DE102005051288A1

DE102005051288A1 - Piezoaktuatorvorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102005051288A1
Application number: DE200510051288
Authority: DE
Inventors: Emanuel Sanftleben
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: DE102005051288B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Piezoaktuatorvorrichtung (1) für ein Kraftstoffeinspritzventil eines Verbrennungsmotors, aufweisend ein Gehäuse (2), einen innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Piezoaktuator (4) mit Anschlussstiften (8, 9), eine mit ersten Öffnungen (5, 6) zum Durchtritt der Anschlussstifte (8, 9) versehene und auf dem Gehäuse (2) aufgesetzte Kopfplatte (3), eine an der Kopfplatte (2) aufgesetzte Kontaktbaugruppe (16) für eine elektrische Verbindung der Anschlussstifte (8, 9) mit einem Steckverbinder (17) und ein die Kontaktbaugruppe (16) umhüllendes Kontaktbaugruppengehäuse (20). die Kopfplatte (3) weist wenigstens eine zweite Öffnung (7), das Kontaktbaugruppengehäuse (20) einen Deckel (21) und die Piezoaktuatorvorrichtung (1) ein aus einem flüssigkeitsdichten und gaspermeablen Material gebildetes flächenhaftes Dichtelement (10), das an aus den ersten Öffnungen (5, 6) herausstehenden Anschlussstiftabschnitten der Anschlussstifte (8, 9) aufgesetzt ist und sowohl an Umfangsflächen der Anschlussstiftabschnitte als auch an der Kopfplatte (3) dichtend anliegt, auf. Der Deckel (21) weist ein in das Kontaktbaugruppengehäuse (20) gerichtetes Andrückelement (23) auf, das einem von der Kopfplatte (3) abgewandtes Aufwölben des Dichtelements (10) entgegenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Piezoaktuatorvorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzventil eines Verbrennungsmotors.

Eine solche Piezoaktuatorvorrichtung ist beispielsweise in der DE 102 51 225 A1 offenbart. Diese Piezoaktuatorvorrichtung weist ein Gehäuse, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Piezoaktuator mit Anschlussstiften, eine mit Öffnungen zum Durchtritt der Anschlussstifte versehene und auf dem Gehäuse aufgesetzte Kopfplatte und eine an der Kopfplatte aufgesetzte Kontaktbaugruppe für eine elektrische Verbindung der Anschlussstifte mit einem Steckverbinder auf. Einerseits benötigt im Betrieb der Piezoaktuator Sauerstoff, andererseits soll der Piezoaktuator möglichst gegen ein Eindringen von Betriebsmedien des Verbrennungsmotors, wie z.B. Öl, geschützt sein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Piezoaktuatorvorrichtung derart auszuführen, dass einerseits ein Sauerstoffaustausch möglich ist, einer Verschmutzung des Piezoaktuators jedoch zumindest vorgebeugt wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Piezoaktuatorvorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzventil eines Verbrennungsmotors, aufweisend ein Gehäuse, ein innerhalb des Gehäuses angeordneter Piezoaktuator mit Anschlussstiften, eine mit ersten Öffnungen zum Durchtritt der Anschlussstifte versehene und auf dem Gehäuse aufgesetzte Kopfplatte, eine an der Kopfplatte aufgesetzte Kontaktbaugruppe für eine elektrische Verbindung der Anschlussstifte mit einem Steckverbinder und ein die Kontaktbaugruppe umhüllendes Kontaktbaugruppengehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopf platte wenigstens eine zweite Öffnung, das Kontaktbaugruppengehäuse einen Deckel und die Piezoaktuatorvorrichtung ein aus einem flüssigkeitsdichten und gaspermeablen Material gebildetes flächenhaftes Dichtelement, das an aus den ersten Öffnungen herausstehenden Anschlussstiftabschnitten der Anschlussstifte aufgesetzt ist und sowohl an Umfangsflächen der Anschlussstiftabschnitte als auch an der Kopfplatte dichtend anliegt, aufweist und der Deckel ein in das Kontaktbaugruppengehäuse gerichtetes Andruckelement umfasst, das einem von der Kopfplatte abgewandtes Aufwöben des Dichtelements entgegen wirkt. Der Piezoaktuator der erfindungsgemäßen Piezoaktuatorvorrichtung ist innerhalb des Gehäuses angeordnet, das wiederum mit der Kopfplatte abgeschlossen ist. Durch die ersten Öffnungen treten die Anschlussstifte des Piezoaktuators heraus. Die wenigstens zweite Öffnung ist dafür vorgesehen, einen Sauerstoffaustausch zwischen der Umgebung und dem Piezoaktuatorinnenraum zu ermöglichen. Um einer Verschmutzung des Piezoaktuators insbesondere gegen Öl des Verbrennungsmotors vorzubeugen, umfasst die erfindungsgemäße Piezoaktuatorvorrichtung das aus einem flüssigkeitsdichten und gaspermeablen Material gefertigte flächenhafte Dichtelement, das an den Umfangsflächen der Anschlussstiftabschnitte der aus der Kopfplatte herausragenden Anschlussstifte und an der Kopfplatte dichtend anliegt. Durch die flüssigkeitsdichte Eigenschaft des flächenhaften Dichtelements wird ein Eindringen insbesondere von Öl durch die ersten und durch die zweiten Öffnungen verhindert. Die gaspermeable Eigenschaft des Materials des flächenhaften Dichtelements erlaubt jedoch einen Gasaustausch zwischen dem Inneren des Gehäuses mit seiner Umgebung durch die zweite Öffnung. Dadurch sind Vorraussetzungen geschaffen, dass der Piezoaktuator einerseits mit Sauerstoff versorgt und andererseits möglichst wenig, beispielsweise durch Öl, verschmutzt wird. Ein geeignetes Material für das flächenhafte Dichtelement ist beispielsweise ein Silikonwerkstoff, wie z.B. ein Fluor-Silikon-Werkstoff, oder "FVMQ".

Im Betrieb der Piezoaktuatorvorrichtung erhitzt diese. Dadurch kann sich der Druck im Inneren des Gehäuses erhöhen, wodurch es möglich ist, dass sich das flächenhafte Dichtelement von der Kopfplatte abgewandt aufwölbt. Um dies zu verhindern, umfasst der Deckel des Kontaktbaugruppengehäuses erfindungsgemäß das in das Kontaktgruppengehäuse gerichtete Andruckelement, das ein von der Kopfplatte abgewandtes Aufwölben des Dichtelements entgegensteht. Somit ist es möglich, den Grad des Aufwölbens des Dichtelements zumindest zu verringern.

Gemäß Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Piezoaktuatorvorrichtung drückt das Andruckelement die der Kopfplatte abgewandte Seite des flächenhaften Dichtelements ständig gegen die Kopfplatte oder berührt diese nur bei erwärmtem Dichtelement. Ein Vorteil der Variante, bei der das flächenhafte Dichtelement nur bei erwärmtem Dichtelement dieses berührt, kann darin bestehen, dass die Gefahr einer Beschädigung des Dichtelementes durch das Andruckelement bei der Montage der erfindungsgemäßen Piezoaktuatorvorrichtung verringert wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist es, dass dadurch die die für die Permeation wirksame Fläche des flächenhaften Dichtelements relativ groß ausgeführt werden kann, was sich positiv auf den Gasaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gehäuses auswirken kann.

Vorraussetzungen für eine relativ große wirksame Fläche des flächenhaften Dichtelementes werden auch geschaffen, wenn nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Piezoaktuatorvorrichtung das Andruckelement nur einem Teilbereich der der Kopfplatte abgewandten Seite des flächenhaften Dichtelementes zugeordnet ist. Dadurch ist es möglich, einen möglichst großen Hohlraum zwischen dem flächenhaften Dichtelement und der Kontaktbaugruppe zu schaffen. Der Teilbereich befindet sich bevorzugt im Wesentlichen in der Mitte der der Kopfplatte abgewandten Seite des flächenhaften Dichtelementes.

Einen relativ großen Holraum für das flächenhafte Dichtelement erhält man auch, wen nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Piezoaktuatorvorrichtung die Kontaktbaugruppe eine Aussparung für einen Hohlraum für das flächenhafte Dichtelement aufweist.

Einen erhöhten Schutz gegen ein Eindringen von Öl innerhalb des Gehäuses der erfindungsgemäßen Piezoaktuatorvorrichtung kann sich dann ergeben, wenn nach einer Variante die der Kopfplatte zugewandte Seite des flächenhaften Dichtelements im Wesentlichen der Kontur der Kopfplatte folgt.

Wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Piezoaktuatorvorrichtung das Material des flächenhaften Dichtelementes elektrisch isolierend ist, ist es möglich, keine zusätzliche oder nur eine minimale zusätzliche Vorkehrung gegen eine unzureichende elektrische Isolierung der Anschlussstifte vorzusehen.

Besonders kostensparend lässt sich die erfindungsgemäße Piezoaktuatorvorrichtung herstellen, wenn nach einer Variante der Deckel aus Kunststoff gefertigt und das Andruckelement an den Deckel angespritzt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den nachfolgenden schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine Piezoaktuatorvorrichtung mit einem Gehäuse und einer Anschlussvorrichtung,
2 das Gehäuse der in der 1 dargestellten Piezoaktuatorvorrichtung,
3 einen Schnitt der Anschlussvorrichtung der in der 1 dargestellten Piezoaktuatorvorrichtung,
4 ein Dichtelement,
5 die Anschlussvorrichtung der in der 1 dargestellten Piezoaktuatorvorrichtung und
6 einen Deckel.
Die 1 zeigt eine Piezoaktuatorvorrichtung 1 mit einem im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles zylinderförmigen Gehäuse 2 aus Metall, das an einem der Enden mit einer scheibenförmigen, in der 2 näher dargestellten Kopfplatte 3 aus Metall abgeschlossen ist. Das andere Ende des Gehäuses 2 ist mit einer nicht näher dargestellten Membran abgedichtet. Im Bereich dieser Membran ist in an sich bekannter Weise eine Wirkverbindung zwischen einem in der 3 teilweise dargestellten und innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Piezoaktuator 4 und einem nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen, um eine axiale Längsveränderung des Piezoaktuators 4 auf ein Betätigungsglied eines Einlassventils des Kraftstoffeinspritzventils zu übertragen.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind in die Kopfplatte 3 drei Öffnungen 5, 6 und 7 gebohrt. Durch die Öffnungen 5 und 6 der Kopfplatte 3 ragen Anschlussstifte 8 und 9 des Piezoaktuators 4 heraus. Die Öffnung 7 ist dafür vorgesehen, einen Gasaustausch zwischen dem Inneren des Gehäuses 2 und seiner Umgebung zu ermöglichen.
Zur Abdichtung des Piezoaktuators 4 ist auf der Kopfplatte 3 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine in der 4 näher dargestellte kreisförmige Dichtscheibe 10 aufgesetzt. Die auf der Kopfplatte 3 mit aufgesetzter Dichtscheibe 10 ist in der 3 gezeigt. Die Dichtscheibe 10 ist aus einem flüssigkeitsdichten und gaspermeablen Elastomer, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels des Typs FVMQ, gefertigt. Außerdem ist die Dichtscheibe 10 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch elektrisch isolierend. Die Dichtscheibe 10 umfasst zwei Dome 11 und 12 und wird während der Montage der Piezoaktuatorvorrichtung 1 derart auf die Kopfplatte 3 aufgesetzt, dass die beiden Dome 11 und 12 Die Anschlussstifte 8 und 9 im Bereich der Öffnungen 5 und 5 der Kopfplatte 3 längs ihrer Umfangsflächen abdichten. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Dome 11 und 12 elastisch vorgespannt, wodurch eine verbesserte Abdichtung der Kopfplatte 3 im Bereich der Öffnungen 5 und 6 erreicht wird. Die beiden Anschlussstifte 8 und 9 haben außerdem verschiedene Durchmesser, weshalb sich auch die Durchmesser der beiden Dome 11 und 12 der Dichtscheibe 10 unterscheiden. Zur Lageerkennung umfasst die Dichtscheibe 10 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Blinddom 13.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles umfasst die Kopfplatte 3 eine Ringnut 14, in die ein Umlaufband 15 der Dichtscheibe 10 dichtend eingreift. Dadurch wird eine Abdichtung der Kopfplatte 3 in Axialrichtung erhöht.
Die Piezoaktuatorvorrichtung 1 umfasst ferner eine auf die Kopfplatte 3 gepresste und in de 5 gezeigte Kontaktbau gruppe 16, mit der die Anschlussstifte 8, 9 mit einem Stecker 17 der Piezoaktuatorvorrichtung 1 elektrisch verbunden sind. Die Kontaktbaugruppe 16 umfasst Kontaktzungen, von denen in der 3 eine Kontaktzunge 18 dargestellt ist. Die Kontaktzungen 18 sind an einem Ende mit den Anschlussstiften 8 und 9 verschweißt und bilden mit ihrem anderen Ende zusammen mit einer Kunststoffumspritzung 19 den Stecker 17 zum Anschluss der Piezoaktuatorvorrichtung 1.
Die Kontaktbaugruppe 16 ist mit einem Gehäuse 20 aus Kunststoff umspritzt, an dem wiederum die Kunststoffumspritzung 19 des Steckers 17 angeformt ist. Das Gehäuse 20 der Kontaktbaugruppe 16 ist mit einem an dem Gehäuse 20 angeschweißten und in der 6 näher dargestellten Deckel 21 verschlossen.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist die Kontaktbaugruppe 16 als Spritzgussteil hergestellt und umfasst einen Hohlraum 22, sodass der Dichtscheibe 10 zur Kopfplatte 3 abgewandten Seite ein vergrößerter Raum zur Verfügung steht.
Am Deckel 21 ist auf der in das Innere des Gehäuses 20 der Kontaktbaugruppe 16 hingewandten Seite ein Andrückelement 23 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mittig relativ zum Deckel 21 angespritzt. Im auf das Gehäuse 20 aufgesetzten Zustand ragt das Andrückelement 23 in den Hohlraum 22 der Kontaktbaugruppe 16 hinein. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist das Andrückelement 23 derart dimensioniert, dass das Andrückelement 23 nahe, in etwa mehrer Mikrometer, an die Dichtscheibe 21 heranragt, ohne diese im kalten Zustand zu berühren. Beginnt die Dichtscheibe 10 z.B. aufgrund einer betriebsbedingten Erwärmung des Piezoaktuators 3 sich aufzuwölben, so berührt die Dichtscheibe 10 das Andrückelement 23 des Deckels 21, wodurch im Wesentlichen ein Aufwölben der Dichtscheibe 10 verhindert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere kann das Andrückelement 23 auch derart ausgeführt sein, dass es die Dichtscheibe 10 auch im kalten Zustand berührt.

Claims

Piezoaktuatorvorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzventil eines Verbrennungsmotors, aufweisend ein Gehäuse (2), einen innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Piezoaktuator (4) mit Anschlussstiften (8, 9), eine mit ersten Öffnungen (5, 6) zum Durchtritt der Anschlussstifte (8, 9) versehene und auf dem Gehäuse (2) aufgesetzte Kopfplatte (3), eine an der Kopfplatte (3) aufgesetzte Kontaktbaugruppe (16) für eine elektrische Verbindung der Anschlussstifte (8, 9) mit einem Steckverbinder (17) und ein die Kontaktbaugruppe (16) umhüllendes Kontaktbaugruppengehäuse (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfplatte (3) wenigstens eine zweite Öffnung (7), das Kontaktbaugruppengehäuse (20) einen Deckel (21) und die Piezoaktuatorvorrichtung (1) ein aus einem flüssigkeitsdichten und gaspermeablen Material gebildetes flächenhaftes Dichtelement (10), das an aus den ersten Öffnungen (5, 6) herausstehenden Anschlussstiftabschnitten der Anschlussstifte (8, 9) aufgesetzt ist und sowohl an Umfangsflächen der Anschlussstiftabschnitte als auch an der Kopfplatte (3) dichtend anliegt, aufweist und der Deckel (21) ein in das Kontaktbaugruppengehäuse (20) gerichtetes Andrückelement (23) umfasst, das einem von der Kopfplatte (3) abgewandtes Aufwölben des Dichtelements (10) entgegen wirkt.
Piezoaktuatorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das flüssigkeitsdichte Material des flächenhaften Dichtelements (10) einen Silikonwerkstoff und/oder eine Elastomer umfasst.
Piezoaktuatorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Material des flächenhaften Dichtelementes (10) elektrisch isolierend ist.
Piezoaktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die der Kopfplatte (3) zugewandte Seite des flächenhaften Dichtelements (10) im Wesentlichen der Kontur der Kopfplatte (3) folgt.
Piezoaktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Andrückelement (23) die der Kopfplatte (3) abgewandten Seite des flächenhaften Dichtelements (10) nur bei erwärmten Dichtelement (10) berührt.
Piezoaktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Andruckelement (23) das flächenhafte Dichtelement (10) ständig gegen die Kopfplatte (3) drückt.
Piezoaktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Andruckelement (23) nur einem Teilbereich der der Kopfplatte (3) abgewandten Seite des flächenhaften Dichtelements (10) zugeordnet ist.
Piezoaktuatorvorrichtung nach Anspruch 7, bei der sich der Teilbereich im Wesentlichen in der Mitte der der Kopfplatte (3) abgewandten Seite des flächenhaften Dichtelements (10) befindet.
Piezoaktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Kontaktbaugruppe (16) eine Aussparung (22) für einen Hohlraum für das flächenhafte Dichtelement (10) aufweist.
Piezoaktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Deckel (20) aus Kunststoff gefertigt und das Andrückelement (23) an den Deckel (20) angespritzt ist.