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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es ist schon ein Brennstoffeinspritzventil aus der
US 5,168,189 A bekannt, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Piezoaktor angeordnet ist, der über elektrische Leitungen elektrisch kontaktiert ist, die in dem Ventilgehäuse jeweils an zumindest zwei Lagerstellen fixiert sind. Nachteilig ist, dass die elektrischen Leitungen durch die hochfrequenten Bewegungen des Piezoaktors beschädigt werden können.
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Aus der
DE 198 21 768 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Ventilsteuerung bekannt. Ein in einer ersten Bohrung geführter, gut steuerbarer Primärantrieb, z. B. ein Piezoaktor, überträgt seinen Hub durch eine kolbenhydraulische Hubübersetzung mittels einer Hydraulikkammer bewegungskommutiert auf ein in einer zweiten Bohrung geführtes sekundärseitiges Hubelement. Über das sekundärseitige Hubelement wird der Druck in einer Ventilkammer gesteuert.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die elektrischen Zuleitungen des Aktors auf einfache Art und Weise verbessert und vor einer mechanischen Beschädigung geschützt werden, indem diese einen elektrischen Schleifkontakt aufweisen. Die elektrischen Zuleitungen des Aktors sind auf diese Weise vor Zugspannungen geschützt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass der Schleifkontakt einen ersten Leiter und einen mit dem ersten Leiter zusammenwirkenden zweiten Leiter umfasst, die relativ zueinander beweglich angeordnet sind. Der erste Leiter ist an dem Ventilgehäuse und der zweite Leiter an dem Aktor angeordnet oder umgekehrt.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste Leiter hohlzylinderförmig ausgebildet ist und der zweite Leiter in den ersten Leiter hineinreicht.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. 1 zeigt ein erstes und 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil.
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Das Brennstoffeinspritzventil wird beispielsweise bei der sogenannten Direkteinspritzung verwendet und dient dazu, Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen.
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Das Brennstoffeinspritzventil hat ein Ventilgehäuse 1 mit einem Eingangskanal 2 für den Kraftstoff. Das Ventilgehäuse 1 ist beispielsweise zylinderförmig ausgebildet mit einem stirnseitig angeordneten Gehäusedeckel 3. In dem Ventilgehäuse 1 ist ein Aktor 4, beispielsweise ein piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor, zur axialen Verstellung einer Ventilnadel 5 angeordnet. Die Ventilnadel 5 ist in dem Ventilgehäuse 1 axial beweglich bezüglich einer Ventilachse 8 vorgesehen und weist beispielsweise einen dem Aktor 4 zugewandten Nadelschaft 9 und einen dem Aktor 4 abgewandten Ventilschließkörper 10 auf. Der Ventilschließkörper 10 wirkt mit einem am Ventilgehäuse 1 ausgebildeten Ventilsitz 11 zusammen.
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Der piezoelektrische Aktor 4 besteht aus einer Vielzahl von piezokeramischen Schichten, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Dehnung in axialer Richtung bezüglich der Ventilachse 8 ausführen. Dabei wird der sogenannte inverse piezoelektrische Effekt ausgenutzt, bei dem elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Der durch das Anlegen der elektrischen Spannung erzeugte Hub des piezoelektrischen Aktors 4 wird auf die Ventilnadel 5 übertragen, die beispielsweise einen Hub von 40 bis 50 Mikrometer ausführt und das Brennstoffeinspritzventil auf diese Weise öffnet. Durch Abschalten der elektrischen Spannung verkürzt sich der Aktor 4 und die Ventilnadel 5 wird mittels einer Rückstellfeder 12 wieder in Richtung des Ventilsitzes 11 zurückbewegt und schließt das Brennstoffeinspritzventil.
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Der piezoelektrische Aktor 4 ist zum Schutz vor Zug- und Biegespannungen beispielsweise in einer Aktorhülse 15 zwischen einem Aktorkopf 16 und einem Aktorfuß 17 angeordnet und in axialer Richtung bezüglich der Ventilachse 8 auf Druck vorgespannt. Die Aktorhülse 15 ist beispielsweise als sogenannte Rohrfeder ausgeführt, die zur Erhöhung der Elastizität beispielsweise Ausnehmungen 18 aufweist. Die Aktorhülse 15 ist aus Metall, beispielsweise Stahl, hergestellt. Der Aktorkopf 16 ist an einem stirnseitigen, der Ventilnadel 4 abgewandten Ende der Aktorhülse 15 angeordnet und mit der Aktorhülse 15 stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden, beispielsweise mittels Schweißen. Der Aktorfuß 17 ist an einem stirnseitigen, der Ventilnadel 4 zugewandten Ende der Aktorhülse 15 angeordnet und ebenfalls stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Aktorhülse 15 verbunden, beispielsweise mittels Schweißen.
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Da sich der Aktor 4 und die übrigen Komponenten des Brennstoffeinspritzventils, beispielsweise das Ventilgehäuse 1, wegen unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten bei Temperaturänderung unterschiedlich stark ausdehnen, ist ein hydraulischer Koppler 19 vorgesehen, der die Differenzen in der unterschiedlichen Längenausdehnung ausgleicht. Der hydraulische Koppler 19 stellt somit sicher, daß das Brennstoffeinspritzventil mit der Ventilnadel 5 unabhängig von der jeweiligen Temperatur des Brennstoffeinspritzventils jeweils den gleichen Hub ausführt. Es dürfen keine Hubverluste auftreten, bei denen der Hub des Aktors 4 nicht vollständig auf die Ventilnadel 5 übertragen wird und somit der Hub der Ventilnadel 5 kleiner ist als der Hub des Aktors 4. Der hydraulische Koppler 19 ist beispielsweise zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem Aktorkopf 16 der Aktorhülse 15 angeordnet und beispielsweise zylinderförmig ausgeführt. Bei zeitlich schnellen auf den hydraulischen Koppler 19 wirkenden Bewegungsvorgängen, wie beispielsweise der Ausdehung des Aktors 4 bei Beschalten mit einer elektrischen Spannung, verhält sich der hydraulische Koppler 19 als extrem steifes Bauteil. Bei zeitlich langsamen Bewegungsvorgängen, wie beispielsweise der Dehnung aufgrund von Temperaturänderungen, verändert er seine axiale Länge bezüglich der Ventilachse 8 und gleicht auf diese Weise Dehnungsdifferenzen aus.
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Der hydraulische Koppler 19, der Aktor 4 mit der Aktorhülse 15 und die Ventilnadel 5 sind beispielsweise konzentrisch bezüglich der Ventilachse 8 angeordnet.
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Um den Aktor 4 und den hydraulischen Koppler 19 gegenüber dem Kraftstoff zu kapseln, ist im Ventilgehäuse 1 beispielsweise ein Aktorgehäuse 22 vorgesehen, das den Aktor 4 und den hydraulischen Koppler 19 hermetisch umschließt und gegenüber dem Kraftstoff abdichtet. Das Aktorgehäuse 22 ist beispielsweise zylinderförmig ausgeführt und teilt den Innenraum des Ventilgehäuses 1 in einen mit Kraftstoff beladenen und mit dem Eingangskanal 2 strömungsverbundenen Druckraum 23 und einen den Aktor 4 und den hydraulischen Koppler 19 aufweisenden Aktorraum 24. Der Nadelschaft 9 der Ventilnadel 5 verläuft im Aktorraum 24 vom Aktorfuß 17 ausgehend in vom Aktor 4 abgewandter Richtung und durchragt das Aktorgehäuse 22 durch eine Öffnung 25 bis in den Druckraum 23. Die Öffnung 25 ist mittels einer elastischen Dichtung 35 abgedichtet, so daß kein Kraftstoff aus dem Druckraum 23 in den Aktorraum 24 gelangt.
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Der Aktor 4 weist zumindest zwei Aktoranschlüsse 26 auf, die über elektrische Zuleitungen 29, beispielsweise elektrische Kabel, mit am Ventilgehäuse 1 vorgesehenen Steckeranschlüssen 30 elektrisch verbunden sind. Der Aktor 4 wird über diese Steckeranschlüsse 30 an eine externe Spannungsquelle 31 angeschlossen. Die Steckeranschlüsse 30 sind beispielsweise an dem Gehäusedeckel 3 angeordnet.
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Der hydraulische Koppler 19 ist beispielsweise zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem Aktor 4 angeordnet, so dass der Aktor 4 durch die Ausgleichsbewegungen des Kopplers 19 in axialer Richtung bezüglich der Ventilachse 8 bewegt wird und die Zuleitungen 29 des Aktors 4 derart flexibel sein müssen, dass diese Bewegungen mit ausgeführt werden können. Beim Stand der Technik werden die Zuleitungen 29 mechanisch derart stark beansprucht, dass ein Kabelbruch nach einer vorbestimmten Anzahl von Stellbewegungen auftreten kann.
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Erfindungsgemäß weisen die elektrischen Zuleitungen 29 jeweils einen elektrischen Schleifkontakt 38 auf. Der Schleifkontakt 38 ist jeweils durch einen ersten Leiter 39 und einen mit dem ersten Leiter 39 zusammenwirkenden zweiten Leiter 40 gebildet, die relativ zueinander in axialer Richtung beweglich angeordnet sind. Beispielsweise ist der erste Leiter 39 an dem Ventilgehäuse 1 und der zweite Leiter 40 an dem Aktor 4 angeordnet oder umgekehrt. Als Schleifkontakt ist beispielsweise jeder beliebige bekannte Schleifkontakt verwendbar. Die Leiter 39, 40 sind zumindest annähernd parallel zueinander angeordnet und überlappen sich in axialer Richtung bezüglich der Ventilachse 8, wobei in jeder axialen Lage eine gegenseitige Berührung vorliegt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung erfahren die Zuleitungen 29 keine Zugbeanspruchung, so dass ein Kabelbruch an der Zuleitung 29 vermieden wird.
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Gemäß einer ersten Ausführung ist der erste Leiter 39 hohlzylinderförmig oder hülsenförmig ausgebildet und an dem Gehäusedeckel 3 angeordnet. Der erste Leiter 39 ist dabei gegenüber dem Gehäusedeckel 3 elektrisch isoliert. Der zweite Leiter 40 ist beispielsweise kolbenförmig ausgeführt und reicht mit einer sogenannten Bürste 41 in den Hohlzylinder hinein. Die Bürste 41 ist beispielsweise aus Kohle oder Metall hergestellt.
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Der zweite Leiter 40 bewegt sich bei einer Bewegung des Aktors 4 mit und wird dadurch gegenüber dem ersten Leiter 39 relativ verschoben. Der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Leiter 39 und dem zweiten Leiter 40 bleibt jedoch bei jeder Relativbewegung erhalten.
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Um eine dauerhafte Kontaktierung zwischen dem ersten Leiter 39 und dem zweiten Leiter 40 zu gewährleisten, sind der erste Leiter 39 und/oder der zweite Leiter 40 beispielsweise mit einer Beschichtung versehen, die gute Gleiteigenschaften aufweist. Um eine gute elektrische Verbindung zwischen den Leitern 39, 40 zu erreichen, sind der erste Leiter 39 und der zweite Leiter 40 beispielsweise mit einer vorbestimmten Vorspannkraft gegeneinander kontaktiert.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
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Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach 2 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Das Brennstoffeinspritzventil nach 2 unterscheidet sich von dem Brennstoffeinspritzventil nach 1 darin, dass die Leiter 39, 40 nicht zylinderförmig bzw. kolbenförmig, sondern jeweils stabförmig ausgeführt sind. Einer der Leiter 39, 40 weist die Bürste 41 auf.
