DE102008041645A1

DE102008041645A1 - Aktormodul

Info

Publication number: DE102008041645A1
Application number: DE102008041645A
Authority: DE
Inventors: Martin Kiontke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Ein Aktormodul (2), das insbesondere für Brennstoffeinspritzventile von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, weist einen piezoelektrischen Aktor (10) und ein an den Aktor (10) angefügtes Übergangsstück (14) auf. Das Übergangsstück (14) weist zumindest eine Durchgangsbohrung (22) auf, durch die eine elektrische Leitung (21) zu dem piezoelektrischen Aktor (10) geführt ist. Die elektrische Leitung (21) weist einen Draht (27) auf, der zumindest im Bereich der Durchgangsbohrung (22) an seiner Außenseite (40) mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung (41) versehen ist. Durch die elektrisch isolierende Beschichtung (41) wird auch beim Eindringen von Wasser oder anderen elektrisch leitenden Flüssigkeiten in die Durchgangsbohrung (22) ein elektrischer Kurzschluss mit dem Übergangsstück (14) verhindert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Aktormodul und ein Brennstoffeinspritzventil mit einem Aktormodul. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 103 26 259 A1 ist ein Injektor für Kraftstoffeinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, insbesondere von direkteinspritzenden Dieselmotoren, bekannt. Der bekannte Injektor besitzt einen in einem Injektorkörper angeordneten Piezoaktor, der über erste Federmittel einerseits mit dem Injektor und andererseits mit einem hülsenartigen Übersetzerkolben in Anlage gehalten wird. Ferner sind ein mit dem Injektorkörper verbundener, eine Düsenaustrittsöffnung aufweisender Düsenkörper, in dem eine abgestufte Düsennadel axial verschiebbar geführt ist, und innerhalb des Übersetzerkolbens angeordnete zweite Federmittel vorgesehen, welche zusammen mit dem rückseitig auf die Düsennadel wirkenden Einspritzdruck die Düsennadel in Schließrichtung halten. Dabei ist der Piezoaktor in einer Ausnehmung des Injektorkörpers angeordnet. Ein oberer, abgewinkelter Abschnitt der Ausnehmung fungiert dabei als Kabeldurchführung für die Stromversorgung des Piezoaktors.
Bei dem aus der DE 103 26 259 A1 bekannten Injektor besteht das Problem, dass über den oberen, abgewinkelten Abschnitt der Ausnehmung, die als Kabeldurchführung für die Stromversorgung des Piezoaktors dient, Wasser oder dergleichen eindringen kann. Dabei kann ein Kurzschluss zwischen einem Kabel der Stromversorgung und dem Gehäuse oder dergleichen auftreten.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Aktormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und die elektrische Leitung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 haben den Vorteil, dass auch beim Eindringen von Wasser oder anderen Flüssigkeiten an die elektrische Leitung für den piezoelektrischen Aktor ein Kurzschluss verhindert ist. Speziell kann die Zuverlässigkeit des Aktormoduls und des Brennstoffeinspritzventils verbessert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Aktormoduls, des im Anspruch 10 angegebenen Brennstoffeinspritzventils und der im Anspruch 11 angegebenen elektrischen Leitung möglich.
Vorteilhaft ist es, dass die Beschichtung eine hohe Durchschlagsspannung aufweist. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Beschichtung eine hohe Druckfestigkeit aufweist. Außerdem ist die elektrisch isolierende Beschichtung in vorteilhafter Weise aus einer Lackschicht gebildet. Die Lackschicht hat den Vorteil, dass diese medienresistent ist und eine hohe Durchschlagsspannung, beispielsweise von größer als 2000 V, aufweisen kann. Ferner kann die Lackschicht eine hohe Festigkeit, insbesondere eine hohe Druckfestigkeit, aufweisen, so dass eine plastische oder elastische Verformung verhindert oder zumindest verringert ist.
Vorteilhaft ist es, dass der mit der Beschichtung beschichtete Draht, der durch die Durchgangsbohrung des Übergangsstücks geführten Leitung mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung ummantelt ist. Dadurch kann die Robustheit weiter verbessert werden. Speziell kann die Beschichtung des beschichteten Drahtes geschützt werden, um beispielsweise einen mechanischen Abrieb in Bezug auf das Übergangsstück oder andere Bauteile zu verhindern. Die Ummantelung kann dabei in vorteilhafter Weise als Kunststoffummantelung ausgebildet sein.
In vorteilhafter Weise ist die auf die Außenseite des Drahtes aufgebrachte Beschichtung mit einer Dicke von beispielsweise etwa 0,02 mm aufgebracht. Die vorgegebene Dicke der Beschichtung hängt dabei von einer für die jeweilige Anwendung erforderlichen Durchschlagsspannung ab. Dabei kann eine gegebenenfalls vorgesehene Ummantelung des beschichteten Drahtes bezüglich ihrer Dicke entsprechend angepasst werden, so dass der mit der Ummantelung ummantelte Draht an die Größe der Durchgangsbohrung des Übergangsstücks angepasst ist. Allerdings kann der mit der elektrisch isolierenden Beschichtung beschichtete Draht auch ohne eine Kunststoffummantelung oder dergleichen eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktormodul in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
2 die Ausgestaltung einer Leitung, wie sie im Bereich einer Durchgangsbohrung eines Übergangsstücks des in 1 gezeigten Brennstoffeinspritzventils ausgestaltet ist.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem Aktormodul 2 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Aktormodul 2 eignet sich besonders für solch ein Brennstoffeinspritzventil 1. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 und das erfindungsgemäße Aktormodul 2 eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Aktormodul 2 dient zum Betätigen einer Ventilnadel 3, die in einem Düsenkörper 4 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 weist einen Ventilschließkörper 5 auf, der mit einer an dem Düsenkörper 4 ausgebildeten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammen wirkt. Bei einer Betätigung der Ventilnadel 3 hebt sich diese aus ihrem Sitz, so dass Brennstoff aus einem Brennstoffraum 7 innerhalb des Düsenkörpers 4 über den geöffneten Dichtsitz und eine Düsenöffnung 8 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine abgespritzt wird.
Das Aktormodul 2 weist einen piezoelektrischen Aktor 10 auf, der eine Vielzahl von keramischen Schichten und zwischen den keramischen Schichten angeordnete Elektrodenschichten aufweist. Zur Kontaktierung der Elektrodenschichten sind Elektrodenanbindungen 11, 12 vorgesehen, die an einer Außenseite 13 des piezoelektrischen Aktors 10 angeordnet sind. An den piezoelektrischen Aktor 10 ist ein als Aktorfuß ausgestaltetes Übergangsstück 14 angefügt. Ferner ist an den piezoelektrischen Aktor 10 ein als Aktorkopf ausgestaltetes Übergangsstück 15 angefügt. Die Übergangsstücke 14, 15 sind mit einer Schutzhülle 16 verbunden. Ein Zwischenraum 17 zwischen der Schutzhülle 16 und dem piezoelektrischen Aktor 10 ist zumindest teilweise mit einem Dichtmaterial 18 aufgefüllt. Dadurch sind die Elektrodenanbindungen 11, 12 gegenüber der Umgebung geschützt.
Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der piezoelektrische Aktor 10 geladen und entladen, wobei sich dieser entlang seiner Längsachse 19 ausdehnt beziehungsweise zusammenzieht. Zur elektrischen Kontaktierung des piezoelektrischen Aktors 10 sind elektrische Leitungen 20, 21 vorgesehen, die mit den Elektrodenanbindungen 11, 12 kontaktiert sind. Die elektrischen Leitungen 20, 21 sind dabei durch das Übergangsstück 14 geführt. Das Übergangsstück 14 weist Durchgangsbohrungen 22, 23 auf, die zumindest abschnittsweise konisch ausgestaltet sind. Die Durchgangsbohrungen 22, 23 können auch anders, insbesondere zylindrisch, ausgestaltet sein. In die Durchgangsbohrungen 22, 23 sind Dichtbuchsen 24, 25 eingesetzt, die konisch ausgestaltet sind. Durch die Dichtbuchsen 24, 25 sind die elektrischen Leitungen 20, 21 geführt. Hierbei weist die Dichtbuchse 24 eine Bohrung 26 auf, durch die sich die elektrische Leitung 21 erstreckt. Die Dichtbuchse 24 ist dabei in die konische Durchgangsbohrung 22 gepresst, so dass ein Draht 27 der elektrischen Leitung 21 spaltfrei von der Dichtbuchse 24 umschlossen ist. Außerdem ist eine Umspritzung 28 vorgesehen, die teilweise in die Durchgangsbohrung 22 eingespritzt ist. Durch die Umspritzung 28 ist die Durchgangsbohrung 22 zur Seite des Zwischenraums 17 hin aufgefüllt. Ferner ist eine Isolierhülse 29 vorgesehen, die den Draht 27 abschnittsweise umschließt. Hierdurch ist die Durchgangsbohrung 22 zu einer Seite 30 des Übergangsstücks 14, die dem piezoelektrischen Aktor 10 abgewandt ist, abgedichtet.
Die Ausgestaltung des Aktormoduls 2 im Bereich der Durchgangsbohrung 23 entspricht der Ausgestaltung im Bereich der Durchgangsbohrung 22. Hierbei ist ein Draht 31 der elektrischen Leitung 21 durch eine Bohrung der Dichtbuchse 25 geführt, wobei einerseits eine Umspritzung 32 und andererseits eine Isolierhülse 33 vorgesehen sind.
Die Ausgestaltung des piezoelektrischen Aktormoduls 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 des Ausführungsbeispiels ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 im weiteren Detail beschrieben.
2 zeigt einen Abschnitt des Drahtes 27 der Leitung 21 im Bereich der Durchgangsbohrung 22 im weiteren Detail. Der Draht 27 ist an seiner Außenseite 40 mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 41 beschichtet. Die elektrisch isolierende Beschichtung 41 ist dabei aus einer Lackschicht gebildet. Die elektrisch isolierende Beschichtung 41 ist zumindest im Bereich der Durchgangsbohrung 22 des Übergangsstücks 14 vorgesehen. Die elektrisch isolierende Beschichtung 41 kann sich allerdings auch zumindest im Wesentlichen über die gesamte Länge der Leitung 21 erstrecken, wobei Kontaktbereiche, insbesondere an der Elektrodenanbindung 11, frei bleiben. Die elektrisch isolierende Beschichtung kann beispielsweise eine Dicke von etwa 0,02 mm aufweisen. Die elektrisch isolierende Beschichtung 41 weist eine hohe Durchgangsspannung auf, die größer als 2000 V ist. Ferner ist die elektrisch isolierende Beschichtung 41 medienresistent und druckfest ausgestaltet.
Der mit der Beschichtung 41 beschichtete Draht 27 ist außerdem von einer Kunststoffummantelung 42 ummantelt. Die Kunststoffummantelung 42 schützt die Beschichtung 41. Speziell wird ein mechanischer Abrieb, der zu Scheuerstellen in der Beschichtung 41 führen kann, verhindert. Solch ein Abrieb kann beispielsweise zwischen dem beschichteten Draht 27 und dem Übergangsstück 14 auftreten. Allerdings kann in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall die Kunststoffummantelung 42 auch entfallen.
Durch die elektrisch isolierende Beschichtung 41 und die Kunststoffummantelung 42 ist der Draht 27 gegenüber dem Übergangsstück 14 elektrisch isoliert. Auch beim Eindringen von Wasser oder anderen elektrisch leitenden Flüssigkeiten in die Durchgangsbohrung 22 wird durch die elektrisch isolierende Beschichtung 41 eine elektrische Isolation des Drahts 27 gewährleistet. Dadurch ist eine hohe Zuverlässigkeit des Brennstoffeinspritzventils 1 gegeben.
Beispielsweise kann es im Betrieb durch Temperaturdehnungen zu einer plastischen Verformung der Dichtbuchsen 24, 25 kommen. Dadurch kann eine Spaltbildung zwischen den Dichtbuchsen 24, 25 und den Isolierhülsen 29, 33 oder den Umspritzungen 28, 32 auftreten. Durch derartige Spalte kann gegebenenfalls Wasser oder eine andere elektrisch leitende Flüssigkeit eindringen, wodurch die Gefahr eines Kurzschlusses zu dem Übergangsstück 14 besteht. Auf Grund der Beschichtung 41 des Drahtes 27 und einer entsprechenden Beschichtung des Drahtes 31 ist auch beim Eintreten von Wasser und anderen Flüssigkeiten das Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses verhindert. Dieser Schutz kann durch die Kunststoffummantelung 42 weiter verbessert werden.
Durch die hohe Druckfestigkeit der Beschichtung 41 ist eine Verformung des beschichteten Drahtes 27, der beispielsweise aus Kupfer gebildet sein kann, verhindert. Dies verhindert ebenfalls ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Zwischenraum 17 des Aktormoduls 2. Bei einer Ausgestaltung, bei der die Kunststoffummantelung 42 vorgesehen ist, kann eine Verformung durch die vorhandene Pressung der Dichtbuchse 24 ausgeglichen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10326259 A1 [0002, 0003]

Claims

Aktormodul (2), insbesondere für Brennstoffeinspritzventile, mit einem piezoelektrischen Aktor (10) und zumindest einem mit dem Aktor (10) verbundenen Übergangsstück (14), wobei das Übergangsstück (14) zumindest eine Durchgangsbohrung (22) aufweist, durch die eine elektrische Leitung (21) zu dem piezoelektrischen Aktor (10) geführt ist, und wobei die elektrische Leitung (21) zumindest einen Draht (27) aufweist, der zumindest im Bereich der Durchgangsbohrung (22) des Übergangsstückes (14) an seiner Außenseite (40) mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung (41) versehen ist.
Aktormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (41), die an der Außenseite (40) des Drahtes (27) vorgesehen ist, aus zumindest einer Lackschicht gebildet ist.
Aktormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der elektrisch isolierenden Beschichtung (41) beschichtete Draht (27) der durch die Durchgangsbohrung (22) des Übergangsstücks (14) geführten Leitung (21) zumindest im Bereich der Durchgangsbohrung (22) des Übergangsstückes (14) mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung (42) ummantelt ist.
Aktormodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (42), die den beschichteten Draht (27) ummantelt, als Kunststoffummantelung ausgebildet ist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Außenseite (40) des Drahtes (27) aufgebrachte elektrisch isolierende Beschichtung (41) eine Dicke von etwa 0,02 mm aufweist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (41) eine hohe Durchschlagsspannung aufweist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (41) eine hohe Druckfestigkeit aufweist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtbuchse (24) vorgesehen ist, die zumindest teilweise in die Durchgangsbohrung (22) des Übergangsstücks (14) eingesetzt ist, dass die Dichtbuchse (24) zumindest eine Bohrung (26) aufweist, dass die elektrische Leitung (21) durch die Bohrung (26) der Dichtbuchse (24) geführt ist und dass die Dichtbuchse (24) in der Durchgangsbohrung (22) des Übergangsstücks (14) verpresst ist, so dass die Dichtbuchse (24) die elektrische Leitung (21) zumindest im Wesentlichen spaltfrei umschließt.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsstück (14) als Aktorfuß ausgestaltet ist, der an dem piezoelektrischen Aktor (10) angefügt ist.
Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen, mit einem Aktormodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer von dem Aktormodul (2) betätigbaren Ventilnadel (3), die mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.
Elektrische Leitung (21), insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen, mit zumindest einem Draht (27), der an seiner Außenseite (40) mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung (41) versehen ist.
Elektrische Leitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (27) zumindest im wesentlichen aus Kupfer gebildet ist.
Elektrische Leitung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (41), die an der Außenseite (40) des Drahtes (27) vorgesehen ist, aus zumindest einer Lackschicht gebildet ist.
Elektrische Leitung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der elektrisch isolierenden Beschichtung (41) beschichtete Draht (27) mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung (42) ummantelt ist.
Elektrische Leitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (42), die den beschichteten Draht (27) ummantelt, als Kunststoffummantelung ausgebildet ist.