DE102012223212B4 - Actuator for operating a fuel injector - Google Patents
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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.
Aus der
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 zu5 , 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.
-
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 FIG5 , 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
Der in
Das Düsenmodul
Aus
Unterhalb der Zwischenscheibe
In der Ausführungsvariante gemäß
Im Gegensatz zu
Aus der Darstellung gemäß
Wie des Weiteren aus der Schnittdarstellung gemäß
Wie aus
Der Darstellung gemäß
Auch in der Ausführungsvariante gemäß
Wie
Das nadelförmig ausgebildete Ventilelement
Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß
Der Aktor
Auch in der Ausführungsvariante gemäß
In der Ausführungsvariante gemäß
Das nadelförmig ausgebildete Ventilelement
The needle-shaped valve element
Wie aus der Darstellung gemäß
In der Ausführungsvariante gemäß
Gemäß der Darstellung in
Im Unterschied zur Darstellung gemäß
Der Aktorkopf
In den
Der Darstellung gemäß
Mit Bezugszeichen
Ein gewickelter oder ein gerollter Aktor
Den Darstellungen gemäß der
So zeigt beispielsweise
Claims (11)
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
EP1046809A2 (en) * | 1999-04-20 | 2000-10-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Fluid metering device |
DE102004043403A1 (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-09 | Volkswagen Ag | Actuator for setting a gas change valve of an internal combustion engine incorporates at least one electroactive polymer which, dependent on an electric voltage, it produces a force |
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2012
- 2012-12-14 DE DE102012223212.5A patent/DE102012223212B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1046809A2 (en) * | 1999-04-20 | 2000-10-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Fluid metering device |
DE102004043403A1 (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-09 | Volkswagen Ag | Actuator for setting a gas change valve of an internal combustion engine incorporates at least one electroactive polymer which, dependent on an electric voltage, it produces a force |
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