DE102010005160A1 - Actuator unit of use in fuel injecting valve for internal-combustion engine of motor vehicle, has connector pin including end section that is arranged outside recess adjacent to another connector pin and coupled with latter pin - Google Patents

Actuator unit of use in fuel injecting valve for internal-combustion engine of motor vehicle, has connector pin including end section that is arranged outside recess adjacent to another connector pin and coupled with latter pin Download PDF

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    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means

Abstract

The unit (14) has a base body (18) for mechanically closing a piezoelectric actuator. An adapter element (50) is coupled with the body. A connector pin (44) is electrically, mechanically and directly coupled with the actuator and arranged in the body and a continuous recess (52) of the adapter element in an axial direction. Another connector pin (48) is completely arranged outside the adapter element and electrically coupled with a voltage supply. The former pin has an end section (45) directly arranged outside the recess adjacent to the latter pin and coupled with the latter pin.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinheit und ein Einspritzventil.The invention relates to an actuator unit and an injection valve.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senkenEver stricter legal regulations regarding the permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, make it necessary to carry out various measures by which the pollutant emissions are reduced. One starting point here is to reduce the pollutant emissions generated by the internal combustion engine

Eine entsprechend geringe Schadstoffemission kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2000 Bar. Derart hohe Drücke stellen hohe Anforderungen an die Konstruktion eines Einspritzventils. Gleichzeitig werden hohe Anforderungen an die Aktoreinheit für das Einspritzventil gestellt. Die Aktoreinheit kann starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Mechanische und elektrische Verbindungen der Aktoreinheit müssen deshalb sehr stabil ausgebildet sein.A correspondingly low pollutant emission can be achieved if the fuel is metered under very high pressure. In the case of diesel internal combustion engines, the fuel pressures are up to 2000 bar. Such high pressures make high demands on the design of an injection valve. At the same time, high demands are placed on the actuator unit for the injection valve. The actuator unit can be exposed to strong mechanical loads. Mechanical and electrical connections of the actuator unit must therefore be made very stable.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aktoreinheit und ein Einspritzventil zu schaffen, die bzw. das einen zuverlässigen und präzisen Betrieb des Einspritzventils ermöglicht.The object of the invention is to provide an actuator unit and an injection valve, which enables a reliable and precise operation of the injection valve.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Aktoreinheit eines Einspritzventils, mit einem Piezoaktuator mit einer Längsachse, einem Grundkörper, der ausgebildet zum Herstellen eines mechanischen Abschlusses des Piezoaktuators, einem Adapterelement, das mit dem Grundkörper gekoppelt ist und das mindestens eine durchgehende Ausnehmung aufweist, mindestens einem ersten Anschlussstift, der mit dem Piezoaktuator elektrisch und mechanisch direkt gekoppelt und der in dem Grundkörper und in der durchgehenden Ausnehmung des Adapterelements in axialer Richtung angeordnet ist, und mindestens einem vollständig außerhalb des Adapterelements angeordneten zweiten Anschlussstift, der ausgebildet ist zur elektrischen Kopplung mit einer Spannungsquelle. Der erste Anschlussstift weist einen Endabschnitt auf, der außerhalb der durchgehenden Ausnehmung unmittelbar benachbart zu dem zweiten Anschlussstift angeordnet und direkt mit dem zweiten Anschlussstift gekoppelt ist.According to a first aspect, the invention is characterized by an actuator unit of an injection valve, comprising a piezoactuator with a longitudinal axis, a base body, which is designed to produce a mechanical closure of the piezoactuator, an adapter element which is coupled to the base body and the at least one continuous recess comprising at least a first terminal pin which is electrically and mechanically coupled directly to the piezoelectric actuator and which is arranged in the base body and in the through recess of the adapter element in the axial direction, and at least one completely outside the adapter element arranged second terminal pin, which is designed for electrical Coupling with a voltage source. The first terminal pin has an end portion disposed outside the through-hole immediately adjacent to the second pin and directly coupled to the second pin.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis der Zusammenhänge bezüglich einem dynamischen Verhalten der Aktoreinheit zugrunde. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass nur geringe Änderungen an dem hinsichtlich seiner Fertigung bewährten Adapterelement durchgeführt werden müssen, und dennoch aufgrund der Bewegung der Aktoreinheit auftretende dynamische Kräfte klein gehalten werden können. Insbesondere kann verhindert werden, dass der erste Anschlussstift fest mit dem Adapterelement gekoppelt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das Adapterelement keiner oder nur einen sehr geringen Anteil an dem dynamischen Verhalten der Aktoreinheit hat. Andererseits kann das Adapterelement jedoch in einfacher Weise zum Ausrichten des ersten Anschlussstifts bei einer Montage der Aktoreinheit beitragen.The invention is based on the knowledge of the relationships relating to a dynamic behavior of the actuator unit. The advantage of this arrangement is that only small changes to the proven in terms of its production adapter element must be performed, and yet due to the movement of the actuator occurring dynamic forces can be kept small. In particular, it can be prevented that the first pin is fixedly coupled to the adapter element. It can thereby be achieved that the adapter element has no or only a very small proportion of the dynamic behavior of the actuator unit. On the other hand, however, the adapter element can contribute in a simple manner to aligning the first connection pin during assembly of the actuator unit.

In einer vorteilhaften Ausbildung ist das Adapterelement fest mit dem Grundkörper gekoppelt.In an advantageous embodiment, the adapter element is fixedly coupled to the base body.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist das Adapterelement einen Vorsprung auf, der in Eingriff mit dem Grundkörper ist. Dies hat den Vorteil, dass die Bewegung des Adapterelements sehr gering gehalten werden kann. Eine ballistische Anregung des Adapterelements kann so vermieden werden.In a further advantageous embodiment, the adapter element has a projection which is in engagement with the base body. This has the advantage that the movement of the adapter element can be kept very low. A ballistic excitation of the adapter element can be avoided.

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe und einer Aktoreinheit gemäß des ersten Aspekts der Erfindung. Die Aktoreinheit ist zum Einwirken auf die Düsenbaugruppe ausgebildet.According to a second aspect, the invention is characterized by an injection valve with a nozzle assembly and an actuator unit according to the first aspect of the invention. The actuator unit is designed to act on the nozzle assembly.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings.

Es zeigen:Show it:

1 ein Einspritzventil im Längsschnitt, 1 an injection valve in longitudinal section,

2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer Aktoreinheit des Einspritzventils, und 2 an enlarged view of a section of an actuator unit of the injection valve, and

3 eine vergrößerte Darstellung einer elektrischen Anschlussvorrichtung. 3 an enlarged view of an electrical connection device.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction or function are provided across the figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein Einspritzventil 10 mit einer Aktoreinheit 14 und einer Düsenbaugruppe 15. Das Einspritzventil 10 wird vorzugsweise genutzt zum Einsatz als Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. 1 shows an injection valve 10 with an actuator unit 14 and a nozzle assembly 15 , The injection valve 10 is preferably used for use as a fuel injection valve for an internal combustion engine of a vehicle.

Die Aktoreinheit 14 hat einen Gehäusekörper 12 mit einer Längsachse A und einer Gehäusekörperausnehmung 13, in der ein Piezoaktuator 16 mit einer Längsachse A angeordnet ist. Der Piezoaktuator 16 kann seine Länge in axialer Richtung abhängig von einem Steuersignal ändern, das an den Piezoaktuator 16 angelegt wird. Die Aktoreinheit 14 hat an ihrem der Düsenbaugruppe 15 abgewandten Ende einen als Kopfplatte ausgebildeten Grundkörper 18. The actuator unit 14 has a housing body 12 with a longitudinal axis A and a Gehäusekörperausnehmung 13 in which a piezoactuator 16 is arranged with a longitudinal axis A. The piezoactuator 16 can change its length in the axial direction depending on a control signal sent to the piezoactuator 16 is created. The actuator unit 14 has at its the nozzle assembly 15 opposite end of a designed as a head plate body 18 ,

Die Düsenbaugruppe 15 umfasst einen Düsenkörper 20, eine Düsennadel 22 und eine Düsenkörperausnehmung 24. Die Düsenkörperausnehmung 24 erstreckt sich in dem Düsenkörper 20. Die Düsennadel 22 ist in der Düsenkörperausnehmung 24 angeordnet. Die Düsennadel 22 ist durch den Piezoaktuator 16 ansteuerbar.The nozzle assembly 15 includes a nozzle body 20 , a nozzle needle 22 and a nozzle body recess 24 , The nozzle body recess 24 extends in the nozzle body 20 , The nozzle needle 22 is in the nozzle body recess 24 arranged. The nozzle needle 22 is through the piezo actuator 16 controllable.

Das Einspritzventil 10 umfasst einen Fluideintritt 26, der in dem Gehäusekörper 12 angeordnet und hydraulisch mit der Düsenkörperausnehmung 24 gekoppelt ist. Über eine nicht dargestellte Fluidleitung ist der Fluideintritt 26 mit einer Kraftstoffhochdruckkammer einer Brennkraftmaschine gekoppelt. An einem freien Ende der Düsenkörperausnehmung 24 ist ein Fluidaustritt 28 mit einer Einspritzöffnung 29 ausgebildet.The injection valve 10 includes a fluid inlet 26 which is in the housing body 12 arranged and hydraulically with the nozzle body recess 24 is coupled. About a fluid line, not shown, is the fluid inlet 26 coupled with a high-pressure fuel chamber of an internal combustion engine. At a free end of the nozzle body recess 24 is a fluid outlet 28 with an injection opening 29 educated.

Der Düsenkörper 20 und die Düsennadel 22 dienen als Auflage für eine Feder 30, die zwischen dem Düsenkörper 20 und der Düsennadel 22 angeordnet ist.The nozzle body 20 and the nozzle needle 22 serve as a support for a spring 30 between the nozzle body 20 and the nozzle needle 22 is arranged.

Das Einspritzventil 10 ist ein nach außen öffnendes Ventil. In einer alternativen Ausführungsform kann das Einspritzventil 10 auch von einem nach innen öffnenden Typ sein.The injection valve 10 is an outward-opening valve. In an alternative embodiment, the injection valve 10 also be of an inward-opening type.

Die 2 und 3 zeigen Details der Aktoreinheit 14. In der Gehäusekörperausnehmung 13 ist ein thermischer Kompensator 40 angeordnet. Die Aktoreinheit 14 hat an ihrem der Düsenbaugruppe 15 abgewandten Ende eine elektrische Anschlussvorrichtung 42. Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 ist in der Gehäusekörperausnehmung 13 angeordnet. Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 umfasst zwei erste Anschlussstifte 44 für die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Piezoaktuator 16. Die ersten Anschlussstifte 44 sind mit dem Piezoaktuator 16 elektrisch und mechanisch direkt gekoppelt und in dem Grundkörper 18 in axialer Richtung angeordnet. Jeder der ersten Anschlussstifte 44 hat einen Endabschnitt 45. Der Piezoaktuator 16 ändert seine Länge in axialer Richtung, wenn an ihn eine elektrische Spannung angelegt wird. Durch die Änderung der Länge des Piezoaktuators 16 kann eine Kraft auf die Düsennadel 22 ausgeübt werden. Über die von dem Piezoaktuator 16 ausgeübte Kraft kann sich die Düsennadel 22 in axialer Richtung bewegen, um so einen Fluidstrom durch die Einspritzöffnung 29 zu ermöglichen oder zu verhindern.The 2 and 3 show details of the actuator unit 14 , In the housing body recess 13 is a thermal compensator 40 arranged. The actuator unit 14 has at its the nozzle assembly 15 opposite end of an electrical connection device 42 , The electrical connection device 42 is in the Gehäusekörperausnehmung 13 arranged. The electrical connection device 42 includes two first pins 44 for the supply of electrical energy to the piezo actuator 16 , The first pins 44 are with the piezo actuator 16 electrically and mechanically coupled directly and in the body 18 arranged in the axial direction. Each of the first pins 44 has an end section 45 , The piezoactuator 16 changes its length in the axial direction when an electrical voltage is applied to it. By changing the length of the piezo actuator 16 can put a force on the nozzle needle 22 be exercised. About the of the piezo actuator 16 applied force may be the nozzle needle 22 move in the axial direction, so as to fluid flow through the injection port 29 to enable or prevent.

Die Aktoreinheit 14 hat einen mit dem Grundkörper 18 gekoppelten Stift 46, der eine mechanische Kopplung des Piezoaktuators 16 mit dem thermischen Kompensator 40 ermöglicht.The actuator unit 14 has one with the main body 18 coupled pen 46 , which is a mechanical coupling of the piezo actuator 16 with the thermal compensator 40 allows.

Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 hat weiter zwei zweite Anschlussstifte 48, die in einem Anschlussstecker angeordnet und mit einer Spannungsquelle elektrisch gekoppelt sind.The electrical connection device 42 has two more pins 48 which are arranged in a connector and are electrically coupled to a voltage source.

Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 umfasst weiter ein Adapterelement 50, das durchgehende Ausnehmungen 52 aufweist. Der Adapterelement 50 ist vorzugsweise als Ring ausgebildet. Jeder der ersten Anschlussstifte 44 ist teilweise in einer der durchgehenden Ausnehmungen 52 in axialer Richtung angeordnet. Jeder der Endabschnitte 45 der ersten Anschlussstifte 44 ist außerhalb der durchgehenden Ausnehmung 52 angeordnet. Die zweiten Anschlussstifte 48 sind vollständig außerhalb des Adapterelements 50 angeordnet. Die Endabschnitte 45 sind unmittelbar benachbart zu einem der zweiten Anschlussstifte 48 angeordnet und direkt mit einem der zweiten Anschlussstifte 48 mechanisch und elektrisch gekoppelt. Damit ist der Piezoaktuator 16 mit der Spannungsquelle elektrisch gekoppelt.The electrical connection device 42 further comprises an adapter element 50 , the continuous recesses 52 having. The adapter element 50 is preferably formed as a ring. Each of the first pins 44 is partially in one of the continuous recesses 52 arranged in the axial direction. Each of the end sections 45 the first pins 44 is outside the continuous recess 52 arranged. The second pins 48 are completely outside the adapter element 50 arranged. The end sections 45 are immediately adjacent to one of the second pins 48 arranged and directly with one of the second pins 48 mechanically and electrically coupled. This is the piezo actuator 16 electrically coupled to the voltage source.

Das Adapterelement 50 hat einen Vorsprung 54, der in Eingriff mit dem Grundkörper 18 ist. Der Vorsprung 54 kann beispielsweise als Ring, als Nase oder als Platte ausgebildet sein. Mit dem Vorsprung 54 kann die axiale Bewegung des Adapterelements 50 begrenzt werden.The adapter element 50 has a lead 54 which engages the main body 18 is. The lead 54 may be formed, for example, as a ring, as a nose or as a plate. With the lead 54 may be the axial movement of the adapter element 50 be limited.

Im Folgenden soll die Funktion des Einspritzventils 10 kurz beschrieben werden:
Das Fluid wird von dem Fluideintritt 26 durch den Gehäusekörper 12 zu dem Fluidaustritt 28 geführt. In einer Schließposition der Düsennadel 22 verhindert diese einen Fluidstrom durch den Fluidaustritt 28 im Düsenkörper 20. Durch Anlegen einer Spannung an den Piezoaktuator 16 kann dieser seine Länge ändern. Durch diese Längenänderung kann eine Kraft auf die Düsennadel 22 ausgeübt werden. Die Düsennadel 22 kann damit in axialer Richtung aus ihrer Schließposition bewegt werden. Außerhalb der Schließposition der Düsennadel 22 ermöglicht die Düsennadel 22 einen Fluidstrom durch den Fluidaustritt 28 und damit durch die Einspritzöffnung 29. Die Feder 30 kann die Düsennadel 22 in Richtung auf den Piezoaktuator 16 mit Kraft beaufschlagen. Liegt keine Spannung an dem Piezoaktuator 16 an, so ist die Länge des Piezoaktuators 16 reduziert. Die Feder 30 zwingt die Düsennadel 22 zu einer Bewegung in axialer Richtung in ihre Schließposition. Abhängig von dem Kräftegleichgewicht zwischen der durch die Feder 30 auf die Düsennadel 22 ausgeübten Kraft und der durch den Piezoaktuator 16 auf die Düsennadel 22 ausgeübten Kraft ist die Düsennadel 22 in einer Schließposition oder in einer Öffnungsposition.The following is the function of the injection valve 10 be briefly described:
The fluid is from the fluid inlet 26 through the housing body 12 to the fluid outlet 28 guided. In a closed position of the nozzle needle 22 this prevents fluid flow through the fluid outlet 28 in the nozzle body 20 , By applying a voltage to the piezoactuator 16 this one can change its length. By this change in length, a force on the nozzle needle 22 be exercised. The nozzle needle 22 can thus be moved in the axial direction from its closed position. Outside the closed position of the nozzle needle 22 allows the nozzle needle 22 a fluid flow through the fluid outlet 28 and thus through the injection opening 29 , The feather 30 can the nozzle needle 22 in the direction of the piezo actuator 16 apply force. There is no voltage on the piezo actuator 16 on, that is the length of the piezoactuator 16 reduced. The feather 30 forces the nozzle needle 22 to a movement in the axial direction in its closed position. Depending on the balance of power between by the spring 30 on the nozzle needle 22 applied force and by the piezoelectric actuator 16 on the nozzle needle 22 applied force is the nozzle needle 22 in a closed position or in an open position.

Beim Öffnen und Schließen des Einspritzventils 10 kann die Aktoreinheit 14 starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Durch die beschriebene Ausbildung der Aktoreinheit 14 kann insbesondere das Adapterelement 50 keinen oder lediglich einen sehr geringen Anteil an der mechanischen Dynamik der elektrischen Anschlussvorrichtung 42 haben. Dies kann zu einer hohen mechanischen Stabilität der mechanischen und elektrischen Verbindungen der Aktoreinheit 14 und insbesondere der elektrischen Anschlussvorrichtung 42 führen. Gleichwohl kann das Adapterelement 50 in vorteilhafter Weise zur Ausrichtung der ersten Anschlussstifte 44 eingesetzt werden.When opening and closing the injector 10 can the actuator unit 14 be exposed to strong mechanical loads. The described embodiment of the actuator unit 14 in particular, the adapter element 50 no or only a very small proportion of the mechanical dynamics of the electrical connection device 42 to have. This can lead to a high mechanical stability of the mechanical and electrical connections of the actuator unit 14 and in particular the electrical connection device 42 to lead. Nevertheless, the adapter element 50 advantageously for aligning the first pins 44 be used.

Claims (4)

Aktoreinheit (14) eines Einspritzventils (10), mit – einem Piezoaktuator (16) mit einer Längsachse (A), – einem Grundkörper (18), der ausgebildet zum Herstellen eines mechanischen Abschlusses des Piezoaktuators (16), – einem Adapterelement (50), das mit dem Grundkörper (18) gekoppelt ist und das mindestens eine durchgehende Ausnehmung (52) aufweist, – mindestens einem ersten Anschlussstift (44), der mit dem Piezoaktuator (16) elektrisch und mechanisch direkt gekoppelt und der in dem Grundkörper (18) und in der durchgehenden Ausnehmung (52) des Adapterelements (50) in axialer Richtung angeordnet ist, und – mindestens einem vollständig außerhalb des Adapterelements (50) angeordneten zweiten Anschlussstift (48), der ausgebildet ist zur elektrischen Kopplung mit einer Spannungsquelle, wobei der erste Anschlussstift (44) einen Endabschnitt (45) aufweist, der außerhalb der durchgehenden Ausnehmung (52) unmittelbar benachbart zu dem zweiten Anschlussstift (48) angeordnet und direkt mit dem zweiten Anschlussstift (48) gekoppelt ist.Actuator unit ( 14 ) of an injection valve ( 10 ), with - a piezoactuator ( 16 ) with a longitudinal axis (A), - a basic body ( 18 ), which is designed to produce a mechanical termination of the piezo actuator ( 16 ), - an adapter element ( 50 ), which is connected to the main body ( 18 ) is coupled and the at least one continuous recess ( 52 ), - at least one first pin ( 44 ) connected to the piezo actuator ( 16 ) electrically and mechanically coupled directly and in the body ( 18 ) and in the through recess ( 52 ) of the adapter element ( 50 ) is arranged in the axial direction, and - at least one completely outside the adapter element ( 50 ) arranged second pin ( 48 ) which is designed for electrical coupling to a voltage source, wherein the first terminal pin ( 44 ) an end portion ( 45 ), which outside the through recess ( 52 ) immediately adjacent to the second pin ( 48 ) and directly connected to the second pin ( 48 ) is coupled. Aktoreinheit (14) nach Anspruch 1, wobei das Adapterelement (50) fest mit dem Grundkörper (18) gekoppelt ist.Actuator unit ( 14 ) according to claim 1, wherein the adapter element ( 50 ) fixed to the main body ( 18 ) is coupled. Aktoreinheit (14) nach Anspruch 2, wobei das Adapterelement (50) einen Vorsprung (54) aufweist, der in Eingriff mit dem Grundkörper (18) ist.Actuator unit ( 14 ) according to claim 2, wherein the adapter element ( 50 ) a lead ( 54 ) in engagement with the base body ( 18 ). Einspritzventil (10) mit einer Düsenbaugruppe (15) und einer Aktoreinheit (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktoreinheit (14) zum Einwirken auf die Düsenbaugruppe (15) ausgebildet ist.Injection valve ( 10 ) with a nozzle assembly ( 15 ) and an actuator unit ( 14 ) according to one of the preceding claims, wherein the actuator unit ( 14 ) for acting on the nozzle assembly ( 15 ) is trained.
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