Plungerkolbenkonstruktionen sein. Die obengenannten Lasten auf dem Zeitsteuer­ plungerkolben und die Klemmkraft auf dem Injektorkörper 16 verformen häufig die axiale Bohrung, wodurch das Radialspiel verringert wird. Die durch den Kipphebel erzeugte seitliche Last (Pfeil B) preßt dann den Zeitsteuerplungerkolben 14 gegen die Wand der Bohrung 24. Unter solchen Umständen kommt es zu einem Reibungsver­ schleiß bzw. Fressen und Abrieb des Plungerkolbens. Die Gegenwart von Abriebteil­ chen eines dritten Körpers in der Injektorkörperbohrung kompliziert die Plungerkol­ benprobleme unter diesen Lasten.

Sowohl der Zeitsteuerplungerkolben 14 als auch der Dosierplungerkolben 12 der Plungerkolbenanordnung von Fig. 1 sind denselben Arten und Graden axialer und seitlicher Lasten ausgesetzt. Zusätzlich muß das Radialspiel zwischen dem Zeitsteu­ erplungerkolben 14 und der Wand der axialen Bohrung 24 und zwischen dem Do­ sierplungerkolben 12 und der Wand der axialen Bohrung 24 so klein wie möglich sein, um einen übermäßigen Fluidleckverlust zu vermeiden. Wie zuvor besprochen, ist ein Radialspiel in der Größenordnung von 76 bis 128 Millionstel eines Inch für beide Plungerkolben wünschenswert. Die Bildung sowohl des Dosierplungerkolbens als auch des Zeitsteuerplungerkolbens aus einer Keramik hoher Wärmeausdehnung ge­ mäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Aufrechterhaltung dieses sehr kleinen Radialspiels unter den hohen axialen und seitlichen Lasten, die während des Injek­ torbetriebs auftreten, ohne Reibungsverschleiß, selbst in Gegenwart von minderwer­ tigen Kraftstoffen mit geringer Schmierfähigkeit.

Fig. 2 zeigt ein Druckspeicherkraftstoffpumpensystem 50 jener Art, die in der WO 94/27041 mit dem Titel "Compact High Performance Fuel System" dargestellt ist, des­ sen Offenbarung hiermit als Referenz eingeführt wird. Dieses Kraftstoffeinspritz­ system vom Druckspeicherpumpentyp umfaßt eine Verteilervorrichtung, d. h., einen drehenden Verteiler, die stromabwärts eines Hochdruckspeichers zur Verteilung von Kraftstoffimpulsen an jeden Injektor über getrennte Abgabeleitungen angeordnet ist, und eine Zeitsteuer- und Dosiervorrichtung, die entlang dem Kraftstoffkreis zwischen dem Druckspeicher und der Verteilervorrichtung zur Bestimmung der Zeitsteuerung und Dosierung der Einspritzung angeordnet ist. Eine Hochdruckkraftstoffpumpe ar­ beitet, um den Kraftstoff in dem Druckspeicher bei einem äußerst hohen Druck zum Einspritzen in den Motor zu halten. Die Hochdruckpumpe umfaßt zwei Pumpenein­ heiten 52 und 54, von welchen jede einen Pumpenkolben 56 beziehungsweise 58 umfaßt, die zur Hin- und Herbewegung bei einem optimalen, minimalen Radialspiel in einer entsprechenden Bohrung 60, 62 angeordnet sind, die in einem Pumpenzylinder ausgebildet sind, der an den Druckspeicher angeschlossen ist. Jeder Pumpenkolben wird durch eine Nockenwelle 64 und eine entsprechende Stößelanordnung 66, 68 angetrieben, die zwischen dem Plungerkolben 56, 58 und einer Nocke 70, 72 an der Nockenwelle 64 angeordnet ist. Das offenbarte System wurde gemäß der vorliegen­ den Erfindung durch die Verwendung keramischer Pumpenkolben 56, 58 modifiziert. Die Pumpenkolben 56, 58 müssen sich in entsprechenden axialen Bohrungen 60, 62 hin- und herbewegen, so daß Kraftstoff bei sehr hohem Druck in einen Hochdruck­ speicher 74 in einer ausreichenden Menge, um einen gewünschten Druck in dem Druckspeicher aufrechtzuerhalten, und in einen Niederdruckspeicher 76 gepumpt wird. Die Pumpenkolben dieser Art von System müssen den gesamten Kraftstoff, der zur Versorgung aller Zylinder eines Motors notwendig ist, zuführen und müssen da­ her unter Umständen den Kraftstoff für drei oder mehr Zylinder zuführen. Die Auf­ rechterhaltung eines ausreichenden Drucks (z. B. 30 000 psi oder mehr) innerhalb des Hochdruckspeichers 74 ist für einen zufriedenstellenden Betrieb des Systems we­ sentlich. Ein Versagen einer der Pumpeinheiten könnte eine ernsthafte Funktionsstö­ rung des Kraftstoffsystems verursachen. Notwendig ist daher ein vorhersagbarer, zu­ verlässiger Betrieb jeder Pumpeinheit über ausgedehnte Zeiträume, ohne Wartungs- oder Reparaturschritte vornehmen zu müssen. Die Verwendung von keramischen Pumpenkolben der vorliegenden Art mit einem knappen Radialspiel innerhalb der Bohrung, in welcher sie eingebaut sind, kann dazu beitragen, diese Anforderung zu erfüllen. Kraftstoff, der in dem Druckspeicher gespeichert ist, wird von dieser Art von Kraftstoffsystempumpe zu Einspritzdüsen verteilt, die an jedem Zylinder des Motors angeordnet sind. Zusätzliche Pumpeinheiten, die identische keramische Pumpenkol­ ben enthalten, die zur Hin- und Herbewegung in einer axialen Bohrung angeordnet sind, können auch in dem System von Fig. 2 enthalten sein. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffinjektor müssen sich die Plungerkolben 56 und 58 in entspre­ chenden axialen Bohrungen 60 und 62 hin- und herbewegen, im Idealfall bei einem minimalen Radialspiel, das einen Kraftstoffleckverlust bei einem optimalen minimalen Wert hält, um Hochdruckkraftstoff in den Hochdruckspeicher 74 abzugeben, wie für den Motorbetrieb verlangt ist. Die Verwendung einer Keramik, wie hierin offenbart, zur Bildung der Pumpenkolben 56 und 58 beseitigt im wesentlichen das Fressen bzw. den Reibungsverschleiß, der durch die hohen seitlichen Lasten auf den Plun­ gerkolben verursacht wird.

Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen zwei Arten von Kraftstoffverteilerpumpen, die durch ein Elektromagnetventil gesteuert werden. Diese Pumpen sind in dem SAE Pa­ per 945015 mit dem Titel Bosch Diesel Distributor Injection Pump Systems - Modu­ lar Concept and Further Development beschrieben, dessen Offenbarung hiermit als Referenz eingeführt wird.

Die in Fig. 3a dargestellte Verteilerpumpe 60 ist eine Kraftstoffverteilerpumpe der durch ein Elektromagnetventil gesteuerten Axialkolbenart. Diese Art von Pumpe verwendet ein zeitgesteuertes Kraftstoffdosiersystem und erzeugt düsenseitige In­ jektordrücke im Bereich von etwa 13 000 bis 14 000 psi. Ein Hochdruck-Elektroma­ gnetventil 62 ist zur Kraftstoffdosierung vorgesehen. Diese Art von Pumpe enthält auch ein Elektromagnetventil 64 einer Zeitsteuerungsvorrichtung, das einen Kolben 66 einer Zeitsteuerungsvorrichtung steuert, der zur Steuerung der Kraftstoffabgabe durch einen Axialkolben 68 in einer Bohrung 70 betätigt wird. Die axialen Lasten auf dem Kolben oder Plungerkolben 68 in dieser Art von Pumpe bewirken höchst­ wahrscheinlich, daß der Plungerkolben 68 gegen die Wand der Bohrung 70 mit ge­ ringem Spiel gepreßt wird. Der Kolben 66 der Zeitsteuervorrichtung und der Axial­ kolben 68 bestehen beide aus einer reibungsverschleißfesten Keramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnungszahl und sind so dimensioniert, daß ein optimales, mi­ nimales Radialspiel mit ihren entsprechenden Bohrungen gemäß der vorliegenden Erfindung aufrechterhalten wird.

Fig. 3b und 3c sind zwei verschiedene Ansichten einer durch ein Elektromagnet­ ventil gesteuerten Radialkolben-Kraftstoffverteilerpumpe 80. Eine Radialkolben- Kraftstoffverteilerpumpe kann höhere Pumpdrücke und somit höhere Einspritz­ drücke, im Bereich von etwa 20 000 bis 21 000 psi, erzeugen als eine Axialkolben- Kraftstoffverteilerpumpe, wie jene, die in Fig. 3a dargestellt ist. Die Pumpe von Fig. 3b und 3c wird wahrscheinlich in anderen Motoranwendungen verwendet als die Pumpe in Fig. 3a. Die Radialkolbenpumpe von Fig. 3b und 3c erzeugt Druck­ kräfte, die über die kürzeste mögliche Strecke durch einen Nockenantriebsmechanis­ mus aufgenommen werden können, der einen Nockenring 82 mit einer Innennocken­ kontur enthält. Die erforderliche hydraulische Hochdruckleistung wird aufgrund ei­ nes hohen Maßes an Übertragungselementfestigkeit von der Antrieb- bis zur Druck­ erzeugungsstufe erreicht, verbunden mit einem geringen Totvolumen im Hochdruck­ bereich der Pumpe, einem geringen hydraulischen Kraftverlust während des Abgabe­ hubs und einer hohen Abgaberate im Vergleich zu dem Axialkolbenhub. Wie in Fig. 3c dargestellt, die eine Ansicht von Pumpe 80 entlang der Linie 3c-3c von Fig. 3b ist, weist die Pumpenantriebswelle 84 Führungsschlitze für die Rollenhalter 86 auf, welche die Rollen 88 stützen, die um die Antriebswelle 84 angeordnet sind. Ein Hochdruckabgabekolben 90 ist jeder Rolle 88 und jedem Rollenhalter 86 zugeordnet und ist mit einem optimalen, minimalen Radialspiel in einer zugehörigen Bohrung 91 in einer drehenden Verteilerwelle 92 angeordnet. Jeder Kolben oder Plungerkolben 90 bewegt sich in seiner Bohrung 91 zur Abgabe von Hochdruckkraftstoff an einen Motorinjektor hin und her. Eine Elektromagnetventilnadel 94 ist in der Verteilerwelle 92 integriert, um für eine verbesserte Steuerung der Kraftstoffabgabe zu sorgen. Ein Kolben 96 der Zeitsteuervorrichtung verbessert die Kraftstoffdosiergenauigkeit noch weiter. Die Hochdruckabgabekolben 90 sind aus einer reibungsverschleißfesten Ke­ ramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnungszahl gemäß der vorliegenden Erfin­ dung gebildet, so daß im wesentlichen Reparaturen der Pumpe aufgrund eines Ab­ riebs und/oder Versagens dieser Pumpenkomponenten entfallen. Der Kolben 96 der Zeitsteuervorrichtung kann ebenso aus einer reibungsverschleißfesten Keramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnungszahl gemäß der vorliegenden Erfindung gebil­ det sein, um eine elektronische Radialkolben-Kraftstoffverteilerpumpe mit deutlich verlängerter Nutzungsdauer herzustellen.

Fig. 4a und 4b zeigen eine Hochdruckverteilerpumpe, die für Mittelbereich-Diesel­ motoren geeignet sind, die mit reibungsverschleißfesten, keramischen Plungerkolben oder Kolben hoher Härte und hoher Wärmeausdehnungszahl gemäß der vorliegen­ den Erfindung ausgestattet sein kann. Fig. 4b ist eine Schnittansicht der Pumpe von Fig. 4a entlang der Linie 4b-4b von Fig. 4a. Diese Art von Pumpe ist in dem SAE Paper Nr. 954126 mit dem Titel A new high pressure distributor pump for mid-range diesel engines von I. Djordjevic et al. beschrieben, dessen Offenbarung hierin hiermit als Referenz eingeführt wird.

Die Kraftstoffpumpe von Fig. 4a und 4b ist eine elektronisch gesteuerte, drehende Hochdruck-(140 MPa)-Verteilerpumpe für 3-, 4-, 5- und 6-Zylinder-Mittelbereich- Dieselmotoren. Diese Pumpe verwendet jeweils eines der Pumpenelemente als Vertei­ leröffnung, so daß die radialen Pumpelemente und das in der Mitte liegende Steuer­ ventil in der Kopfanordnung an Ort und Stelle befestigt werden können. Die Pumpe 100 von Fig. 4a und 4b arbeitet unter Verwendung eines inneren Nockenrings 102 zur Betätigung von Rollenhaltern 104 und Rollen 106. Jeder Rollenhalter 104 und jede Rolle 106 treibt einen Pumpenkolben 108 an, der sich in einer Bohrung 109 hin- und herbewegt und in bezug auf die Bohrung 109 so dimensioniert ist, daß ein opti­ males, minimales Radialspiel mit dieser aufrechterhalten wird. Die Anzahl von Rollen­ halter/Rolle/Plungerkolben-Sätzen ist gleich oder proportional zu der Anzahl von Pumpauslässen. Die Rollenhalter, Rollen und Plungerkolben sind in einem festste­ henden Verteilerkopfanordnungsteil 110 der Pumpe 100 enthalten. Die Rollenhalter 104 und Rollen 106 werden in Schlitzen (nicht dargestellt) in dem Kopf geführt. Die Hochdruckplungerkolben 108 sind in die Bohrungen 109 in einer Hülse 112 inner­ halb des Kopfes 110 präzisionsgepaßt. Der Nockenring 102 dreht sich mit einer An­ triebswelle 114, die von Lagern 116 gehalten wird, und ist mit dieser verschraubt. Die Hochdruckplungerkolben 108 sind aus einer reibungsverschleißfesten bzw. gegen Fressen widerstandsfähigen Keramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnungszahl gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet, so daß eine wartungsarme Kraftstoff­ pumpe hergestellt wird.

Die Pumpe 100 von Fig. 4a umfaßt auch einen Förderpumpenabschnitt 118 mit ei­ nem Förderpumpenkolben 120, der von dem Außenprofil des Nockenrings 102 ange­ trieben wird. Der Förderpumpenkolben 120 ist vorzugsweise auch aus einer Keramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnungszahl gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet. Wenn alle Plungerkolben und Kolben der Kraftstoffverteilerpumpe von Fig. 4a und 4b aus einer reibungsverschleißfesten bzw. gegen Fressen widerstands­ fähigen Keramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnungszahl gebildet sind, wird eine im wesentlichen reparaturfreie, effiziente Pumpe erhalten.

Die vorangehenden Anwendungsformen des keramischen Plungerkolbens der vor­ liegenden Erfindung sind nur als Beispiel gedacht. Andere Kraftstoffsystemkompo­ nenten, die Plungerkolben, welche unerwünschten hohen axialen und/oder seitlichen Lasten ausgesetzt sind, zum Pumpen von Hochdruckkraftstoff verwenden, können auch aus der Verwendung eines keramischen Plungerkolbens, wie hierin beschrieben, anstelle eines Metallplungerkolbens Nutzen ziehen. Ein besonderes Beispiel ist der Plungerkolben, der mit dem Verstärkungskolben des hydraulisch betätigten Kraft­ stoffinjektors verbunden ist, der in der US-A-5,423,302 dargestellt und beschrie­ ben ist, dessen Offenbarung hiermit als Referenz eingeführt wird. Die Bildung dieses Plungerkolbens aus einer reibungsverschleißfesten bzw. gegen Fressen widerstands­ fähigen Keramik sollte dieselben günstigen Ergebnisse erzielen, die für Zeitsteuer­ plungerkolben, wie in der Folge beschrieben, erreicht werden. Andere Kraftstoff­ systemverwendungen und -anwendungen für den keramischen Plungerkolben der vorliegenden Erfindung sollen im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.

Die harte Arbeitsumgebung des Kraftstoffsystemplungerkolbens wird durch schwe­ felarme Kraftstoffe mit geringer Schmierfähigkeit und Kraftstoffe, die mit Wasser ver­ unreinigt sind, noch verstärkt. Bis zur vorliegenden Erfindung war ein Kraftstoff­ systemplungerkolben, der reibungsverschleißfest und abriebbeständig ist und im­ stande ist, ohne Festfressen oder Versagen unter den ungünstigen Bedingungen, die in einer Arbeitsumgebung eines Kraftstoffsystems herrschen, zu arbeiten, nicht ver­ fügbar. Die vorliegende Erfindung stellt eine Plungerkolbenanordnung für ein Kraft­ stoffsystem eines Verbrennungsmotors mit einer deutlich höheren Beständigkeit ge­ genüber einem Reibungsverschleiß und Festfressen als die gegenwärtigen verwende­ ten Plungerkolben bereit. Es wurde entdeckt, daß die Bildung des Plungerkolbens aus einem harten, abriebbeständigen, keramischen Werkstoff die Probleme mit dem Reibungsverschleiß und Festfressen vermeidet, die Stahl und andere Metallplunger­ kolben geplagt haben, und zusätzlich den axialen und seitlichen Lasten, die auf Plungerkolben eines Hochdruckkraftstoffsystems während des Motorbetriebs aus­ geübt werden, erfolgreicher als verfügbare Plungerkolben widersteht. Ein kerami­ scher Plungerkolben weist viele Vorteile auf. Die Arten von keramischen Werkstof­ fen, die sich für Kraftstoffsystemplungerkolben gemäß der vorliegenden Erfindung als zweckdienlich erwiesen haben, sind viel härter als die Werkstoffe, die gegenwärtig entweder für den Plungerkolben oder die Kraftstoffsystemkomponente verwendet werden, welche die Bohrung umgibt, die den Plungerkolben enthält. Ferner weist der bevorzugte keramische Werkstoff für den Plungerkolben eine geringe Reaktionsfä­ higkeit und eine geringe Verschweißungsaffinität mit ölgeschmierten Me­ tallgegenflächen auf. Es muß jedoch für die optimale Oberflächenbearbeitung an dem Keramikplungerkolben für das beste Gleitabriebverhalten gesorgt werden.

Es hat sich gezeigt, daß Plungerkolben eines Hochdruckkraftstoffsystems, die aus Ke­ ramiken hoher Härte und hoher Wärmeausdehnung, einschließlich Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid, hergestellt werden, eine signi­ fikant bessere Reibungsverschleißfestigkeit aufweisen als Plungerkolben, die aus Me­ tall hergestellt sind. Obwohl andere Keramiken, insbesondere Siliziumnitrid, auch eine bessere Reibungsverschleißfestigkeit aufweisen, hat sich gezeigt, daß nur Keramiken mit hoher Wärmeausdehnung zur Verwendung in der Bildung von Plungerkolben ei­ nes Hochdruckkraftstoffsystems geeignet sind. Eine besondere wirksame Keramik für diesen Zweck ist ein stabilisiertes Zirkoniumdioxid, das als umwandlungsgehärtetes Zirkoniumdioxid bekannt ist. Diese Zirkoniumdioxidkeramik ist vorzugsweise mit Magnesiumoxid, Calciumoxid, Ceroxid und/oder Yttriumoxid stabilisiert. Da die be­ vorzugte Zirkoniumdioxidkeramik die Bohrungen, in welchen sich Plungerkolben, die aus dieser Zirkoniumdioxidkeramik gebildet sind, hin- und herbewegen, nicht ab­ reibt, können die Bohrungen ohne Überholung wiederverwendet werden. Stabili­ sierte Zirkoniumdioxidkeramiken mit einer Härte größer 800 kg/mm² (1000 auf der Knoop-Skala) und einer Wärmeausdehnungszahl größer 6.10^-6/°C sind von Coors Ceramic Co. und Kyocera Fine Ceramics erhältlich.

Das Erreichen eines optimalen, minimalen Kraftstoffleckverlustes um den Plungerkol­ ben während des Motorbetriebs ist kritisch. Da Keramiken mit geringer Wärmeaus­ dehnung einen übermäßigen Leckverlust ermöglichen, sind nur Keramiken mit hoher Wärmeausdehnung imstande, einen Kraftstoffleckverlust innerhalb annehmbarer oder gar gewünschter Parameter zu halten. Die bevorzugten Keramikwerkstoffe sind jene mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C, vorzugsweise 9 bis 11.10^-6/°C, und einer Härte von mehr als 800 kg/mm², vorzugsweise 900 bis 1200 kg/mm². Der rostfreie Stahl, der gegenwärtig zur Bildung von Plungerkolben eines Hochdruckkraftstoffsystems verwendet wird, dehnt sich während des Kraft­ stoffsystembetriebs mit einer höheren Rate aus als das bevorzugte keramische Werk­ stoff. Daher kann der Abstand zwischen dem Außendurchmesser des Plungerkolbens und der Bohrungswand geringer sein, wenn ein Keramikplungerkolben verwendet wird, wodurch der Kraftstoffleckverlust aus dem Zwischenraum um den Plungerkol­ ben noch weiter minimiert wird. Die Wärmeausdehnungszahl der Keramik, die für den Plungerkolben gewählt wird, sollte vorzugsweise so knapp wie möglich an jene des Metalls angepaßt sein, das zur Bildung der Kraftstoffsystemkomponente verwendet wird, welche die Bohrung enthält, in der sich der Plungerkolben hin- und herbewegt, um einen im wesentlichen konstanten Zwischenraum oder Spalt um den Plungerkol­ ben während des Kraftstoffsystembetriebs aufrechtzuerhalten.

Fig. 5 vergleicht die Durchmesser der Injektorkörperbohrung 24 (Fig. 1) mit den Durchmessern eines Zeitsteuerplungerkolbens aus Metall, der gegenwärtig in Ver­ wendung ist, und zwei keramischen Plungerkolben mit unterschiedlichem Radialspiel über einen Bereich von Motorbetriebstemperaturen. Die Kurve A stellt den Durch­ messer der Injektorkörperbohrung über den untersuchten Temperaturbereich dar. Der Injektorkörper wurde aus Stahl gebildet. Die Kurve B zeigt die Änderungen im Plun­ gerkolbendurchmesser, wenn der Zeitsteuerplungerkolben 14 aus rostfreiem Stahl gebildet ist, der den gegenwärtig verwendeten Werkstoff darstellt. Das Radialspiel zwischen dem Zeitsteuerplungerkolben aus Stahl und der Injektorbohrung betrug in der getesteten Anordnung 5,0 Mikron. Die Kurven C und D zeigen diametrale Ände­ rungen im Durchmesser des Zeitsteuerplungerkolbens für zwei keramische Zeitsteu­ erplungerkolben bei unterschiedlichem Radialspiel mit dem Injektorkörper. Das Ra­ dialspiel zwischen dem keramischen Zeitsteuerplungerkolben und der Bohrung für die Anordnung, die durch die Kurve C dargestellt ist, betrug 2,5 Mikron, während der Zwischenraum für die keramische Zeitsteuerplungerkolbenanordnung der Kurve D 5,0 Mikron betrug, gleich dem Spiel zwischen dem Stahlplungerkolben und dem In­ jektorkörper. Mit zunehmender Temperatur erweiterte sich der Durchmesser des ke­ ramischen Plungerkolbens mit einer geringeren Rate als der Stahlplungerkolben. Da­ durch wird die Häufigkeit eines Kontakts zwischen dem Plungerkolben und der Boh­ rungswand und somit eines Reibungsverschleißes minimiert. Fig. 5 zeigt deutlich, daß ein keramischer Zeitsteuerplungerkolben gemäß der vorliegenden Erfindung ein geringeres Radialspiel in der Injektorbohrung aufweisen kann als der gegenwärtig verwendete Stahlplungerkolben und dennoch effektiv in Gegenwart der hohen axialen und seitlichen Lasten bzw. Kräfte funktionieren kann, die während des Mo­ torbetriebs auf den Zeitsteuerplungerkolben ausgeübt werden.

Fig. 6 vergleicht den Kraftstoffleckverlust um den Zeitsteuerplungerkolben in einem Kraftstoffinjektor der Art, die in Fig. 1 dargestellt ist, der bei einem Einspritzdruck von 34 ksi arbeitet, für einen keramischen Zeitsteuerplungerkolben gemäß der vorlie­ genden Erfindung und für einen Metallplungerkolben. Leckverlustwerte, die mehr als 5% Kraftstoff im Motoröl nach 250 Stunden verursachen, werden als übermäßig an­ gesehen. Der keramische Plungerkolben wurde aus einer stabilisierten Zirkoniumdio­ xidkeramik mit einer Härte größer 800 kg/mm² und einer normierten Wärmeausdeh­ nung von 0,67 gebildet, und hatte ein Radialspiel von 3,2 Mikron mit der Injektor­ bohrungswand. Der Metallplungerkolben wurde aus einem Stahl gebildet, der als 501 Stahl bekannt ist, mit einer Härte von 850-900 kg/mm² und einer normierten Wärme­ ausdehnung von 0,89, und hatte ein Radialspiel von 4,0 Mikron mit der Injektorboh­ rungswand. Der Unterschied im Zwischenraum war erforderlich, um den Spalt zwi­ schen dem Plungerkolben und der Bohrungswand für die beiden Werkstoffe wäh­ rend des Injektorbetriebs äquivalent zu machen. Da sich die Keramik viel weniger ausdehnt als das Metall, wäre der Leckverlust bei dem keramischen Plungerkolben viel größer, wenn die beiden Plungerkolben dasselbe anfängliche Radialspiel aufwie­ sen. Der Plungerkolben aus Metall zeigte ein unannehmbar hohes Maß an Leckver­ lust nach nur 50 Stunden, und dieser Leckverlustwert hielt über die Dauer des Tests an. Der Leckverlust um den keramischen Plungerkolben nahm erst zwischen 50 bis 100 Stunden zu, und der Leckverlustwert blieb geringer als bei dem Metallplunger­ kolben und innerhalb annehmbarer Grenzen.

Fig. 7 zeigt die Ergebnisse eines visuellen Vergleichs der Plungerkolbenqualität für drei Gruppen von Plungerkolben, von welchen eine aus 501 Stahl (501 SS) und zwei aus einer Zirkoniumdioxidkeramik von zwei verschiedenen Quellen hergestellt wa­ ren. Diese drei Gruppen von Plungerkolben wurden einem 10-stündigen Schmieröl­ test mit Viscor-16A unterzogen, einem sehr harten Fluid mit geringer oder keiner Schmierfähigkeit. Die visuellen Qualitäten des Plungerkolbens aus Stahl reichten von 5 bis 10, was eine geringfügige Leistung bis zum Blockieren anzeigt. Die visuellen Qualitäten der Plungerkolben aus Keramik waren unter 2, was eine gute Plungerkol­ benleistung anzeigt.

Die Kaltstarteigenschaften von Motoren mit Kraftstoffsystemplungerkolben aus Stahl und Kraftstoffsystemplungerkolben aus Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung wurden verglichen. Bei 0°F hat der Motor, unter Verwendung eines #1 Dieselkraft­ stoffes, Probleme beim Starten und die Batteriezellen waren nach dem Anlassen über 30 Sekunden verbraucht. Der Motor mit dem keramischen Kraftstoffsystemplunger­ kolben startete ohne Hilfe nach 28,5 Sekunden. Mit Hilfe von Ether startete der Mo­ tor mit dem Kraftstoffsystemplungerkolben aus Metall in 3,2 Sekunden bei 0°F. Bei 10°F benötigte der Motor mit dem Kraftstoffsystemplungerkolben aus Metall, mit #1 Dieselkraftstoff, 9,8 Sekunden zum Starten, während der Motor mit dem keramischen Kraftstoffsystemplungerkolben 6,2 Sekunden zum Starten brauchte. Bei 32°F benö­ tigte der Motor mit dem Kraftstoffsystemplungerkolben aus Metall, mit #2 Diesel­ kraftstoff, 3,4 Sekunden zum Starten, während der Motor mit dem keramischen Kraft­ stoffsystemplungerkolben 2,2 Sekunden zum Starten brauchte.

Klebelack bzw. adhesive Beschichtung ist ein Problem bei Kraftstoffsystemplunger­ kolben aus Metall, das bei Kraftstoffsystemplungerkolben aus Keramik nicht auftritt. Während des Kraftstoffinjektorbetriebs bewegen sich zum Beispiel die Zeitsteuer­ plungerkolben nicht vollständig in die Bohrung; ein kleiner Teil des Plungerkolbens bleibt über der Bohrung. Der obere Teil wird mit Schmieröl von den obenliegenden Elementen bedeckt. Nach einem ausgedehnten Motorbetrieb steigt die Temperatur des Plungerkolbens, und das Schmieröl erzeugt einen Lack bzw. einen Überzug auf dem oberen Teil des Plungerkolbens. Wenn die obenliegenden Motorelemente zu­ rückgestellt werden, wird der Injektor durch "Aufsetzen des Injektors" zurückgestellt. Dazu wird der Plungerkolben so weit wie möglich in die Injektorbohrung nach unten geschoben und dann über eine gewählte vorgeschriebene Distanz zurückgeschoben. Der obere Teil des Plungerkolbens, der mit Lack bzw. dem Überzug bedeckt wurde, wird während dieses Vorgangs in die Bohrung gepreßt, wodurch Lack bzw. der Überzug in die Bohrung geschoben wird. Der Lack bzw. der Überzug wirkt dann als Klebstoff und führt zu einem Festfressen des Plungerkolbens in der Bohrung. Plun­ gerkolben, die aus Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet sind, zeigen keine derartige Lackansammlung bzw. Überzugbildung. Als Stahl- und Plungerkol­ ben aus Keramik in gebrauchtem Motoröl vier Tage bei 350°C gebrannt wurden, wurden signifikante Lackmengen bzw. Überzüge an den Plungerkolben aus Stahl festgestellt, während die keramischen Plungerkolben keine Anzeichen eines Lacks bzw. von Überzügen aufwiesen.

Keramische Plungerkolben eines Hochdruckkraftstoffsystems mit Wärmeausdeh­ nungszahlen und Härteeigenschaften in dem obengenannten Bereich haben äußerst belastende Prüfstandversuche und Motortests bestanden, welche Standard-Zeitsteu­ erplungerkolben aus Stahl zerstört haben.

Hochdruckkraftstoffsysteme, in welchen der Plungerkolben aus Metall durch einen Plungerkolben aus Keramik, insbesondere ein Plungerkolben aus Zirkoniumdioxidke­ ramik, mit der Wärmeausdehnungszahl und der Härte gemäß der vorliegenden Erfin­ dung ersetzt wurden, waren unerwartet durch eine dramatische Abnahme der Repa­ raturen gekennzeichnet. Eine der Aufgaben, die von dem keramischen Kraftstoffsy­ stemplungerkolben der vorliegenden Erfindung erfüllt werden sollte, war die Verrin­ gerung eines Plungerkolbenreibungsverschleißes, einer Hauptursache von Kraftstoff­ systemreparaturen. Die Verringerung des Plungerkolbenreibungsverschleißes verrin­ gert gleichzeitig den Abrieb, das Blockieren und Versagen eines Plungerkolbens. Die Verwendung von keramischen Zeitsteuerplungerkolben anstelle von Plungerkolben aus Metall in Hochdruckkraftstoffinjektoreinheiten in den Kraftstoffsystemen von zwei Motormodellen, die von dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung entwickelt wurden, verringerte nicht nur die Injektorreparaturen, die durch einen Reibungsverschleiß des Plungerkolbens verursacht werden, sondern eliminierte diese im Prinzip. Solche Reparaturen sind für gewöhnlich erforderlich, wenn sich ein Kraft­ stoffinjektor-Zeitsteuerplungerkolben in der Bohrung festfrißt und sich nicht hin- und herbewegen kann, wodurch der Kraftstoffinjektor betriebsunfähig wird. Da der Reibungsverschleiß und das Festfressen des Kraftstoffsystemplungerkolbens im Prinzip durch die Ausbildung der Kraftstoffsystemplungerkolben aus einer Zirkoni­ umdioxidkeramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnung gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert wurden, haben sich die Injektorreparaturen pro Hundert (RPH) auf Null verringert und sind bei Motoren, in welchen diese keramischen Plungerkol­ ben verwendet wurden, auf Null geblieben.

Fig. 8a und 8b zeigen graphisch die Häufigkeit von Injektoreinheitsreparaturen pro Hundert (RPH) für zwei verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren, in welchen keramische Zeitsteuerplungerkolben gemäß der vorliegenden Erfindung die Zeit­ steuerplungerkolben aus Metall, die zuvor in den Hochdruckinjektoreinheiten in die­ sen Motoren verwendet wurden, ersetzten. In Fig. 8a ersetzte der Zeitsteuer­ plungerkolben aus Keramik den Zeitsteuerplungerkolben aus Metall ab Woche 27, und in Fig. 8b ersetzte der Zeitsteuerplungerkolben aus Keramik den Zeit­ steuerplungerkolben aus Metall ab Woche 19. In beiden Motortypen sanken die Re­ paraturen von festgefressenen und betriebsunfähigen Kraftstoffinjektor-Zeitsteuer­ plungerkolben unerwartet auf Null, nachdem die Keramik eingebaut und an Ort und Stelle belassen wurde. Dies hat die Garantie- und Reparaturkosten deutlich verrin­ gert.

Plungerkolben eines Hochdruckkraftstoffsystems, die aus Keramik wie hierin be­ schrieben gebildet sind, haben sich als äußerst zuverlässig erwiesen und zu signifi­ kanten Kosteneinsparungen geführt. Es wird angenommen, daß die Verwendung von Plungerkolben aus Keramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnung anstelle von Plungerkolben aus Metall in anderen Hochdruckkraftstoffsystemkomponenten, zum Beispiel Kraftstoffeinspritzpumpen, Verteilerpumpen, Druckspeicherpumpen und dergleichen, ähnliche Verringerungen in den Reparatur- und Garantiekosten mit sich bringt, indem ein reibungsverschleißfester, äußerst zuverlässiger Plungerkolben be­ reitgestellt wird, der bei hohen Drücken, unter hohen axialen und seitlichen Lasten bzw. Kräften und in Gegenwart von minderwertigen Kraftstoffen mit verringerter Schmierfähigkeit effizient arbeiten kann.

Der reibungsverschleißfeste bzw. gegen Fressen widerstandsfähige, keramische Plun­ gerkolben der vorliegenden Erfindung findet primär als integrierte Komponente in ei­ nem Hochdruckkraftstoffsystem, sobald ein Plungerkolben oder Kolben sich mit ge­ ringem Spiel in einer Bohrung hin- und herbewegen soll, in einem weiten Bereich von Verbrennungsmotortypen Anwendung, einschließlich der Motoren mit mittlerer und hoher Leistung und anderer Arten von Kompressionszündungs- oder Dieselmotoren.

Es wird ein abriebbeständiger und reibungsverschleißfester Plungerkolben zur Ver­ wendung in Hochdruckkraftstoffsystemkomponenten in Verbrennungsmotor bereit­ gestellt. Der Plungerkolben, der aus einer Keramik hoher Wärmeausdehnung und ho­ her Härte mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von vorzugsweise größer 6.10^-6/°C und einer Härte von vorzugsweise größer 800 kg/mm², hergestellt ist, hält ein ge­ wünschtes, optimales, minimales Radialspiel aufrecht, während ein übermäßiger Kraft­ stoffleckverlust vermieden wird, und hält eine effiziente Plungerkolbenfunktion auf­ recht, ohne unter den hohen axialen, seitlichen und Druck-Lasten bzw. -Kräften und bei den Kraftstoffen unterschiedlicher Qualität, die in der Betriebsumgebung des Kraftstoffsystems vorhanden sind, einen Reibungsverschleiß oder ein Festfressen zu erfahren. Bevorzugte Keramiken hoher Wärmeausdehnung und hoher Härte sind Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid.

Claims (17)

1. Reibungsverschleißfester und abriebbeständiger Plungerkolben für eine Hoch­ leistungs-Kraftstoffsystempumpe zur direkten oder indirekten Zuleitung von Hochdruckkraftstoff zu den Zylindern in einem Verbrennungsmotor, wobei der Plungerkolben zur Hin- und Herbewegung bei einem minimalen, optimalen Ra­ dialspiel von 76 bis 128 Millionstel eines Inch in einer axialen Bohrung in dem Kraftstoffsystempumpenkörper betätigbar bzw. antreibbar angeordnet ist, um ein genau dosiertes Volumen von eingeschlossenem Hochdruckkraftstoff in gewünschten Intervallen direkt oder indirekt an einen oder mehrere Motorzy­ linder abzugeben, wobei der Plungerkolben aus einem abriebbeständigen Ke­ ramikwerkstoff hoher Härte und hoher Wärmeausdehnung mit einem Wärme­ ausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C und einer Härte größer 800 kg/mm² hergestellt ist und der Plungerkolben in bezug auf die axiale Bohrung so di­ mensioniert ist, daß das optimale Radialspiel mit dieser aufrechterhalten wird, so daß er sich frei, ohne festzufressen, in der Bohrung während des Kraftstoff­ systempumpenbetriebs hin- und herbewegt.

2. Plungerkolben nach Anspruch 1, wobei der Plungerkolben aus einer Keramik gebildet ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumdioxid-, Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid- und Aluminiumoxidkeramik mit einem Wär­ meausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C und einer Härte größer 800 kg/mm².

3. Plungerkolben nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Plungerkolben aus einer umwandlungsgehärteten Zirkoniumdioxidkeramik gebildet ist.

4. Reibungsverschleißfester und abriebbeständiger Plungerkolben aus Zirkonium­ dioxidkeramik hoher Wärmeausdehnung und hoher Härte für eine Kraftstoffsy­ stemkomponente eines Verbrennungsmotors, wobei der Plungerkolben voll­ ständig in einer axialen Bohrung in der Kraftstoffsystemkomponente zur direk­ ten oder indirekten Abgabe einer ausgewählten Menge an Hochdruckkraftstoff an den Motorbrennraum betätigbar bzw. antreibbar angeordnet ist, und wobei der Zeitsteuerplungerkolben zur axialen Hin- und Herbewegung in der axialen Bohrung in der Kraftstoffsystemkomponente unter einer hohen axialen Last bzw. Kraft und einer zusätzlichen seitlichen Last bzw. Kraft auf dem Plunger­ kolben imstande ist und in eine Bohrung mit einem Radialspiel von 76 bis 128 Millionstel eines Inch innerhalb der axialen Bohrung eingebaut ist, um ein ge­ wünschtes, optimales, minimales Radialspiel aufrechtzuerhalten, während ein übermäßiger Kraftstoffleckverlust verhindert wird, und um ohne Reibungsver­ schleiß und Festfressen unter den hohen axialen, seitlichen und Druck-Lasten bzw. -Kräften und bei Kraftstoffen unterschiedlicher Qualität, die in der Be­ triebsumgebung des Kraftstoffsystems vorhanden sind, eine effiziente Plunger­ kolbenfunktion aufrechtzuerhalten.

5. Plungerkolben nach Anspruch 4, wobei der Plungerkolben aus Zirkoniumdio­ xidkeramik einen Wärmeausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C und eine Härte größer 800 kg/mm² aufweist.

6. Plungerkolben nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Plungerkolben aus einer umwandlungsgehärteten Zirkoniumdioxidkeramik gebildet ist.

7. Kraftstoffinjektoreinheit zum Einspritzen von Hochdruckkraftstoff in einen Mo­ torzylinder in einem Dieselmotor, wobei der Injektor eine Mehrzahl von axial angeordneten, durch einen Injektorzug bzw. ein Injektorgetriebe angetriebenen Plungerkolben umfaßt, die sich in einer axialen Bohrung in dem Injektor ohne Reibungsverschleiß hin- und herbewegen, wobei jeder Plungerkolben in eine Bohrung mit einem Radialspiel von 76 bis 128 Millionstel eines Inch innerhalb der axialen Bohrung eingebaut ist, um ein gewünschtes, optimales, minimales Radialspiel aufrechtzuerhalten, während ein übermäßiger Kraftstoffleckverlust verhindert wird, und um ohne Reibungsverschleiß und Festfressen unter den hohen axialen, seitlichen und Druck-Lasten bzw. -Kräften und bei Kraftstoffen unterschiedlicher Qualität, die in der Betriebsumgebung des Kraftstoffsystems vorhanden sind, eine effiziente Plungerkolbenfunktion aufrechtzuerhalten, um ein genau dosiertes Volumen von eingeschlossenem Hochdruckkraftstoff in gewählten Intervallen in den Zylinder einzuspritzen, wobei zumindest einer der Mehrzahl von Plungerkolben aus einer reibungsverschleißfesten Zirkonium­ dioxidkeramik mit hoher Härte und hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet ist.

8. Kraftstoffinjektoreinheit nach Anspruch 7, wobei ein Zeitsteuerplungerkolben, der zwischen einem Antriebsaufbau bzw. -gestänge des Injektorzugs- bzw. -getriebes und einem Dosierplungerkolben angeordnet ist, aus der Zirkonium­ dioxidkeramik gebildet ist.

9. Kraftstoffinjektoreinheit nach Anspruch 8, wobei der Zeitsteuerplungerkolben und der Dosierplungerkolben aus der Zirkoniumdioxidkeramik gebildet sind.

10. Kraftstoffinjektoreinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Plunger­ kolben aus einer Keramik gebildet sind, die ausgewählt ist aus der Gruppe be­ stehend aus Zirkoniumdioxid-, Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid- und Alumini­ umoxidkeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C und einer Härte größer 800 kg/mm².

11. Druckspeicheranordnung für ein Motorkraftstoffverteilsystem, das zum Vertei­ len von Hochdruckkraftstoff durch einen Verteiler zu einer Mehrzahl von Kraft­ stoffinjektoreinheiten in einem Verbrennungsmotor ausgebildet ist, wobei die Druckspeicheranordnung ein Paar von Pumpenkolben umfaßt, die jeweils mit einem Radialspiel von 76 bis 128 Millionstel eines Inch innerhalb einer entspre­ chenden axialen Bohrung eingebaut sind, um ein gewünschtes, optimales, mini­ males Radialspiel aufrechtzuerhalten, während ein übermäßiger Kraftstoffleck­ verlust verhindert wird, und um ohne Reibungsverschleiß und Festfressen unter den hohen axialen, seitlichen und Druck-Lasten bzw. -Kräften und bei Kraft­ stoffen unterschiedlicher Qualität, die in der Betriebsumgebung des Kraftstoff­ systems vorhanden sind, eine effiziente Plungerkolbenfunktion aufrechtzuerhal­ ten, um ein genau dosiertes Volumen von eingeschlossenem Hochdruckkraft­ stoff in gewählten Intervallen zu pumpen, wobei die Pumpenkolben aus einer reibungsverschleißfesten Zirkoniumdioxidkeramik mit hoher Härte und hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet sind und zum Aufrechterhalten des minimalen Radialspiels dimensioniert sind.

12. Druckspeicheranordnung nach Anspruch 11, wobei die Plungerkolben aus einer Keramik gebildet sind, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirko­ niumdioxid-, Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid- und Aluminiumoxidkeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C und einer Härte größer 800 kg/mm², und/oder wobei die Plungerkolben aus einer umwandlungsgehär­ teten Zirkoniumdioxidkeramik gebildet sind.

13. Elektronische Kraftstoffpumpe zum Pumpen einer Versorgungsmenge von Hochdruckkraftstoff zu den Kraftstoffverteilkomponenten eines Verbren­ nungsmotors, wobei die Kraftstoffpumpe mindestens einen Kraftstoffverteil­ plungerkolben zum Verteilen eines genau dosierten Volumens von eingeschlos­ senem Hochdruckkraftstoff in gewählten Intervallen umfaßt, wobei der minde­ stens eine Plungerkolben in einer Bohrung mit einem Radialspiel von 76 bis 128 Millionstel eines Inch eingebaut ist, um ein gewünschtes, optimales, minimales Radialspiel aufrechtzuerhalten, während ein übermäßiger Kraftstoffleckverlust verhindert wird, und um ohne Reibungsverschleiß und Festfressen unter den hohen axialen, seitlichen und Druck-Lasten bzw. -Kräften und bei Kraftstoffen unterschiedlicher Qualität, die in der Betriebsumgebung des Kraftstoffsystems vorhanden sind, eine effiziente Plungerkolbenfunktion aufrechtzuerhalten, und wobei der Plungerkolben aus einer reibungsverschleißfesten Zirkoniumdioxid­ keramik hoher Härte und hoher Wärmeausdehnung gebildet ist.

14. Elektronische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 13, wobei der einzelne Kraft­ stoffverteilerplungerkolben axial relativ zu einer Längsachse der Kraftstoff­ pumpe eingebaut ist.

15. Elektronische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Pumpe eine Mehrzahl von Kraftstoffverteilplungerkolben umfaßt, die radial relativ zu einer Längsachse der Kraftstoffpumpe eingebaut sind, wobei jeder Plungerkol­ ben einem entsprechenden Motorzylinder zugeordnet ist.

16. Elektronische Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Pumpe des weiteren einen Zeitsteuerplungerkolben umfaßt, der in einer Boh­ rung getrennt von der mindestens einen Kraftstoffverteilplungerkolbenbohrung eingebaut ist, wobei der Plungerkolben in bezug auf die Bohrung so di­ mensioniert ist, daß das minimale Radialspiel aufrechterhalten wird, und aus einer reibungsverschleißfesten Zirkoniumdioxidkeramik mit hoher Härte und hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet ist.

17. Elektronische Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Plungerkolben aus einer Keramik gebildet ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumdioxid-, Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid- und Alumi­ niumoxidkeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten größer 6.10^-6/°C und einer Härte größer 800 kg/mm², und/oder wobei der Plungerkolben aus ei­ ner umwandlungsgehärteten Zirkoniumdioxidkeramik gebildet ist.