DE102005016798A1

DE102005016798A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102005016798A1
Application number: DE102005016798A
Authority: DE
Inventors: Walter Röthlingshöfer; Bertram Sugg; Stefan Henneck; Friederike Lindner; Georg Hejtmann; Marc Kühlein; Alfons Kelnberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2006-10-19
Also published as: WO2006108739A1; TW200643298A; EP1875064A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen für luftverdichtende, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, weist einen in einem Ventilgehäuse (2) angeordneten Aktor (17) und einen von dem Aktor (17) mittels einer Ventilnadel (6) betätigbaren Ventilschließkörper (5), der mit einer Ventilsitzfläche (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Dabei weist der Aktor (17) mehrere Elektroden (42, 43) und zumindest eine innen liegende Ausnehmung (40, 41) auf, in die zumindest teilweise eine elektrische Leitung (26, 27) eingefügt ist. In der Ausnehmung (40, 41) ist ein Kontaktierungsmittel (44, 47) vorgesehen, das mit einem Teil der Elektroden (42, 43) verbunden ist, wobei die elektrische Leitung (26, 27) zumindest mittelbar mit dem Kontaktierungsmittel (44, 47) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Aus der WO 03/026033 A1 ist eine Vorrichtung für ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor bekannt. Der bekannte Aktor weist dabei Kontaktbahnen auf, die in innen liegende, durchgängige Ausnehmungen des Aktors eingebracht sind, um einerseits eine Verbindung mit den positiven Elektroden und andererseits mit den negativen Elektroden des Aktors herzustellen. Außerdem ist eine elektrisch isolierende Isolierschicht vorgesehen, die zwischen einer Stirnfläche des Aktors und einer stirnseitig des Aktors angeordneten Platte zur elektrischen Isolation vorgesehen ist.

Die aus der WO 03/026033 A1 bekannte Vorrichtung für ein Brennstoffeinspritzventil hat den Nachteil, dass die Anordnung der Kontaktbahnen in den innen liegenden Ausnehmungen störanfällig ist. Insbesondere kann der elektrische Kontakt zwischen einer Kontaktbahn und zumindest einer der zugeordneten Elektroden aufgrund der zyklischen Ausdehnungen des Aktors in der Anwendung oder dergleichen zumindest zeitweilig unterbrochen werden. Außerdem besteht im speziellen Anwendungsfall der Nachteil, dass den Aktor umgebende Medien in die innen liegenden Ausnehmungen eindringen können. Insbesondere kann durch die bekannte elektrisch isolierende Isolierschicht, die aus Email oder plasmagespritzter Keramik besteht, keine Abdichtung gegenüber einem unter hohem Druck stehenden Medium, insbesondere Brennstoff, gewährleistet werden, so dass für den bekannten Aktor ein separater, abgeschlossener Aktorraum im Brennstoffeinspritzventil erforderlich ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die einer elektrischen Leitung zugeordneten Elektroden durch das Kontaktierungsmittel zuverlässig miteinander verbunden sind, so dass ein zuverlässiger Kontakt der elektrischen Leitung mit jeder dieser Elektroden sichergestellt ist. Diese elektrische Verbindung der Elektroden über das Kontaktierungsmittel ist dabei unempfindlich gegenüber Erschütterungen oder Dehnungsbewegungen, wie sie beim Betrieb des Brennstoffeinspritzventils auftreten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Vorteilhaft ist es, dass das Kontaktierungsmittel durch Sintern mit den Innenelektroden verbunden ist. Auf diese Weise ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel und den betreffenden Elektroden geschaffen, die hohen mechanischen Belastungen standhält und einen zuverlässigen elektrischen Kontakt gewährleistet. Außerdem ist der Einfluss von außen auf die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel und den Elektroden beziehungsweise dem Kontaktierungsmittel und der elektrischen Leitung zumindest stark verringert, da die entsprechende Verbindung im Bereich der innen liegenden Ausnehmung des Aktors erfolgt. Außerdem ist das Eindringen von Umgebungsmedien, insbesondere Brennstoff und speziell Wasser enthaltenden Dieselbrennstoff, in die innen liegenden Ausnehmungen durch die formschlüssige Verbindung verhindert.

Ferner ist es vorteilhaft, dass das Kontaktierungsmittel zum Ausbilden der leitfähigen Verbindung gemeinsam mit dem keramischen Ausgangsmaterial für den Aktor gesintert ist. Während in dem Fall, dass das Aktormaterial in einem ersten Verfahrensschritt gesintert wird und das Kontaktierungsmittel in einem zweiten Sinterschritt gesintert wird, ein Glaspulver, insbesondere aus einem Silikatglas oder einem Boratglas, zum Verkleben des Kontaktierungsmittels mit der gesinterten Keramik eingesetzt wird, erfolgt bei der gemeinsamen Sinterung des Kontaktierungsmittels und des Materials des Aktors der Einsatz eines glasfreien Kontaktierungsmittels, da Glas beim Sintern aufschmelzen und während des Sinterprozesses in die poröse, noch aufnahmefähige Keramik des Aktors eindringen würde. Das Glas ist zudem hierbei nicht für eine Verbindung des Metalls mit der Keramik notwendig. Das gemeinsame Sintern hat neben der Reduzierung von Herstellungsschritten den Vorteil, dass eine besonders homogene Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel und den Elektroden sowie der Oberfläche der Keramikschichten des Aktors geschaffen wird, wobei aufgrund der hohen Kontaktfläche eine stabile Verbindung gewährleistet ist.

In vorteilhafter Weise ist das Kontaktierungsmittel zumindest im Wesentlichen mantelförmig ausgestaltet und bildet eine Beschichtung einer Innenwand des Aktors, die auf Grund der innen liegenden Ausnehmung ausgebildet ist. Die innen liegende Ausnehmung kann als Sackloch ausgebildet sein. Speziell bei einer als Sackbohrung ausgebildeten innen liegenden Ausnehmung ist das Kontaktierungsmittel vorzugsweise hohlzylinderförmig beziehungsweise zylindermantelförmig ausgestaltet und bildet somit eine radiale Beschichtung der durch die Bohrung gebildeten Innenwand des Aktors. In den verbleibenden Hohlraum kann die drahtförmig ausgebildete Leitung ganz oder teilweise eingebracht werden und anschließend kann der Hohlraum mit einem temperaturbeständigen Leitkleber, vorzugsweise auf der Basis von Silikon- oder Epoxidharz mit beispielsweise Silber als stromleitenden Füllstoff, gefüllt werden, wodurch die als Metalldraht ausgebildete Leitung, die auch als Litze oder Spirale ausgebildet sein kann, in dem Leitkleber eingebettet ist und eine Verbindung zwischen dem Metalldraht und dem Kontaktierungsmittel geschaffen ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei einer hohen Anzahl von Betätigungen des Aktors gegebenenfalls in der Kontaktierungsmittelschicht auftretende Unterbrechungen, insbesondere Mikrorisse, durch das elektrisch leitende und flexible Füllmaterial sowie die elektrische Leitung überbrückt werden. Insbesondere ist ein Brechen der elektrischen Leitung verhindert, da die mechanischen Spannungen durch das flexible Füllmittel zum großen Teil über dessen elastische Deformation abgebaut und nicht auf die Leitungen übertragen werden.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Ausnehmung zumindest im Wesentlichen mit dem Kontaktierungsmittel gefüllt ist, wobei das Kontaktierungsmittel an einem Ende der Ausnehmung eine Aussparung aufweist, in die die elektrische Leitung eingepresst oder eingelötet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass neben einer weiteren Reduzierung von Herstellungsschritten eine hohe Temperaturbeständigkeit gewährleistet ist, bei der keine thermische Degradation auftritt.

Ferner ist eine Ausgestaltung möglich, bei der das Kontaktierungsmittel aus einem aufgeschäumten Kompositmaterial ausgebildet ist, wobei die Aussparung insbesondere durch einen fein- und geschlossenporigen Metallschaum zum Ausbilden des Kontaktierungsmittels gefüllt ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Verbindung mit der Keramik erst im Erweichungsbereich des Metallschaums erfolgt, wodurch eine Anpassung des Schwindungsverhaltens der Metallmischung an die Keramik nicht erforderlich ist, da keine mechanischen Scherbelastungen an der Verbindungsfläche auftreten. Außerdem kann der Metallanteil für die Füllung der Aussparung reduziert werden, wodurch die Steifigkeit des Kontaktierungsmittels verringert ist und Materialkosten eingespart werden können. Außerdem kann die Befestigung des elektrischen Leiters einfach realisiert werden, wobei die aufgeschäumte Metallmischung nach dem Einbrand direkt kontaktiert werden kann und kein weiteres Befüllen mit einem leitfähigen Stoff nötig ist.

Das Kontaktierungsmittel kann auch aus einem im Ausgangszustand fließfähigen Material hergestellt sein, das zumindest ein Metall, insbesondere Kupfer, aufweist.

Vorteilhaft ist es, dass ein Abdichtelement vorgesehen ist, das an einer Stirnseite des Aktors anliegt, und dass das Abdichtelement zumindest eine Aussparung aufweist, in die ein Dichtmittel eingebracht ist, das zum Abdichten der innen liegenden Aussparung des Aktors dient und auf Grund einer Vorspannkraft eine Abdichtung der innen liegenden Aussparung gewährleistet. Dadurch kann einerseits der Bereich der Aussparung, in dem die elektrische Leitung mittels des Kontaktierungsmittels mit den Elektroden verbunden ist, gegenüber Umgebungsmedien, insbesondere gegenüber Wasser enthaltenden Dieselbrennstoff, isoliert werden. Andererseits wird eine einfache Zuführung der elektrischen Leitungen an die Elektroden des Aktors ermöglicht, ohne dass eine aufwändige Umhüllung des Aktors erforderlich ist.

Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in einer schematischen Schnittdarstellung;
2 einen Aktor eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in einer schematischen Darstellung und
3 einen Aktor eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in einer schematischen Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Insbesondere eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 für Nutzkraftwagen oder Personenkraftwagen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein aus mehreren Teilen bestehendes Ventilgehäuse 2 auf, das mit einem Ventilsitzkörper 3 verbunden ist. An dem Ventilsitzkörper 3 ist eine Ventilsitzfläche 4 ausgebildet, die mit einem Ventilschließkörper 5 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Ventilschließkörper 5 einstückig mit einer Ventilnadel 6 ausgebildet, die von einer durch das Gehäuseteil 7 des Ventilgehäuses 2 gebildeten Ventilnadelführung in einer axialen Richtung 8 geführt ist. Ferner ist eine Ventilfeder 9 vorgesehen, die eine mit der Ventilnadel 6 verbundene Druckplatte 10 beaufschlagt, wodurch der zwischen der Ventilsitzfläche 4 und dem Ventilschließkörper 5 gebildete Dichtsitz mit einer Schließkraft beaufschlagt ist. Außerdem weist das Ventilgehäuse 2 einen Brennstoffeinlassstutzen 11 auf, an den eine (nicht dargestellte) Brennstoffleitung zum Zuführen von Brennstoff in das Brennstoffeinspritzventil 1 anschließbar ist.
Von dem Brennstoffeinlassstutzen 11 fließt der Brennstoff über einen Einlasskanal 15 in einen Aktorraum 16 im Inneren des Ventilgehäuses 2, in dem ein aus mehreren Schichten bestehender piezoelektrischer Aktor 17 angeordnet ist. Aus dem Aktorraum 16 gelangt der Brennstoff über in dem Gehäuseteil 7 ausgebildete Durchlassöffnungen 18, 19 in einen Brennstoffraum 20 im Inneren des Ventilgehäuses 2.
Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 befindet sich im Brennstoffraum 20 Brennstoff, insbesondere Dieselbrennstoff, unter hohem Druck. Bei einer Betätigung des Aktors 17 dehnt sich dieser in der axialen Richtung 8 aus, wodurch ein an den Aktor 17 angefügter Aktorkopf 21 in der axialen Richtung 8 verstellt wird. Die Verstellbewegung des Aktorkopfes 21 wird über die Druckplatte 10 und die Ventilnadel 6 auf den Ventilschließkörper 5 übertragen, so dass sich der Ventilschließkörper 5 von der Ventilsitzfläche 4 abhebt und der zwischen dem Ventilschließkörper 5 und der Ventilsitzfläche 4 gebildete Dichtsitz geöffnet wird. Dadurch wird Brennstoff aus dem Brennstoffraum über einen ringförmigen Spalt 22 und den geöffneten Dichtsitz aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 in einen (nicht dargestellten) Brennraum einer Brennkraftmaschine abgespritzt. Nach der Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 verkürzt sich der Aktor 17, so dass auf Grund der Schließkraft der Ventilfeder 9 die Ventilnadel 6 entgegen der axialen Richtung 8 in die in 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückgestellt wird, wodurch der Dichtsitz wieder geschlossen ist.
Das Ventilgehäuse 2 weist außerdem eine Anschlussstelle 25 auf, an der eine (nicht dargestellte) elektrische Zuleitung an das Brennstoffeinspritzventil 1 anschließbar ist. An der Anschlussstelle 25 kann dadurch die elektrische Zuleitung mit einer elektrischen Leitung 26 und einer elektrischen Leitung 27 verbunden werden, um eine extern erzeugte Betätigungsspannung zur Betätigung des Aktors 17 an den Aktor 17 zu führen.
Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 befindet sich auch im Aktorraum 16 Brennstoff unter hohem Druck. Um den Aktor 17 gegen chemische Einflüsse und das Eindringen des Brennstoffs in die keramischen Schichten des Aktors 17 zu schützen, kann der Aktor 17 an einer äußeren Oberfläche mit einer Isolierschicht versehen werden, die insbesondere aus Parylene bestehen kann. Speziell bei Dieselbrennstoff, der einen gewissen Anteil an Wasser enthält, besteht außerdem die Gefahr, dass die elektrischen Leitungen 26 oder 27 direkt oder indirekt über den Dieselbrennstoff kurzgeschlossen werden. Zur Abdichtung eines Bereichs 29, in dem die elektrischen Leitungen 26, 27 an den Aktor 17 geführt sind, und eines Bereichs 30, in dem die elektrischen Leitungen 26, 27 auf einer der Anschlussstelle 25 gegenüberliegenden Innenseite des Ventilgehäuses 2 aus einer Gehäusewand austreten, dient ein Abdichtelement 31. Das Abdichtelement 31 gewährleistet sowohl für die elektrische Leitung 26 als auch für die elektrische Leitung 27 eine Abdichtung in Bezug auf den im Aktorraum 16 vorhandenen Brennstoff. Im Folgenden ist die Abdichtung in Bezug auf die elektrische Leitung 26 im Detail dargestellt. Die nachfolgenden Ausführungen gelten allerdings auch für die Abdichtung der elektrischen Leitung 27 in entsprechender Weise.
Das Abdichtelement 31 weist Aussparungen 32, 33 auf, wobei in die Aussparung 32 ein Dichtmittel 34 eingebracht ist und in die Aussparung 33 ein Dichtmittel 35 eingebracht ist. Das Dichtmittel 34 dient zum Abdichten der elektrischen Leitung 26 im Bereich 30 zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Abdichtelement 31. Das Abdichtelement 31 liegt dabei im Bereich 30 an dem Ventilgehäuse 2 an. Außerdem ist das Abdichtelement 31 an eine Stirnseite 36 des Aktors 17 angefügt. Das Dichtmittel 35 dichtet den Bereich 29 der Stirnseite 36 ab. Das Abdichtelement 31 kann als Aktorfuß ausgestaltet sein und/oder als Stahlplatte ausgebildet sein. Um die elektrische Leitung 26 gegenüber dem Abdichtelement 31 zu isolieren, sind die Dichtmittel 34, 35 aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus Kunststoff und speziell aus Viton, Silikongummi oder Teflon ausgebildet. Ferner ist eine Keramikbuchse 37 vorgesehen, die den elektrischen Leiter 26 gegenüber dem Abdichtelement 31 isoliert.
Die Dichtmittel 34, 35 sind im Ausgangszustand in der axialen Richtung 8 größer ausgebildet als die Aussparungen 34, 33. Durch die Kraft der Ventilfeder 9 erfolgt ein Verpressen der Dichtmittel 34, 35 in den Aussparungen 32, 33, so dass eine Abdichtung der elektrischen Leitungen 26, 27 und eine Abdichtung der zugeordneten Verbindungsstellen mit dem Aktor 17 ausgebildet ist.
Die zum Verpressen der Dichtmittel 34, 35 dienende Kraft wird dabei im Rahmen der für den Aktor 17 benötigten Vorspannung von der Ventilfeder 9 aufgebracht.
Der Aktor 17 weist Ausnehmungen 40, 41 auf, die als einseitig offene Kanäle, insbesondere als Sackbohrungen, ausgestaltet sind. Ferner weist der Aktor 17 mehrere Elektroden 42, 43 auf. Ein Teil der Elektroden 42, 43, von denen in der 1 die Elektrode 42 gekennzeichnet ist, sind so ausgestaltet, dass sie an die Ausnehmung 40 unmittelbar angrenzen und von der Ausnehmung 41 etwas beabstandet sind. Der andere Teil der Elektroden 42, 43, von denen in der 1 die Elektrode 43 gekennzeichnet ist, ist so ausgestaltet, dass sie unmittelbar an die Ausnehmung 41 angrenzen und von der Ausnehmung 40 etwas beabstandet sind. Somit ist von der Ausnehmung 40 aus nur der durch die Elektrode 42 repräsentierte Teil der Elektroden kontaktierbar, während von der Ausnehmung 41 aus der andere Teil der Elektroden, der durch die Elektrode 43 repräsentiert wird, kontaktierbar ist.
Die Ausnehmung 40 ist mit einem Kontaktierungsmittel 44 nahezu vollständig gefüllt. Das Kontaktierungsmittel 44 kann aus einem zunächst fließfähigen Material, insbesondere einer Paste, die Silber oder Silber und Palladium oder ein anderes Metall enthält, hergestellt werden. Die Paste kann beispielsweise mittels eines Dispensers in die Ausnehmung 40 eingebracht werden. Die Organikzusammensetzung des fließfähigen Materials ist so gewählt, dass keine schädlichen Einflüsse auf das rohe Laminat des sich noch im Grünzustand befindenden Aktors 17 ausgeübt werden. Das heißt, dass die gewählten Lösemittel und Additive die Organik des Laminates nicht an- beziehungsweise auflösen oder aufquellen. Außerdem sind der Füllgrad der Ausnehmung 40 und die Organikzusammensetzung der Paste so angepasst, dass die Trocknungsschwindung auf einen möglichst geringen Wert reduziert ist. Gegebenenfalls kann die Paste vor dem Sinterprozess noch in der Ausnehmung 40 getrocknet werden. Anschließend erfolgt eine Entbinderung und das Sintern des noch rohen Kontaktierungsmittels 44 zusammen mit dem sich im Grünzustand befindenden Material des Aktors 17. Während der Sinterung verläuft die Schwindung der Paste aufgrund der beigemischten keramischen Anteile zumindest näherungsweise entsprechend der Keramik des Aktors 17 oder etwas verzögert, so dass eine Spaltenbildung zwischen dem Kontaktierungsmittel 44 und einer Innenwand 45 des Aktors 17, die durch die Ausnehmung 40 gebildet ist, verhindert ist. Gegebenenfalls kann auch ein geringer Hochtemperaturtreibmittelanteil, das heißt gasabspaltende Substanzen wie Metallnitride und Metallhydride, zum Beispiel TiN, TiH₂, in der Paste bei der Sinterung zu einem leichten Aufblähen eingesetzt werden, wodurch eine gewisse Druckkraft auf die Verbindungsstelle zwischen dem Kontaktierungsmittel 44 und der Innenwand 45 ausgeübt wird, um eine sichere Verbindung durch das Versintern zu erreichen. Nach dem Sintern wird in das Kontaktierungsmittel 44 eine als Bohrung ausgebildete Aussparung 46 im Bereich 29, das heißt auf der Stirnseite 36 des Aktors 17, eingebracht, um das Ende der als Draht ausgebildeten elektrischen Leitung 26 mittels Einpressen oder Einlöten mit dem Kontaktierungsmittel 44 zu verbinden. Auf diese Weise ist eine sehr temperaturstabile Ausbildung des Aktors 17 und des Kontaktierungsmittels 44 gegeben, bei der thermische Degradationen verhindert sind.
Alternativ ist es auch möglich, dass in die Ausnehmung 40 ein drahtförmiges oder stiftförmiges Kompositmaterial eingebracht wird, welches aus Metallpulvern, die beispielsweise Silber oder Silber und Palladium oder ein oder mehrere andere Metalle enthalten, Hochtemperaturtreibmittel, die beispielsweise Metallnitride und Metallhydride, insbesondere TiN, TiH₂, und einen organischen Binder aufweisen, besteht und einen etwas geringeren Durchmesser hat als die als Bohrung ausgebildete Ausnehmung 40. Die Herstellung dieses Stiftes erfolgt in vorteilhafter Weise durch einen Extrusionsprozess, der thermoplastisch oder wasserbasiert durchgeführt werden kann. Die Entbinderung des Extrudates findet entweder parallel mit der Entbinderung des Blei-Zirkonat-Titanat-Laminates des Aktors 17 in den Ausnehmungen 40 statt, kann aber auch vor der Einbringung in die Kanäle durchgeführt werden, wobei eine leichte Ansinterung die nötige Festigkeit erzeugt. Während des Sinterprozesses schwindet die Keramik des Aktors 17 getrennt von dem Metallkomposit, so dass keine mechanischen Spannungen auftreten. Im Temperaturbereich der Erweichung der verwendeten Metallmischung ist das Material bereits so stark gesintert, dass keine durchgängige Porosität mehr vorhanden ist und die nun stattfindende Zersetzung der Treibmittel ein Aufblähen des Stiftes bewirkt, der sich nun durch das erzwungene plastische Fließen der Geometrie der Ausnehmung 40, insbesondere der Innenwand 45, anpasst und mit den durch die Elektrode 42 repräsentierten Elektroden des Aktors 17 verschweißt. Am Ende der Sinterung ist die Ausnehmung 40 vollständig mit einem fein- und geschlossenporigen Metallschaum gefüllt. In diesem kann entsprechend der oben beschriebenen Ausgestaltung eine Aussparung 46 eingebracht werden, in der die elektrische Leitung 26 eingepresst oder eingelötet wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass erst im Erweichungsbereich die Verbindung mit der Keramik erfolgt und daher keine mechanischen Scherbelastungen auftreten können, wodurch eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel 44 und den durch die Elektrode 42 repräsentierten Elektroden sowie dem übrigen Material des Aktors 17 gewährleistet ist. Außerdem kann der Metallanteil der Füllung der Ausnehmung 40 zugunsten von Gasporen reduziert werden, so dass die Steifigkeit herabgesetzt ist und Material eingespart werden kann. Ferner ist kein Trocknungsprozess erforderlich. Außerdem gestaltet sich die Befestigung der elektrischen Leitung 26 an dem Kontaktierungsmittel 44 besonders einfach.
Die Ausnehmung 41 ist ebenfalls mit einem Kontaktierungsmittel 47 gefüllt, in das eine Aussparung 48 eingebracht ist, um die elektrische Leitung 27 mittels Einpressen oder Löten mit dem Kontaktierungsmittel 47 zu verbinden. Diese Ausgestaltung und die Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel 47 und den durch die Elektrode 43 repräsentierten Elektroden kann in entsprechender Weise erfolgen. Vorzugsweise sind die durch die Elektrode 42 repräsentierten Elektroden und die durch die Elektrode 43 repräsentierten Elektroden nach dem Herstellungsverfahren von den beiden Ausnehmungen 40, 41 aus abwechselnd mit dem Kontaktierungsmittel 44 und dem Kontaktierungsmittel 47 verbunden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Aktors 17 des Brennstoffeinspritzventils 1. Sich entsprechende Elemente sind in den 1 und 2 mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet das Kontaktierungsmittel 44 eine an der Innenwand 45 des Aktors 17 anliegende Schicht. Das Kontaktierungsmittel 44 kann dabei entsprechend dem anhand der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem fließfähigen Material, insbesondere einer Silber oder Silber und Palladium oder auch andere Metalle enthaltenden Paste, hergestellt werden. Die Zusammensetzung und Beschaffenheit der verwendeten Metallpulver und sonstiger organischer und anorganischer Additive in der Paste ist in diesem Fall so auf das Schwindungsverhalten der Keramik angepasst, dass ein möglichst ähnliches Verhalten über den Sinterverlauf erreicht wird. Nach der Befüllung der Ausnehmung 40 wird in einem Zentrifugalverfahren ein Teil der Paste wieder aus der Ausnehmung 40 entfernt und über die Abstimmung des rheologischen Verhaltens der Paste und die dosierte Fliehkrafteinwirkung eine vorgegebene Schichtstärke erzielt. Nach der Trocknung der Pastenschicht wird das Aktorlaminat zusammen mit der Paste durch Entbinderung, Sinterung und Schleifen weiterbehandelt. Der so hergestellte Aktor 17 weist eine durch gemeinsames Brennen hergestellte kombinierte Innen- und Außenmetallisierung auf, wobei sich die Außenmetallisierung an der Innenand 45 der Ausnehmung 40 befindet. Der in dem Kontaktierungsmittel 44 verbleibende Hohlraum 49 wird vorzugsweise mit einem temperaturbeständigen Leitkleber, der insbesondere auf der Basis von Silikon- oder Epoxidharz mit Silber oder einem anderen Metall als stromleitenden Füllstoff ausgebildet ist, gefüllt, wobei die als Metalldraht, -litze oder -spirale ausgebildete elektrische Leitung 26 in dem Leitkleber eingebettet wird.
Der auf diese Weise hergestellte Aktor 17 weist somit ein hülsenförmiges beziehungsweise zylindermantelförmiges Kontaktierungsmittel 44 auf, das mit der Innenwand 45 der Ausnehmung 40 verbunden ist. Der anfangs gebildete Hohlraum 49 des Kontaktierungsmittels 44 ist mit einem elektrisch leitenden und fexiblen Füllmittel 50 gefüllt, das aus dem temperaturbeständigen Leitkleber hergestellt ist. In das fexible Füllmittel 50 ist die elektrische Leitung 26 eingebettet, die sich im Wesentlichen durch die gesamte Ausnehmung 40 erstreckt. Dadurch ist eine elastische Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel 44 und der elektrischen Leitung 26 mittels des flexiblen Füllmittels 50 geschaffen. Beim Auftreten von Haarrissen oder dergleichen in dem Kontaktierungsmittel 44 kann es innerhalb des Kontaktierungsmittels 44 zu einer Unterbrechung des Stromflusses kommen. Eine solche Unterbrechung wird allerdings über das flexible Füllmittel 50 sowie die elektrische Leitung 26 überbrückt, so dass die durch die Elektrode 42 repräsentierten Elektroden weiterhin elektrisch miteinander verbunden sind. Die Funktionsfähigkeit des Aktors 17 ist daher auch beim Auftreten von Haarrissen oder dergleichen in dem Kontaktierungsmittel 44 gewährleistet. Außerdem ist das Auftreten von Rissen oder eines Bruches in dem elektrischen Leiter 26 verhindert, da die bei der Betätigung des Aktors 17 auftretenden Spannungen auf Grund des flexiblen Füllmittels 50 nur gedämpft auf die elektrische Leitung 26 einwirken.
Die Ausgestaltung der Verbindung der elektrischen Leitung 27 mit dem Kontaktierungsmittel 47 mittels eines flexiblen Füllmittels 50 ergibt sich in entsprechender Weise, wobei eine Verbindung zwischen der elektrischen Leitung 27 und den durch die Elektrode 43 repräsentierten Elektroden geschaffen wird.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Aktors des Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind entsprechend dem anhand der 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel in den Ausnehmungen 40, 41 Kontaktierungsmittel 44 und 47 vorgesehen, die insbesondere durch ein Zentrifugalverfahren in der hülsenartigen Form ausgestaltet werden. Das Material des Aktors 17 und die Kontaktierungsmittel 44, 47 werden dann zusammen bei einer relativ hohen Temperatur gesintert, wodurch sich einerseits eine durch Sintern hergestellte Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel 44 und den durch die Elektrode 42 repräsentierten Elektroden ergibt und andererseits eine durch Sintern hergestellte Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel 47 und den durch die Elektrode 43 repräsentierten Elektroden ergibt.
Anschließend wird jeweils ein drahtförmiges oder stiftförmiges, glasfreies Kompositmaterial in die Ausnehmungen 49, 49' eingebracht, welches entsprechend dem anhand 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel aus Metallpulvern besteht.
Die folgende Sinterung zur Ausbildung der Füllmittel 52, 53 erfolgt durch ein weiteres Sinterverfahren. Dabei besteht der Vorteil, dass sich das keramische Material des Aktors 17 bei dem weiteren Sinterverfahren aufgrund der bereits ausgebildeten Kontaktierungsmittel 44, 47 gegenüber dem Material der auszubildenden Füllmittel 52, 53 nicht verwinden kann, selbst wenn das Schwindungsverhalten des keramischen Materials des Aktors 17 verschieden ist zu dem Schwindungsverhalten der Füllmittel 52, 53. Somit wird ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen dem Füllmittel 52 und den durch die Elektrode 42 representierten Elektroden sowie dem Füllmittel 53 und den durch die Elektrode 43 repräsentierten Elektroden gewährleistet.
Außerdem kann das weitere Sinterverfahren zur Ausbildung der Füllmittel 52, 53 bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt werden als das Sinterverfahren bei dem das Material des Aktors 17 mit den Kontaktierungsmitteln 44, 47 erstmals zusammen gesintert wird. Daher kann das Kompositmaterial auch aus einem kostengünstigeren Material, zum Beispiel nur aus Silber, hergestell werden, wodurch sich die Herstellungskosten des Brennstoffeinspritzventils 1 weiter verringern.
Die Aussparungen 46, 48 zur Anbindung der elektrischen Leitungen 26, 27 werden dann beispielsweise durch Bohren in den gesinterten Füllmitteln 52, 53 ausgebildet.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem in einem Ventilgehäuse (2) angeordneten Aktor (17) und einem von dem Aktor (17) mittels einer Ventilnadel (6) betätigbaren Ventilschließkörper (5), der mit einer Ventilsitzfläche (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (17) mehrere Elektroden (42, 43) und zumindest eine innen liegende Ausnehmung (40, 41) aufweist, in die zumindest teilweise eine elektrische Leitung (26, 27) eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (40, 41) ein Kontaktierungsmittel (44, 47) vorgesehen ist, das mit einem Teil der Elektroden (42, 43) verbunden ist, und dass die elektrische Leitung (26, 27) zumindest mittelbar mit dem Kontaktierungsmittel (44, 47) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (44, 47) durch Sintern mit dem Teil der Elektroden (42, 43) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (44, 47) zum Ausbilden der durch Sintern hergestellten Verbindung gemeinsam mit einem Ausgangsmaterial für den Aktor (17) gesintert ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (44, 47) glasfrei ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (44, 47) zumindest im Wesentlichen mantelförmig ausgestaltet ist und eine auf Grund der innen liegenden Ausnehmung (40, 41) ausgebildete Innenwand (45) des Aktors zumindest im Wesentlichen beschichtet.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (26, 27) drahtförmig ausgebildet ist und sich zumindest im Wesentlichen durch die Ausnehmung (40, 41) erstreckt, dass ein zwischen dem Kontaktierungsmittel (44, 47) und der elektrischen Leitung (26, 27) verbleibender Teil der Ausnehmung (40, 41) zumindest teilweise mit einem elektrisch leitenden, flexiblen Füllmittel (50, 52) gefüllt ist und dass die elektrische Leitung (26, 27) mittels des flexiblen Füllmittels (50, 51) mit dem Kontaktierungsmittel (94, 47) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Füllmittel (50, 51) aus einem Leitpolymer gebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (40, 41) zumindest im Wesentlichen mit dem Kontaktierungsmittel (44, 47) gefüllt ist, wobei das Kontaktierungsmittel (44, 47) an einem Ende (29) der Ausnehmung (40, 41) eine Aussparung (46, 48) aufweist, in die die elektrische Leitung (26, 27) eingebracht ist zum Verbinden mit dem Kontaktierungsmittel (44, 47).
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (26, 27) in die Aussparung (46, 48) eingepresst oder eingelötet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (44, 47) aus einem aufgeschäumten Kompositmaterial ausgebildet ist, das im Ausgangszustand ein Metallpulver, ein Hochtemperaturtreibmittel und ein Bindemittel aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (44, 47) aus einem im Ausgangszustand fließfähigem Material hergestellt ist, das zumindest ein Metall aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Material zumindest Silber oder Silber und Palladium aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abdichtelement (31) vorgesehen ist, das an einer Stirnseite (36) des Aktors (17) anliegt, und dass das Abdichtelement (31) zumindest eine Aussparung (32, 33) aufweist, in die ein Dichtmittel (34, 35) eingebracht ist, das zum Abdichten der innen liegenden Ausnehmung (40, 41) des Aktors (17) dient und auf Grund einer Vorspannkraft eine Abdichtung der innen liegenden Ausnehmung (40, 41) gewährleistet.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (26, 27) durch das Dichtmittel (34, 35) hindurchgeführt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtelement (31) als Aktorfuß ausgestaltet ist.