DE10042956A1 - Düsenkörper mit Schutzkappe - Google Patents

Abstract

Es wird ein Düsenkörper beschrieben, der eine Schutzkappe im Bereich der Düsenspitze aufweist. Die Schutzkappe ist vorzugsweise aus einem thermisch isolierenden und/oder resistenten Material gefertigt. Durch die Schutzkappe wird der Düsenkörper gegen die hohe Temperatur und die Medien im Brennraum geschützt. Damit wird die Dauerhaltbarkeit des Düsenkörpers (1) und insbesondere des Dichtsitzes des Düsenkörpers (1) verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Düsenkörper gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Düsenkörper sind Teile eines Einspritzventils, in denen eine Düsennadel geführt ist und von deren Position abhängig ein Kraftstoffraum mit Einspritzlöchern verbunden wird. Die Spit­ ze eines Düsenkörpers ragt bei einem Einspritzventil in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Dadurch ist die Düsen­ spitze erhöhten Belastungen aufgrund der hohen Temperatur, die im Brennraum bei einer Verbrennung von Kraftstoff herrscht, ausgesetzt. Zudem ist das im Brennraum verbrennende Luft-/Kraftstoffgemisch relativ aggressiv und greift die Dü­ senspitze an.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Düsenkörper bereitzustellen, der an die im Brennraum herrschenden Bedin­ gungen besser angepasst ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung be­ steht darin, daß die Düsenspitze mit einer Schutzkappe verse­ hen ist. Die Schutzkappe ist aus einem Material gefertigt, das an die Bedingungen im Brennraum angepasst ist. Auf diese Weise wird eine erhöhte Haltbarkeit der Düsenspitze erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Vorzugsweise wird die Schutzkappe aus einer vorgesinterten Keramik hergestellt. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der Verwendung ei­ nes teilstabilisierten oder tetragonalen Zirkonoxid.

Die Schutzkappe wird in einer bevorzugten Verbindungstechnik durch ein Aktiv-Lötverfahren auf den Metallgrundkörper der Düsenspitze aufgelötet. Eine weitere vorteilhafte Verbin­ dungstechnik zwischen der Schutzkappe und dem Metallgrundkör­ per der Düsenspitze besteht in einer Reibschweißverbindung.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Schutzkappe breitere äußere Düsenlöcher auf, die den inneren Düsenlöchern zugeordnet sind. In einer Weiterbildung der Erfindung weiten sich die äußeren Düsenlöcher nach außen auf. Auf diese Weise wird eine unbehinderte Ausbreitung des Einspritzstrahls ge­ währleistet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schutzkappe über eine Zylinderfläche, die am Düsenkörper ausgebildet ist, mit dem Düsenkörper verbunden. Die Zylinderfläche bietet den Vorteil, daß eine relativ große Fläche zur Verbindung zur Verfügung steht.

Die Erfindung wird im folgende anhand der Figuren näher er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Düsenkörper des Einspritzventils im Quer­ schnitt und

Fig. 2 eine Düsenspitze eines Düsenkörpers mit einer Schutzkappe.

Fig. 1 zeigt einen Düsenkörper 1 eines Einspritzventils, wie er beispielsweise bei einem Diesel-Einspritzventil für ein Common-Rail-Einspritzsystem verwendet wird. Der Düsenkörper weist eine mittige Zentralbohrung 7 auf, die bis zu einer Dü­ senspitze 8 geführt ist. Die Düsenspitze 8 ist mit einer Schutzkappe 14 versehen, deren Aufbau anhand der Fig. 2 nä­ her erläutert wird. In der Düsenspitze 8 sind unterhalb eines Dichtsitzes 12 innere Einspritzlöcher 9 eingebracht.

In der Zentralbohrung 7 ist eine Düsennadel 4 angeordnet, die mit einem Führungsabschnitt 5 im oberen Bereich im Düsenkör­ per 1 geführt ist. Die Düsennadel 4 weist eine Nadelspitze 6 auf, die mit einer Sitzfläche 11 versehen ist, die dem Dicht­ sitz 12 zugeordnet ist (Fig. 2). Unterhalb des Führungsab­ schnitts 5 ist zwischen dem Düsenkörper 1 und der Düsennadel 4 ein Druckraum 3 ausgebildet, der sich in Form eines Zylin­ dermantels bis zum Dichtsitz 12 erstreckt. Der Druckraum 3 ist an eine Zulaufbohrung 2 angeschlossen, die im Düsenkörper 1 eingebracht ist. Die Zulaufbohrung 2 steht beispielsweise mit einem Kraftstoffspeicher in Verbindung und versorgt den Druckraum 3 mit Kraftstoff.

Für eine Einspritzung wird die Düsennadel 4 von einem Aktor vom Dichtsitz 12 abgehoben, so daß eine hydraulische Verbin­ dung zwischen dem Druckraum 3 und den inneren Einspritzlö­ chern 9 vorliegt.

In Fig. 2 wird eine vergrößerte Darstellung der Düsenspitze 8 mit der Schutzkappe 14 dargestellt. Die Schutzkappe 14 ist rotationssymmetrisch zu einer Mittenachse 19 ausgebildet und umfasst die Düsenspitze 8 in Form einer einseitig geschlosse­ nen Hülse. Die Schutzkappe 14 weist im Bereich der inneren Einspritzlöcher 9 äußere Einspritzlöcher 13 auf. Der Düsen­ körper 1 weist am Außenumfang eine Abstufung 16 auf, über die der Außendurchmesser des Düsenkörpers 1 von einem ersten Durchmesser auf einen zweiten, kleineren Durchmesser über­ geht. Vorzugsweise weist die Schutzkappe 14 einen oberen, hülsenförmigen Abschnitt 21 auf, der im Bereich der Abstufung angeordnet ist. Vorzugsweise liegt die Schutzkappe 14 auf einer zylinderförmigen Außenfläche 15 des Düsenkörpers 1 auf, der unterhalb der Abstufung 16 ausgebildet ist. Die Schutz­ kappe 14 ist vorzugsweise im Bereich der Außenfläche 15 über eine zylinderflächige Verbindungsfläche mit dem Düsenkörper 1 verbunden. Als Verbindungstechnik wird beispielsweise ein Ak­ tiv-Lötverfahren verwendet, mit dem die Schutzkappe 14 auf die Außenfläche 15 des Düsenkörpers 1 aufgelötet wird. Die Schutzkappe 14 besteht vorzugsweise aus einer vorgesinterten Keramik. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Schutzkappe 14 besteht in der Verwendung von teilstabilisier­ ten oder tetragonalen Zirkonoxid als Werkstoff für die Schutzkappe 14. Die beschriebenen Materialien weisen den Vor­ teil auf, daß sie eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen und zudem relativ gut an den Werkstoff des Düsenkörpers 1 in Bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten angepasst sind. Der Werkstoff des Düsenkörpers 1 ist eine Metallverbindung. Somit ist eine gute Wärmeisolationswirkung zwischen einem Brennraum und dem Düsenkörper 1 schon bei relativ kleinen Wandstärken der Schutzkappe 14 erreichbar. Wegen der guten Übereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten tre­ ten zwischen der Schutzkappe 14 und dem Düsenkörper 1 nur ge­ ringe mechanische Spannungen auf, die eine Beeinträchtigung der Verbindung zwischen der Schutzkappe 14 und dem Düsenkör­ per 1 erzeugen können. Weiterhin sind die für die Schutzkappe 14 beschriebenen Werkstoffe besonders vorteilhaft, da sie gu­ te mechanische Eigenschaften und eine hohe chemische Resi­ stenz gegenüber den im Brennraum wirksamen Medien aufweisen.

Ein weiteres bevorzugtes Verfahren zur Verbindung der Schutz­ kappe 14 mit dem Düsenkörper 1 besteht darin, die Schutzkappe 14 durch Reibschweißen mit dem Düsenkörper 1 zu verbinden. Bei dieser Verbindungstechnik werden die äußeren Einspritzlö­ cher 13 erst nach der Verbindung mit dem Düsenkörper 1 in die Schutzkappe 14 eingebracht. Die äußeren Einspritzlöcher 13 werden beispielsweise durch Laserschweißen eingearbeitet. Grundsätzlich ist darauf zu achten, daß die äußeren Ein­ spritzlöcher 13 sich genau vor den inneren Einspritzlöchern 9 befinden und zudem einen größeren Durchmesser als die inneren Einspritzlöcher 9 aufweisen. In einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform weisen die äußeren Einspritzlöcher 13 einen koni­ schen Querschnitt auf, der sich von den inneren Einspritzlö­ chern 9 ausgehend in Richtung auf den Brennraum erweitert. Aufgrund dieser Form dieser äußeren Einspritzlöcher 13 wird gewährleistet, daß sich eine optimale Strahlaufweitung beim Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum ergibt.

Bei einer Reibverschweißung zwischen der Schutzkappe 14 und dem Düsenkörper 1 werden auch die inneren Einspritzlöcher 9 erst nach der Verbindung eingebracht, wobei die Einbringung in den Metallwerkstoff des Düsenkörpers 1 beispielsweise durch ein Erosionsverfahren ausgeführt wird.

Der Düsenkörper 1 geht von der zylinderförmigen Außenfläche 22 in einer zweiten Stufe 23 zu der Düsenspitze 8 über, die abgerundet ist. Die inneren Einspritzlöcher 9 liegen zwischen der zweiten Stufe 23 und der Düsenspitze 8.

Die Schutzkappe 14 ist vorzugsweise in ihrer Form an die Form der Düsenspitze 8 angepasst, wobei die Schutzkappe 14 vor­ zugsweise im Bereich der inneren Einspritzlöcher 9 an dem Dü­ senkörper 1 anliegt. Auf diese Weise wird durch ein inneres und äußeres Einspritzloch 9, 13 ein Einspritzkanal gebildet, der eine durchgängige Kanalwand ohne Unterbrechung aufweist und der für eine gute Einspritzstrahlformung von Vorteil ist.

Vorzugsweise kann die Schutzkappe 14 im Bereich der inneren Einspritzlöcher 9 auch mit dem Düsenkörper 1 verschweißt sein, um dadurch einen durchgängigen Einspritzkanal zu ge­ währleisten.

Die Schutzkappe 14 weist entsprechend dem Düsenkörper 1 eine zweite abgerundete Spitze 24 auf, die mittig zur Mittenachse 19 angeordnet ist. Vorzugsweise ist zwischen der Düsenspitze 8 des Düsenkörpers 1 und der zweiten Spitze 24 der Schutzkap­ pe 14 ein Hohlraum 18 ausgebildet. Der Hohlraum 18 dient als Wärmepuffer, so daß eine Wärmeübertragung vom Brennraum auf den Düsenkörper 1 durch den Hohlraum 18 erschwert ist. Somit ist die thermische Isolierung des Düsenkörpers 1 durch den Hohlraum 18 verbessert.

Der größere Durchmesser der zweiten Einspritzlöcher 13 weist zudem den Vorteil auf, daß die für eine optimale Einspritz­ strahlformung erforderliche Genauigkeit der Geometrie der Einspritzlöcher nur bei den inneren Einspritzlöchern 9 ein­ gehalten werden muss. Somit wird das Herstellungsverfahren kostengünstiger.

Die Schutzkappe 14 weist den Vorteil auf, daß der Düsenkörper 1 gegenüber den hohen Temperaturen im Brennraum, die über 300°C liegen, isoliert ist. Somit werden Gefügeänderungen im Werkstoff des Düsenkörpers 1 reduziert. Dadurch wird verhin­ dert, daß der Widerstand gegen Verschleiß im Bereich des Dichtsitzes 12 abnimmt. Damit werden eine Nadelhuberhöhung, Undichtheiten und eine Minimierung der Dauerhaltbarkeit ver­ mieden.

Claims (11)

1. Düsenkörper mit einem Druckraum (3), von dem aus ein Einspritzloch im Bereich der Düsenspitze (8) nach außen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Düsenspitze (8) eine Schutzkappe (14) am Düsenkörper (1) befestigt ist.

2. Düsenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (14) aus einem thermisch isolierenden Ma­ terial gefertigt ist.

3. Düsenkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (14) aus einer vorge­ sinterten Keramik hergestellt ist.

4. Düsenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schutzkappe (14) aus einem teilsta­ bilisierten oder tetragonalen Zirkonoxid hergestellt ist.

5. Düsenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schutzkappe (14) über eine Löt­ schicht oder über eine Reibschweißschicht mit dem Düsen­ körper (1) verbunden ist.

6. Düsenkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (14) über eine Zylinderfläche mit dem Dü­ senkörper (1) verbunden ist.

7. Düsenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schutzkappe (14) äußere Einspritz­ löcher (13) aufweist, wobei die äußeren Einspritzlöcher (13) im Bereich der inneren Einspritzlöcher (9) angeord­ net sind und einen größeren Durchmesser als die inneren Einspritzlöcher (9) aufweisen.

8. Düsenkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Einspritzlöcher (13) einen konischen Quer­ schnitt aufweisen, der sich ausgehend von den inneren Einspritzlöchern (9) nach außen hin erweitert.

9. Düsenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schutzkappe (14) im Bereich der in­ neren Einspritzlöcher (9) am Düsenkörper (1) anliegt und vorzugsweise mit dem Düsenkörper (1) fest verbunden ist.

10. Düsenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen der Schutzkappe (14) und dem Düsenkörper (1) ein Hohlraum (18) ausgebildet ist, der vorzugsweise zwischen der Düsenspitze (8) und der Spitze (24) der Schutzkappe (14) ausgebildet ist.

11. Einspritzventil mit einem Düsenkörper nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche.