-
Die Erfindung betrifft eine Aktoreinheit und ein Einspritzventil.
-
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken
-
Eine entsprechend geringe Schadstoffemission kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2000 Bar. Derart hohe Drücke stellen hohe Anforderungen an die Konstruktion eines Einspritzventils. Gleichzeitig werden hohe Anforderungen an die Aktoreinheit für das Einspritzventil gestellt. Die Aktoreinheit kann starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Mechanische und elektrische Verbindungen der Aktoreinheit müssen deshalb sehr stabil ausgebildet sein.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aktoreinheit und ein Einspritzventil zu schaffen, die bzw. das einen zuverlässigen und präzisen Betrieb des Einspritzventils ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Aktoreinheit eines Einspritzventils, mit einem Piezoaktuator mit einer Längsachse, einem Grundkörper, der ausgebildet zum Herstellen eines mechanischen Abschlusses des Piezoaktuators, einem Adapterelement, das mit dem Grundkörper gekoppelt ist und das mindestens eine durchgehende Ausnehmung aufweist, mindestens einem ersten Anschlussstift, der mit dem Piezoaktuator elektrisch und mechanisch direkt gekoppelt und der in dem Grundkörper und in der durchgehenden Ausnehmung des Adapterelements in axialer Richtung angeordnet ist, und mindestens einem vollständig außerhalb des Adapterelements angeordneten zweiten Anschlussstift, der ausgebildet ist zur elektrischen Kopplung mit einer Spannungsquelle. Der erste Anschlussstift weist einen Endabschnitt auf, der außerhalb der durchgehenden Ausnehmung unmittelbar benachbart zu dem zweiten Anschlussstift angeordnet und direkt mit dem zweiten Anschlussstift gekoppelt ist.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis der Zusammenhänge bezüglich einem dynamischen Verhalten der Aktoreinheit zugrunde. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass nur geringe Änderungen an dem hinsichtlich seiner Fertigung bewährten Adapterelement durchgeführt werden müssen, und dennoch aufgrund der Bewegung der Aktoreinheit auftretende dynamische Kräfte klein gehalten werden können. Insbesondere kann verhindert werden, dass der erste Anschlussstift fest mit dem Adapterelement gekoppelt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das Adapterelement keiner oder nur einen sehr geringen Anteil an dem dynamischen Verhalten der Aktoreinheit hat. Andererseits kann das Adapterelement jedoch in einfacher Weise zum Ausrichten des ersten Anschlussstifts bei einer Montage der Aktoreinheit beitragen.
-
In einer vorteilhaften Ausbildung ist das Adapterelement fest mit dem Grundkörper gekoppelt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist das Adapterelement einen Vorsprung auf, der in Eingriff mit dem Grundkörper ist. Dies hat den Vorteil, dass die Bewegung des Adapterelements sehr gering gehalten werden kann. Eine ballistische Anregung des Adapterelements kann so vermieden werden.
-
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe und einer Aktoreinheit gemäß des ersten Aspekts der Erfindung. Die Aktoreinheit ist zum Einwirken auf die Düsenbaugruppe ausgebildet.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 ein Einspritzventil im Längsschnitt,
-
2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer Aktoreinheit des Einspritzventils, und
-
3 eine vergrößerte Darstellung einer elektrischen Anschlussvorrichtung.
-
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Einspritzventil 10 mit einer Aktoreinheit 14 und einer Düsenbaugruppe 15. Das Einspritzventil 10 wird vorzugsweise genutzt zum Einsatz als Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs.
-
Die Aktoreinheit 14 hat einen Gehäusekörper 12 mit einer Längsachse A und einer Gehäusekörperausnehmung 13, in der ein Piezoaktuator 16 mit einer Längsachse A angeordnet ist. Der Piezoaktuator 16 kann seine Länge in axialer Richtung abhängig von einem Steuersignal ändern, das an den Piezoaktuator 16 angelegt wird. Die Aktoreinheit 14 hat an ihrem der Düsenbaugruppe 15 abgewandten Ende einen als Kopfplatte ausgebildeten Grundkörper 18.
-
Die Düsenbaugruppe 15 umfasst einen Düsenkörper 20, eine Düsennadel 22 und eine Düsenkörperausnehmung 24. Die Düsenkörperausnehmung 24 erstreckt sich in dem Düsenkörper 20. Die Düsennadel 22 ist in der Düsenkörperausnehmung 24 angeordnet. Die Düsennadel 22 ist durch den Piezoaktuator 16 ansteuerbar.
-
Das Einspritzventil 10 umfasst einen Fluideintritt 26, der in dem Gehäusekörper 12 angeordnet und hydraulisch mit der Düsenkörperausnehmung 24 gekoppelt ist. Über eine nicht dargestellte Fluidleitung ist der Fluideintritt 26 mit einer Kraftstoffhochdruckkammer einer Brennkraftmaschine gekoppelt. An einem freien Ende der Düsenkörperausnehmung 24 ist ein Fluidaustritt 28 mit einer Einspritzöffnung 29 ausgebildet.
-
Der Düsenkörper 20 und die Düsennadel 22 dienen als Auflage für eine Feder 30, die zwischen dem Düsenkörper 20 und der Düsennadel 22 angeordnet ist.
-
Das Einspritzventil 10 ist ein nach außen öffnendes Ventil. In einer alternativen Ausführungsform kann das Einspritzventil 10 auch von einem nach innen öffnenden Typ sein.
-
Die 2 und 3 zeigen Details der Aktoreinheit 14. In der Gehäusekörperausnehmung 13 ist ein thermischer Kompensator 40 angeordnet. Die Aktoreinheit 14 hat an ihrem der Düsenbaugruppe 15 abgewandten Ende eine elektrische Anschlussvorrichtung 42. Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 ist in der Gehäusekörperausnehmung 13 angeordnet. Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 umfasst zwei erste Anschlussstifte 44 für die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Piezoaktuator 16. Die ersten Anschlussstifte 44 sind mit dem Piezoaktuator 16 elektrisch und mechanisch direkt gekoppelt und in dem Grundkörper 18 in axialer Richtung angeordnet. Jeder der ersten Anschlussstifte 44 hat einen Endabschnitt 45. Der Piezoaktuator 16 ändert seine Länge in axialer Richtung, wenn an ihn eine elektrische Spannung angelegt wird. Durch die Änderung der Länge des Piezoaktuators 16 kann eine Kraft auf die Düsennadel 22 ausgeübt werden. Über die von dem Piezoaktuator 16 ausgeübte Kraft kann sich die Düsennadel 22 in axialer Richtung bewegen, um so einen Fluidstrom durch die Einspritzöffnung 29 zu ermöglichen oder zu verhindern.
-
Die Aktoreinheit 14 hat einen mit dem Grundkörper 18 gekoppelten Stift 46, der eine mechanische Kopplung des Piezoaktuators 16 mit dem thermischen Kompensator 40 ermöglicht.
-
Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 hat weiter zwei zweite Anschlussstifte 48, die in einem Anschlussstecker angeordnet und mit einer Spannungsquelle elektrisch gekoppelt sind.
-
Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 umfasst weiter ein Adapterelement 50, das durchgehende Ausnehmungen 52 aufweist. Der Adapterelement 50 ist vorzugsweise als Ring ausgebildet. Jeder der ersten Anschlussstifte 44 ist teilweise in einer der durchgehenden Ausnehmungen 52 in axialer Richtung angeordnet. Jeder der Endabschnitte 45 der ersten Anschlussstifte 44 ist außerhalb der durchgehenden Ausnehmung 52 angeordnet. Die zweiten Anschlussstifte 48 sind vollständig außerhalb des Adapterelements 50 angeordnet. Die Endabschnitte 45 sind unmittelbar benachbart zu einem der zweiten Anschlussstifte 48 angeordnet und direkt mit einem der zweiten Anschlussstifte 48 mechanisch und elektrisch gekoppelt. Damit ist der Piezoaktuator 16 mit der Spannungsquelle elektrisch gekoppelt.
-
Das Adapterelement 50 hat einen Vorsprung 54, der in Eingriff mit dem Grundkörper 18 ist. Der Vorsprung 54 kann beispielsweise als Ring, als Nase oder als Platte ausgebildet sein. Mit dem Vorsprung 54 kann die axiale Bewegung des Adapterelements 50 begrenzt werden.
-
Im Folgenden soll die Funktion des Einspritzventils 10 kurz beschrieben werden:
Das Fluid wird von dem Fluideintritt 26 durch den Gehäusekörper 12 zu dem Fluidaustritt 28 geführt. In einer Schließposition der Düsennadel 22 verhindert diese einen Fluidstrom durch den Fluidaustritt 28 im Düsenkörper 20. Durch Anlegen einer Spannung an den Piezoaktuator 16 kann dieser seine Länge ändern. Durch diese Längenänderung kann eine Kraft auf die Düsennadel 22 ausgeübt werden. Die Düsennadel 22 kann damit in axialer Richtung aus ihrer Schließposition bewegt werden. Außerhalb der Schließposition der Düsennadel 22 ermöglicht die Düsennadel 22 einen Fluidstrom durch den Fluidaustritt 28 und damit durch die Einspritzöffnung 29. Die Feder 30 kann die Düsennadel 22 in Richtung auf den Piezoaktuator 16 mit Kraft beaufschlagen. Liegt keine Spannung an dem Piezoaktuator 16 an, so ist die Länge des Piezoaktuators 16 reduziert. Die Feder 30 zwingt die Düsennadel 22 zu einer Bewegung in axialer Richtung in ihre Schließposition. Abhängig von dem Kräftegleichgewicht zwischen der durch die Feder 30 auf die Düsennadel 22 ausgeübten Kraft und der durch den Piezoaktuator 16 auf die Düsennadel 22 ausgeübten Kraft ist die Düsennadel 22 in einer Schließposition oder in einer Öffnungsposition.
-
Beim Öffnen und Schließen des Einspritzventils 10 kann die Aktoreinheit 14 starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Durch die beschriebene Ausbildung der Aktoreinheit 14 kann insbesondere das Adapterelement 50 keinen oder lediglich einen sehr geringen Anteil an der mechanischen Dynamik der elektrischen Anschlussvorrichtung 42 haben. Dies kann zu einer hohen mechanischen Stabilität der mechanischen und elektrischen Verbindungen der Aktoreinheit 14 und insbesondere der elektrischen Anschlussvorrichtung 42 führen. Gleichwohl kann das Adapterelement 50 in vorteilhafter Weise zur Ausrichtung der ersten Anschlussstifte 44 eingesetzt werden.