DE10054183A1 - Einspritznadel mit elastischer Nadelspitze - Google Patents

Abstract

Die Einspritznadel weist eine Nadelspitze auf, die elastisch über ein Verbindungsstück mit einem Nadelschaft verbunden ist. Über die elastische Verbindung ist eine Dämpfung der Kraft möglich, mit der die Nadelspitze auf einen zugeordneten Dichtsitz aufschlägt. Auf diese Weise wird die Belastung des Dichtsitzes reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritznadel gemäß dem Oberbeg­ riff des Patentanspruchs 1 und ein Einspritzventil mit einer solchen Einspritznadel.

Einspritznadeln weisen unterschiedlichste Formen insbesondere im Bereich der Nadelspitze auf, mit denen eine Beeinflussung der Kraftstoffströmung erreicht wird. Weiterhin ist an der Nadelspitze eine Dichtfläche ausgebildet, die einem Dichtsitz eines Düsenkörpers zugeordnet ist. Der Dichtsitz wird beim Öffnen und Schließen des Einspritzventils dynamisch und sta­ tisch stark beansprucht. Bei geringen Abweichungen in der Justierung der Einspritznadel im Einspritzventil tritt ein erhöhter Verschleiß am Dichtsitz auf. Durch den Verschleiß wird eine Hubvergrößerung der Einspritznadel und/oder eine Undichtheit am Dichtsitz bewirkt.

Bisher ist es bekannt, aufwendige Geometrien am Dichtsitz o­ der an der Einspritznadel auszubilden, um einen Dichtsitzver­ schleiß in Grenzen zu halten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfach aufge­ baute Einspritznadel bereitzustellen, mit der ein Verschlei­ ßen des Dichtsitzes reduziert ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Nadelspitze über ein elastisches Element mit dem Nadel­ schaft verbunden ist. Das elastische Element dämpft den Im­ puls, mit der die Einspritznadel mit der Nadelspitze auf ei­ nen Dichtsitz aufschlägt, so dass eine geringere Beanspru­ chung des Dichtsitzes erreicht wird.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine bevorzugte Ausführungs­ form des elastischen Elementes besteht darin, ein mittensym­ metrisch angeordnetes Verbindungsstück zwischen dem Nadel­ schaft und der Nadelspitze auszubilden. Dabei ist die Nadel­ spitze, das Verbindungsstück und der Nadelschaft einstückig ausgebildet. Auf diese Weise wird eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt.

Vorzugsweise wird das Verbindungsstück in der Weise ausgebil­ det, dass eine ringförmig umlaufende Nut in die Einspritzna­ del eingebracht ist, die das Verbindungsstück definiert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, das Verbindungsstück mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1,5 mm auszubilden.

Gute elastische Eigenschaften der Nadelspitze werden er­ reicht, indem die Nut einen Abstand von einer Dichtkante der Nadelspitze aufweist, der im Bereich von 0 bis 1 mm liegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Nut einen U- förmigen Querschnitt auf. Eine U-förmige Nut ist einfach ein­ zubringen, so dass die Einspritznadel kostengünstig zu ferti­ gen ist.

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

Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Einspritzventils,

Fig. 2 eine Nadelspitze mit einem Nadelschaft, und Fig. 3 ei­ ne weitere Ausführungsform der Einspritznadel.

Fig. 1 zeigt ein Einspritzventil 1, das einen Düsenkörper 2 aufweist. Im Düsenkörper 2 ist eine Einspritznadel 10 beweg­ lich geführt. Die Einspritznadel 10 weist eine Nadelspitze 11 mit einer Dichtfläche 6 auf. Die Dichtfläche 6 liegt im geschlossenen Zustand des Einspritzventils 1 mit einer Dicht­ kante 22 auf einem Dichtsitz 5 auf, der oberhalb von Ein­ spritzlöchern 4 an der Innenwandung des Düsenkörpers 2 ausge­ bildet ist. Zwischen der Einspritznadel 10 und dem Düsenkör­ per 2 ist ein Einspritzraum 3 ausgebildet, der an eine Zu­ laufbohrung 8 angeschlossen ist. Über die Zulaufbohrung 8 wird der Einspritzraum 3 mit Kraftstoff versorgt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zulaufbohrung 8 mit einem Kraftstoffspeicher verbunden, der Kraftstoff mit einem vorge­ gebenen Druck bereithält.

Im Einspritzventil 1 ist ein Aktor 7 über der Einspritznadel 10 angeordnet, der elektrische Anschlüsse 9 aufweist. Der Ak­ tor 7 steht in Wirkverbindung mit der Einspritznadel 10 und legt abhängig von der Ansteuerung über die Anschlüsse 9 die Position der Einspritznadel 10 fest. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird der Aktor 7 in entsprechender Weise ange­ steuert und die Einspritznadel 10 wird durch den Aktor 7 vom Dichtsitz 5 abgehoben. Somit entsteht eine hydraulische Ver­ bindung zwischen dem Einspritzraum 3 und den Einspritzlöchern 4. Als Folge wird Kraftstoff über die Einspritzlöcher 4 abge­ geben.

Soll die Einspritzung beendet werden, so wird die Ansteuerung des Aktors 7 unterbrochen und der Aktor 7 bewegt die Ein­ spritznadel 10 wieder mit der Dichtfläche 6 auf den Dichtsitz 5, so dass die hydraulische Verbindung zwischen dem Ein­ spritzraum 3 und den Einspritzlöchern 4 unterbrochen ist.

Fig. 2 zeigt einen Teilausschnitt des vorderen Bereichs der Einspritznadel 10 und des Düsenkörpers 2. Die Einspritznadel 10 ist in einen Nadelschaft 12 und eine Nadelspitze 11 unter­ teilt, wobei die Nadelspitze 11 über ein Verbindungsstück 13 mit dem Nadelschaft 12 verbunden ist. Die Nadelspitze 11 weist eine kegelförmige Dichtfläche 6 auf, die rotationssym­ metrisch zu einer Symmetrieachse 14 ausgebildet ist. Der Dichtfläche 6 ist ein kegelförmiger Dichtsitz 5 zugeordnet, der ebenfalls rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse 14 an der Innenwandung des Düsenkörpers 2 ausgebildet ist. Zwischen der Dichtfläche 6 und dem Dichtsitz 5 ist ein Differenzwinkel A ausgebildet, so dass eine sichere Abdichtung zwischen dem Dichtsitz 5 und der Dichtfläche 6 gewährleistet ist. Im ge­ schlossenen Zustand liegt die Dichtfläche 6 oberhalb der Ein­ spritzlöcher 4 mit der Dichtkante 22 auf dem Dichtsitz 5 in einer umlaufenden Ringfläche auf.

Der Nadelschaft 12 geht von einem ersten zylinderförmigen Teilstück 15 in ein zweites, kegelförmiges Teilstück 16 über. An das zweite Teilstück 16 schließt sich ein drittes Teil­ stück 17 an, das ebenfalls zylinderförmig ausgebildet ist, a­ ber einen kleineren Querschnitt als das erste Teilstück 15 aufweist. Das dritte Teilstück 17 verjüngt sich wiederum über eine umlaufende, ringförmige Nut 18 in einem vierten Teil­ stück 19, das das Verbindungsstück 13 darstellt. Anschließend erweitert sich der Querschnitt ausgehend vom vierten Teil­ stück 19 in einem fünften Teilstück 20. Das fünfte Teilstück 20 stellt den oberen Teil der Nadelspitze 11 dar. Die Nadel­ spitze 11 verjüngt sich in der Kegelform der Dichtfläche 6 bis zu einer Endfläche 21, die die Nadelspitze 11 abschließt.

Das fünfte Teilstück 20 und das dritte Teilstück 17 weisen vorzugsweise den gleichen Querschnitt auf. Die Nut 18 weist vorzugsweise im Querschnitt eine U-Form auf. Es sind jedoch auch andere Formen von Nuten 18 möglich.

Das Verbindungsstück 13 ist vorzugsweise mittensymmetrisch zur Symmetrieachse 14 angeordnet und weist vorzugsweise einen Durchmesser D von 0,5 bis 1,8 mm auf. Eine bevorzugte Größe für den Durchmesser des Verbindungsstückes 13 liegt im Be­ reich von 1,1 bis 1,3 mm.

Die Breite B der Nut 18 parallel zur Symmetrieachse 14 gese­ hen weist vorzugsweise einen Wert von 0,1 bis 1 mm auf. Besonders gute Eigenschaften wurden mit einer Nutbreite von 0,25 bis 0,35 mm erreicht.

Die Nut 18 weist eine Unterkante 23 auf, an der sich die Na­ delspitze 11 zu dem Verbindungsstück 13 verjüngt. Der Abstand zwischen der Dichtkante 22 und der Unterkante 23 ist von be­ sonderer Bedeutung, da der Abstand wesentlich die elastischen Eigenschaften der Anbindung der Nadelspitze an die Einspritz­ nadel und damit die dämpfenden Eigenschaften der Einspritzna­ del festlegt. Gute dämpfende Eigenschaften werden mit einem Abstand Z der Unterkante 23 von der Dichtkante 22 erreicht, der im Bereich von 0,1 bis 1 mm liegt.

Die Unterkante 23 verläuft vorzugsweise nach einer Rundung senkrecht zur Längsachse der Einspritznadel. Eine wesentliche Funktion der Nut 18 besteht darin, eine Reduzierung des Quer­ schnittes des Verbindungsstückes 13 zu erreichen.

Versuche haben ergeben, dass eine Ausbildung des Verbindungs­ stückes 13 mit einem geringen Abstand zur Dichtkante 22 be­ sonders dämpfende Eigenschaften ermöglicht. Jedoch ist es vorteilhaft aus Gründen der Fertigungsgenauigkeit und evtl. auftretendem Verschleiß einen festgelegten Abstand von der Dichtkante 22 einzuhalten.

Durch die dämpfende Wirkung des Verbindungsstückes 13 kann die maximale Fließspannung, die von der Nadelspitze 11 auf den Düsenkörper 2 ausgeübt wird, um bis zu 50% reduziert wer­ den.

Bevorzugte Werte für eine Kombination aus dem Durchmesser D und dem Abstand Z liegen für den Durchmesser D von 1-1,3 mm und dem Abstand Z von 0,1 bis 1 mm.

Die Einspritznadel 10 der Fig. 2 ist einstückig aus dem Na­ delschaft 12, dem Verbindungsstück 13 und der Nadelspitze 11 ausgebildet. Beispielsweise wird die Einspritznadel 10 aus Arbeitsstahl S 652 oder aus dem Material 100 Chrom 6 herge­ stellt.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die einstückige Ausbil­ dungsform beschränkt, sondern der Nadelschaft 12, das Verbin­ dungsstück 13 und die Nadelspitze 11 können auch aus ver­ schiedenen Materialien hergestellt sein, wobei das Verbin­ dungsstück 13 mit dem Nadelschaft 12 und der Nadelspitze 11 über geeignete Verbindungsflächen oder Verbindungsmittel ver­ bunden ist. Beispielsweise kann das Verbindungsstück 13 in den Nadelschaft 12 und die Nadelspitze 11 eingeschraubt oder mit dem Nadelschaft 12 und der Nadelspitze 11 verschweißt werden.

Vorzugsweise wird in dieser Ausführungsform das Verbindungs­ stück 13 aus einem Material hergestellt, das dämpfendere Ei­ genschaften als das Material des Nadelschaftes 12 und/oder das Material der Nadelspitze 11 aufweist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Einspritzna­ del, bei der die Unterkante 23 bis zu einem Durchmesser D des Verbindungsstückes 13 geführt ist. Die Unterkante 23 geht in einen Rundungsradius R über, der im Bereich von 0,15 bis 0,4 mm liegt. An den Rundungsradius schließt sich tangential eine kegelstumpfförmige Übergangsfläche 24 an, die einen Winkel von 40° bis 75° zur Mittenachse der Einspritznadel aufweist. Ausgehend von dem Rundungsradius R vergrößert sich wieder stetig der Durchmesser der Einspritznadel bis zum Durchmesser des Nadelschaftes 12.

Auch mit dieser Ausführungsform werden gute dämpfende Eigen­ schaften erreicht. Versuche zeigen, dass die Größe der Erstreckung des Verbindungsstückes 13 parallel zur Längsachse der Einspritznadel wenig Einfluss auf die dämpf enden Eigen­ schaften der Anbindung der Nadelspitze 11 aufweist.

Wesentlich sind der Abstand Z und der Durchmesser D der Ein­ schnürung der Einspritznadel zwischen der Nadelspitze und dem Nadelschaft.

Die Werte für den Abstand Z und den Durchmesser D werden zu­ sammen mit den elastischen Eigenschaften des Werkstoffes, aus dem die Einspritznadel gefertigt ist, von einem Fachmann an­ gepasst.

Claims (6)

1. Einspritznadel für ein Einspritzventil (1) mit einem Na­ delkörper, der einen Nadelschaft (12) und eine Nadelspitze (11) aufweist, wobei auf der Nadelspitze (11) eine Dichtfläche (6) ausgebildet ist, die zum Aufliegen auf einen Dichtsitz (5) eines Düsenkörpers (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelspitze (11) über ein impulsdämpfendes Element mit dem Nadelschaft (12) verbunden ist.

2. Einspritznadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelspitze (11) über eine Nut (18) in ein mitten­ symmetrisch angeordnetes Verbindungsstück (13) übergeht, dass das Verbindungsstück (13) mit dem Nadelschaft (12) verbunden ist, dass der Durchmesser D des Verbindungsstückes (13) in der Weise ausgebildet ist, dass die Nadelspitze (11) beim Aufschlagen auf mit einer geringeren Kraft auf den Dichtsitz aufschlägt.

3. Einspritznadel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (13) durch eine ringförmige Nut (18) ausgebildet ist, die in die Einspritznadel (10) einge­ bracht ist.

4. Einspritznadel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (13) einen Durchmesser (D) von 0,5 bis 1,8 mm aufweist.

5. Einspritznadel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (18) einen Abstand von einer Dichtkante (22) der Nadelspitze (11) aufweist, der im Bereich von 0,1 bis 1 mm liegt.

6. Einspritzventil mit einer Einspritznadel nach einem der Ansprüche 1 bis 5.