DE102005051438A1

DE102005051438A1 - Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005051438A1
Application number: DE102005051438A
Authority: DE
Inventors: Gregor Dr. Ing. Renner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-03
Also published as: US20090008483A1; WO2007048496A1

Abstract

Ein Kraftstoffinjektor (1) für eine Brennkraftmaschine besteht aus einem Injektorgehäuse (2) und einem Ventilglied (7) sowie einem zur Betätigung des Ventilgliedes (7) angeordneten Stapel aus Piezokristallen (5). Der Stapel aus Piezokristallen (5) ist an einem im Injektorgehäuse (2) gehaltenen Trägerelement (15) befestigt. Es ist eine erste Dichtung (10) vorgesehen, um den Kraftstoffraum (4) von einem zur Außenseite des Injektorgehäuses (2) führenden Spalt dichtend zu trennen. In dem Spalt ist ein weiteres Dichtelement (20) angeordnet, das sich in einem Abstand zur ersten Dichtung (10) befindet, so dass zwischen der ersten Dichtung (10) und dem weiteren Dichtelement (20) ein Hohlraum (19) gebildet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Injektorgehäuse, einem Ventilglied sowie einem zu dessen Betätigung vorgesehenen Stapel aus Piezokristallen.

Zur Bestromung der Piezokristalle sind elektrische Leitungen zu Elektroden an den Piezokristallen geführt, wobei diese Leitungen in einem Bauteil aufgenommen sind, das gleichzeitig zur Halterung des Stapels aus Piezoelementen dient. Am Injektorgehäuse ist ein elektrischer Steckkontakt vorgesehen, an den die Leitungen angeschlossen sind. Da sich der Stapel von Piezokristallen üblicherweise in einem mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoffraum befindet, sind Maßnahmen zur Abdichtung des Kraftstoffraumes gegen das Austreten von Kraftstoff und insbesondere an den elektrischen Steckkontakt zu treffen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor zu schaffen, bei dem auf einfache Weise ein Austritt von Kraftstoff aus dem Injektorgehäuse in den Bereich des elektrischen Anschlusses sicher vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Anordnung von zwei Dichtstellen, nämlich der ersten Dichtung benachbart zum Kraftstoffraum und dem weiteren Dichtelement in einem Abstand zu diesem ermöglicht die Bildung eines Hohlraumes zur Aufnahme von eventuell aus dem Kraftstoffraum neben dem Trägerelement austretendem Kraftstoff. Diese geringe Kraftstoffmenge wird durch gezielte Leckage in bestimmten Betriebszuständen oder durch Ableitung aus dem Hohlraum abgeführt, so daß kein Druckaufbau im Hohlraum entsteht. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß kein Kraftstoff durch das weitere Dichtelement nach außen treten und an den am Injektorgehäuse angeordneten Steckkontakt gelangen kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Dichtung dadurch gebildet, daß das Trägerelement eine Dichtfläche aufweist, die gegen einen am Injektorgehäuse ausgebildeten Dichtsitz pressbar ist. Auf diese Weise dichten die beiden Bauteile durch gegenseitige Anlage ab, ohne daß an dieser Stelle ein zusätzliches Dichtmittel erforderlich ist. Besonders geeignet ist dabei, daß sowohl die Dichtfläche als auch der Dichtsitz sphärisch gestaltet sind, wobei die Dichtfläche konvex und der Dichtsitz konkav ist.

Das Trägerelement weist einen Hals auf, der durch eine Wand des Injektorgehäuses geführt ist. In dem Hals sind elektrische Anschlußleitungen zur Bestromung der Piezokristalle aufgenommen und am äußeren Ende des Halses ist ein Steckkontakt vorgesehen. Auf diese Weise sind die elektrischen Leitungen sicher gehalten und das Trägerelement ist einfach im Injektorgehäuse zu befestigen. Dabei ist ein gewisser maßlicher Abstand zwischen dem Hals und einer diesen aufnehmenden Bohrung im Injektorgehäuse nicht nur zum leichteren Einführen bei der Montage von Vorteil, sondern dient auch dazu, daß ein Ringspalt gebildet ist, der als Hohlraum zwischen der ersten Dichtung und dem weiteren Dichtelement wirkt.

Das Trägerelement kann zweistückig ausgeführt sein und besteht dabei aus einem inneren Element, das den Hals bildet, und einem konzentrischen Ringelement, an dem die Dichtfläche ausgebildet ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dichtfläche im Stillstand der Brennkraftmaschine vom Dichtsitz abhebbar, so daß eine gezielte Undichtigkeit erreicht wird, um in den Hohlraum möglicherweise eingedrungenen Kraftstoff in den Kraftstoffraum zurückzuführen bzw. zumindest auf Umgebungsdruckniveau abzusenken, was während des Motorstillstands über Spaltleckagen des Kraftstoffkreises erfolgt. Vor dem Motorstart und auch vor Erzeugen des Kraftstoffdruckes wird die Dichtfläche wieder gegen den Dichtsitz gepresst, indem die Piezoelemente bestromt werden und somit der Stapel sich ausdehnt und mit großer Kraft das Ringelement im Bereich der Dichtung gegen das Injektorgehäuse presst.

Alternativ zu der aus Dichtfläche und Dichtsitz gebildeten ersten Dichtung kann auch eine anders gestaltete Dichtung vorgesehen sein, beispielsweise ein Ring aus Kunststoff oder Gummi. In diesem Fall kann der im Ringspalt gebildete Hohlraum über eine Leckölleitung entlüftet werden, die vom Umgebungsdruck beaufschlagt ist und vorzugsweise in den Kraftstofftank führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Längsschnitt eines Kraftstoffinjektors
2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit II in 1.
In 1 ist ein Kraftstoffinjektor 1 im Längsschnitt dargestellt, wobei an einem Injektorgehäuse 2 an dessen oberem Ende ein Kraftstoffzulauf 3 vorgesehen ist. Dieser Kraftstoffzulauf 3 steht mit einem Kraftstoffraum 4 in Verbindung. Am unteren Ende des Injektorgehäuses 2 ist ein Einspritzventil 6 mit einem Ventilglied 7 angeordnet. Zur Betätigung des Ventilgliedes 7 ist in dem Kraftstoffraum 4 ein Stapel aus Piezokristallen 5 angeordnet, wobei entlang des Stapels elektrische Leitungen 8 zur Bestromung der Piezokristalle angeordnet sind. Ebenfalls nahe des oberen Endes des Injektorgehäuses 2 ist ein Steckkontakt 9 zum Anschluß der elektrischen Leitungen 8 vorgesehen.
2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Einzelheit II aus 1. In dem Injektorgehäuse 2 ist der Kraftstoffraum 4 gebildet, in dem der Stapel aus Piezokristallen 5 mittig angeordnet ist. Der Stapel aus Piezokristallen 5 wird von einem Trägerelement 15 gehalten, das in einer Bohrung 14 des Injektorgehäuses 2 aufgenommen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Trägerelement 15 aus zwei Bauteilen, nämlich einem inneren Element 16 mit einem Hals 17 sowie einem konzentrisch dazu angeordneten Ringelement 18. Der Hals 17 ist in der Bohrung 14 des Injektorgehäuses 2 gelagert. In dem Hals 17 verlaufen die elektrischen Anschlußleitungen 8, die zu dem Steckkontakt 9 einerseits und zu dem Stapel aus Piezokristallen 5 andererseits führen. Der Stapel von Piezoelementen 5 ist gegenüber dem Trägerelement 15 mittels einer Abstützplatte 13 aus einem formstabilen Material abgestützt. Zur Vermeidung des Eindringens von Kraftstoff zu dem Stapel aus Piezokristallen 5 ist ein Schrumpfschlauch 23 vorgesehen, der das Trägerelement 15 sowie den Stapel aus Piezokristallen 5 mit den Anschlußleitungen 8 dichtend umschließt.
Zwischen dem Trägerelement 15 und dem Injektorgehäuse 2 ist eine erste Dichtung 10 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel aus einer Dichtfläche 11 am Ringelement 18 und aus einem Dichtsitz 12 am Injektorgehäuse 2 besteht. Sowohl die Dichtfläche 11 als auch der Dichtsitz 12 sind sphärisch ausgebildet, wobei der Dichtsitz 12 konkav und die Dichtfläche 11 konvex ist. Aufgrund des maßlichen Abstandes zwischen der Innenwandung der Bohrung 14 und dem Außenumfang des Halses 17 ist ein Ringspalt 24 vorhanden, in dem in einem Abstand zur ersten Dichtung 10 ein weiteres Dichtelement 20 in Form eines Dichtungsringes angeordnet ist. Auf diese Weise wird zwischen der ersten Dichtung 10 und dem weiteren Dichtelement 20 in dem Ringspalt 24 ein Hohlraum 19 gebildet, der sowohl gegen den Kraftstoffraum 4 als auch gegen die Außenseite des Injektorgehäuses 2 abgedichtet ist. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist an den Ringspalt 24 im Bereich des Hohlraums 19 eine Leckölleitung 21 angeschlossen, die zu einem Kraftstofftank 22 führt. Auf diese Weise ist der Hohlraum 19 vom Umgebungsdruck beaufschlagt, d. h. Kraftstoff, der eventuell durch die erste Dichtung 10 aus dem Kraftstoffraum 4 in den Hohlraum 19 gelangt, wird über die Leckölleitung 21 abgeführt.
Alternativ zu der Leckölleitung 21 kann Kraftstoff, der sich eventuell in dem Hohlraum 19 sammelt, dadurch abgeführt werden, daß beim Stillstand der Brennkraftmaschine eine gezielte Undichtigkeit an der ersten Dichtung 10 erzeugt wird. Dabei wird davon ausgegangen, daß beim Stillstand der Brennkraftmaschine der Druck im Kraftstoffraum 4 abnimmt und durch Entstromen des Stapels aus Piezokristallen 5 die Dichtfläche 11 vom Dichtsitz 12 abhebt, so daß im Hohlraum 19 gesammelter Kraftstoff in den Kraftstoffraum 4 abgeleitet wird oder zumindest das Druckniveau auf Umgebungsdruck abgesenkt wird. Vor dem Start der Brennkraftmaschine und vor dem Druckaufbau im Kraftstoffsystem muß dann ein Bestromen des Stapels aus Piezokristallen 5 erfolgen, damit zunächst die Dichtfläche 11 an den Dichtsitz 12 gepresst wird und damit die erste Dichtung 10 ihre Dichtfunktion erhält.

Claims

Kraftstoffinjektor (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Injektorgehäuse (2) und einem Ventilglied (7) sowie einem zur Betätigung des Ventilgliedes (7) angeordneten Stapel aus Piezokristallen (5), der innerhalb eines Kraftstoffraumes (4) angeordnet ist, wobei der Stapel aus Piezokristallen (5) an einem im Injektorgehäuse (2) gehaltenen Trägerelement (15) befestigt ist und eine erste Dichtung (10) vorgesehen ist, um den Kraftstoffraum (4) von einem zur Außenseite des Injektorgehäuses (2) führenden Spalt dichtend zu trennen, sowie mit einem in dem Spalt angeordneten weiteren Dichtelement (20), das sich in einem Abstand zur ersten Dichtung (10) befindet, so dass zwischen der ersten Dichtung (10) und dem weiteren Dichtelement (20) ein Hohlraum (19) gebildet wird.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (10) dadurch gebildet ist, dass das Trägerelement (15) eine Dichtfläche (11) aufweist, die gegen einen am Injektorgehäuse (2) ausgebildeten Dichtsitz (12) pressbar ist.
Kraftstoffinjekor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Dichtfläche (11) als auch der Dichtsitz (12) sphärisch gestaltet sind, wobei die Dichtfläche (11) konvex und der Dichtsitz (12) konkav sind.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (15) einen Hals (17) aufweist, der durch eine Bohrung (14) des Injektorgehäuses (2) führt und in dem Hals (17) elektrische Anschlußleitungen (8) zur Bestromung der Piezokristalle (5) aufgenommen sind und am äußeren Ende des Halses (17) ein Steckkontakt (9) vorgesehen ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt ein zwischen dem Hals (17) des Trägerelementes (15) und der Wandung der Bohrung (14) im Injektorgehäuse (2) gebildeter Ringspalt (24) ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (15) zweistückig ausgeführt ist und aus einem inneren Element (16), das den Hals (17) bildet, und einem konzentrischen Ringelement (18), an dem die Dichtfläche (11) ausgebildet ist, besteht.
Kraftstoffinjekor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (11) im Stillstand der Brennkraftmaschine vom Dichtsitz (12) abhebbar und vor dem Start der Brennkraftmaschine an diesen anpressbar ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (10) durch einen Ring aus einem elastischen Kunststoff oder Gummi gebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leckölleitung (21) an dem Ringspalt (24) im Bereich des Hohlraums (19) angeschlossen ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckölleitung (21) vom Umgebungsdruck beaufschlagt ist und insbesondere in den Kraftstofftank (22) führt.