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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Aktormodul für ein Brennstoffeinspritzventil
und ein Brennstoffeinspritzventil mit solch einem Aktormodul. Speziell
betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 103 26 259
A1 ist ein Injektor für Kraftstoff-Einspritzsysteme
von direkt einspritzenden Dieselmotoren bekannt. Der bekannte Injektor
weist einen Piezoaktor auf, der mittels eines Übersetzerkolbens eine Ventilnadel
ansteuert. Über
eine in einem Ventilgehäuse
des Injektors vorgesehene Ausnehmung sind elektrische Zuleitungen
an den Aktor führbar,
wobei die Ausnehmung gegenüber
einem Ringraum, in dem der Aktor angeordnet ist, abgedichtet ist.
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Aus
der
DE 199 28 176
A1 ist ein Piezoaktor bekannt, der äußere elektrische Anschlüsse zur
seitlichen Kontaktierung von Elektroden des Aktors über Außenelektroden
aufweist. Der Anschlussdraht wird dabei über eine Lotschicht mechanisch
mit inaktiven, elektrisch isolierenden Keramikdeckschichten und elektrisch
mit den Außenelektroden
verbunden.
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Der
aus der
DE 199 28
176 A1 bekannte Piezoaktor hat den Nachteil, dass eine
separate Isolierung des Anschlussdrahtes erforderlich ist. Außerdem muss
der Anschlussdraht beim Einsatz des aus der
DE 199 28 176 A1 bekannten
Piezoaktors bei einem Brennstoffeinspritzventil durch ein Übergangsstück, insbesondere
einen Aktorfuß,
und eine in einem Ventilgehäuse
vorgesehene Ausnehmung oder auf andere Weise aus dem Ventilgehäuse geführt werden.
Die hierfür
erforderlichen hochdruckbeständigen
Abdichtungen sind ebenfalls aufwändig.
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Offenbarung
der Erfindung
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Aktormodul
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 haben demgegenüber den
Vorteil, dass eine elektrische Kontaktierung mit hoher Zuverlässigkeit
ermöglicht
wird, die insbesondere mit geringen Kosten herstellbar ist.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Aktormoduls und des im Anspruch 11 angegebenen Brennstoffeinspritzventils
möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Anschlussstift des elektrischen Anschlusselements
in Richtung einer Achse des Aktors orientiert ist, wobei der Anschlussstift
zungenförmig
oder zylinderförmig
ausgestaltet ist. Dabei kann der Anschlussstift in der Nähe der Achse
des Aktors angeordnet sein, so dass er durch ein mit dem Aktor verbundenes Übergangsstück, insbesondere
einen Aktorfuß,
ragen oder durch den Aktorfuß hindurch
kontaktiert werden kann. Ferner kann das elektrische Anschlusselement
ein Kontaktierungsteil aufweisen, das mit einer Elektrodenanbindung,
insbesondere einer äußeren Elektrodenanbindung,
des Aktors elektrisch verbunden ist, wobei das Kontaktierungsteil
aus einer gebogenen Zunge des Blecheinlegeelements geformt ist.
Dadurch ist ein zuverlässiger
elektrischer Kontakt mit der Elektrodenanbindung des Aktors über das
Anschlusselement möglich,
wobei das Anschlusselement einfach ausgestaltet werden kann. Insbesondere
kann das Anschlusselement durch Stanzen und Biegen eines Stanzbiegeelements
hergestellt werden, so dass die Stückkosten des Aktormoduls sowie
des Brennstoffeinspritzventils verringert sind. Das als gebogene
Zunge des Blecheinlegeelements ausgeformte Kontaktierungsteil kann
an einer Außenseite
des Aktors durch eine Schweißverbindung
oder eine Lotverbindung mit der Elektrodenanbindung des Aktors elektrisch
verbunden werden und dabei flächig
an der Außenseite
des Aktors anliegen.
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Vorteilhaft
ist es, dass eine Stützplatte
vorgesehen ist, die eine durchgehende Aussparung aufweist, wobei
sich der Anschlussstift des Anschlusselements durch die durchgehende
Aussparung der Stützplatte
erstreckt. Der Anschlussstift kann dabei in die Stützplatte
eingesetzt oder durch Sintern mit der Stützplatte verbunden sein, wodurch
eine zuverlässige
Abdichtung ausgebildet ist. Insbesondere kann die Stützplatte
als keramische Stützplatte
ausgebildet sein, so dass die bei der Betätigung des Aktors auftretenden
Kräfte
weitgehend ungedämpft
auf das Übergangsstück übertragen
werden können.
Die Aussparung der Stützplatte
kann im Bereich einer Stirnseite des Aktors zum Einbetten des Anschlussstiftes
mit einem Füllmittel
aufgefüllt
sein. Dadurch werden Hohlräume
vermieden, die mechanische Spannungen bei der Betätigung des Aktors
oder das Eindringen von Brennstoff ermöglichen. Durch den in die Stützplatte
eingesetzten Anschlussstift bzw. die Verbindung des Anschlussstiftes
mit der Stützplatte ist
eine Abdichtung in Bezug auf das Füllmittel gegeben, die ein Entweichen
des Füllmittels
durch die Aussparung in der Stützplatte
verhindert.
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In
vorteilhafter Weise ist ein Kraftübertragungselement vorgesehen,
das zusammen mit dem Blecheinlegeelement und gegebenenfalls einem oder
mehreren weiteren Blecheinlegeelementen in einer Schnittebene einen
möglichst
lückenlosen Kraftfluss
zwischen dem Aktor und dem Übergangsstück, insbesondere
dem Aktorfuß,
ermöglicht.
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Zeichnung
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen,
in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
Brennstoffeinspritzventil mit einem Aktormodul in einer auszugsweisen,
schematischen Schnittdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
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2 einen
Schnitt durch das in 1 gezeigte Aktormodul entlang
der mit II bezeichneten Schnittebene.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem Aktormodul 2 entsprechend
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere
als Injektor für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen dienen. 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 Aktormodul 2 eignet sich
besonders für
solch ein Brennstoffeinspritzventil 1. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 und
das erfindungsgemäße Aktormodul 2 eignen sich
jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 auf.
Dabei ist an dem Ventilgehäuse 3 ein
Brennstoffeinlassstutzen 4 ausgebildet, durch den Brennstoff
in einen im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen
Aktorraum 5 einleitbar ist. Der Aktorraum 5 ist
durch ein Gehäuseteil 6 von
einem ebenfalls im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen
Brennstoffraum 7 getrennt. In dem Gehäuseteil 6 sind Durchlassöffnungen 8, 9 vorgesehen,
um den zugeführten
Brennstoff aus dem Aktorraum 5 in den Brennstoffraum 7 zu
leiten.
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Das
Ventilgehäuse 3 ist
mit einem Ventilsitzkörper 15 verbunden,
an dem eine Ventilsitzfläche 16 ausgebildet
ist. Ein Ventilschließkörper 17,
der einstückig
mit einer Ventilnadel 18 ausgebildet ist, wirkt mit der
Ventilsitzfläche 16 zu
einem Dichtsitz zusammen. Über
die Ventilnadel 18 ist der Ventilschließkörper 17 mit einer
im Aktorraum 5 angeordneten Druckplatte 19 verbunden,
wobei die Ventilnadel 18 über die Druckplatte 19 mit
der Kraft einer Ventilfeder 20 beaufschlagt ist, wodurch
der zwischen dem Ventilschließkörper 17 und
der Ventilsitzfläche 16 ausgebildete
Dichtsitz in dem in der 1 dargestellten Ausgangsfall
geschlossen ist.
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Das
Aktormodul 2 weist einen piezoelektrischen Aktor 25 auf,
der eine Vielzahl von keramischen Schichten und eine Vielzahl von
zwischen den keramischen Schichten angeordneten Elektrodenschichten
aufweist. Ein erster Teil der Elektrodenschichten ist mit einer
Elektrodenanbindung 26 verbunden und ein zweiter Teil der
Elektrodenschichten ist mit einer Elektrodenanbindung 27 verbunden.
Das Aktormodul 2 weist ferner ein elektrisches Anschlusselement 28 auf,
das aus einem Blecheinlegeelement gebildet ist. Das Anschlusselement 28 weist
ein in Richtung einer Achse 29 des Aktors 25 des
Aktormoduls 2 umgebogenes Kontaktierungsteil 30 auf, das
an einer Außenseite
des Aktors 25 an der Elektrodenanbindung 27 anliegt
und beispielsweise mittels einer Lötverbindung mit der Elektrodenanbindung 27 elektrisch
kontaktiert ist. Ferner weist das Anschlusselement 28 einen
Anschlussstift 31 auf, der entgegengesetzt zu dem Kontaktierungsteil 30 in Richtung
der Achse 29 orientiert ist und aus einem Teil des Blecheinlegeelements
geformt ist. Der Anschlussstift 31 ist dabei aus einem
vollen Material gebildet, d.h. nicht hohl, um eine Verformung des
Anschlussstiftes 31 bei den auftretenden Drucken zu verhindern.
Der Anschlussstift 31 des Anschlusselements 28 erstreckt
sich durch eine Stützplatte 32,
die vorzugsweise aus einer Keramik gebildet ist. Die Stützplatte 32 kann
allerdings auch aus einem steifen, druckbeständigen Kunststoff gebildet
sein. Der Anschlussstift 31 erstreckt sich dabei durch
die Aussparung 33 der Stützplatte 32 und verschließt die Aussparung 33 zumindest
abschnittsweise.
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Ferner
ist ein Füllmittel 34 vorgesehen,
das aus einem Kunststoff oder auf Basis eines Kunststoffs, insbesondere
aus einem keramisch gefüllten Kunststoff,
gebildet ist. Das Füllmittel 34 füllt zum
einen einen verbleibenden Hohlraum zwischen der Stützplatte 32 und
dem Anschlusselement 28 auf, so dass kein mit Luft gefüllter Hohlraum
verbleibt. Dadurch wird das Eindringen von Dieselbrennstoff in die Aussparung 33 der
Stützplatte 32 verhindert.
Ferner wird ein gleichmäßiger Kraftfluss,
insbesondere in Bezug auf eine mit II bezeichnete Schnittebene,
gewährleistet.
Zum anderen ist das Füllmittel 34 auch
in einem Bereich 35 zwischen dem Anschlusselement 28 und
dem Aktor 25 vorgesehen, um Unregelmäßigkeiten des Anschlusselements 28,
insbesondere wellenförmige
Verbiegungen des Anschlusselements 28, auszugleichen, so
dass ein gleichmäßiger Kraftfluss
gewährleistet
ist.
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Der
Anschlussstift 31 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet,
so dass die Aussparung 33 als Durchgangsbohrung ausgestaltet
sein kann. Der Anschlussstift 31 kann allerdings auch als
flache Zunge ausgestaltet sein und beispielsweise einen Rechteckquerschnitt
aufweisen. Das Kontaktierungsteil 30 ist vorzugsweise als
gebogene Zunge ausgestaltet, um eine gewissen Kontaktfläche zur
elektrischen Verbindung mit der Elektrodenanbindung 27 auszubilden.
In dem Bereich 35 der Stirnseite 36 des Aktors 25 ist
das Anschlusselement 28 in das Füllmittel 34 eingebettet,
so dass insbesondere in der Schnittebene II ein gleichmäßigerer
Kraftfluss erreicht wird. Ferner ist ein weiteres elektrisches Anschlusselement 40 vorgesehen,
das entsprechend dem elektrischen Anschlusselement 28 ausgestaltet ist
und einen Anschlussstift 41 sowie ein Kontaktierungsteil 42 aufweist.
Das Kontaktierungsteil 42 dient dabei zur elektrischen
Kontaktierung der Elektrodenanbindung 26.
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Zwischen
den elektrischen Anschlusselementen 28, 40 ist
ein Kraftübertragungselement 43 vorgesehen,
um eine Lücke
zwischen den Anschlusselementen 28, 40 zu schließen. Das
Kraftübertragungselement 43 ist
vorzugsweise aus dem gleichen Material oder aus einem Material mit
den gleichen Eigenschaften wie das Material der elektrischen Anschlusselemente 28, 40 ausgebildet.
Durch das Kraftübertragungselement 43 wird
somit ein gleichmäßiger und
weitgehend lückenloser
Kraftfluss in der Schnittebene II ermöglicht.
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Es
ist anzumerken, dass die Anschlussstifte 31, 41 auch
durch Sintern mit der keramischen Stützplatte 32 verbunden
sein können.
Ferner kann anstelle einer keramischen Stützplatte 32 auch eine
Stützplatte 32 aus
Kunststoff vorgesehen sein. Dabei kann die Stützplatte 32 auch so
ausgestaltet sein, dass die Anschlusselemente 28, 40 und
das Kraftübertragungselement 43 in
die aus Kunststoff bestehende Stützplatte 32 abschnittsweise
eingebettet sind, wie es in der 1 durch
die Zusammenwirkung der Stützplatte 32 mit
dem Füllmittel 34 gezeigt
ist, so dass ein separates Füllmittel 34 dann
nicht erforderlich ist.
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Der
Aktor 25 stützt
sich über
die Stützplatte 32 an
einem als Aktorfuß ausgebildeten Übergangsstück 44 ab.
Das Übergangsstück 44 wird
dabei gegen das Ventilgehäuse 3 gepresst,
so dass an einer Dichtkante 45 eine Abdichtung ausgebildet
ist. Die Anschlussstifte 31, 41 sind mit elektrischen
Leitungen 46, 47 verbunden, so dass eine elektrische Spannung
im eingebauten Zustand an das Aktormodul 2 anlegbar ist.
Die elektrischen Leitungen 46, 47 sind in geeigneter
Weise durch das Übergangsstück 44 aus
dem Ventilgehäuse 3 geführt und
mittels einer elektrischen Zuleitung mit einem Steuergerät verbunden.
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Zur
Betätigung
des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Aktor 25 geladen,
wobei sich dieser ausdehnt und über
ein als Aktorkopf ausgebildetes Übergangsstück 48 auf
die Druckplatte 19 entgegen der Kraft der Ventilfeder 20 einwirkt.
Dadurch wird der zwischen dem Ventilschließkörper 17 und der Ventilsitzfläche 16 ausgebildete
Dichtsitz geöffnet,
so dass Brennstoff aus dem Brennstoffraum 7 über einen Ringspalt 49 und
den geöffneten
Dichtsitz aus dem Brennstoffeinspritzventil abgespritzt wird. Nach
der Betätigung
des Aktormoduls 2 wird der Ventilschließkörper 17 wieder in
die in der 1 dargestellte Ausgangsstellung
zurückgestellt,
so dass der zwischen dem Ventilschließkörper 17 und der Ventilsitzfläche 16 gebildete
Dichtsitz wieder geschlossen ist.
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Der
Aktor 25 ist vollständig
und die Übergangsstücke 44 und 48 sind
teilweise von einer elektrisch isolierenden und kraftstoffbeständigen Ummantelung
umgeben, um den Aktor 25 gegenüber dem im Aktorraum 5 vorgesehenen
Brennstoff abzudichten. Sofern eine Ummantelung 50 vorgesehen ist,
ist diese vorzugsweise Teil des Aktormoduls 2, so dass
eine Vormontage des Aktormoduls 2 ermöglicht ist und die Anzahl der
Herstellungsschritte bei der Endmontage des Brennstoffeinspritzventils 1 verringert
ist.
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2 zeigt
einen Schnitt durch das Aktormodul 2 entlang der in 1 mit
II bezeichneten Schnittlinie. Das Anschlusselement 28 weist
Bohrungen 51, 52 auf, die mit dem Füllmittel 34 gefüllt sind,
um eine mechanische Verbindung zwischen dem Anschlusselement 28 mit
dem übrigen
Aktormodul 2 zu verbessern. Entsprechend weist auch das
Anschlusselement 40 Bohrungen 53, 54 auf.
Ferner weist das Anschlusselement 28 einen umgebogenen
Abschnitt 55 auf, an dem ein Teil des ursprünglichen
Blecheinlegeelements in Richtung der Achse 29 umgebogen
ist, um ein zum Ausformen des Anschlussstiftes 31 benötigtes Ausgangsmaterial
bereitzustellen. Aus diesem Material ist dann der Anschlussstift 31 ausgeformt.
Die Ausformung des Anschlussstiftes 31 kann allerdings
auch vor dem Umbiegen erfolgen. Entsprechend ist für das Kontaktierungsteil 30 ein
zungenförmiger
Teil des ursprünglichen
Blecheinlegeelements vorgesehen, der in Richtung der Achse 29 entgegen
der Orientierung des Anschlussstiftes 31 umgebogen ist.
Das Anschlusselement 28 kann dabei aus einem gestanzten
und gebogenen Blechteil hergestellt werden. Das Anschlusselement 40 ist
entsprechend dem Anschlusselement 28 ausgestaltet und spiegelsymmetrisch
zu dem Anschlusselement 28 angeordnet. Ein umgebogener
Abschnitt 56 des Anschlusselements 40 ist dann
gegenüberliegend
zu dem umgebogenen Abschnitt 55 des Anschlusselements 28 angeordnet.
In der zwischen den Anschlusselementen 28, 40 bestehenden
Lücke ist
das Kraftübertragungselement 43 eingesetzt,
um einen zumindest näherungsweise
lückenlosen
Kraftfluss in der in der 2 dargestellten Schnittebene
II zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist die Lücke
innerhalb der Schnittebene II durch ein Kraftübertragungselement 43 mit
dem gleichen Material wie die Anschlusselemente 28, 40 geschlossen,
so dass der Einfluss der unterschiedlichen E-Module der übrigen Werkstoffe, insbesondere
der Kunststoffe, Keramik und Leiterbahnen, einen möglichst
geringen Einfluss auf den axialen Kraftfluss hat.
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Es
ist anzumerken, dass das Füllmittel 34 im Bereich 35 zwischen
einerseits den Anschlusselementen 28, 40 und dem Kraftübertragungselement 43 sowie
andererseits der Stirnseite 36 des Aktors 2 aus
einem möglichst
steifen, druckbeständigen Kunststoff
und/oder möglichst
dünn ausgestaltet
ist, um eine unerwünschte
Dämpfung
in dem Aktormodul 2 zu verringern.
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Es
ist anzumerken, dass die Anschlusselemente 28, 40 auch
durch Sintern oder Spritzen, das heißt als gesinterte beziehungsweise
gespritzte Anschlusselemente 28, 40, ausgebildet
sein können.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.