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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktuator
und insbesondere eine elektrische Verbinderanordnung für einen
piezoelektrischen Aktuator von der Art, die zur Verwendung in einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem Verbrennungsmotor geeignet
ist.
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Kraftfahrzeug-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
zum Zuführen
vorbestimmter Mengen an Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors umfassen
typischerweise einen Steuerkolben, der betätigbar ist, um den Druck von
in einer Einspritzeinrichtungs-Steuerkammer enthaltenem Kraftstoff
zu regeln. Die Steuerkammer ist teilweise durch eine Fläche definiert,
die einer Einspritzeinrichtungsventilnadel zugehörig ist, sodass Änderungen
des Kraftstoffdruckes innerhalb der Steuerkammer eine Bewegung der
Ventilnadel in und aus einen/m Eingriff mit einer zugehörigen Sitzfläche bewirken.
Im Ergebnis ist die Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff
in den Brennraum des Motors gesteuert.
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Es
ist bekannt, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem piezoelektrischen
Aktuator zu versehen, um die Bewegung des Steuerkolbens zu steuern.
Piezoelektrische Aktuatoren, die zu diesem Zweck verwendet werden,
besitzen allgemein die Form eines Stapelkörpers mit einem mehrlagigen
geschichteten Stapel aus piezoekeramischen Elementen oder Schichten,
die jeweils durch eine elektrisch leitende Schicht getrennt sind.
Die elektrisch leitenden Schichten dienen als innere Elektrodenschichten.
Der Stapelkörper
ist mit positiven und negativen Verteilungselektroden versehen,
die derart angeordnet sind, dass sie einen elektrischen Kontakt
mit den inneren Elektrodenschichten herstellen. Die Verteilungselektro den
sind mit einer Energieversorgung verbindbar und transportieren eine
Spannung zu den inneren Elektrodenschichten.
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Ein
Anlegen einer Spannung über
die inneren Elektroden bewirkt ein Ausdehnen und Zusammenziehen
des Stapels entsprechend der Größe und der
Polarität
der angelegten Spannung. Die Änderung
der Länge
des Stapels wird verwendet, um die Bewegung des Steuerkolbens und
somit das Öffnen und
Schließen
der Ventilnadel zu steuern.
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Es
ist bekannt, dass das Aufbringen einer Druckkraft auf einen piezoelektrischen
Stapel seine Leistung und Haltbarkeit in vorteilhafter Weise beeinflusst.
Im Fall von piezoelektrisch betätigbaren
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zur Verwendung in Kompressionszündungs-Verbrennungsmotoren
besteht ein bekannter Ansatz darin, den piezoelektrischen Stapel
in einem mit Kraftstoff gefüllten
Speichervolumen oder Raum anzuordnen. Der Kraftstoff in dem Speichervolumen
ist typischerweise bei Drücken
von bis zu 2000 Bar gehalten; und der piezoelektrische Stapel erfährt daher
eine hohe Druckbelastung infolge hydrostatischer Kräfte. Ein
Aktuator dieser Art ist in der
EP
0 995 901 oder der
EP
1 096 136 erläutert. Ein
Einhüllen
des Stapels in einem Polymergehäuse oder
einer Polymerhülse
schützt
vor einem Eindringen von Hochdruckkraftstoff in die Stapelstruktur.
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Obwohl
das Anordnen des piezoelektrischen Aktuators in einer Hochdruckfluidumgebung
seine damit verbundenen Vorteile aufweist, muss sichergestellt sein,
dass die elektrischen Verbindungen zu dem Stapel gegen Hochdruckkraftstoff
innerhalb des Speichervolumens entsprechend und zuverlässig abgedichtet
sind. Es ist ebenfalls unerlässlich,
dass die hohen hydrostatischen Kräfte oder die aggressiven chemischen
Auswir kungen der kraftstoffbeladenen Umgebung die Vorkehrungen zum
Abdichten oder Isolieren des Stapels nicht nachteilig beeinflussen.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Verbinderanordnung
bereitzustellen, die auf diese Belange abzielt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein piezoelektrischer
Aktuator zur Verwendung in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen,
wobei der Aktuator umfasst: einen Stapel aus einem oder mehreren
piezoelektrischen Elementen zur Aufnahme innerhalb eines Speicherraumes
der Einspritzeinrichtung, eine erste und eine zweite Verteilungselektrode,
die jeweils auf einer Seite des Stapels angeordnet sind, um darin
ein elektrisches Feld zu erzeugen, und eine elektrische Verbinderanordnung.
Die elektrische Verbinderanordnung umfasst ein Körperelement, das einen äußeren Rand definiert
und einen Basisabschnitt und einen Schaftabschnitt umfasst, der
von dem Basisabschnitt vorsteht, wobei der Basisabschnitt eine Basisstirnfläche zum
Anschlag mit einer benachbarten, dem Stapel zugehörigen Stirnfläche und
eine Dichtungsfläche zum
Anschlag mit einer durch den Speicherraum definierten inneren Fläche definiert.
Die elektrische Verbinderanordnung umfasst auch ein Anschlussmittel zur
Verbindung mit einer externen Energieversorgung, wobei das Anschlussmittel
ein erstes und ein zweites Anschlusselement umfasst, die innen von dem äußeren Rand
des Körperelements
angeordnet sind und sich im Wesentlichen längs hierdurch erstrecken, wobei
das erste und das zweite Anschlusselement mit der externen Energieversorgung
verbindbar sind, um zuzulassen, dass das Verteilungselektrodenmittel
mit Spannung versorgt wird. Das Anschlussmittel umfasst auch eine
erste und eine zweite Kontaktplatte, von denen jede mit einem Ende
eines entsprechenden des ersten und zweiten Anschlusselements verbunden
ist, wobei die erste und die zweite Kontaktplatte eine radial äußere Fläche zum
Kontaktieren einer entsprechenden inneren Fläche der ersten und zweiten
Verteilungselektrode umfassen.
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Aufgrund
der Probleme, die sich durch das Anordnen des Aktuators innerhalb
einer Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung beim Gebrauch ergeben,
ist es zu bevorzugen, dass beide Enden der Anschlusselemente an
einer oberen Stirnfläche
des Schaftabschnitts bzw. an einer Basisstirnfläche des Basisabschnitts befestigt
sind. Da die Enden der Anschlusselemente an dem Körperelement
nur an entsprechenden Stirnflächen
davon befestigt sind, kann eine unterschiedliche Ausdehnung und
Kontraktion zwischen dem Körperelement
und den Anschlusselementen einfacher aufgenommen werden, um die
mechanischen Beanspruchungen und Spannungen innerhalb der Anschlusselemente
zu begrenzen. Überdies
ist bevorzugt, dass die Anschlusselemente und das Körperelement
derart gewählt
sind, dass ihre Ausdehnungskoeffizienten im Wesentlichen dieselben
sind, um das Ausmaß der
Beanspruchungen und Spannungen noch weiter zu begrenzen.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Basisabschnitt
dazu dient, die Anschlusselemente vor der aggressiven Umgebung,
in der der Aktuator verwendet wird, zu schützen und zu isolieren, während auch
eine Dichtungsfläche
vorgesehen ist, die mit einer durch den Speicherraum definierten zusammenwirkenden
Fläche
in Eingriff steht. Bei bestehenden Konstruktionen wurden die zuvor
erwähnten
Funktionen oft durch verschiedene Komponenten erfüllt. Vorzugsweise
definiert ein Schulterbereich des Basisabschnitts die Dichtungsfläche, wie
in der
EP 1 096 136 . Überdies
ist bevorzugt, dass das Körperelement
ein einheitlicher Körper
aus einem Keramikmaterial ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann die Gesamtlänge
der Verbinderanordnung durch das Vorsehen eines Verlängerungsstücks verlängert sein,
um zumindest ein Anschlusselement mit größerer Länge unterzubringen. Durch das
Hinzufügen
eines oder mehrerer Verlängerungsstücke zu dem
Körperelement
ist die Flexibilität
der Verbinderanordnung verbessert, um für eine spezielle Anwendung geeignet
zu sein.
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In
einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit einem Einspritzeinrichtungskörper
vor, der einen Düsenkörper aufweist,
der an einem Ende befestigt ist, wobei der Düsenkörper eine Bohrung definiert,
in der eine Einspritzeinrichtungsventilnadel verschiebbar ist, um
eine Kraftstoffeinspritzung von in dem Düsenkörper vorgesehenen Auslassöffnungen
zu steuern, wobei der Einspritzeinrichtungskörper einen Speicherraum definiert,
in dem ein piezoelektrischer Aktuator wie oben beschrieben aufgenommen
ist.
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Es
sollte beachtet werden, dass die bevorzugten Merkmale wie oben definiert
auf jeden Aspekt der Erfindung anwendbar sind.
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Zum
besseren Verständnis
wird die vorliegende Erfindung nunmehr lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
Schnittdarstellung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem
piezoelektrischen Aktuator ist, der die Verbinderanordnung der vorliegenden
Erfindung enthält;
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2 eine
vergrößerte perspektivische
Darstellung der Verbinderanordnung in 1 von oben ist;
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3 eine
vergrößerte perspektivische
Darstellung der Verbinderanordnung in 1 von unten ist;
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4 eine
Schnittdarstellung der Verbinderanordnung in den 1 bis 3 ist;
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5 eine
Seitenansicht der Verbinderanordnung ist, wenn diese auf einem piezoelektrischen Stapelaktuator
montiert ist;
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6 eine
Schnittdarstellung der Verbinderanordnung und des piezoelektrischen
Aktuators in 5 ist;
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7 eine
perspektivische Darstellung der Verbinderanordnung ist, wenn diese
auf einem piezoelektrischen Stapelaktuator montiert ist;
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8 eine
vergrößerte teilweise
Schnittdarstellung des piezoelektrischen Aktuators wie in 7 gezeigt
ist, wenn dieser in einem Einspritzeinrichtungsspeichervolumen eingebaut
ist;
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9 eine
weitere vergrößerte teilweise Schnittdarstellung
des piezoelektrischen Aktuators ist, wenn dieser in einem Eispritzeinrichtungsspeichervolumen
eingebaut ist, wie in 8 gezeigt;
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10a und 10b eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung zeigen; und
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11 eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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1 zeigt
eine piezoelektrische Kraftstoffeinspritzeinrichtung 2,
die zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor geeignet ist. Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 2 umfasst einen Einspritzeinrichtungskörper 4 mit
einem ersten (oberen) Ende, das einen Einlass 6 zum Anschluss
an eine Quelle von unter Druck stehendem Kraftstoff definiert, und
einem zweiten (unteren) Ende, mit dem ein Einspritzeinrichtungsdüsenkörper 8 verbunden
ist. Der Düsenkörper 8 ist
mit einer axialen Bohrung 16 versehen, in der eine Ventilnadel 18 verschiebbar
ist. Es ist verständlich,
dass die Begriffe obere/r/s und untere/r/s im Kontext mit den Zeichnungen
verwendet werden, und keine der hierbei beschriebenen Komponenten
auf eine spezifische Orientierung beschränken sollen. Zwischen seinen
Enden definiert der Einspritzeinrichtungskörper 4 Kraftstoffkanäle in der
Form eines Einlasskanals 10 und ein Speichervolumen oder
eine Kammer 12.
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Kraftstoff
wird dem Einspritzeinrichtungskörper 2 über den
Einlass 6 von einer Common Rail oder einer anderen geeigneten
Quelle von unter Druck stehendem Kraftstoff zugeführt, die
auch derart angeordnet sein kann, dass Kraftstoff einer oder mehreren
weiteren Einspritzeinrichtungen (nicht gezeigt) des Motors zugeführt wird.
Unter Druck stehender Kraftstoff wird von dem Einlass 6,
durch den Einlasskanal 10 und das Speichervolumen 12 zu
einer Ringkammer 14, die einen Teil der durch den Düsenkörper 8 definierten
axialen Bohrung 16 bildet, transportiert.
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Das
Speichervolumen 12 beherbergt einen piezoelektrische Stapelaktuator
(allgemein mit 20 bezeichnet). Eine lineare Ausdehnung
und Kontraktion des Aktuators 20 wird über einen Steuerkolben 22, der
an einem ersten (untersten) Ende des Aktuators 20 befestigt
oder gekoppelt ist und dazu dient, das Volumen und damit den Druck
des Kraftstoffes in einer Steuerkammer 23 zu steuern, auf
die Ventilnadel 18 übertragen.
Durch Steuern des Druckes des Kraftstoffes in der Steuerkammer 23 steuert
die Position des Steuerkolbens 22, ob eine Kraftstoffeinspritzung durch
einen oder mehrere Düsenauslässe (nicht
gezeigt) stattfindet oder nicht.
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Der
Aktuator 20 umfasst einen Stapel 24 aus piezoelektrischen
Elementen, von denen jedes durch eine innere Elektrodenschicht auf
eine in der Technik bekannte Weise getrennt ist (die einzelnen piezoelektrischen
Elemente und die inneren Elektroden sind in 1 nicht
sichtbar). Der Stapel 24 ist mit einem Verteilungselektrodenmittel
in der Form einer positiven und einer negativen Verteilungselektrode 26a, 26b (von
denen nur eine in 1 gezeigt ist) versehen, die
in Längsrichtung
entlang gegenüberliegenden
Seitenflächen
des Stapels 24 verlaufen und einen elektrischen Kontakt
mit den inneren Elektroden des Stapels 24 herstellen.
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Ein/e
elektrische/s Verbinderanordnung oder -modul 30 ist an
der Oberseite oder dem oberen Ende des Speichervolumens 12 angeordnet
und erstreckt sich durch eine/n längs gerichtete/n Bohrung oder
Kanal 41 hindurch, die/der in dem Einspritzeinrichtungskörper 4 vorgesehen
ist. Auch wenn 1 das Verbindermodul 30 nicht
im Detail zeigt, ist zu sehen, dass das Modul ein Anschlussmittel
mit einem Paar positiver und negativer Flachanschlüsse 32, 34 umfasst,
die von dem Verbindermodul 30 weg vorstehen, um in einer
in dem Einspritzeinrichtungskörper 4 vorgesehenen
seitlichen Vertiefung 42 zu sitzen. Die Flachanschlüsse 32, 34 stellen
einen geeigneten Befestigungspunkt für einen Stecker einer externen
Energieversorgung bereit und dienen dazu, eine angelegte Spannung
zu den Verteilungselektroden 26a, 26b und somit über das
Verbindermodul 30 zu den inneren Stapelelektroden zu transportieren.
Durch Steuern der angelegten Spannung kann die Länge des Stapels 24 vergrößert oder
verkleinert werden, um dadurch die axiale Position des Steuerkolbens 22 und
somit den Druck in der Steuerkammer 23 zu steuern.
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Das
Verbindermodul 30 von 1 wird nun in
größerem Detail
beschrieben. Unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 umfasst
das Verbindermodul 30 ein Modulkörperelement 36, das
einen Basisabschnitt 36a in der Form eines Blocks umfasst,
der sich zu einem im Wesentlichen zylindrischen Schaftabschnitt 36b verjüngt und
so einen ringförmigen Schulterbereich 36c dazwischen
definiert. Der ringförmige
Schulterbereich 36c dient als eine Dichtungsfläche, die
mit der Öffnung 41 in
Eingriff steht, um das Entweichen von unter Druck stehendem Kraftstoff
aus dem Speichervolumen 12 zu verhindern, wie später in größerem Detail
beschrieben wird. Das Verbindermodul 30 ist vorzugsweise
aus einem Keramikmaterial wie z. B. hochwertigem Aluminiumoxid hergestellt,
um der aggressiven Umgebung, in der es sich befindet, standzuhalten.
Das Verbindermodul kann jedoch, falls es die Bedingungen zulassen,
aus einem weniger elastischen Material hergestellt sein.
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Der
Basisabschnitt 36a des Körperelements 36 definiert
eine im Wesentlichen flache Basisstirnfläche 31 des Moduls
und der Schaftabschnitt 36b definiert eine obere Stirnfläche 33 des
Moduls 30. Das Anschlussmittel des Moduls 30 umfasst
ein erstes und ein zweites Anschlusselement, die die Form eines
positiven und eines negativen Anschlussstifts 38a, 38b besitzen,
die sich in Längsrichtung
durch das Modul 30 hindurch erstrecken, um in den Flachanschlüssen 32, 34 zu
enden, die von der oberen Stirnfläche 33 vorstehen.
Die Anschlussstifte 38a, 38b sind derart angeordnet,
dass die ersten Enden der Anschlussstifte 38a, 38b an
der oberen Stirnfläche 33 des
Moduls 30 enden und die zweiten Enden der Anschlussstifte 38a, 38b an
der Basisstirnfläche 31 des
Moduls 30 enden. Die Enden der Anschlussstifte 38a, 38b sind
an ihren jeweiligen Stirnflächen 31, 33 durch
metallisierte Bereiche befestigt, von denen nur die metallisierten
Bereiche 37a, 37b auf der oberen Stirnfläche 33 des
Moduls 30 in den Fig. gezeigt sind. Die metallisierten
Bereiche 37a, 37b sind durch einen Kreuzkanal 35 getrennt,
der als Schutz vor einer elektrischen Bogenbildung zwischen den Flachanschlüssen 32, 34 dient.
Die metallisierten Bereiche 37a, 37b können durch
solche Verfahren wie z. B. Tintendruck, Aufdampfen, oder Löten gebildet sein.
In ähnlicher
Weise erstrecken sich der positive und der negative Flachanschluss 32, 34 von
der oberen Fläche
des Schaftabschnitts 36b nach oben und sind durch Löten oder
ein gleichwertiges Verfahren an ihren jeweiligen metallisierten
Bereichen 37a, 37b befestigt, sodass ein Kontakt
mit hoher Festigkeit erreicht ist.
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Da
die Anschlussstifte 38a, 38b an dem Körperelement 36 an
oder in dem Bereich seiner oberen und unteren Stirnfläche 31, 33 befestigt
sind, steht der Großteil
der äußeren Fläche eines
jeden Anschlussstifts 38a, 38b nicht in festem
Kontakt mit dem Verbindermodul 30. Infolgedessen kann die
unterschiedliche Ausdehnung zwischen dem Körperelement 36 und
den Anschlussstiften 38a, 38b, wie sie durch ein
Erwärmen
der Komponenten im Gebrauch auftreten kann, einfacher aufgenommen
werden. Tatsächlich
ist es ein Merkmal der Erfindung, dass das Material, aus dem die
Anschlussstifte 38a, 38b hergestellt sind, derart
gewählt
ist, dass sein Ausdehnungskoeffizient im Wesentlichen derselbe ist
wie der des Keramikmaterials des Verbindermoduls 30. Infolgedessen
sind die Zug- oder Druckkräfte,
die auf die Anschlussstifte 38a, 38b ausgeübt werden,
begrenzt. In dieser Ausführungsform
sind die Anschlussstifte 38a, 38b aus einer Legierung
mit geringer Ausdehnung wie z. B. KOVAR (RTM) hergestellt, auch
wenn verständlich
ist, dass andere Materialien, die die geeigneten chemischen und
elektrischen Eigenschaften aufweisen, ebenfalls verwendet werden können, um
die Anschlussstifte 38a, 38b herzustellen.
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Unter
spezieller Bezugnahme auf die 3 und 4 ist
die Basisstirnfläche 31 des
Moduls 30 derart geformt, dass sie eine erste und eine
zweite Ver tiefung 39 von geradliniger Form definiert, die
entsprechend geformte metallische Kontaktplatten 40a, 40b aufnehmen.
Jede Kontaktplatte 40a, 40b definiert ein Loch,
durch das hindurch sich ein entsprechender Anschlussstift 38a, 38b erstrecken
kann, um dadurch die Kontaktplatten 40a, 40b mit
den Flachanschlüssen 32, 34 über die
Anschlussstifte 38a, 38b elektrisch zu verbinden.
Es ist daher verständlich, dass
die Flachanschlüsse 32, 34,
die Anschlussstifte 38a, 38b und die Kontaktplatten 40a, 40b gemeinsam
das Anschlussmittel des Verbindermoduls 30 bilden und positive
und negative Leiterbahnen von einer externen Energieversorgung zu
einer entsprechenden Verteilungselektrode 26a, 26b des
Stapels 24 bereitstellen. Die Kontaktplatten 40a, 40b sind derart
angeordnet, dass eine radial äußere Fläche davon
bündig
mit einer radial äußeren Fläche des Basisabschnitts 36a des
Körperelements 36 ist.
In dieser Ausführungsform
sind die Kontaktplatten 40a, 40b aus einer Legierung
gebildet, die Eisen, Nickel und Kupfer umfasst, auch wenn einzusehen
sein sollte, dass auch andere geeignete Materialien verwendet werden
können.
Markenmaterialien für
diesen Zweck, z. B. INVAR (RTM), COVAR (RTM) und INCOLOY (RTM),
sind erhältlich.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf die 5 bis 7 ist,
wenn das Verbindermodul 30 an dem Stapel 24 montiert
und mit diesem verbunden ist, die Basisstirnfläche 31 des Basisabschnitts 36 neben
einer im Wesentlichen flachen oberen Stirnfläche des Stapels 24 angeordnet
und liegt an dieser an. Des Weiteren ist der Basisabschnitt 36a derart geformt,
dass sein Grenzprofil oder seine „äußere Hülle" im Wesentlichen mit jenem/r der oberen
Stirnfläche
des Stapels 24 zusammenpasst, und infolgedessen ist kein
wesentlicher geometrischer Übergang
zwischen dem Stapel 24 und dem Verbindermodul 30 vorhanden.
Sobald der Stapel 24 und das Verbindermodul 30 zusammengebaut
sind, werden sie in dem Speichervolumen 12 aufgenommen,
das im Gebrauch einen Hochdruckkraftstoff ent hält. Daher besteht ein besonderer
Vorteil der Erfindung darin, dass, da der Querschnitt des Basisabschnitts 36a derart
ausgestaltet ist, dass er mit jenem des Stapels 24 vergleichbar
ist, die nachteiligen Wirkungen starker hydrostatischer Kräfte vermieden
sind. Darüber hinaus
wird vermieden, Materialien mit einer relativ geringen Festigkeit
(z. B. überspritzte
Kunststoffteile) einem Hochdruckkraftstoff auszusetzen. Bei bisher vorgeschlagenen
Konstruktionen springen die Verbindermodulränder aus einem Kunststoffaufbau über die
Begrenzung des Stapels 24 vor, sodass ein Hochdruckkraftstoff
eine Kraft auf das Verbindermodul ausübt, die im Laufe der Zeit zu
einem Schaden an der Einspritzeinrichtung führen kann, da das Verbindermodul
von dem Stapel 24 gelöst
wird. In der vorliegenden Erfindung springt das Verbindermodul 30 nicht über den
Stapel 24 vor, sodass das Problem vermieden wird.
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Da
das Profil des Basisabschnitts 36b mit jenem des Stapels 24 vergleichbar
ist, können
sich die erste und die zweite Verteilungselektrode 26a, 26b nach
oben über
die Stirnfläche
des Stapels 24 hinaus erstrecken, sodass ihre nach innen
weisenden Flächen
einen Kontakt mit den radial äußeren Flächen der
Kontaktplatten 40a, 40b herstellen. Ein Vorteil dieser
Anordnung, insbesondere wenn das Verbindermodul 30 für einen
piezoelektrischen Aktuator des beschriebenen Typs verwendet wird,
besteht darin, dass die Kontaktplatten 40a, 40b eine
starre Kontaktfläche
für die
Verteilungselektroden 26a, 26b bereitstellen.
Dies ist eine deutliche Verbesserung gegenüber bisher vorgeschlagenen
Konstruktionen, in denen ein Kontakt zwischen den Verbinderanschlüssen und
den Verteilungselektroden an einem Punkt entlang der Stapelseitenfläche stattfindet,
wobei sich die Verbinderanschlüsse über und
um die obere Fläche des
Stapels herum und auf den Stapelseiten für eine Verbindung mit den Verteilungselektroden
erstrecken.
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8 zeigt
im Detail den Aktuator 20 (mit dem Stapel 24 und
dem Verbindermodul 30), der in dem Speichervolumen 12 eingebaut
ist, und die Dichtungsfläche,
die das Verbindermodul 30 mit dem Einspritzeinrichtungskörper 4 herstellt.
Wenn der Aktuator 20 in dem Speichervolumen 12 der
Einspritzeinrichtung 2 eingebaut ist, erstreckt sich der
Schaftabschnitt 36b des Moduls 30 durch den längs gerichteten
Kanal 41, der mit dem Speichervolumen 12 verbunden
ist, sodass die Flachanschlüsse 32, 34 in
die seitliche Vertiefung 42 durch das offene obere Ende des
Kanals 41 hinein vorstehen. Die seitliche Vertiefung 42 bildet
eine Verbinderbuchse zur Aufnahme eines Kabelbaumverbinders (nicht
gezeigt) mittels dessen der Aktuator 20 mit der externen
Energieversorgung verbunden ist. Der Schaftbereich 36b ist
so weit in dem Kanal 41 aufgenommen, dass der ringförmige Schulterbereich 36c des
Moduls 30 mit einer inneren passenden Fläche 44 des
Speichervolumens 12 in dem Bereich der Verbindung zwischen
dem unteren Ende des längs
gerichteten Kanals 41 und dem Speichervolumen 12 in
Eingriff steht. Die innere Fläche 44 ist
im Wesentlichen kegelstumpfförmig,
um eine gleichmäßige Fläche bereitzustellen,
mit der der Schulterbereich 36c des Verbindermoduls 30 in
Eingriff steht. Dies stellt sicher, dass im Gebrauch eine im Wesentlichen
fluiddichte Abdichtung gegenüber dem
Eindringen von Hochdruckfluid hergestellt ist. Die Abdichtungsfunktion
des Verbindermoduls 30 wird durch die hydrostatischen Kräfte, die
auf den Aktuator 20 wirken, eher verbessert als verschlechtert, wodurch
ein im Wesentlichen auslaufsicherer Einbau erreicht ist.
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Da
der Aktuator 20 in einem mit einem Hochdruckkraftstoff
gefüllten
Speichervolumen angeordnet ist, ist es notwendig, den Aktuator 20 vor
einer Beschädigung
zu schützen.
Zu diesem Zweck ist der Aktuator großteils mit einer Polymerhülse als
elektrische Isolierung und chemischer Schutz umhüllt. Auch wenn die Einkapselungshülse in 8 zum besse ren
Verständnis
nicht gezeigt ist, erstreckt sich die Hülse entlang der gesamten Länge des
Stapels 24 bis auf die Basis 36a des Verbindermoduls 36.
Es ist zulässig,
dass sich die Einkapselungshülse
auf dem Schulterbereich 36c erstreckt, vorausgesetzt, sie
beeinträchtigt
nicht den Punkt des Abdichtungskontakts zwischen dem Modul 30 und
der Wand des Speichervolumens 12.
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Wie
in 9 deutlicher gezeigt, umfasst der Schulterbereich 36c einen
ersten oberen, kegelstumpfförmigen
Sitzbereich 52 und einen zweiten unteren, zumindest teilweise
kegelstumpfförmigen
Sitzbereich 54, der jedoch in eine gekrümmte Fläche übergeht. Es sollte einzusehen
sein, dass der erste Sitzbereich 52 ebenfalls teilweise
kegelstumpfförmig sein
kann. Die gemeinsame Grenzfläche
des oberen Sitzbereiches 52 und des unteren Sitzbereiches 54 definiert
eine Sitzlinie 56, die mit der inneren Fläche 44 in
Eingriff steht, wenn der Aktuator 20 in dem Speichervolumen 12 der
Einspritzeinrichtung 2 eingebaut ist. Die Verwendung einer
Sitzlinie 56 zum Eingriff der inneren Fläche erhöht die Effizienz
der durch das Modul 30 erzielten Abdichtung, da die im
Gebrauch auf den Aktuator 20 wirkende hydrostatische Kraft
auf einem engen Bereich konzentriert ist, anstatt die angewandte
Kraft über
einen relativ großen
Sitzbereich zu verteilen, was die Abdichtungseigenschaften des Moduls
nachteilig beeinflussen könnte.
Des Weiteren kann die Sitzlinie 56 derart angeordnet sein,
dass sie sich im Gebrauch verformt, sodass das Modul 30 sich über der
Sitzlinie 56 „einbettet", um die Exzentrizitäten entweder
der inneren Fläche 44 oder
der Sitzlinie 56 zu berücksichtigen.
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In
dieser Ausführung
ist das Verbindermodul 30 eine einheitliche Komponente
und das Keramikkörperelement 36 ist
während
der Fertigung nach Notwendigkeit derart geformt, um die Abdichtungseigenschaften
des Verbindermoduls 30 für eine spezielle Anwendung
zu optimieren. Es ist jedoch möglich, dass
auf Grund einer speziellen Installation der Kanal 41 in
dem Schaftabschnitt 36b des Verbindermoduls 30 aufgenommen
ist, zu lang ist, als dass das Verbindermodul 30 als ein
einziges Teil gefertigt werden kann. Dieses spezielle Szenario wird
in einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung wie, in den 10a und 10b veranschaulicht, berücksichtigt, in der ein Verbindermodul 60 aus
einem Körperelement 62 und
einem daran montierten Verlängerungsstück 64 gebildet
ist. Es ist verständlich,
dass die Ausgestaltung des Basiselements 62 in den 10a und 10b im
Wesentlichen dieselbe ist wie die des Körperelements 36 der
vorhergehenden Ausführungsform,
sodass sie an dieser Stelle nicht noch einmal im Detail beschrieben
wird.
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Wie
in der zuvor beschriebenen Ausführungsform
ist das Körperelement 62 mit
einem Anschlussmittel versehen, das einen ersten und einen zweiten
Anschlussstift 66a, 66b umfasst, die sich in Längsrichtung
hierdurch erstrecken. Die Anschlussstifte 66a, 66b weisen
entgegengesetzte Enden auf, die an einer entsprechenden oberen und
unteren Stirnfläche 61, 63 des
Körperelements 62 enden.
Auf eine ähnliche
Weise erstrecken sich die Anschlussstifte 68a, 68b in
Längsrichtung
durch das Verlängerungsstück 64 und
enden an seiner oberen und unteren Stirnfläche 65, 67.
Die Enden der Anschlussstifte 66a, 66b; 68a, 68b sind
an den zugehörigen
Stirnflächen 61, 63; 65, 67 des
Körperelements 62 oder
dem Verlängerungsstück 64 durch
metallisierte Bereiche (nicht gezeigt) befestigt.
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Um
das Verbindermodul 60 zusammenzubauen, wird die untere
Stirnfläche 65 des
Verlängerungsstücks 64 an
dem Körperelement 62,
z. B. durch Löten,
fest montiert. Daher wird eine elektrische Verbindung zwischen den
Anschlussstiften 66a, 66b des Körperelements 62 und
den Anschlussstiften 68a, 68b des Verlängerungsstücks 64 hergestellt. Eine
korrekte Ausrichtung des Körperelements 62 und
des Verlängerungsstücks 64 kann durch
das Vorsehen eines Vorsprungs 72 an dem Verlängerungsstück 64 und
einer entsprechenden Vertiefung 74 an der Fläche 61 des
Körperelements 62 sichergestellt sein.
Weitere geeignete komplementäre
Formationen können
für diesen
Zweck ebenfalls vorgesehen sein. Um das Verbindermodul 60 fertigzustellen,
werden die Flachanschlüsse 70a, 70b,
die einen Teil des Anschlussmittels bilden, an die obere Stirnfläche 67 des
Verlängerungsstücks 64 gelötet oder
anders daran angebracht.
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Als
Ergebnis der oben beschriebenen Anordnung kann die Gesamtlänge des
Verbindermoduls erhöht
werden, um für
eine spezielle Einspritzeinrichtungs-Installation geeignet zu sein,
ohne die strukturelle Steifigkeit zu beeinträchtigen, was wahrscheinlich
der Fall sein würde,
wenn solch ein verlängertes Verbindermodul 60 als
ein einziges Keramikkörperteil gefertigt
würde.
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Auch
wenn die Anschlussstifte 66a, 66b; 68a, 68b als
relativ kurze, separate Abschnitte beschrieben sind, die am Übergang
zwischen dem Basiselement 62 und dem Verlängerungsstück 64 verbunden
oder elektrisch verbunden sind, sollte einzusehen sein, dass jeder
Anschluss alternativ aus einem einzigen, relativ langen Element
gebildet sein kann, das sich über
die gesamte Länge
des verlängerten
Moduls 60 erstreckt.
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Eine
weitere alternative Ausführungsform
ist in 11 gezeigt, wobei gleiche Teile
durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform
ist das Basiselement 36a des Moduls 30 ein separates
Teil an dem Schaftabschnitt 36b. Das Basiselement 36a endet
an dem Schulterbereich 36c und eine Vertiefung 80 in
der oberen Stirnfläche
des Basisbereiches definiert eine Ausnehmung, in der der Schaftbereich 36b aufgenommen
und daran mithilfe eines geeigneten Klebstoffes befestigt ist. Dadurch,
dass das Modul 30 auf diese Weise ausgebildet ist, werden
Span nungen vermieden, die an dem Übergang zwischen dem Basiselement 36a und
dem Schaftbereich 36b auftreten, wenn sie als ein einheitliches
Teil gebildet sind.
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Da
das Basiselement 36a keramisch ist, ist es beständig gegenüber hohen
Drücken
und Temperaturen innerhalb des Kraftstoffspeichervolumens 12 und
ist ebenso chemikalienbeständig.
Der Schaftbereich 36b kann ebenfalls aus Keramik bestehen.
Es ist allerdings möglich,
den Schaftbereich 36b, falls gewünscht, aus einem alternativen
Material wie z. B. Kunststoff zu bilden. Es sollte auch einzusehen
sein, dass das Basiselement 36a selbst aus einem anderen
Material als Keramik hergestellt sein kann, wenn die Umgebung, in
der es angeordnet ist, dies zulässt. Für den Gebrauch
in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtungsanlage ist jedoch ein keramisches
Basiselement 36a bevorzugt.
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Die
unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen
Anschlussstifte 38a, 38b sind nicht auf eine „stabartige" oder „Draht"-Form beschränkt und
können
auch gestanzt oder anderweitig aus einem Metallblechmaterial hergestellt
sein. Auch wenn stabartige Anschlussstifte zum Einsetzen durch gebohrte
Keramikkomponenten geeigneter sein können, können gestanzte Anschlussstifte
für einen
Einschluss in einem mit Kunststoff überspritzten Schaftbereich
einfacher geformt werden.
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Nachdem
spezielle bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sollte einzusehen
sein, dass die Ausführungsformen,
auf die Bezug genommen wurde, nur beispielhaft sind, und dass Varianten
und Abwandlungen hergestellt werden können, ohne von dem Umfang der
Erfindung, wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert, abzuweichen.
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Zum
Beispiel ist die Erfindung, obwohl in dieser Beschreibung das Verbindermodul 30 derart
beschrieben wurde, dass es Flachanschlüsse 32, 34, Anschlussstifte 38a, 38b und
Kontaktplatten 40a, 40b, alle mit positiver und
negativer Polarität,
umfasst, auch auf ein Verbindermodul anwendbar, das derart angeordnet
ist, dass sich ein einziges Anschlusselement durch das Körperelement 36, 62 hindurch
erstreckt und an einer einzigen Kontaktplatte zur Verbindung mit
einer geeigneten Komponente endet. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung
auch auf ein Verbindermodul anwendbar, das mit drei oder mehr Flachanschlüssen, Anschlussstiften
und Kontaktplatten versehen ist, wenn eine spezielle Anwendung dies
erfordert.