DE102012223212B4 - Actuator for operating a fuel injector - Google Patents

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DE102012223212B4 DE102012223212.5A DE102012223212A DE102012223212B4 DE 102012223212 B4 DE102012223212 B4 DE 102012223212B4 DE 102012223212 A DE102012223212 A DE 102012223212A DE 102012223212 B4 DE102012223212 B4 DE 102012223212B4
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Abstract

Kraftstoffinjektor (10), einen Aktor (18, 88) zur Betätigung eines nadelförmigen Ventilelementes (30) umfassend, mit einem elektrischen Anschluss (12) zur Bestromung des Aktors (18,88), wobei der Aktor (18, 88) mit dem nadelförmigen Ventilelement (30) mittels einer Verbindung (50), (78) direkt verbunden ist, und wobei sich bei Bestromung ein Zusammenziehen des Aktors (18) direkt in eine Öffnungsbewegung des Ventilelements (30) umsetzen lässt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) aus einer Stapelanordnung (60) geschichteter elektroaktiver Polymere gebildet ist.Fuel injector (10), comprising an actuator (18, 88) for actuating a needle-shaped valve element (30), with an electrical connection (12) for energizing the actuator (18, 88), the actuator (18, 88) with the needle-shaped Valve element (30) is directly connected by means of a connection (50), (78), and wherein when current is supplied, a contraction of the actuator (18) can be converted directly into an opening movement of the valve element (30), characterized in that the actuator (18 , 88) is formed from a stacked arrangement (60) of layered electroactive polymers.

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 in individual systems for fuel are either piezo actuators or solenoid switching valves. With actuators of this type, needle-shaped valve elements, also referred to as nozzle needles, are controlled and switched directly or indirectly.

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 relates to a control device for a fluid in which electroactive materials are used. At the off US 2009/0250021 A known solution comprises a fluid control device 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.

Aus der DE 10 2004 043 403 A1 , DE 10 2005 016 960 A1 , DE 10 2005 028 135 A1 und EP 1 046 809 A2 sind darüber hinaus Aktuatoren und Vorrichtungen mit diesen Aktuatoren bekannt, die nach verschiedenen Prinzipien arbeiten.From the DE 10 2004 043 403 A1 , DE 10 2005 016 960 A1 , DE 10 2005 028 135 A1 and EP 1 046 809 A2 In addition, actuators and devices with these actuators are known which work according to different principles.

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 is based on the object of reducing the manufacturing costs of a fuel injector for injecting fuel on the one hand and realizing longer switching paths for a needle-shaped valve element and possibly shortening the switching times of such an actuating element on the other hand. Furthermore, the course of injection can be shaped in a defined manner.

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, the actuator having an electrical connection for supplying current and the actuator for actuating the fuel injector being 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 actuator made of electroactive polymers can either be designed in such a way that a number of electroactive polymers are layered on top of one another in a stack arrangement, or the actuator made of electroactive polymers is formed from a rolled or wound arrangement 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 as well as piezoelectric polymers, ferroelectric polymers and dielectric elastomers / polymers etc. to be counted.

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.In contrast to piezoceramics, which use expensive materials such as e.g. Lead-zirconate-titanate require relatively inexpensive polymers to be used here. When using electroactive polymers to manufacture actuators, long switching paths can be implemented for direct control of the needle-shaped valve element, which is not possible with piezo actuators due to the small size. With a direct activation of the needle-shaped valve element, the course of injection can be shaped. This means that the speed of movement and the direction of movement of the needle-shaped valve element can be controlled directly during the entire movement by regulating the control voltage of the actuator made of electroactive polymers. Furthermore, the use of electroactive polymers enables significantly shorter switching times of fuel injectors in comparison to solenoid switching valves and the 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 property offers enormous advantages in a robust environment. Furthermore, electroactive polymers are very easy to miniaturize and can be switched silently. This eliminates the annoying clicking noises of a piezo or magnetic injector, with which fuel injectors for motor vehicles were previously operated. 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 shrink tube, coated in a fuel-resistant manner or inserted into a metal sleeve. The actuator made of electroactive polymers is optionally connected to the actuator base of a fastening point with an injector housing of the fuel injector in a non-positive, material or form-fitting manner.

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 case of the fuel injector proposed according to the invention, the latter extends through a free space on a low-pressure side of the fuel injector which is delimited to the outside by the injector housing. Between the actuator made of electroactive polymers and the needle-shaped valve element, ie the nozzle needle of the fuel injector, there can be a direct connection, for example in the form of a material connection such as a welded connection; on the other hand, it is also possible for the needle-shaped valve element, ie the nozzle needle, to pass through indirectly via a coupler module Pressure change in a control chamber actuates the needle-shaped valve element.

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 first-mentioned alternative, the actuator is firmly connected to the needle-shaped valve element via a coupler piece or the actuator head, the connection being rigid.

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

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 coupling piece of the coupler module, can be guided in an intermediate disk on which a closing spring is supported, which in turn supports the needle-shaped valve element. the nozzle needle is applied in the closing direction. In an advantageous embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention, the mentioned closing spring can act on an adjusting disk which is provided for adjusting the opening force on the needle-shaped valve element. The actuator made 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 filler compound remains within the free space between the actuator made 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 shrink tube. The actuator made of electroactive polymers can be rigidly joined at its actuator head at a connection either with an end face of the needle-shaped valve element which is joined directly or with a material fit 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.The actuator proposed according to the invention is preferably formed from electroactive polymers in a stack arrangement, with several thin layers being arranged one above the other. An advantage of the actuator made of electroactive polymers proposed according to the invention is the fact that the direction of movement of such an actuator in a stack arrangement is the same as the opening direction of the needle-shaped valve element, i.e. the nozzle needle. It is therefore possible to dispense with coupling modules or valves for reversing the direction of movement which would otherwise be necessary. The actuator proposed according to the invention made of electroactive polymers contracts when energized. On the one hand, the solution proposed according to the invention offers the possibility of connecting the needle-shaped nozzle element directly to the actuator module in order to obtain a direct switch. This makes an additional valve for control superfluous. Comparatively large strokes can be implemented with an actuator designed in this way, this having an extremely low level of noise during operation. Furthermore, the actuator proposed according to the invention can be embodied in an encapsulated manner from electroactive polymers; a coating or the use of a shrink tube are also possible. Furthermore, the actuator proposed according to the invention made of electroactive polymers is more elastic than actuators made of piezoceramic; therefore there is no risk of seat damage due to the needle-shaped valve element striking the valve seat.

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 actuator proposed according to the invention made of electroactive polymers is controlled 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 electroactive polymer actuator proposed according to the invention, pressures of up to 100 MPa can be generated. An actuator designed as a wound actuator could also be used in systems that exist today, for example actuated by piezo actuators, and replace them, which would result in a cost advantage.

FigurenlisteFigure list

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigt:

  • 1 die Darstellung Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von Kraftstoff, mit gewickeltem Aktor aus elektroaktiven Polymeren im Niederdruckbereich,
  • 2 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors mit indirekter Ansteuerung des nadelförmig ausgebildeten Ventilelementes, durch einen hochdruckseitig angeordneten Aktor aus elektroaktiven Polymeren,
  • 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,
  • 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,
  • 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,
  • 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,
  • 7 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors ohne stützendes Federelement analog zu 5, jedoch ohne Stützung des Federelements, mit im Hochdruck befindlichen Aktor aus elektroaktiven Polymeren,
  • 8 eine Ausführungsvariante des Aktors aus elektroaktiven Polymeren eingebettet in einen Füllstoff bzw. einer Dichtmasse in einer Metallhülse,
  • 9 einen Aktor aus elektroaktiven Polymeren, in aufgewickelter Ausführungsform,
  • 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
  • 11 eine gewickelte Anordnung eines Aktors aus elektroaktiven Polymeren, umschlossen von einer kraftstoffresistenten Beschichtung oder einem Schrumpfschlauch.
It shows:
  • 1 the representation of the fuel injector for injecting fuel, with a wound actuator made of electroactive polymers in the low-pressure range,
  • 2 a section through a further embodiment of the fuel injector with indirect control of the needle-shaped valve element, by an actuator made of electroactive polymers arranged on the high pressure side,
  • 3 a further embodiment of the fuel injector proposed according to the invention, in which the needle-shaped valve element is actuated directly by the high-pressure actuator made of electroactive polymers,
  • 4th Another 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 an actuator made of electroactive polymers at low pressure,
  • 5 an embodiment 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,
  • 6th an embodiment of the fuel injector proposed according to the invention, in which an actuator made of electroactive polymers and located at low pressure 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 duct,
  • 7th an embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention without a supporting spring element analogous to FIG 5 , but without support for the spring element, with an actuator made of electroactive polymers at high pressure,
  • 8th a variant of the actuator made of electroactive polymers embedded in a filler or a sealing compound in a metal sleeve,
  • 9 an actuator made of electroactive polymers, in a wound embodiment,
  • 10 an embodiment variant of an actuator made of electroactive polymers in a stack arrangement with a plurality of electroactive polymer elements, which is encased by a fuel-resistant coating or by a shrink tube and
  • 11 a coiled arrangement of an actuator made of electroactive polymers, enclosed by a fuel-resistant coating or a shrink tube.

AusführungsvariantenDesign variants

Der Darstellung gemäß 1 ist in schematischer Ansicht ein Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor zu entnehmen.According to the representation 1 a section through a fuel injector can be seen in a schematic view.

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 fuel injector shown 10 includes an electrical connector 12 , with which one in an injector housing 14th arranged actuator made of electroactive polymers 18th is controlled. With the actuator 18th it is, for example, either a rolled or a wound actuator 88 according to one embodiment 9 or 11 . With these actuators 88 they are those that elongate in the axial direction when energized. The injector housing 14th also includes a return connection 16 , through which the return volume is returned to a fuel tank. Furthermore, the in 1 shown fuel injector 10 a high pressure inlet 20th running through the injector housing 14th extends on a coupler module 22nd over to a switching valve 24 . The switching valve 24 is located in a throttle plate 26th . The throttle plate 26th is located above a nozzle module 28 , in which a needle-shaped valve element 30th , ie 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 made by means of a nozzle clamping nut 32 via a threaded connection with the injector housing 14th joined.

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 a possible embodiment of the fuel injector proposed according to the invention, actuated by an actuator in a stack arrangement made of electroactive polymers, with indirect actuation of a needle-shaped closing 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 shows that the fuel injector 10 an electrical connection 12 and an injector housing 14th includes, in which the actuator 18th made of electroactive polymers. This is applied in the in 2 embodiment variant shown a coupler piston 34 . The coupler piston 34 is by a coupler spring 38 supported, which in turn is attached to a coupler sleeve 36 which supports the coupler piston 34 surrounds. Below the coupler sleeve 36 is the washer 26th or the throttle plate, in which a throttle 40 arranged and a high pressure inlet hole are executed. When opening the throttle 40 becomes a control room 42 relieved of pressure so that one face of the enters the control room 42 protruding needle-shaped valve element 30th is relieved of pressure and the needle-shaped valve element, ie the nozzle needle 30th a valve seat on the combustion chamber end of a nozzle body 46 releases and consequently 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 26th there is a spring plate 44 . The spring plate 44 limited with the washer 26th 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 30th applied in the closing direction, so that when the actuator is not energized 18th the needle-shaped valve element made of electroactive polymers 30th , ie the nozzle needle remains permanently in its seat, the injection openings consequently 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 variant according to 2 is the needle-shaped valve element 30th in a first needle guide 70 and a second needle guide 72 guided. It is possible to use the needle-shaped valve element 30th 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 direct actuation of a needle-shaped valve element by an actuator made 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 representation according to 3 shows that the fuel injector 10 the actuator 18th made of electroactive polymers. In the in 3 The embodiment shown is the actuator 18th made of electroactive polymers from a shrink tube 58 enclosed. The actuator 18th comprises a number of layered elements made of electroactive polymers, which are stacked 60 are arranged. The actuator 18th from the electroactive polymer, here enclosed by a shrink tube 58 , controls the needle-shaped valve element 30th , ie the nozzle needle directly because the actuator 18th made of electroactive polymers 18th via a coupler piece 50 directly with the needle-shaped valve element, ie the nozzle needle 30th is coupled. Instead of the sheathing of the actuator 18th through the hose 58 there is also the option of having this with a fuel-resistant coating 92 to be provided, or to be encapsulated by a metallic component. This means that a longitudinal movement, ie a contraction of the actuator 18th from electroactive polymers when energized directly in the axial direction in an opening movement of the needle-shaped valve element 30th 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 furthermore from the sectional view according to 3 emerges, the actuator extends 18th made of electroactive polymers - here, for example, enclosed by the shrink tubing 58 - through a cavity or free space 76 . Via a fuel connection 20th Fuel under system pressure gets into the free space 76 and flows over into an intermediate disk 26th executed fuel holes 56 a nozzle body 46 to. At the end of the nozzle body on the combustion chamber side 46 are the injection openings through which, when released by the needle-shaped valve element, fuel under system pressure is injected into 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 continues, this one is from the shrink tube 58 enclosed actuator 18th made of electroactive polymers at an attachment point 62 with the injector housing 14th of the fuel injector 10 connected. The actuator attachment 62 is rigid so that the actuator 18th made of electroactive polymers with appropriate current supply via the electrical connection 12 executes a contraction movement such that when the actuator is contracted 18th from electroactive polymers that through the coupler 50 in the washer 26th guided needle-shaped valve element 30th opens up in the vertical direction and that at the end of the nozzle body on the combustion chamber side 46 trained injection openings are free. How 3 It can also be seen that the coupling piece is guided 50 through a high-precision bore in the washer 26th is executed. Instead of the shrink tubing 58 can also be a fuel-resistant coating 92 or a metallic encapsulation of the actuator 18th be made. Also in the variant according to 3 is the needle-shaped valve element 30th in a first needle guide 70 and a second needle guide 72 guided. However, there is of course also the possibility of using the needle-shaped valve element 30th 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.According to the representation 4th an embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention can be seen in which the injector housing has a high-pressure bore formed in the shape of a channel and extending through the injector housing.

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 variant according to 4th is the actuator 18th made of electroactive polymers in free space 76 going through the injector housing 14th is limited. Also in the representation according to 4th is the actor 18th made of electroactive polymers in a stacked arrangement 60 formed and in this variant of a shrink tube 58 surround. The energization of the actuator 18th made of electroactive polymers via the electrical connection 12 at the top of the fuel injector 10 . The free space 76 by moving the actuator 18th made of electroactive polymers, it also 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.How 4th which can be further removed is the one from the shrink tube 58 enclosed actuator 18th made of electroactive polymers through a spring element 64 supported. The spring element 64 is based on the one hand on the actuator head 66 now and then on the floor of the free space 76 from the injector housing 14th is enclosed. In the variant according to 4th form the actuator 18th made of electroactive polymers, the coupler piece 50 , which is on the actuator head 66 is attached, and the needle-shaped valve element 30th , ie the nozzle needle, an interconnected unit. In the variant according to 4th can do that Coupler piece 50 and the actuator head 66 for example, be joined together in a materially bonded manner, as well as the mutually facing end faces of the coupler piece 50 and the needle-shaped valve element 30th , ie the nozzle needle. The upper area of the needle-shaped valve element 30th is in the washer 68 guided, essentially the washer 26th the variant according to the 2 and 3 corresponds.

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 30th is in the variant according to 4th in a first needle guide 70 and a second needle guide 72 led in 4th are only indicated schematically. The two needle guides 70 or. 72 are in the nozzle body 46 educated. Instead of the in 4th illustrated first needle guide 70 and the second needle guide 72 there is also the possibility here of using the needle-shaped valve element 30th only in one, in the nozzle body 46 to guide provided needle guide. Also in the variant according to 4th has the freedom 76 who is essentially the actuator 18th made of electroactive polymers, via a return connection 16 . The actuator 18th made of electroactive polymers can be used instead of shrink tubing 58 also with a fuel-resistant coating 92 or a metallic component. An actuator base 80 is at a fastening point 63 this variant by a press fit / sealing seat in the injector housing 14th recorded. Although the needle-shaped valve element 30th in this variant in 2 needle guides 70 or. 72 is performed, there is also the possibility that needle-shaped valve element 30th 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 variant according to 4th , in which the inlet hole is through the injector housing 14th extends, is located in the variant according to 5 the high pressure inlet 20th on the top of the injector housing 14th and flows into the free space 76 . In this is the actor 18th encapsulated from electroactive polymers and possibly also coated, or with a shrink tube 58 Mistake. Also in the variant according to 5 lies on the actuator head 66 the spring element 64 which the actuator 18th based on electroactive polymers. According to the representation 5 is a fastening of the actuator 18th made of 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 actuator 18th from electroactive polymers is in the embodiment according to 5 exposed to the pressurized fuel entering the cavity 76 through the high pressure inlet 20th flows in.

Auch in der Ausführungsvariante gemäß 5 kann statt zweier Nadelführungen 70 bzw. 72, lediglich eine Nadelführung im Düsenkörper 46 vorgesehen sein.Also in the variant according to 5 can instead of two needle guides 70 or. 72 , just 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.
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.
In the variant according to 5 it is an actuator 18th made of electroactive polymers, which are arranged in layers 60 is executed. At the actuator head 66 is the coupler piece 50 materially recorded.
The needle-shaped valve element 30th is in the first needle guide 70 and the second needle guide 72 of the nozzle body 46 at the end of the fuel injector on the combustion chamber side 10 guided. The intermediate disk 68 on which the spring element 64 is supported by one or more fuel through holes 56 Mistake. At the open space 76 of the fuel injector 10 is a return connection 16 provided, via which possibly emerging small amounts of leakage 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. 6th shows an embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention in which there is no 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 6th is the actor 18th made of electroactive polymers on the actuator attachment 62 of the injector housing 14th recorded. The actuator 18th made of electroactive polymers extends essentially through the free space 76 , which has a return connection 16 for any small leakages that may occur. The leakage flows through the return connection 16 in the low pressure part of the fuel injection system. The energization of the actuator 18th made of electroactive polymers via the electrical connection 12 . Through the injector housing 14th extends a high pressure inlet channel, which in the washer 68 opens and from there the cavity of the nozzle body 46 pressurized with fuel under system pressure. In the nozzle body 46 is also the closing spring 48 added, located on the underside of the washer 68 and on the other hand on the circumference of the needle-shaped valve element 30th arranged adjusting disk 74 . Analogous to the in 4th and 5 The illustrated embodiment variants of the fuel injector proposed according to the invention is the needle-shaped valve element 30th in the first needle guide 70 or a second needle guide 72 out, both in the nozzle body 46 of the fuel injector 10 are trained.

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 variant according to 6th is the actuator head 66 of the actuator 18th made of electroactive polymers fixed to the coupler piece 50 connected, which in turn have an integral connection with the one on the coupler piece 50 opposite end face of the needle-shaped valve element 30th is coupled. When the actuator is energized 18th made of electroactive polymers in a stacked arrangement 60 via the electrical connection 12 pulls the actuator 18th composed of electroactive polymers, so that following this contraction movement, both the coupler piece 50 and the associated needle-shaped valve element 30th execute an axially upward movement and at the end of the nozzle body on the combustion chamber side 46 release arranged injection openings. The actuator 18th is via a screw connection 62 with the injector housing 14th rigidly connected to that the actuator 18th supporting spring element 64 is not applicable 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 7th a variant of the fuel injector is shown, which essentially corresponds to the variant according to FIG 6th corresponds.

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 6th the fuel injector 10 according to the execution in 7th does not have a look through the injector housing 14th continuously up to the intermediate pane 68 extending high pressure inlet 20th . Rather, the high pressure inlet opens 20th in the free space 76 of the fuel injector 10 from the injector housing 14th is formed and enclosed. Via the return connection 16 If necessary, small amounts of leakage are directed to the low-pressure side of the fuel system. Analogous to the representation according to 6th it is missing in the variant according to 7th also on a spring element, which the actuator base 66 of the actuator 18th based on electroactive polymers. In the in 7th The embodiment shown is the actuator 18th made of electroactive polymers not by a spring element 64 but in the upper area of the injector housing 12 either by means of the screw connection 62 attached, or alternatively via a material connection with the injector housing 18th connected. In the event of an energization, the actuator pulls out 18th composed of electroactive polymers, so that with the interposition of the coupler piece 50 the opening of the needle-shaped valve element 30th 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 with the upper end face of the needle-shaped valve element 30th is connected. In the washer 68 the upper part of the needle-shaped valve element is guided, while its lower part is in the first needle guide 70 and the second needle guide 72 of the nozzle body 76 is led. The composite of actuator 18th made of electroactive polymers, coupler piece 50 and needle-shaped valve element 30th acting closing spring 48 presses the compound into the valve seat at the combustion chamber end of the nozzle body 46 so that injection openings formed there are closed. Only when current is supplied and the actuator contracts accordingly 18th the needle-shaped valve element moves from electroactive polymers 30th from its seat, there are those at the end of the nozzle body on the combustion chamber side 46 formed injection openings free so that fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. Also in the variant according to 7th can instead of two needle guides 70 or. 72 just 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 1-7 verwiesen.In the 8th , 9 , 10 and 11 are further design options for the actuator made of electroactive polymers 18th shown without the fuel injector 10 , in which the actuator made of electroactive polymers is used, is shown. Regarding the fuel injector 10 will refer to those already described above 1-7 referenced.

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.According to the representation 8th a variant of an actuator module made of electroactive polymers is shown, which is surrounded by a metal sleeve and embedded in a filler or a sealing compound, 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 sealing compound such as silicone, which is in the free space through the metallic sleeve 84 is limited, is included. The injector housing 14th includes the electrical connection 12 to operate the actuator 18th made of electroactive polymers. The actuator base 80 is with the metal sleeve 84 materially connected, for example welded. On the actuator base 80 opposite end, ie the actuator head 66 , is a membrane or bellows 86 who have favourited the filler 82 or the sealant 82 encapsulates. In the variant according to 8th is the actuator made of electroactive polymers consisting of several thin electrode layers in a stack arrangement 60 built up. The metallic sleeve 84 can be the electrical elastomer and the filler 82 enclose in which the thin electrode layers of the stack arrangement 60 of the actuator 18th are embedded from electroactive polymers. Preferably the membrane is 86 or the bellows 86 with the actuator head 66 and the sleeve 84 firmly connected, 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 actuator proposed according to the invention made from electroactive polymers, the actuator being wound from a dielectric elastomer film and expanding in the longitudinal direction when energized.

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 wound or rolled actuator 88 made of electroactive polymers as described in 9 is made of dielectric elastomeric film 90 educated. Also in the variant according to 9 is a lot of a filler 82 or a sealant 82 such as silicone added. The metal sleeve 84 is through the already related 8th mentioned bellows 86 or the membrane 86 capsuled. At the top of the metallic sleeve 84 the electrical connection is located 12 which of the energization of the actuator 18th , 88 of electroactive polymers according to the variant in 9 serves. With the actuator base 80 is the actor 88 made of wound dielectric elastomer film 90 with the metallic sleeve 84 rigidly connected, and can for example in an advantageous manner according to the fuel injector design 1 can 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 Actuators made of electroactive polymers, which are wound or stacked and are enclosed by a fuel-resistant coating and / or a shrink tube, can be found.

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.For example, shows 10 an actuator made of electroactive polymers 18th covered by a fuel-resistant coating 92 and / or a shrink tube 58 can be enclosed. The actuator 18th made of electroactive polymers as shown in 10 is in a stacked arrangement 60 executed. The actuator base 80 opposite is the actuator head 66 . At the upper end, ie at the actuator base 80 of the actuator 18th made of electroactive polymers, the electrical connection is located 12 . When the actuator is energized 18th from electroactive polymers this contracts and actuates - as already explained above - with the interposition of the coupler piece 50 the needle-shaped valve element 30th 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 actuator 88 in rolled or coiled training. The rolled or coiled actuator 88 made of electroactive polymers, for example a dielectric elastomer film 90 , can also be a fuel-resistant coating 92 and / or a shrink tube 58 and is also provided by an on the actuator base 80 arranged electrical connection 12 energized. When the actuator is energized 18th made of electroactive polymers in rolled or wound construction 88 the actuator elongates 18th in the axial direction and operated as in connection with 1 already described, a switching valve or a rocker or the like to change the direction of movement in an opening movement of the actuator 18th reverse in a direction opposite to the opening of injection ports.

Claims (11)

Kraftstoffinjektor (10), einen Aktor (18, 88) zur Betätigung eines nadelförmigen Ventilelementes (30) umfassend, mit einem elektrischen Anschluss (12) zur Bestromung des Aktors (18,88), wobei der Aktor (18, 88) mit dem nadelförmigen Ventilelement (30) mittels einer Verbindung (50), (78) direkt verbunden ist, und wobei sich bei Bestromung ein Zusammenziehen des Aktors (18) direkt in eine Öffnungsbewegung des Ventilelements (30) umsetzen lässt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18, 88) aus einer Stapelanordnung (60) geschichteter elektroaktiver Polymere gebildet ist.Fuel injector (10), comprising an actuator (18, 88) for actuating a needle-shaped valve element (30), with an electrical connection (12) for energizing the actuator (18, 88), the actuator (18, 88) with the needle-shaped Valve element (30) is directly connected by means of a connection (50), (78), and wherein when current is supplied, a contraction of the actuator (18) can be converted directly into an opening movement of the valve element (30), characterized in that the actuator (18 , 88) is formed from a stacked arrangement (60) of layered electroactive polymers. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, 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 Claim 1 , 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. 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) made of electroactive polymers on the actuator head (66) or on the actuator base (80) at a first fastening point (62) with an injector housing (14) of the fuel injector (10) is rigidly connected, or is connected to the injector housing (14) at a second fastening point (63) as a press fit, shrink fit or sealing fit. 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) extends through a free space (76) on a low-pressure side of the fuel injector (10), the injector housing (14) having a high-pressure inlet ( 20). 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) extends through a free space (76) on a high pressure side of the fuel injector (10) and a fuel inlet (20) extends into the free space (76) ) opens. 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) is supported on the floor of the free space (76) via a spring element (64). 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 coupling piece (50) are guided in an intermediate disk (68) on 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) acts on an adjusting disk (74) which is provided for adjusting the opening force on the needle-shaped valve element (30). 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.The fuel injector (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuator (18, 88) made of electroactive polymers is embedded in a filler (82) which is located in the free space (76) within a metal sleeve (84) which passes 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) made of electroactive polymers of a fuel-resistant coating (92), in particular made of fluorosilicone, fluororubber and / or parylene, and / or of a shrink 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) at a connection (78) rigidly either with an end face of the needle-shaped valve element (30) or an end face of the coupling piece ( 50) is firmly bonded.
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