EP1332283A1 - Einspritznadel mit elastischer nadelspitze - Google Patents

Einspritznadel mit elastischer nadelspitze

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EP1332283A1
EP1332283A1 EP01992835A EP01992835A EP1332283A1 EP 1332283 A1 EP1332283 A1 EP 1332283A1 EP 01992835 A EP01992835 A EP 01992835A EP 01992835 A EP01992835 A EP 01992835A EP 1332283 A1 EP1332283 A1 EP 1332283A1
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needle
injection
needle tip
connecting piece
injection needle
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Siemens AG
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    • F02M2200/306—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using mechanical means

Definitions

  • the invention relates to an injection needle according to the preamble of claim 1 and an injection valve with such an injection needle.
  • Injection needles have a wide variety of shapes, in particular in the area of the needle tip, with which the fuel flow is influenced. Furthermore, a sealing surface is formed on the needle tip, which is assigned to a sealing seat of a nozzle body.
  • the sealing seat is at
  • the object of the invention is to provide a simply constructed injection needle with which wear of the sealing seat is reduced.
  • An essential advantage of the invention is that the needle tip is connected to the needle shaft via an elastic element.
  • the elastic element dampens the impulse with which the injection needle hits the sealing seat with the needle tip, so that less stress is placed on the sealing seat.
  • Further advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • a preferred embodiment of the elastic element consists in forming a center-symmetrically arranged connecting piece between the needle shaft and the needle tip.
  • the needle tip, the connector and the needle shaft are integrally formed. In this way, a particularly simple embodiment of the invention is provided.
  • the connecting piece is preferably designed in such a way that an annular circumferential groove is made in the injection needle, which defines the connecting piece.
  • a preferred embodiment of the invention consists in forming the connecting piece with a diameter of 0.5 to 1.5 mm.
  • the groove being at a distance from a sealing edge of the needle tip which is in the range from 0 to 1 mm.
  • the groove has a U-shaped cross section.
  • a U-shaped groove is easy to make so that the injection needle can be manufactured inexpensively.
  • Fig. 2 shows a needle tip with a needle shaft
  • Fig. 3 shows another embodiment of the injection needle.
  • FIG. 1 shows an injection valve 1 which has a nozzle body 2.
  • An injection needle 10 is movably guided in the nozzle body 2.
  • the injection needle 10 has a needle tip 11 with a sealing surface 6.
  • the sealing surface 6 lies in the closed state of the injection valve 1 with a sealing edge 22 on a sealing seat 5, which is formed above the injection holes 4 on the inner wall of the nozzle body 2.
  • An injection space 3 is formed between the injection needle 10 and the nozzle body 2 and is connected to an inlet bore 8.
  • the injection chamber 3 is supplied with fuel via the inlet bore 8.
  • the inlet bore 8 is connected to a fuel reservoir, which holds fuel at a predetermined pressure.
  • the actuator 7 is operatively connected to the injection needle 10 and determines the position of the injection needle 10 as a function of the control via the connections 9. If an injection is to take place, the actuator 7 is actuated in a corresponding manner and the injection needle 10 is lifted from the sealing seat 5 by the actuator 7. This creates a hydraulic connection between the injection chamber 3 and the injection holes 4. As a result, fuel is dispensed via the injection holes 4.
  • the actuation of the actuator 7 is interrupted and the actuator 7 moves the injection needle 10 again with the sealing surface 6 onto the sealing seat 5, so that the hydraulic connection between the injection space 3 and the injection holes 4 is interrupted.
  • the injection needle 10 is subdivided into a needle shaft 12 and a needle tip 11, the needle tip 11 being connected to the needle shaft 12 via a connecting piece 13.
  • the needle tip 11 has a conical sealing surface 6, which is rotationally symmetrical to an axis of symmetry 14.
  • a conical sealing seat 5 is assigned to the sealing surface 6, which is also rotationally symmetrical to the axis of symmetry 14 on the inner wall of the nozzle body 2.
  • a difference angle A is formed between the sealing surface 6 and the sealing seat 5, so that a secure seal between the sealing seat 5 and the sealing surface 6 is ensured.
  • the sealing surface 6 lies above the injection holes 4 with the sealing edge 22 on the sealing seat 5 in a circumferential ring surface.
  • the needle shaft 12 merges from a first cylindrical section 15 into a second, conical section 16.
  • the second section 16 is followed by a third section 17, which is also cylindrical, but has a smaller cross section than the first section 15.
  • the third section 17 tapers again via a circumferential, annular groove 18 in a fourth section 19, which represents the connecting piece 13.
  • the cross section then widens starting from the fourth section 19 in a fifth section 20.
  • the fifth section 20 represents the upper part of the needle tip 11.
  • the needle tip 11 tapers in the conical shape of the sealing surface 6 to an end surface 21, which closes the needle tip 11.
  • the fifth section 20 and the third section 17 preferably have the same cross section.
  • the groove 18 preferably has a U-shape in cross section. However, other shapes of grooves 18 are also possible.
  • the connecting piece 13 is preferably arranged centrally symmetrically to the axis of symmetry 14 and preferably has a diameter D of 0.5 to 1.8 mm.
  • a preferred size for the diameter of the connecting piece 13 is in the range from 1.1 to 1.3 mm.
  • the width B of the groove 18 seen parallel to the axis of symmetry 14 preferably has a value of 0.1 to 1 mm. loading Particularly good properties were achieved with a groove width of 0.25 to 0.35 mm.
  • the groove 18 has a lower edge 23 on which the needle tip 11 tapers to the connecting piece 13.
  • the distance between the sealing edge 22 and the lower edge 23 is of particular importance since the distance essentially determines the elastic properties of the connection of the needle tip to the injection needle and thus the damping properties of the injection needle. Good damping properties are achieved with a distance Z of the lower edge 23 from the sealing edge 22 which is in the range from 0.1 to 1 mm.
  • the lower edge 23 preferably runs after a rounding perpendicular to the longitudinal axis of the injection needle.
  • An essential function of the groove 18 is to reduce the cross section of the connecting piece 13.
  • the maximum yield stress which is exerted by the needle tip 11 on the nozzle body 2 can be reduced by up to 50%.
  • Preferred values for a combination of the diameter D and the distance Z are for the diameter D from 1 to 1.3 mm and the distance Z from 0.1 to 1 mm.
  • the injection needle 10 of FIG. 2 is formed in one piece from the needle shaft 12, the connecting piece 13 and the needle tip 11.
  • the injection needle 10 is turned off Working steel S 652 or made of material 100 chrome 6.
  • the invention is not limited to the one-piece embodiment, but the needle shaft 12, the connecting piece 13 and the needle tip 11 can also be made of different materials, the connecting piece 13 with the needle shaft 12 and the needle tip 11 via suitable connecting surfaces or connecting means connected is .
  • the connecting piece 13 can be screwed into the needle shaft 12 and the needle tip 11 or welded to the needle shaft 12 and the needle tip 11.
  • the connecting piece 13 is preferably produced from a material which has more damping properties than the material of the needle shaft 12 and / or the material of the needle tip 11.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the injection needle, in which the lower edge 23 is guided up to a diameter D of the connecting piece 13.
  • the lower edge 23 merges into a radius of curvature R which is in the range from 0.15 to 0.4 mm.
  • a tangential truncated conical surface 24 adjoins the radius of curvature, which has an angle of 40 ° to 75 ° to the central axis of the injection needle.
  • the diameter of the injection needle continues to increase up to the diameter of the needle shaft 12.
  • the values for the distance Z and the diameter D are adjusted by a specialist together with the elastic properties of the material from which the injection needle is made.

Abstract

Die Einspritznadel weist eine Nadelspitze (11) auf, die elastisch über ein Verbindungsstück mit einem Nadelschaft (12) verbunden ist. Über die elastische Verbindung ist eine Dämpfung der Kraft möglich, mit der die Nadelspitze (11) auf einen zugeordneten Dichtsitz (5) aufschlägt. Auf diese Weise wird die Belastung des Dichtsitzes (5) reduziert.

Description

Beschreibung
Einspritznadel mit elastischer Nadelspitze
Die Erfindung betrifft eine Einspritznadel gemäß dem Oberbegriff 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 statisch 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 Dichtsitzverschleiß in Grenzen zu halten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfach aufgebaute Einspritznadel bereitzustellen, mit der ein Verschleißen des Dichtsitzes reduziert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 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 Impuls, mit der die Einspritznadel mit der Nadelspitze auf einen 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 Ausführungsform des elastischen Elementes besteht darin, ein mittensymmetrisch angeordnetes Verbindungsstück zwischen dem Nadel- schaft und der Nadelspitze auszubilden. Dabei ist die Nadelspitze, 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 Einspritznadel 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 erreicht, 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 fertigen ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Einspritzventils,
Fig. 2 eine Nadelspitze mit einem Nadelschaft, und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Einspritznadel.
Fig. 1 zeigt ein Einspritzventil 1, das einen Düsenkörper 2 aufweist. Im Düsenkörper 2 ist eine Einspritznadel 10 beweg- lieh geführt. Die Einspritznadel 10 weist eine Nadelspitze 11 mit einer Dichtfläche 6 auf. Die Dichtfläche 6 liegt im ge- schlossenen Zustand des Einspritzventils 1 mit einer Dichtkante 22 auf einem Dichtsitz 5 auf, der oberhalb von Ein- spritzlöchern 4 an der Innenwandung des Düsenkörpers 2 ausgebildet ist. Zwischen der Einspritznadel 10 und dem Düsenkör- per 2 ist ein Einspritzraum 3 ausgebildet, der an eine Zulaufbohrung 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 Aktor 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 angesteuert und die Einspritznadel 10 wird durch den Aktor 7 vom Dichtsitz 5 abgehoben. Somit entsteht eine hydraulische Verbindung zwischen dem Einspritzraum 3 und den Einspritzlöchern 4. Als Folge wird Kraftstoff über die Einspritzlöcher 4 abgegeben.
Soll die Einspritzung beendet werden, so wird die Ansteuerung des Aktors 7 unterbrochen und der Aktor 7 bewegt die Einspritznadel 10 wieder mit der Dichtfläche 6 auf den Dichtsitz 5, so dass die hydraulische Verbindung zwischen dem Einspritzraum 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 rotationssymmetrisch 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 geschlossenen Zustand liegt die Dichtfläche 6 oberhalb der Einspritzlöcher 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 Teilstück 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 gesehen weist vorzugsweise einen Wert von 0,1 bis 1 mm auf. Be- sonders 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 Nadelspitze 11 zu dem Verbindungsstück 13 verjüngt. Der Abstand zwischen der Dichtkante 22 und der Unterkante 23 ist von besonderer Bedeutung, da der Abstand wesentlich die elastischen Eigenschaften der Anbindung der Nadelspitze an die Einspritznadel und damit die dämpfenden Eigenschaften der Einspritznadel 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 Verbindungsstückes 13 mit einem geringen Abstand zur Dichtkante 22 besonders 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 Figur 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 hergestellt .
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die einstückige Ausbildungsform beschränkt, sondern der Nadelschaft 12, das Verbin- dungsstück 13 und die Nadelspitze 11 können auch aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei das Verbindungsstück 13 mit dem Nadelschaft 12 und der Nadelspitze 11 über geeignete Verbindungsflächen oder Verbindungsmittel verbunden 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 Verbindungsstück 13 aus einem Material hergestellt, das dampfendere Ei- genschaften als das Material des Nadelschaftes 12 und/oder das Material der Nadelspitze 11 aufweist.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Einspritznadel, 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 Nadelschaf es 12.
Auch mit dieser Ausführungsform werden gute dämpfende Eigenschaften erreicht. Versuche zeigen, dass die Größe der Erstreckung des Verbindungsstückes 13 parallel zur Längsachse der Einspritznadel wenig Einfluss auf die dämpfenden Eigenschaften der Anbindung der Nadelspitze 11 aufweist. Wesentlich sind der Abstand Z und der Durchmesser D der Einschnürung der Einspritznadel zwischen der Nadelspitze und dem Nadelschaft .
Die Werte für den Abstand Z und den Durchmesser D werden zusammen mit den elastischen Eigenschaften des Werkstoffes, aus dem die Einspritznadel gefertigt ist, von einem Fachmann an- gepasst .

Claims

Patentansprüche
1. Einspritznadel für ein Einspritzventil (1) mit einem Nadelkörper, 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, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, 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 mittensymmetrisch 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) eingebracht ist .
4. Einspritznadel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch 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 bi-s 1 mm liegt.
6. Einspritzventil mit einer Einspritznadel nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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