DE102012223212A1 - Fuel injector for use in motor vehicles, has electrical connector that is configured for energizing actuator formed of laminated electro-active polymers - Google Patents

Fuel injector for use in motor vehicles, has electrical connector that is configured for energizing actuator formed of laminated electro-active polymers Download PDF

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Abstract

The injector (10) has a pair of actuator (18,88) for actuating a needle-shaped valve element (30) and an electrical connector (12) for energizing the actuators. The actuators are formed of laminated electro-active polymers including conductive polymers, ionic metal-polymer composites and ionic gels dry electro-active polymers such as electrostrictive polymers, piezoelectric polymers and ferroelectric polymers from a stack structure. The actuators are rigidly connected to an actuator head or an actuator foot at the respective fastening points of an injector (14).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die meisten derzeit bei einzelnen Systemen für Kraftstoff eingesetzten Aktoren sind entweder Piezoaktoren oder Magnetschaltventile. Mit derartigen Aktoren werden nadelförmig ausgebildete Ventilelemente, auch als Düsennadel bezeichnet, direkt oder indirekt angesteuert und geschaltet.Most of the actuators currently used with individual fuel systems are either piezo actuators or solenoid valves. With such actuators needle-shaped valve elements, also referred to as a nozzle needle, directly or indirectly driven and switched.

US 2009/0250021 A1 bezieht sich auf eine Steuerungseinrichtung für ein Fluid, bei welchem elektroaktive Materialien eingesetzt werden. Bei der aus US 2009/0250021 A bekannten Lösung umfasst eine Fluidsteuerungseinrichtung einen Ventilsitz. Mittels eines Aktor aus elektroaktiven Polymeren wird ein hülsenförmiges Schaltelement betätigt, welchen einen Abstand zwischen einem Ende der Hülse und dem Ventilsitz verändert. US 2009/0250021 A1 refers to a control device for a fluid in which electroactive materials are used. At the US 2009/0250021 A known solution, a fluid control device comprises a valve seat. By means of an actuator made of electroactive polymers, a sleeve-shaped switching element is actuated, which changes a distance between one end of the sleeve and the valve seat.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff einerseits die Herstellungskosten zu reduzieren und andererseits längere Schaltwege für ein nadelförmig ausgebildetes Ventilelement zu realisieren und die Schaltzeiten eines derartigen Betätigungselementes unter Umständen zu verkürzen. Des Weiteren kann der Einspritzverlauf definiert geformt werden.The present invention has for its object, on the one hand to reduce the manufacturing cost of a fuel injector for injecting fuel and on the other hand to realize longer switching paths for a needle-shaped valve element and to shorten the switching times of such an actuator under certain circumstances. Furthermore, the injection course can be defined defined.

Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor vorgeschlagen, der einen Aktor zur Betätigung eines nadelförmigen Ventilelementes umfasst, wobei der Aktor einen elektrischen Anschluss zur Bestromung aufweist und der Aktor zur Betätigung des Kraftstoffinjektors aus elektroaktiven Polymeren gebildet ist. According to the invention, a fuel injector is proposed, which comprises an actuator for actuating a needle-shaped valve element, wherein the actuator has an electrical connection for energizing and the actuator for actuating the fuel injector is formed from electroactive polymers.

Der Aktor aus elektroaktiven Polymeren kann entweder derart ausgebildet sein, dass eine Anzahl von elektroaktiven Polymeren in einer Stapelanordnung übereinander geschichtet ist, oder der Aktor aus elektroaktiven Polymeren aus einer gerollten oder gewickelten Anordnung elektroaktiver Polymere gebildet wird. Zu den elektroaktiven Polymeren sind ionische (feuchte) elektroaktive Polymere, wie z.B. leitfähige Polymere, ionische Metall-Polymer-Komposite und ionische Gele etc. sowie elektronische (trockene) elektroaktive Polymere wie z.B. elektrostriktive Polymere sowie piezoelektrische Polymere ferroelektrische Polymere sowie dielektrische Elastomere/Polymere etc. zu zählen. The electroactive polymer actuator can either be designed such that a number of electroactive polymers are stacked in a stacked arrangement, or the actuator is formed from electroactive polymers from a rolled or wound array of electroactive polymers. Among the electroactive polymers are ionic (wet) electroactive polymers, e.g. conductive polymers, ionic metal-polymer composites and ionic gels, etc., as well as electronic (dry) electroactive polymers such as e.g. electrostrictive polymers and piezoelectric polymers include ferroelectric polymers and dielectric elastomers / polymers, etc.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Fertigung des Aktors aus elektroaktiven Polymeren können im Gegensatz zu Piezokeramiken, welche teure Werkstoffe wie z.B. Blei-Zirkonat-Titanat erfordern, hier relativ kostengünstige Polymere eingesetzt werden. Bei der Verwendung von elektroaktiven Polymeren zur Fertigung von Aktoren lassen sich lange Schaltwege für eine direkte Steuerung des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes realisieren, was bei Piezoaktoren aufgrund der geringen Ausdehnung nicht möglich ist. Bei einer direkten Ansteuerung des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes kann der Einspritzverlauf geformt werden. Dies bedeutet, dass die Bewegungsgeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes während der gesamten Bewegung direkt durch Regelung der Ansteuerspannung des Aktors aus elektroaktiven Polymeren gesteuert werden kann. Des Weiteren ermöglicht der Einsatz von elektroaktiven Polymeren deutlich kürzere Schaltzeiten von Kraftstoffinjektoren, im Vergleich zu Magnetschaltventilen und daraus resultierend sehr geringe Einspritzraten. Die erfindungsgemäß eingesetzten Aktoren aus elektroaktiven Polymeren sind weich, im Gegensatz zu Piezokeramiken, die recht spröde sind. Diese Eigenschaft bietet enorme Vorteile in robuster Umgebung. Des Weiteren sind elektroaktive Polymere sehr einfach miniaturisierbar, und lassen sich lautlos schalten. Dadurch entfallen störende Klackergeräusche eines Piezo- oder eines Magnetinjektors, mit dem Kraftstoffinjektoren für Kraftfahrzeuge bisher betätigt wurden. Aufgrund des Umstandes, dass die elektroaktiven Polymere elastische Eigenschaften aufweisen, kann das nadelförmig ausgebildete Ventilelement in den Ventilsitz gedrückt werden, ohne dieses Bauteil zu zerstören. The inventively proposed production of the actuator of electroactive polymers, in contrast to piezoceramics, which expensive materials such. Lead zirconate titanate require relatively inexpensive polymers are used here. When using electroactive polymers for the production of actuators can be long switching paths for a direct control of the needle-shaped valve element realize, which is not possible with piezo actuators due to the small size. In a direct control of the needle-shaped valve element, the injection profile can be formed. This means that the movement speed and the direction of movement of the needle-shaped valve element during the entire movement can be controlled directly by controlling the driving voltage of the actuator of electroactive polymers. Furthermore, the use of electroactive polymers allows significantly shorter switching times of fuel injectors, compared to solenoid valves and resulting very low injection rates. The actuators made of electroactive polymers used according to the invention are soft, in contrast to piezoceramics, which are quite brittle. This feature offers tremendous benefits in a rugged environment. Furthermore, electroactive polymers are very easy to miniaturize, and can be switched silently. This eliminates disturbing Klackergeräusche a piezo or a Magnetinjektors, were previously operated with the fuel injectors for motor vehicles. Due to the fact that the electroactive polymers have elastic properties, the needle-shaped valve element can be pressed into the valve seat without destroying this component.

In einer möglichen Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors kann der Aktor aus elektroaktiven Polymeren von einem Schrumpfschlauch umschlossen, kraftstoffresistent beschichtet oder in eine Metallhülse eingebracht werden. Der Aktor aus elektroaktiven Polymeren ist am Aktorfuß einer Befestigungsstelle mit einem Injektorgehäuse des Kraftstoffinjektors wahlweise kraft-, stoff- oder formschlüssig verbunden.In a possible embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention, the actuator made of electroactive polymers can be enclosed by a heat-shrinkable tube, coated in a fuel-resistant manner or introduced into a metal sleeve. The actuator of electroactive polymers is optionally non-positively, material or positively connected to the actuator base of an attachment point with an injector of the fuel injector.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor erstreckt sich dieser durch einen Freiraum auf einer Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors, der durch das Injektorgehäuse nach außen begrenzt ist. Zwischen dem Aktor aus elektroaktiven Polymeren und dem nadelförmig ausgebildeten Ventilelement, d.h. der Düsennadel des Kraftstoffinjektors, kann einerseits eine direkte Verbindung, beispielsweise in Gestalt einer stoffschlüssigen Verbindung wie beispielsweise einer Schweißverbindung bestehen; andererseits ist es auch möglich, dass das nadelförmig ausgebildete Ventilelement, d.h. die Düsennadel indirekt über ein Kopplermodul durch Druckänderung in einem Steuerraum das nadelförmig ausgebildete Ventilelement betätigt. In the inventively proposed fuel injector, this extends through a free space on a low pressure side of the fuel injector, which is bounded by the injector to the outside. Between the actuator of electroactive polymers and the needle-shaped valve member, i. the nozzle needle of the fuel injector, on the one hand, a direct connection, for example in the form of a cohesive connection such as a welded joint exist; On the other hand, it is also possible that the needle-shaped valve element, i. the nozzle needle indirectly actuates the needle-shaped valve element via a coupler module by changing the pressure in a control chamber.

In der erstgenannten Alternative ist der Aktor über ein Kopplerstück oder dem Aktorkopf fest mit dem nadelförmig ausgebildeten Ventilelement verbunden, wobei die Verbindung starr ausgeführt ist. In the former alternative, the actuator is firmly connected with a coupler piece or the actuator head connected to the needle-shaped valve element, wherein the connection is rigid.

Der Aktor aus elektroaktiven Polymeren kann über ein Federelement am Boden eines Hohlraums des Kraftstoffinjektors abgestützt sein. The actuator of electroactive polymers may be supported via a spring element at the bottom of a cavity of the fuel injector.

Das nadelförmige Ventilelement selbst, oder ein Kopplerstück des Kopplermoduls können in einer Zwischenscheibe geführt sein, an der sich wiederum eine Schließfeder abstützt, die das nadelförmig ausgebildete Ventilelement d.h. die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagt. Die erwähnte Schließfeder kann in einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors auf eine Einstellscheibe wirken, die zur Einstellung der Öffnungskraft am nadelförmigen Ventilelement vorgesehen ist. Der Aktor aus elektroaktiven Polymeren kann in einen Füllstoff eingebettet sein, welcher sich in einer Metallhülse befindet. Diese Hülse ist durch eine Membran oder einen Balg verschlossen, so dass der Füllstoff bzw. die Füllmasse innerhalb des Freiraumes zwischen dem Aktor aus elektroaktiven Polymeren und der Innenseite der Metallhülse des Aktormoduls verbleibt. Das Aktormodul befindet sich im Injektorgehäuse des Kraftstoffinjektors.The needle-shaped valve element itself, or a coupler piece of the coupler module can be guided in an intermediate disc, on which in turn a closing spring is supported, which forms the needle-shaped valve element i. the nozzle needle is acted upon in the closing direction. The mentioned closing spring can act in an advantageous embodiment of the inventively proposed fuel injector on a shim, which is provided for adjusting the opening force on the needle-shaped valve member. The actuator of electroactive polymers can be embedded in a filler, which is located in a metal sleeve. This sleeve is closed by a membrane or a bellows, so that the filler or the filling material remains within the free space between the actuator of electroactive polymers and the inside of the metal sleeve of the actuator module. The actuator module is located in the injector housing of the fuel injector.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors kann der Aktor aus elektroaktiven Polymer von einer Kunststoffbeschichtung, insbesondere Fluorsilikon, Fluorkautschuk und/oder Parylene und/oder einem Schrumpfschlauch umgeben sein. Der Aktor aus elektroaktiven Polymeren kann an seinem Aktorkopf an einer Verbindung starr entweder mit einer Stirnseite des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes die unmittelbar oder mit einer Stirnseite des Koppelstücks stoffschlüssig gefügt sein.In a further advantageous embodiment of the fuel injector proposed according to the invention, the actuator made of electroactive polymer can be surrounded by a plastic coating, in particular fluorosilicone, fluororubber and / or parylene and / or a heat-shrinkable tube. The actuator made of electroactive polymers may be rigidly joined to its actuator head at a connection either with an end face of the needle-shaped valve element directly or with an end face of the coupling piece.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Vorzugsweise wird der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktor aus elektroaktiven Polymeren in Stapelanordnung ausgebildet, wobei mehrere dünn ausgebildete Schichten übereinander angeordnet werden. Einen Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktors aus elektroaktiven Polymeren ist der Umstand, dass die Bewegungsrichtung eines derartigen Aktors in Stapelanordnung gleich ist, wie die Öffnungsrichtung des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes, d.h. der Düsennadel. Daher kann auf Kopplermodule oder Ventile für eine andernfalls erforderliche Umkehrung der Bewegungsrichtung verzichtet werden. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aktor aus elektroaktiven Polymeren zieht sich bei Bestromung zusammen. Einerseits besteht bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Möglichkeit, das nadelförmig ausgebildete Düsenelement direkt mit dem Aktormodul zu verbinden, um einem Direktschalter zu erhalten. Dies macht ein zusätzliches Ventil zum Steuern überflüssig. Es können vergleichsweise große Hübe mit einem derartig ausgebildeten Aktor realisiert werden, wobei dieser bei Betrieb ein äußerst geringes Geräuschniveau aufweist. Des Weiteren kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aktor aus elektroaktiven Polymeren gekapselt ausgebildet werden, auch eine Beschichtung oder der Einsatz eines Schrumpfschlauches sind möglich. Ferner ist der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aktor aus elektroaktiven Polymeren elastischer als Aktoren, die aus Piezokeramik gefertigt werden; deshalb ist eine Sitzbeschädigung durch Auftreffen des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes im Ventilsitz nicht zu befürchten.Preferably, the inventively proposed actuator is formed of electroactive polymers in a stacked arrangement, wherein a plurality of thin layers formed are stacked. An advantage of the electroactive polymer actuator proposed according to the invention is the fact that the direction of movement of such an actuator in a stacked arrangement is the same as the opening direction of the needle-shaped valve element, i. the nozzle needle. Therefore, it is possible to dispense with coupler modules or valves for otherwise necessary reversal of the direction of movement. The inventively proposed actuator of electroactive polymers contracts when energized. On the one hand, in the solution proposed according to the invention, it is possible to connect the needle-shaped nozzle element directly to the actuator module in order to obtain a direct switch. This eliminates the need for an additional valve to control. It can be realized with such a trained actuator relatively large strokes, which has an extremely low noise level during operation. Furthermore, the actuator proposed according to the invention can be formed encapsulated from electroactive polymers, also a coating or the use of a shrink tube are possible. Furthermore, the inventively proposed actuator of electroactive polymers is more elastic than actuators, which are made of piezoceramic; Therefore, a seat damage by hitting the needle-shaped valve element in the valve seat is not to be feared.

Die Ansteuerung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktors aus elektroaktiven Polymeren erfolgt durch ein Steuergerät, welches während der gesamten Öffnungs- und Schließbewegung des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes die Spannung und damit die Bewegungsgeschwindigkeit des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes steuert bzw. regelt. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktor des elektroaktiven Polymeren können Drücke bis 100 MPa erzeugt werden. Ein Aktor ausgebildet als gewickelter Aktor könnte auch bei heute bestehenden Systemen, die beispielsweise durch Piezoaktoren betätigt werden, eingesetzt werden und diese ersetzen was einen Kostenvorteil nach sich zöge.The activation of the inventively proposed actuator made of electroactive polymers is carried out by a control device which controls or regulates the voltage and thus the speed of movement of the needle-shaped valve element during the entire opening and closing movement of the needle-shaped valve element. With the inventively proposed actuator of the electroactive polymer pressures up to 100 MPa can be generated. An actuator designed as a wound actuator could also be used in existing systems that are operated for example by piezoelectric actuators, and replace them which would entail a cost advantage.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 die Darstellung Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von Kraftstoff, mit gewickeltem Aktor aus elektroaktiven Polymeren im Niederdruckbereich, 1 the illustration fuel injector for injecting fuel, with wound actuator of electroactive polymers in the low pressure region,

2 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors mit indirekter Ansteuerung des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes, durch einen hochdruckseitig angeordneten Aktor aus elektroaktiven Polymeren, 2 a section through a further embodiment of the fuel injector with indirect control of the needle-shaped valve element, by a high-pressure side arranged actuator of electroactive polymers,

3 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors, bei dem das nadelförmig ausgebildete Ventilelement durch den im Hochdruck befindlichen Aktor aus elektroaktiven Polymeren direkt angesteuert wird, 3 a further embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention, in which the needle-shaped valve element is directly actuated by the high pressure actuator made of electroactive polymers,

4 eine weitere Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors, mit separater Hochdruckbohrung im Injektorgehäuse, bei dem das nadelförmig ausgebildete Ventilelement durch einen im Niederdruck befindlichen Aktor aus elektroaktiven Polymeren direkt betätigt wird, 4 A further embodiment variant of a fuel injector, with a separate high-pressure bore in the injector housing, in which the needle-shaped valve element is actuated directly by a low pressure actuator made of electroactive polymers,

5 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors, bei dem der im Hochdruck befindlichen Aktor aus elektroaktiven Polymeren in einem Freiraum mittels einer Feder abgestützt ist, 5 an embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention, in which the high-pressure actuator made of electroactive polymers is supported in a free space by means of a spring,

6 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors, bei dem ein im Niederdruck befindlicher Aktor aus elektroaktiven Polymeren ohne Zwischenschaltung eines stützenden Federelementes direkt mit dem nadelförmig ausgebildeten Ventilelement gekoppelt ist und das Injektorgehäuse von einer Zulaufführung durchzogen ist, 6 an embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention, in which a low-pressure actuator made of electroactive polymers is coupled directly to the needle-shaped valve element without the interposition of a supporting spring element and the injector housing is traversed by a feed guide,

7 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors ohne stützendes Federelement analog zu 5, jedoch ohne 7 a variant of the present invention proposed fuel injector without supporting spring element analogous to 5 but without

Stützung des Federelements, mit im Hochdruck befindlichen Aktor aus elektroaktiven Polymeren,Support of the spring element, with high pressure actuator made of electroactive polymers,

8 eine Ausführungsvariante des Aktors aus elektroaktiven Polymeren eingebettet in einen Füllstoff bzw. einer Dichtmasse in einer Metallhülse, 8th an embodiment of the actuator of electroactive polymers embedded in a filler or a sealant in a metal sleeve,

9 einen Aktor aus elektroaktiven Polymeren, in aufgewickelter Ausführungsform, 9 an actuator of electroactive polymers, in a wound embodiment,

10 eine Ausführungsvariante eines Aktors aus elektroaktiven Polymeren in Stapelanordnung mit einer Vielzahl von elektroaktiven Polymer-Elementen, welcher von einer kraftstoffresistenten Beschichtung oder durch einen Schrumpfschlauch umhüllt ist und 10 a variant of an actuator of electroactive polymers in a stacked arrangement with a plurality of electroactive polymer elements, which is enveloped by a fuel-resistant coating or by a shrink tube and

11 eine gewickelte Anordnung eines Aktors aus elektroaktiven Polymeren, umschlossen von einer kraftstoffresistenten Beschichtung oder einem Schrumpfschlauch. 11 a wound arrangement of an actuator of electroactive polymers, enclosed by a fuel-resistant coating or a shrink tube.

Ausführungsvariantenvariants

Der Darstellung gemäß 1 ist in schematischer Ansicht ein Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor zu entnehmen. The representation according to 1 is to take a schematic view of a section through a fuel injector.

Der in 1 dargestellte Kraftstoffinjektor 10 umfasst einen elektrischen Anschluss 12, mit welchem ein in einem Injektorgehäuse 14 angeordnete Aktor aus elektroaktiven Polymeren 18 angesteuert wird. Bei dem Aktor 18 handelt es sich beispielsweise entweder um einen gerollt oder um einen gewickelt ausgeführten Aktor 88 gemäß einer Ausführungsvariante nach 9 oder 11. Bei diesen Aktoren 88 handelt es sich um solche, die sich bei Bestromung in axiale Richtung längen. Das Injektorgehäuse 14 umfasst darüber hinaus einen Rücklaufanschluss 16, über den Rücklaufmenge in einem Kraftstofftank zurückgefördert wird. Des Weiteren umfasst der in 1 dargestellten Kraftstoffinjektor 10 einen Hochdruckzulauf 20, der sich durch das Injektorgehäuse 14 erstreckt, an einem Kopplermodul 22 vorbei hin zu einem Schaltventil 24. Das Schaltventil 24 befindet sich einer Drosselplatte 26. Die Drosselplatte 26 befindet sich oberhalb eines Düsenmodules 28, in dem ein nadelförmig ausgebildetes Ventilelement 30, d.h. die Düsennadel angeordnet ist. The in 1 illustrated fuel injector 10 includes an electrical connection 12 with which one in an injector housing 14 arranged actuator of electroactive polymers 18 is controlled. At the actor 18 For example, it is either a rolled or a wound actuator 88 according to a variant according to 9 or 11 , With these actors 88 These are those that lengthen when energized in the axial direction. The injector housing 14 also includes a return port 16 , is returned via the return amount in a fuel tank. Furthermore, the in 1 illustrated fuel injector 10 a high pressure inlet 20 that goes through the injector housing 14 extends, on a coupler module 22 over to a switching valve 24 , The switching valve 24 is a throttle plate 26 , The throttle plate 26 is located above a nozzle module 28 in which a needle-shaped valve element 30 , that is, the nozzle needle is arranged.

Das Düsenmodul 28 wird mittels einer Düsenspannmutter 32 über eine Gewindeverbindung mit dem Injektorgehäuse 14 gefügt. The nozzle module 28 is by means of a nozzle retaining nut 32 via a threaded connection with the injector housing 14 together.

2 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors, betätigt durch einen Aktor in Stapelanordnung aus elektroaktiven Polymeren, mit indirekter Betätigung eines nadelförmig ausgebildeten Schließelementes. 2 shows a section through an embodiment of the present invention proposed fuel injector actuated by an actuator in a stacked arrangement of electroactive polymers, with indirect actuation of a needle-shaped closure element.

Aus 2 geht hervor, dass der Kraftstoffinjektor 10 einen elektrischen Anschluss 12 und ein Injektorgehäuse 14 umfasst, in dem sich der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren befindet. Dieser beaufschlagt in der in 2 dargestellten Ausführungsvariante einen Kopplerkolben 34. Der Kopplerkolben 34 ist durch eine Kopplerfeder 38 abgestützt, die sich wiederum an einer Kopplerhülse 36 abstützt, die den Kopplerkolben 34 umgibt. Unterhalb der Kopplerhülse 36 befindet sich die Zwischenscheibe 26 bzw. die Drosselplatte, in der eine Drossel 40 angeordnet sowie eine Hochdruckzulaufbohrung ausgeführt sind. Bei Öffnen der Drossel 40 wird ein Steuerraum 42 druckentlastet, so dass eine Stirnseite des in den Steuerraum 42 hineinragenden nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes 30 druckentlastet wird und das nadelförmig ausgebildete Ventilelement, d.h. die Düsennadel 30 einen Ventilsitz am brennraumseitigen Ende eines Düsenkörpers 46 freigibt und demzufolge Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Out 2 it turns out that the fuel injector 10 an electrical connection 12 and an injector housing 14 includes, in which the actor 18 from electroactive polymers. This is applied in the in 2 illustrated embodiment a coupler piston 34 , The coupler piston 34 is by a coupler spring 38 supported, in turn, on a coupler sleeve 36 supporting the coupler piston 34 surrounds. Below the coupler sleeve 36 is the washer 26 or the throttle plate, in which a throttle 40 arranged and a high pressure inlet bore are executed. When opening the throttle 40 becomes a control room 42 relieved of pressure, leaving an end face of the control room 42 protruding needle-shaped valve element 30 depressurized and the needle-shaped valve element, ie the nozzle needle 30 a valve seat at the combustion chamber end of a nozzle body 46 releases and therefore fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Unterhalb der Zwischenscheibe 26 befindet sich ein Federteller 44. Der Federteller 44 begrenzt mit der Zwischenscheibe 26 den Steuerraum 42. Am Federteller 44 stützt sich eine Düsenschließfeder 48 ab, welche das nadelförmig ausgebildete Ventilelement, d.h. die Düsennadel 30 in Schließrichtung beaufschlagt, so dass bei einer Nichtbestromung des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30, d.h. die Düsennadel dauerhaft ihren Sitz gestellt bleibt, die Einspritzöffnungen demzufolge geschlossen bleiben und kein Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.Below the washer 26 there is a spring plate 44 , The spring plate 44 limited with the washer 26 the control room 42 , On the spring plate 44 a nozzle closing spring is supported 48 from which the needle-shaped valve element, ie the nozzle needle 30 acted upon in the closing direction, so that when not energized the actuator 18 from electroactive polymers, the needle-shaped valve element 30 That is, the nozzle needle remains permanently seated, the injection openings therefore remain closed and no fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

In der Ausführungsvariante gemäß 2 ist das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 in einer ersten Nadelführung 70 sowie einer zweiten Nadelführung 72 geführt. Es besteht die Möglichkeit, das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 auch lediglich in einer einzigen Nadelführung zu führen. In the embodiment according to 2 is the needle-shaped valve element 30 in a first needle guide 70 and a second needle guide 72 guided. It is possible, the needle-shaped valve element 30 also lead only in a single needle guide.

Im Gegensatz zu 2 zeigt 3 eine direkte Betätigung eines nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes durch einen Aktor aus elektroaktiven Polymeren. In contrast to 2 shows 3 a direct actuation of a needle-shaped valve element by an actuator of electroactive polymers.

Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass der Kraftstoffinjektor 10 den Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren umfasst. In der in 3 dargestellten Ausführungsvariante ist der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren von einem Schrumpfschlauch 58 umschlossen. Der Aktor 18 umfasst eine Anzahl von schichtförmig angeordneten Elementen aus elektroaktiven Polymeren, die in Stapelanordnung 60 angeordnet sind. Der Aktor 18 aus der elektroaktiven Polymeren, hier umschlossen von einem Schrumpfschlauch 58, steuert das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30, d.h. die Düsennadel direkt an, da Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren 18 über ein Kopplerstück 50 direkt mit dem nadelförmig ausgebildeten Ventilelement, d.h. der Düsennadel 30 gekoppelt ist. Anstelle der Ummantelung des Aktors 18 durch den Strumpfschlauch 58 besteht auch die Möglichkeit, diesen mit einer kraftstoffresistenten Beschichtung 92 zu versehen, oder durch ein metallisches Bauteil zu kapseln. Dies bedeutet, dass sich eine Längsbewegung, d.h. ein Zusammenziehen des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren bei Bestromung direkt in axiale Richtung in eine Öffnungsbewegung des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes 30 umsetzen lässt, d.h. die Einspritzöffnungen am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 geöffnet werden. From the illustration according to 3 it turns out that the fuel injector 10 the actor 18 from electroactive polymers. In the in 3 illustrated embodiment is the actuator 18 of electroactive polymers from a shrink tube 58 enclosed. The actor 18 comprises a number of layered elements of electroactive polymers stacked together 60 are arranged. The actor 18 from the electroactive polymers, enclosed here by a shrink tube 58 , controls the needle-shaped valve element 30 ie the nozzle needle directly on, because actuator 18 from electroactive polymers 18 via a coupler piece 50 directly with the needle-shaped valve element, ie the nozzle needle 30 is coupled. Instead of the jacket of the actuator 18 through the stocking hose 58 There is also the possibility of this with a fuel-resistant coating 92 to be provided or encapsulated by a metallic component. This means that a longitudinal movement, ie a contraction of the actuator 18 from electroactive polymers when energized directly in the axial direction in an opening movement of the needle-shaped valve element 30 can implement, ie, the injection openings at the combustion chamber end of the fuel injector 10 be opened.

Wie des Weiteren aus der Schnittdarstellung gemäß 3 hervorgeht, erstreckt sich der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren – hier beispielsweise umschlossen von dem Schrumpfschlauch 58 – durch einen Hohl- oder Freiraum 76. Über einen Kraftstoffanschluss 20 gelangt unter Systemdruck stehender Kraftstoff in den Freiraum 76 und strömt über in einer Zwischenscheibe 26 ausgeführte Kraftstoffbohrungen 56 einem Düsenkörper 46 zu. Am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 46 befinden sich die Einspritzöffnungen, über welche bei entsprechender Freigabe durch das nadelförmig ausgebildete Ventilelement, unter Systemdruck stehender Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. As further from the sectional view according to 3 shows, the actuator extends 18 from electroactive polymers - here, for example, enclosed by the shrink tube 58 - through a hollow or free space 76 , Via a fuel connection 20 Under system pressure, fuel enters the free space 76 and flows over in a washer 26 executed fuel bores 56 a nozzle body 46 to. At the combustion chamber end of the nozzle body 46 are the injection openings, which is injected with appropriate release by the needle-shaped valve element, under system pressure standing fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine.

Wie aus 3 weiter hervor geht, ist der hier vom Schrumpfschlauch 58 umschlossene Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren an einer Befestigungsstelle 62 mit dem Injektorgehäuse 14 des Kraftstoffinjektors 10 verbunden. Die Aktorbefestigung 62 ist starr ausgebildet, so dass der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren bei entsprechender Bestromung über den elektrischen Anschluss 12 eine Kontraktionsbewegung ausführt, derart, dass bei Zusammenziehen des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren das durch das Kopplerstück 50 in der Zwischenscheibe 26 geführte nadelförmige Ventilelement 30 in vertikale Richtung nach oben auffährt und die am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 46 ausgebildeten Einspritzöffnungen frei gibt. Wie 3 des Weiteren zu entnehmen ist, erfolgt die Führung des Kopplerstückes 50 durch eine hochgenau ausgebildete Bohrung, die in der Zwischenscheibe 26 ausgeführt ist. Anstelle des Schrumpfschlauches 58 kann auch eine kraftstoffresistente Beschichtung 92 oder eine metallische Kapselung des Aktors 18 vorgenommen werden. Auch in der Ausführungsvariante gemäß 3 ist das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 in einer ersten Nadelführung 70 und einer zweiten Nadelführung 72 geführt. Es besteht selbstverständlich jedoch auch die Möglichkeit, das nadelförmige Ventilelement 30 lediglich in einer Nadelführung im Düsenkörper 46 zu führen. How out 3 goes on, this is the shrink tube 58 enclosed actuator 18 of electroactive polymers at an attachment site 62 with the injector housing 14 of the fuel injector 10 connected. The actuator attachment 62 is rigid, so the actuator 18 from electroactive polymers with appropriate current through the electrical connection 12 performs a contraction movement such that upon contraction of the actuator 18 from electroactive polymers through the coupler piece 50 in the washer 26 guided needle-shaped valve element 30 ascends in the vertical direction and at the combustion chamber end of the nozzle body 46 trained injection ports are free. As 3 it can be seen further, the leadership of the coupler piece takes place 50 through a highly accurate hole formed in the washer 26 is executed. Instead of the shrink tubing 58 can also be a fuel-resistant coating 92 or a metallic encapsulation of the actuator 18 be made. Also in the embodiment according to 3 is the needle-shaped valve element 30 in a first needle guide 70 and a second needle guide 72 guided. Of course, there is also the possibility of the needle-shaped valve element 30 only in a needle guide in the nozzle body 46 respectively.

Der Darstellung gemäß 4 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors zu entnehmen, bei dem das Injektorgehäuse eine in Kanalform ausgebildete Hochdruckbohrung aufweist, die sich durch das Injektorgehäuse erstreckt. The representation according to 4 is a variant of the present invention proposed fuel injector refer to, in which the injector has a housing formed in a channel high-pressure bore which extends through the injector.

Auch in der Ausführungsvariante gemäß 4 befindet sich der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren im Freiraum 76, der durch das Injektorgehäuse 14 begrenzt ist. Auch in der Darstellung gemäß 4 ist der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren in Stapelanordnung 60 ausgebildet und in dieser Ausführungsvariante von einem Schrumpfschlauch 58 umgeben. Die Bestromung des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren erfolgt über den elektrischen Anschluss 12 an der Oberseite des Kraftstoffinjektors 10. Der Freiraum 76, indem sich der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren befindet, verfügt des Weiteren über einen systembedingten Rücklaufanschluss 16 aus einem Niederdruckbereich. Also in the embodiment according to 4 is the actuator 18 from electroactive polymers in the free space 76 passing through the injector housing 14 is limited. Also in the illustration according to 4 is the actor 18 of electroactive polymers in a stacked arrangement 60 formed and in this embodiment of a shrink tube 58 surround. The energization of the actuator 18 made of electroactive polymers via the electrical connection 12 at the top of the fuel injector 10 , The open space 76 by the actor 18 from electroactive polymers, furthermore has a system-related return connection 16 from a low pressure area.

Wie 4 weiter entnommen werden kann, ist der vom Schrumpfschlauch 58 umschlossene Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren durch ein Federelement 64 abgestützt. Das Federelement 64 stützt sich einerseits am Aktorkopf 66 ab und andererseits auf dem Boden des Freiraums 76, der von dem Injektorgehäuse 14 umschlossen ist. In der Ausführungsvariante gemäß 4 bilden der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren, das Kopplerstück 50, welches am Aktorkopf 66 befestigt ist, und das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30, d.h. die Düsennadel, eine miteinander verbundene Einheit. In der Ausführungsvariante gemäß 4 können das Kopplerstück 50 und der Aktorkopf 66 beispielsweise stoffschlüssig miteinander gefügt sein, ebenso wie die einander zuweisenden Stirnseiten des Kopplerstückes 50 und des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes 30, d.h. der Düsennadel. Der obere Bereich des nadelförmig ausgebildeten Ventilementes 30 ist in der Zwischenscheibe 68 geführt, die im Wesentlichen der Zwischenscheibe 26 der Ausführungsvariante gemäß der 2 und 3 entspricht. As 4 can be further removed, is the shrink tube 58 enclosed actuator 18 from electroactive polymers by a spring element 64 supported. The spring element 64 supported on the one hand on the actuator head 66 on the other hand on the floor of the open space 76 coming from the injector housing 14 is enclosed. In the embodiment according to 4 form the actor 18 from electroactive polymers, the coupler piece 50 , which at the Aktorkopf 66 is fixed, and the needle-shaped valve element 30 ie the nozzle needle, an interconnected unit. In the embodiment according to 4 can the coupler piece 50 and the actuator head 66 For example, be materially joined together, as well the facing end faces of the coupler piece 50 and the needle-shaped valve element 30 ie the nozzle needle. The upper portion of the needle-shaped Ventilementes 30 is in the washer 68 led, which is essentially the washer 26 the embodiment according to the 2 and 3 equivalent.

Das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 ist in der Ausführungsvariante gemäß 4 in einer ersten Nadelführung 70 und einer zweiten Nadelführung 72 geführt, die in 4 nur schematisch angedeutet sind. Die beiden Nadelführungen 70 bzw. 72 sind im Düsenkörper 46 ausgebildet. Anstelle der in 4 dargestellten ersten Nadelführung 70 und der zweiten Nadelführung 72 besteht auch hier die Möglichkeit, das nadelförmige Ventilelement 30 lediglich in einer einzigen, im Düsenkörper 46 vorgesehenen Nadelführung zu führen. Auch in der Ausführungsvariante gemäß 4 verfügt der Freiraum 76, der im Wesentlichen den Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren aufnimmt, über einen Rücklaufanschluss 16. Der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren kann anstelle eines Schrumpfschlauches 58 auch mit einer kraftstoffresistenten Beschichtung 92 oder einer metallischen Komponente umschlossen sein. Ein Aktorfuß 80 ist an einer Befestigungsstelle 63 dieser Ausführungsvariante durch einen Presssitz/Dichtsitz im Injektorgehäuse 14 aufgenommen. Wenngleich das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 in dieser Ausführungsvariante in 2 Nadelführungen 70 bzw. 72 geführt ist, besteht auch die Möglichkeit, dass nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 in einer einzigen Nadelführung im Düsenkörper 46 zu führen.The needle-shaped valve element 30 is in the embodiment according to 4 in a first needle guide 70 and a second needle guide 72 led in 4 are indicated only schematically. The two needle guides 70 respectively. 72 are in the nozzle body 46 educated. Instead of in 4 shown first needle guide 70 and the second needle guide 72 There is also the possibility here, the needle-shaped valve element 30 only in a single, in the nozzle body 46 to guide provided needle guide. Also in the embodiment according to 4 has the free space 76 who is essentially the actor 18 from electroactive polymers, via a return port 16 , The actor 18 of electroactive polymers may instead of a shrink tube 58 also with a fuel-resistant coating 92 or a metallic component. An actuator base 80 is at an attachment point 63 this embodiment by a press fit / sealing seat in the injector 14 added. Although the needle-shaped valve element 30 in this embodiment in 2 needle guides 70 respectively. 72 is guided, there is also the possibility that needle-shaped valve element 30 in a single needle guide in the nozzle body 46 respectively.

Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß 4, in der sich die Zulaufbohrung durch das Injektorgehäuse 14 erstreckt, befindet sich bei der Ausführungsvariante gemäß 5 der Hochdruckzulauf 20 an der Oberseite des Injektorgehäuses 14 und mündet in den Freiraum 76. In diesem ist der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren gekapselt und ggf. auch beschichtet, oder mit einem Schrumpfschlauch 58 versehen. Auch in der Ausführungsvariante gemäß 5 liegt am Aktorkopf 66 das Federelement 64 an, welches den Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren abstützt. Der Darstellung gemäß 5 ist eine Befestigung des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren durch die Verbindung 63, beispielsweise eine Press-/Dichtverbindung gegeben. In contrast to the embodiment according to 4 , in which the inlet bore through the injector housing 14 extends, is in the embodiment according to 5 the high pressure inlet 20 at the top of the injector housing 14 and flows into the open space 76 , In this is the actor 18 encapsulated from electroactive polymers and optionally coated, or with a shrink tube 58 Mistake. Also in the embodiment according to 5 is located on the actuator head 66 the spring element 64 to which the actor 18 supported by electroactive polymers. The representation according to 5 is an attachment of the actuator 18 from electroactive polymers through the compound 63 , For example, given a press / seal connection.

Der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren ist in der Ausführungsvariante gemäß 5 dem unter Systemdruck stehenden Kraftstoff ausgesetzt, der in den Hohlraum 76 durch den Hochdruckzulauf 20 einströmt.The actor 18 of electroactive polymers is in the embodiment according to 5 exposed to the pressurized fuel in the cavity 76 through the high pressure inlet 20 flows.

Auch in der Ausführungsvariante gemäß 5 kann statt zweier Nadelführungen 70 bzw. 72, lediglich eine Nadelführung im Düsenkörper 46 vorgesehen sein.Also in the embodiment according to 5 can instead of two needle guides 70 respectively. 72 , only a needle guide in the nozzle body 46 be provided.

In der Ausführungsvariante gemäß 5 handelt es sich um einen Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren, der in Schichtanordnung 60 ausgeführt ist. Am Aktorkopf 66 ist das Kopplerstück 50 stoffschlüssig aufgenommen.In the embodiment according to 5 it is an actor 18 of electroactive polymers, in layered arrangement 60 is executed. At the actuator head 66 is the coupler piece 50 absorbed by material.

Das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 ist in der ersten Nadelführung 70 und der zweiten Nadelführung 72 des Düsenkörpers 46 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 geführt. Die Zwischenscheibe 68, an der sich das Federelement 64 abstützt, ist mit einer oder mehreren Kraftstoffdurchgangsbohrungen 56 versehen. Am Freiraum 76 des Kraftstoffinjektors 10 ist ein Rücklaufanschluss 16 vorgesehen, über welchen eventuell austretende geringfügige Leckagemengen in den Niederdruckteil des Kraftstoffeinspritzsystems abgeführt werden, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. The needle-shaped valve element 30 is in the first needle guide 70 and the second needle guide 72 of the nozzle body 46 at the combustion chamber end of the fuel injector 10 guided. The washer 68 , at which the spring element 64 is supported, with one or more fuel passage holes 56 Mistake. At the open space 76 of the fuel injector 10 is a return connection 16 provided over which any leaking minor leakage quantities are discharged into the low-pressure part of the fuel injection system, which is not absolutely necessary.

6 zeigt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors bei der es an einem Federelement zu Abstützung des Aktors im Freiraum fehlt. 6 shows a variant of the present invention proposed fuel injector in which it lacks a spring element to support the actuator in the free space.

Wie aus der Darstellung gemäß 6 hervorgeht, ist der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren an der Aktorbefestigung 62 des Injektorgehäuses 14 aufgenommen. Der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren erstreckt sich im Wesentlichen durch den Freiraum 76, der über einen Rücklaufanschluss 16 für eventuell auftretende geringe Leckagemengen verfügt. Die Leckagemengen gelangen über den Rücklaufanschluss 16 in den Niederdruckteil des Kraftstoffeinspritzsystems. Die Bestromung des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren erfolgt über den elektrischen Anschluss 12. Durch das Injektorgehäuse 14 erstreckt sich ein Hochdruckzulaufkanal, der in der Zwischenscheibe 68 mündet und von dort den Hohlraum des Düsenkörpers 46 mit unter systemdruckstehenden Kraftstoff beaufschlagt. Im Düsenkörper 46 ist darüber hinaus die Schließfeder 48 aufgenommen, die sich an der Unterseite der Zwischenscheibe 68 abstützt und andererseits an deren Umfang des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes 30 angeordneten Einstellscheibe 74. Analog zu den in 4 und 5 dargestellten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors ist, das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 in der ersten Nadelführung 70 oder zusätzlich einer zweiten Nadelführung 72 geführt, die beide im Düsenkörper 46 des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildet sind. As shown in the illustration 6 is apparent, is the actor 18 from electroactive polymers to the actuator attachment 62 of the injector housing 14 added. The actor 18 of electroactive polymers extends substantially through the space 76 , which has a return connection 16 for possibly occurring small leakage quantities. The leakage quantities reach via the return connection 16 in the low pressure part of the fuel injection system. The energization of the actuator 18 made of electroactive polymers via the electrical connection 12 , Through the injector housing 14 extends a high-pressure inlet channel, which in the washer 68 opens and from there the cavity of the nozzle body 46 pressurized with system pressurized fuel. In the nozzle body 46 is beyond that the closing spring 48 picked up, located at the bottom of the washer 68 supported and on the other hand at the periphery of the needle-shaped valve element 30 arranged shim 74 , Analogous to the in 4 and 5 illustrated embodiments of the present invention proposed fuel injector, the needle-shaped valve element 30 in the first needle guide 70 or additionally a second needle guide 72 led, both in the nozzle body 46 of the fuel injector 10 are formed.

In der Ausführungsvariante gemäß 6 ist der Aktorkopf 66 des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren fest mit dem Kopplerstück 50 verbunden, welche seinerseits wiederum über eine stoffschlüssige Verbindung mit der an dem Kopplerstück 50 gegenüberliegenden Stirnseite des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes 30 gekoppelt ist. Bei Bestromung des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren in Stapelanordnung 60 über den elektrischen Anschluss 12 zieht sich der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren zusammen, so dass dieser Kontraktionsbewegung folgend, sowohl das Kopplerstück 50 und das damit verbundene nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 eine axial nach oben gerichtete Bewegung ausführen und am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 46 angeordnete Einspritzöffnungen freigeben. Der Aktor 18 ist über eine Verschraubung 62 mit dem Injektorgehäuse 14 starr verbunden, dass den Aktor 18 abstützende Federelement 64 entfällt aus diesem Grunde.In the embodiment according to 6 is the actuator head 66 of the actor 18 of electroactive polymers fixed to the coupler piece 50 connected in turn, which in turn via a cohesive connection with the on the coupler piece 50 opposite end face of the needle-shaped valve element 30 is coupled. When energizing the actuator 18 of electroactive polymers in a stacked arrangement 60 over the electrical connection 12 the actor pulls himself 18 composed of electroactive polymers, so following this contraction movement, both the coupler piece 50 and the associated needle-shaped valve element 30 perform an axially upward movement and the combustion chamber end of the nozzle body 46 release arranged injection openings. The actor 18 is about a screw connection 62 with the injector housing 14 rigidly connected to the actuator 18 supporting spring element 64 deleted for this reason.

Gemäß der Darstellung in 7 ist eine Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors zu entnehmen, welche im Wesentlichen der Ausführungsvariante gemäß 6 entspricht. As shown in 7 a variant of the fuel injector is shown, which essentially according to the embodiment according to 6 equivalent.

Im Unterschied zur Darstellung gemäß 6 verfügt der Kraftstoffinjektor 10 gemäß der Ausführung in 7 nicht über einen sich durch das Injektorgehäuse 14 durchgängig bis zur Zwischenscheibe 68 erstreckenden Hochdruckzulauf 20. Vielmehr mündet der Hochdruckzulauf 20 in den Freiraum 76 des Kraftstoffinjektors 10, der vom Injektorgehäuse 14 gebildet und umschlossen ist. Über den Rücklaufanschluss 16 werden bei Bedarf geringe Leckagemengen auf die Niederdruckseite des Kraftstoffsystem abgesteuert. Analog zur Darstellung gemäß 6 fehlt es in der Ausführungsvariante gemäß 7 auch an einem Federelement, welches den Aktorfuß 66 des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren abstützt. In der in 7 dargestellten Ausführungsvariante ist der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren nicht durch ein Federelement 64 abgestützt, sondern im oberen Bereich des Injektorgehäuses 12 entweder mittels der Verschraubung 62 befestigt, oder dort alternativ über eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Injektorgehäuse 18 verbunden. Im Falle einer Bestromung zieht sich der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren zusammen, so dass unter Zwischenschaltung des Kopplerstücks 50 die Öffnung des nadelförmigen Ventilelementes 30 erfolgt.In contrast to the representation according to 6 has the fuel injector 10 according to the execution in 7 not over yourself through the injector housing 14 consistently up to the washer 68 extending high-pressure inlet 20 , Rather, the high pressure feed opens 20 in the open space 76 of the fuel injector 10 from the injector housing 14 is formed and enclosed. Via the return connection 16 If necessary, small leakage quantities are diverted to the low-pressure side of the fuel system. Analogous to the representation according to 6 it lacks in the embodiment according to 7 also on a spring element which the Aktorfuß 66 of the actor 18 supported by electroactive polymers. In the in 7 illustrated embodiment is the actuator 18 from electroactive polymers not by a spring element 64 supported, but in the upper part of the injector 12 either by means of the screw connection 62 attached, or there alternatively via a material connection to the injector 18 connected. In the case of energization, the actuator pulls 18 composed of electroactive polymers, so that with the interposition of the coupler piece 50 the opening of the needle-shaped valve element 30 he follows.

Der Aktorkopf 66 ist mit einem Kopplerstück 50 verbunden, welches wiederum mit der oberen Stirnseite des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes 30 in Verbindung steht. In der Zwischenscheibe 68 ist der obere Teil des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes geführt, während dessen unterer Teil in der ersten Nadelführung 70 sowie der zweiten Nadelführung 72 des Düsenkörpers 76 geführt ist. Die den Verbund aus Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren, Kopplerstück 50 und nadelförmig ausgebildeten Ventilelement 30 beaufschlagende Schließfeder 48 drückt den Verbund in den Ventilsitz an brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 46, so dass dort ausgebildete Einspritzöffnungen verschlossen sind. Erst bei Bestromung und entsprechender Kontraktion des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren fährt das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 aus seinem Sitz, gibt die am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 46 ausgebildeten Einspritzöffnungen frei, so dass Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Auch in der Ausführungsvariante gemäß 7 kann statt zweier Nadelführungen 70 bzw. 72 lediglich eine Nadelführung im Düsenkörper 46 vorgesehen sein.The actuator head 66 is with a coupler piece 50 connected, which in turn connected to the upper end face of the needle-shaped valve element 30 communicates. In the washer 68 the upper part of the needle-shaped valve element is guided, while its lower part in the first needle guide 70 and the second needle guide 72 of the nozzle body 76 is guided. The the combination of actuator 18 from electroactive polymers, coupler piece 50 and needle-shaped valve element 30 acting closing spring 48 pushes the composite in the valve seat to the combustion chamber end of the nozzle body 46 so that formed there injection ports are closed. Only with energization and corresponding contraction of the actuator 18 from electroactive polymers drives the needle-shaped valve element 30 from his seat, gives the combustion chamber end of the nozzle body 46 trained injection ports freely, so that fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. Also in the embodiment according to 7 can instead of two needle guides 70 respectively. 72 only a needle guide in the nozzle body 46 be provided.

In den 8, 9, 10 und 11 sind weitere Ausführungsmöglichkeiten des Aktors aus elektroaktiven Polymeren 18 dargestellt, ohne dass der Kraftstoffinjektor 10, in welchem der Aktor aus elektroaktiven Polymeren zum Einsatz kommt, dargestellt ist. In Bezug auf den Kraftstoffinjektor 10 wird auf die vorstehend bereits beschriebenen 17 verwiesen.In the 8th . 9 . 10 and 11 are further embodiments of the actuator of electroactive polymers 18 shown without the fuel injector 10 , in which the actuator of electroactive polymers is used, is shown. Regarding the fuel injector 10 is based on those already described above 1 - 7 directed.

Der Darstellung gemäß 8 ist eine Ausführungsvariante eines Aktormodules aus elektroaktiven Polymeren zu entnehmen, der von einer Metallhülse umgeben und in einen Füllstoff oder eine Dichtmasse, wie beispielsweise Silikon, eingebettet ist. The representation according to 8th is an embodiment of an actuator module of electroactive polymers refer to, which is surrounded by a metal sleeve and embedded in a filler or a sealant, such as silicone.

Mit Bezugszeichen 82 ist ein Füllstoff bzw. eine Dichtmasse wie z.B. Silikon bezeichnet, die im Freiraum, der durch die metallische Hülse 84 begrenzt ist, aufgenommen ist. Das Injektorgehäuse 14 umfasst den elektrischen Anschluss 12 zur Betätigung des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren. Der Aktorfuß 80 ist mit der Metallhülse 84 stoffschlüssig verbunden, zum Beispiel verschweißt. An dem dem Aktorfuß 80 gegenüberliegenden Ende, d.h. dem Aktorkopf 66, ist eine Membran bzw. ein Balg 86, die den Füllstoff 82 bzw. die Dichtmasse 82 kapselt. In der Ausführungsvariante gemäß 8 ist der Aktor aus elektroaktiven Polymeren aus mehreren dünnen Elektrodenschichten in Stapelanordnung 60 aufgebaut. Die metallische Hülse 84 kann die elektrische Elastomere und den Füllstoff 82 umschließen, in welche die dünnen Elektrodenschichten der Stapelanordnung 60 des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren eingebettet sind. Vorzugsweise ist die Membran 86 bzw. der Balg 86 mit dem Aktorkopf 66 und der Hülse 84 stoffschlüssig verbunden, so z.B. verschweißt. With reference number 82 is a filler or a sealant such as silicone called, in the free space, by the metallic sleeve 84 is limited, is included. The injector housing 14 includes the electrical connection 12 for actuating the actuator 18 from electroactive polymers. The actuator foot 80 is with the metal sleeve 84 cohesively connected, for example, welded. At the the Aktorfuß 80 opposite end, ie the actuator head 66 , is a membrane or a bellows 86 that the filler 82 or the sealant 82 encapsulates. In the embodiment according to 8th is the actuator of electroactive polymers of several thin electrode layers in a stacked arrangement 60 built up. The metallic sleeve 84 can the electrical elastomers and the filler 82 enclose, in which the thin electrode layers of the stack assembly 60 of the actor 18 are embedded from electroactive polymers. Preferably, the membrane is 86 or the bellows 86 with the actuator head 66 and the sleeve 84 cohesively connected, so for example welded.

9 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktors aus elektroaktiven Polymeren, wobei der Aktor aus einer dielektrischen Elastomerfolie gewickelt ist und sich bei Bestromung in Längsrichtung ausdehnt. 9 shows a further embodiment of the inventively proposed actuator of electroactive polymers, wherein the actuator is wound from a dielectric elastomeric film and expands when energized in the longitudinal direction.

Ein gewickelter oder ein gerollter Aktor 88 aus elektroaktiven Polymeren, wie er in 9 dargestellt ist, ist aus dielektrischer Elastomerfolie 90 gebildet. Auch in der Ausführungsvariante gemäß 9 ist eine Menge eines Füllstoffes 82 bzw. einer Dichtmasse 82 wie beispielsweise Silikon aufgenommen. Die Metallhülse 84 ist durch den bereits im Zusammenhang mit 8 erwähnten Balg 86 bzw. der Membran 86 gekapselt. Am oberen Ende der metallischen Hülse 84 befindet sich der elektrische Anschluss 12, welcher der Bestromung des Aktors 18, 88 aus elektroaktiven Polymeren gemäß der Ausführungsvariante in 9 dient. Mit dem Aktorfuß 80 ist der Aktor 88 aus gewickelter dielektrischer Elastomerfolie 90 mit der metallischen Hülse 84 starr verbunden, und kann beispielsweise in vorteilhafter Weise bei dem Kraftstoffinjektordesign gemäß 1 eingesetzt werden. A coiled or rolled actuator 88 from electroactive polymers, as in 9 shown is, is made of dielectric elastomeric film 90 educated. Also in the embodiment according to 9 is a lot of a filler 82 or a sealant 82 such as silicone included. The metal sleeve 84 is already related to that 8th mentioned bellows 86 or the membrane 86 capsuled. At the top of the metallic sleeve 84 is the electrical connection 12 , which is the energization of the actuator 18 . 88 from electroactive polymers according to the embodiment in 9 serves. With the actuator foot 80 is the actor 88 made of wound dielectric elastomeric film 90 with the metallic sleeve 84 rigidly connected, and may, for example, advantageously in the fuel injector according to 1 be used.

Den Darstellungen gemäß der 10 und 11 sind gewickelt oder gestapelt ausgebildete Aktoren aus elektroaktiven Polymeren zu entnehmen, die von einer kraftstoffresistenten Beschichtung und/oder einem Schrumpfschlauch umschlossen sind.The representations according to the 10 and 11 are taken from wound or stacked trained actuators of electroactive polymers, which are enclosed by a fuel-resistant coating and / or a shrink tube.

So zeigt beispielsweise 10 einen Aktor aus elektroaktiven Polymeren 18, der von einer kraftstoffresistenten Beschichtung 92 und/oder einem Schrumpfschlauch 58 umschlossen sein kann. Der Aktor 18 aus elektroaktiven Polymeren gemäß der Darstellung in 10 ist in Stapelanordnung 60 ausgeführt. Dem Aktorfuß 80 gegenüberliegend befindet sich der Aktorkopf 66. Am oberen Ende, d.h. am Aktorfuß 80 des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren, befindet sich der elektrische Anschluss 12. Bei Bestromung des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren zieht sich dieser zusammen und betätigt – wie oben bereits dargelegt – unter Zwischenschaltung des Kopplerstückes 50 das nadelförmig ausgebildete Ventilelement 30 entweder direkt oder indirekt. So shows, for example 10 an actuator made of electroactive polymers 18 that of a fuel-resistant coating 92 and / or a shrink tube 58 can be enclosed. The actor 18 of electroactive polymers as shown in FIG 10 is in stacking arrangement 60 executed. The actuator foot 80 opposite is the actuator head 66 , At the upper end, ie at the actuator base 80 of the actor 18 from electroactive polymers, is the electrical connection 12 , When energizing the actuator 18 of electroactive polymers, this pulls together and operated - as already explained above - with the interposition of the coupler piece 50 the needle-shaped valve element 30 either directly or indirectly.

11 schließlich zeigt den Aktor 88 in gerollter oder gewickelter Ausbildung. Der gerollt oder gewickelt ausgebildete Aktor 88 aus elektroaktiven Polymeren, beispielsweise einer dielektrischen Elastomerfolie 90, kann ebenfalls eine kraftstoffresistente Beschichtung 92 und/oder einem Schrumpfschlauch 58 umfassen und wird ebenfalls durch einen am Aktorfuß 80 angeordneten elektrischen Anschluss 12 bestromt. Bei Bestromung des Aktors 18 aus elektroaktiven Polymeren in gerollter oder gewickelter Bauweise 88 längt sich der Aktor 18 in axiale Richtung und betätigt wie im Zusammenhang mit 1 bereits beschrieben, ein Schaltventil oder eine Wippe oder ähnliches, um die Bewegungsrichtung in eine Öffnungsbewegung des Aktors 18 in eine zur Öffnung von Einspritzöffnungen umgekehrte Richtung umzukehren. 11 finally shows the actor 88 in rolled or wound training. The rolled or wound trained actuator 88 of electroactive polymers, for example a dielectric elastomeric film 90 , can also be a fuel-resistant coating 92 and / or a shrink tube 58 include and is also by one at the Aktorfuß 80 arranged electrical connection 12 energized. When energizing the actuator 18 from electroactive polymers in rolled or wound construction 88 The actor lengthens himself 18 in the axial direction and operated as related to 1 already described, a switching valve or a rocker or the like to the direction of movement in an opening movement of the actuator 18 to reverse in a direction opposite to the opening of injection ports.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (15)

Kraftstoffinjektor (10), einen Aktor (18, 88) zur Betätigung eines nadelförmigen Ventilelementes (30) umfassend, mit einem elektrischen Anschluss (12) zur Bestromung des Aktors (18, 88), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) aus elektroaktiven Polymeren gebildet ist. Fuel injector ( 10 ), an actor ( 18 . 88 ) for actuating a needle-shaped valve element ( 30 ), with an electrical connection ( 12 ) for energizing the actuator ( 18 . 88 ), characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) is formed from electroactive polymers. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18) aus einer Stapelanordnung (60) geschichteter elektroaktiver Polymere gebildet ist.Fuel injector ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the actuator ( 18 ) from a stack arrangement ( 60 ) layered electroactive polymers is formed. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (88) aus einer gerollten oder gewickelten Anordnung elektroaktiver Polymere gebildet ist.Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 88 ) is formed from a rolled or wound arrangement of electroactive polymers. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektroaktive Polymere, ionische (feuchte) elektroaktive Polymere, wie leitfähige Polymere, ionische Metall-Polymer-Komposite und ionische Gele, trockene elektroaktive Polymere, wie elektrostriktive Polymere, piezoelektrische Polymere, ferroelektrische Polymere, dielektrische Elastomere/Polymere umfassen.Fuel injector ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that electroactive polymers, ionic (wet) electroactive polymers, such as conductive polymers, ionic metal polymer composites and ionic gels, dry electroactive polymers, such as electrostrictive polymers, piezoelectric polymers, ferroelectric polymers, dielectric Elastomers / polymers include. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) aus elektroaktiven Polymeren am Aktorkopf (66) oder am Aktorfuß (80) an einer ersten Befestigungsstelle (62) mit einem Injektorgehäuse (14) des Kraftstoffinjektors (10) starr verbunden ist, oder an einer zweiten Befestigungsstelle (63) mit dem Injektorgehäuse (14) als Press-, Schrumpf- oder Dichtsitz verbunden ist.Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) of electroactive polymers on the actuator head ( 66 ) or on the actuator base ( 80 ) at a first attachment point ( 62 ) with an injector housing ( 14 ) of the fuel injector ( 10 ) is rigidly connected, or at a second attachment point ( 63 ) with the injector housing ( 14 ) is connected as a press, shrink or sealing seat. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aktor (18, 88) durch einen Freiraum (76) auf einer Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors (10) erstreckt, wobei das Injektorgehäuse (14) einen in Kanalform ausgeführten Hochdruckzulauf (20) aufweist.Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) by a free space ( 76 ) on a low pressure side of the fuel injector ( 10 ), wherein the injector housing ( 14 ) a high-pressure inlet ( 20 ) having. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aktor (18, 60, 88) durch einen Freiraum (76) auf einer Hochdruckseite des Kraftstoffinjektors (10) erstreckt und ein Kraftstoffzulauf (20) in den Freiraum (76) mündet.Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 60 . 88 ) by a free space ( 76 ) on a high-pressure side of the fuel injector ( 10 ) and a fuel feed ( 20 ) into the open space ( 76 ) opens. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) mit dem nadelförmigen Ventilelement (30) mittels einer Verbindung (50), (78) direkt verbunden ist, oder das nadelförmige Ventilelement (30) indirekt über einen Koppler (34) durch Druckveränderung in einen Steuerraum (42) betätigt.Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) with the needle-shaped valve element ( 30 ) by means of a connection ( 50 ) 78 ) is directly connected, or the needle-shaped valve element ( 30 ) indirectly via a coupler ( 34 ) by changing the pressure in a control room ( 42 ). Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) über ein Federelement (64) am Boden des Freiraums (76) abgestützt ist.Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) via a spring element ( 64 ) at the bottom of the free space ( 76 ) is supported. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nadelförmige Ventilelement (30) oder ein Kopplerstück (50) in einer Zwischenscheibe (68) geführt sind, an der sich eine Schließfeder (48) abstützt.Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the needle-shaped valve element ( 30 ) or a coupler piece ( 50 ) in a washer ( 68 ) are guided, at which a closing spring ( 48 ) is supported. Kraftstoffinjektor (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (48) auf eine Einstellscheibe (74) wirkt, die zur Einstellung der Öffnungskraft am nadelförmigen Ventilelement (30) vorgesehen ist. Fuel injector ( 10 ) according to the preceding claim, characterized in that the closing spring ( 48 ) on a shim ( 74 ), which is used to adjust the opening force on the needle-shaped valve element ( 30 ) is provided. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) aus elektroaktiven Polymeren in einen Füllstoff (82) eingebettet ist, der sich im Freiraum (76) innerhalb einer Metallhülse (84) befindet, der durch eine Membran oder einen Balg (86) verschlossen ist. Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) of electroactive polymers into a filler ( 82 ) embedded in the open space ( 76 ) within a metal sleeve ( 84 ), which through a membrane or a bellows ( 86 ) is closed. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) aus elektroaktiven Polymeren von einer kraftstoffresistenten Beschichtung (92), insbesondere aus Fluorsilikon, Fluorkautschuk und/oder Parylene, und/oder von einem Schrumpfschlauch (58) umgeben ist. Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) of electroactive polymers from a fuel-resistant coating ( 92 ), in particular of fluorosilicone, fluororubber and / or parylene, and / or of a heat-shrinkable tube ( 58 ) is surrounded. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) an seinem Aktorkopf (66) an einer Verbindung (78) starr entweder mit einer Stirnseite des nadelförmigen Ventilelementes (30) oder einer Stirnseite des Kopplungsstücks (50) stoffschlüssig gefügt ist. Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) on its actuator head ( 66 ) on a connection ( 78 ) rigid either with an end face of the needle-shaped valve element ( 30 ) or an end face of the coupling piece ( 50 ) is joined cohesively. Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) invers oder bipolar betreibbar ist.Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 18 . 88 ) is inversely or bipolar operable.
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