EP1593837A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1593837A1
EP1593837A1 EP05101635A EP05101635A EP1593837A1 EP 1593837 A1 EP1593837 A1 EP 1593837A1 EP 05101635 A EP05101635 A EP 05101635A EP 05101635 A EP05101635 A EP 05101635A EP 1593837 A1 EP1593837 A1 EP 1593837A1
Authority
EP
European Patent Office
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actuator
fuel injection
injection valve
housing
hydraulic coupler
Prior art date
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Granted
Application number
EP05101635A
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English (en)
French (fr)
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EP1593837B1 (de
Inventor
Uwe Liskow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1593837A1 publication Critical patent/EP1593837A1/de
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Publication of EP1593837B1 publication Critical patent/EP1593837B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/005—Arrangement of electrical wires and connections, e.g. wire harness, sockets, plugs; Arrangement of electronic control circuits in or on fuel injection apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim. It has already been proposed a fuel injection valve in the German patent application 103 60 449 with a valve housing in which a piezoelectric actuator and a hydraulic coupler are arranged, wherein the piezoelectric actuator having a positive pole and a ground terminal and wherein the valve housing, an electrical connector with a positive terminal and a ground terminal is provided for contacting with a voltage source.
  • the positive terminal of the piezoelectric actuator is connected to the positive terminal of the plug and the Massepol of the piezoelectric actuator to the ground terminal of the plug via a respective cable.
  • the cables Since the hydraulic coupler is disposed between the valve housing and the actuator in a portion of the fuel injector facing the plug, the cables must be routed from the plug around the coupler to the actuator. Since the hydraulic coupler performs thermally induced compensatory movements, the cables can not be tight, but must be relieved of strain by providing an additional length. The cables must not touch any neighboring parts as otherwise they could be worn through the many compensating movements over time. The disadvantage is that the cables are mechanically heavily loaded by the compensatory movements, so that after a predetermined life of the fuel injection valve cable break occurs due to fatigue or tear the soldering or welding of the cable. This leads to failure of the fuel injection valve.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features the main claim has the advantage that in a simple way a Improvement is achieved in that the life of the fuel injection valve is increased by the ground pole of the actuator to the ground terminal of the connector and the plus pole of the actuator is electrically connected to the positive terminal wirelessly are. In this way, the cable rupture failure of the fuel injection valve prevented. By eliminating the two cables space is saved, so that the Fuel injection valve can be made smaller.
  • the ground terminal of the actuator via the valve housing and / or an actuator housing is electrically connected to the ground terminal of the plug, as on this way an already existing in the fuel injection valve electrically conductive connection is being used.
  • the ground contact of the actuator the electromagnetic Reduced noise emission of the actuator.
  • the positive pole of the actuator via the hydraulic coupler is electrically connected to the positive terminal, since in this way the power supply to the actuator via an existing electrically conductive connection.
  • the actuator is biased in an actuator sleeve between an actuator head and an actuator base to pressure and the ground of the actuator is electrically contacted with the actuator head, wherein the actuator head is electrically connected via the actuator sleeve with the actuator base.
  • the actuator base is electrically connected via a valve needle, a shoulder of the valve needle and a return spring cooperating with the valve needle with the valve housing and / or the actuator housing.
  • the positive terminal of the plug with a head part of the hydraulic coupler and the positive pole of the actuator with a foot part of the hydraulic Coupler is electrically connected, the head part and the foot part of the hydraulic Kopplers turn electrically connected to each other via an elastic sealing element are. In this way, the power supply via the hydraulic coupler allows.
  • the drawing shows schematically a fuel injection valve according to the invention.
  • the fuel injection valve is, for example, in the so-called direct injection used and serves to fuel, such as gasoline or diesel, in a combustion chamber to inject an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve has a valve housing 1 with an input channel 2 for the Fuel.
  • the valve housing has, for example, a cup-shaped housing part 1.1 and a the cup-shaped housing part 1.1 closing housing cover 1.2.
  • the input channel 2 is provided for example in the housing cover 1.2.
  • valve housing 1 In the valve housing 1 is a schematically illustrated actuator 3, for example, a piezoelectric or magnetostrictive actuator, for the axial adjustment of a valve needle. 4 arranged.
  • actuator 3 for example, a piezoelectric or magnetostrictive actuator, for the axial adjustment of a valve needle. 4 arranged.
  • the valve needle 4 is provided in the valve housing 1 axially movable and has, for example a needle shaft 7 facing the actuator 3 and a side facing away from the actuator 3 Valve-closing body 8 on.
  • the actuator 3 transmits its movement to the needle shaft 7 of the valve needle 4, whereby the cooperating with a valve seat 9 Valve-closing body 8 opens or closes the fuel injection valve.
  • the fuel injector For example, is a so-called outward-opening valve, wherein the Valve needle 4 performs a stroke in the direction of a combustion chamber 10.
  • Fuel injection valve is the valve closing body 8 over its entire circumference on the valve seat 9 with line or surface contact tight and forms a sealing seat 11th
  • the piezoelectric actuator 3 consists of a plurality of piezoceramic layers, which perform an expansion in the axial direction by applying an electrical voltage. In this case, the so-called inverse piezoelectric effect is exploited, in the electrical Energy is converted into mechanical energy.
  • the by applying the electrical Stress-induced stretching of the piezoceramic layers is applied to the Transfer valve needle 4, wherein the valve needle 4, for example, a stroke of 40 to 50 microns. After the valve opening, the actuator 3 is shortened by Switching off the electrical voltage and the valve needle 4 is by means of a return spring 14 moves back toward the valve seat 9 and closes the fuel injection valve.
  • the piezoelectric actuator 3 is for protection against tensile and bending stresses, for example arranged in an actuator sleeve 12 between an actuator head 16 and an actuator base 17, wherein the actuator sleeve 12, for example, designed as a so-called Bourdon tube and made of a metal, for example steel.
  • the actuator head 16 is at an end, the valve needle 4 end facing away from the actuator sleeve 12 arranged and with the actuator sleeve 12 cohesively and / or non-positively connected, for example by welding.
  • the actuator foot 17 is at a frontal, arranged the valve needle 4 facing the end of the actuator sleeve 12 and also cohesively and / or non-positively connected to the actuator sleeve 12, for example by means of Welding.
  • the actuator 3 is between the actuator head 16 and the actuator base 17 by means of the actuator sleeve 12 biased to pressure.
  • the needle shaft 7 of the valve needle 4 has a shoulder 18, at which the return spring 14 abuts with one end to the needle shaft 7 of the valve needle 4 to the actuator base 17th the Aktorhülse 12 and the valve closing body 8 in the direction of the valve seat 9 to press.
  • the hydraulic coupler 15 is for example between the housing cover 1.2 and arranged the actuator head 16 of the actuator sleeve 12.
  • the hydraulic coupler 15 has, for example, a pot-shaped cylinder 21 and a in the pot-shaped cylinder 21 axially movable piston 22. Between the pot-shaped cylinder 21 and the piston 22, a so-called coupler gap 23 is provided.
  • an elastic sealing element extends 24, which is formed for example as bellows and is made of metal, to to the piston 22.
  • the elastic sealing element 24 includes a coupler volume 25, which is fluidly connected via a throttle element 28 with the coupler gap 23.
  • the Coupler volume 25 and the coupler gap 23 are with a liquid, for example filled with fuel or a secondary medium such as silicone oil.
  • the pressure in the Liquid of the coupler volume 25 is, for example, by means of a spring element 26th increased by the spring element 26 a compressive force from the outside to the elastic sealing element 24 exerts or is provided within the elastic sealing element 24, for example in the piston 22, and a pressure force on the liquid of the coupler volume 25 exercises.
  • the piston 22 has a cavity, which via the throttle element 28 with the coupler gap 23 and a flow opening with the circumference of Piston 22 is connected.
  • the hydraulic coupler 15 With temporally fast movements acting on the hydraulic coupler 15, such as the extent of the actuator 3 when wired with an electrical Voltage, the hydraulic coupler 15 behaves as an extremely rigid component because in the short time almost no liquid from the coupler gap 23 through the throttle element 28 can flow into the coupler volume 25. So there the coupler gap 23 in this Situation remains constant, the stroke of the actuator 3 is completely transferred to the valve needle 4.
  • the cylinder 21 of the hydraulic coupler 15 is for example the actuator 3 and the Piston 22 of the hydraulic coupler 15 facing the housing cover 1.1 or vice versa.
  • the housing cover 1.1 facing part of the hydraulic coupler 15th forms a head portion 29 and the actuator 3 facing part of a foot portion 30 of the hydraulic Coupler 15.
  • the hydraulic coupler 15, the actuator 3 with the actuator sleeve 12 and the valve needle 4th are arranged concentrically to a valve axis 27.
  • the actuator sleeve 12 and the hydraulic coupler 15 are centered, for example, to each other and fixed, for example by means of an encapsulation 36, starting from the actuator head 16 extends to the foot part 30 of the hydraulic coupler 15.
  • an actuator housing 31 is provided, which the actuator 3 and the hydraulic Hermetically encloses coupler 15 and seals against the fuel.
  • the Actuator housing 31 is for example cylindrical and divides the interior of the valve housing 1 in a loaded with fuel and with the input channel. 2 flow-connected pressure chamber 32 and one the actuator 3 and the hydraulic Coupler 21 having actuator space 33.
  • the actuator housing 31 is, for example, concentric arranged in the valve housing 1 and at the front ends on the valve housing. 1 supported.
  • the actuator housing 31 is facing on the housing cover 1.2 End face cohesively and / or non-positively with the housing cover 1.2 connected, for example, welded.
  • the needle shaft 7 of the valve needle 4 extends in Actuator 33 starting from the actuator base 17 in the direction away from the actuator 3 and extends through the actuator housing 31 through an opening 34 into the pressure chamber 32, wherein the opening 34 is sealed by means of an elastic seal 35, so that no fuel from the pressure chamber 32 into the actuator chamber 33 passes.
  • the seal 35 is for example formed as an elastic corrugated, for example, made of metal is, and extends from the needle shaft 7, starting annularly to the actuator housing 31st
  • the return spring 14 is located with its one end to the shoulder 18 of the valve needle. 4 and with the other end to the actuator housing 31 at.
  • the actuator 3 has a positive pole 38 and a grounding pole 39, which is the negative electrical pole is on.
  • At the Plug 40 is either a depending on the position of a high power switch 44 High voltage of the voltage source 43 or no voltage.
  • the high power switch 44 is connected to a positive pole of the voltage source 43.
  • the voltage source 43 is, for example, a transformer, for example, a 12V on-board voltage Vehicle raised to a high voltage.
  • the positive pole 38 of the actuator 3 is, for example via the hydraulic coupler 15 with the positive terminal 41 electrically contacted. According to this circuit, the current led from the plug 40 via the hydraulic coupler 15 to the actuator 3.
  • the grounding pole 39 of the actuator 3 is electrically contacted with the actuator head 16, wherein the actuator head 16 is connected via the actuator sleeve 12 with the actuator base 17.
  • the actuator foot 17 in turn is above the needle shaft 7 of the valve needle 4, the shoulder 18th the valve needle 4 and the voltage applied to the shoulder 18 return spring 14 to the actuator housing 31 electrically connected.
  • the positive terminal 41 of the plug 30 is, for example, with the head portion 29 of the hydraulic Coupler 15 and the positive pole 38 of the actuator 3 with a foot part 30 of the hydraulic Coupler 15 electrically connected.
  • the head part 29 and the foot part 30 of the hydraulic coupler 15 are over the elastic Seal member 24 electrically connected to each other.
  • Insulations 46,47 are, for example, disc-shaped and made of ceramic or another electric made of insulating material.
  • the positive pole 38 of the actuator 3 extends, for example, through a passage opening 50 in FIG Actuator head 16 and extends through the first electrical insulation 46 through a first opening 48 in order to achieve a contact with the foot part 30 of the hydraulic coupler 15.
  • the positive connection 41 of the plug 40 extends through a connection channel 51 in FIG Housing cover 1.2 and extends through the second electrical insulation 47, for example through a second opening 49 to make contact with the head portion 29 of the hydraulic To reach Koppler 15.
  • the second insulation 47 may also be designed as a piezoceramic to the force curve evaluate the actuator 3 and to use to control the injection.
  • the fuel is in the valve housing 1, starting from the inlet channel 2 in the pressure chamber 32 led to the valve closing body 8 upstream of the sealing seat 11.
  • the valve closing body 8 lifts from the sealing seat 11 from, thereby opening a connection to the combustion chamber 10 of the internal combustion engine is, so that fuel via a between the valve closing body 8 and the valve seat 9 formed annular output gap 52 flows into the combustion chamber 10.
  • the bigger the stroke of the valve needle 4 in the opening direction the larger the output gap 52 and the more fuel is injected into the combustion chamber 10 per unit time.

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Abstract

Bekannte Brennstoffeinspritzventile haben ein Ventilgehäuse, in dem ein Aktor und ein hydraulischer Koppler angeordnet sind, wobei am Ventilgehäuse ein elektrischer Stecker zur Kontaktierung mit einer Spannungsquelle vorgesehen ist. Die vom Stecker zum Aktor verlaufenden Kabel müssen um den Koppler herum zum Aktor geführt werden. Nachteilig ist, dass die Kabel durch die Ausgleichsbewegungen des Kopplers mechanisch stark belastet sind, so dass nach einer vorbestimmten Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils ein Kabelbruch durch Materialermüdung auftritt oder die Löt- oder Schweißstellen der Kabel reißen. Dies führt zu einem Ausfall des Brennstoffeinspritzventils. Bei dem erfmdungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil wird die Lebensdauer erhöht, indem kabellose Verbindungen vorgesehen sind. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Massepol (39) des Aktors (3) mit dem Masseanschluss (42) des Steckers (40) und der Pluspol (38) des Aktors (3) mit dem Plusanschluss (41) kabellos elektrisch verbunden sind. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Brennstoffeinspritzventil in der deutschen Patentanmeldung 103 60 449 vorgeschlagen worden mit einem Ventilgehäuse, in dem ein piezoelektrischer Aktor und ein hydraulischer Koppler angeordnet sind, wobei der piezoelektrische Aktor einen Pluspol und einen Massepol aufweist und wobei am Ventilgehäuse ein elektrischer Stecker mit einem Plusanschluss und einem Masseanschluss zur Kontaktierung mit einer Spannungsquelle vorgesehen ist. Der Pluspol des piezoelektrischen Aktors ist mit dem Plusanschluss des Steckers und der Massepol des piezoelektrischen Aktors mit dem Masseanschluss des Steckers über jeweils ein Kabel verbunden. Da der hydraulische Koppler zwischen dem Ventilgehäuse und dem Aktor in einem dem Stecker zugewandten Abschnitt des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist, müssen die Kabel vom Stecker ausgehend um den Koppler herum zum Aktor geführt werden. Da der hydraulische Koppler thermisch bedingte Ausgleichsbewegungen ausführt, können die Kabel nicht straff gespannt sein, sondern müssen durch Vorsehen einer zusätzlichen Länge zugentlastet sein. Dabei dürfen die Kabel keine benachbarten Teile berühren, da sie ansonsten durch die vielen Ausgleichbewegungen mit der Zeit durchgescheuert werden könnten. Nachteilig ist, dass die Kabel durch die Ausgleichsbewegungen mechanisch stark belastet sind, so dass nach einer vorbestimmten Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils ein Kabelbruch durch Materialermüdung auftritt oder die Löt- oder Schweißstellen der Kabel reißen. Dies führt zu einem Ausfall des Brennstoffeinspritzventils.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine Verbesserung dahingehend erzielt wird, dass die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils erhöht wird, indem der Massepol des Aktors mit dem Masseanschluss des Steckers und der Pluspol des Aktors mit dem Plusanschluss kabellos elektrisch verbunden sind. Auf diese Weise wird das kabelbruchbedingte Ausfallen des Brennstoffeinspritzventils verhindert. Durch das Entfallen der zwei Kabel wird Bauraum eingespart, so dass das Brennstoffeinspritzventil kleiner ausgeführt werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Massepol des Aktors über das Ventilgehäuse und/oder ein Aktorgehäuse mit dem Masseanschluss des Steckers elektrisch verbunden ist, da auf diese Weise eine im Brennstoffeinspritzventil bereits bestehende elektrisch leitende Verbindung genutzt wird. Außerdem wird durch die Massekontaktierung des Aktors die elektromagnetische Störabstrahlung des Aktors verringert.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Pluspol des Aktors über den hydraulischen Koppler mit dem Plusanschluss elektrisch verbunden ist, da auf diese Weise die Stromzuführung zum Aktor über eine bestehende elektrisch leitende Verbindung erfolgt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
der Aktor in einer Aktorhülse zwischen einem Aktorkopf und einem Aktorfuß auf Druck vorgespannt ist und der Massepol des Aktors mit dem Aktorkopf elektrisch kontaktiert ist, wobei der Aktorkopf über die Aktorhülse mit dem Aktorfuß elektrisch verbunden ist. Der Aktorfuß ist über eine Ventilnadel, eine Schulter der Ventilnadel und eine mit der Ventilnadel zusammenwirkende Rückstellfeder mit dem Ventilgehäuse und/oder dem Aktorgehäuse elektrisch verbunden.
Des weiteren vorteilhaft ist, wenn der Plusanschluss des Steckers mit einem Kopfteil des hydraulischen Kopplers und der Pluspol des Aktors mit einem Fußteil des hydraulischen Kopplers elektrisch verbunden ist, wobei das Kopfteil und das Fußteil des hydraulischen Kopplers wiederum über ein elastisches Dichtelement elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird die Stromzuführung über den hydraulischen Koppler ermöglicht.
Vorteilhaft ist, wenn zwischen dem hydraulischen Koppler und dem Aktor eine erste elektrische Isolierung und zwischen dem hydraulischen Koppler und dem Ventilgehäuse eine zweite elektrische Isolierung vorgesehen ist, da auf diese Weise ein Kurzschluss verhindert wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Zeichnung zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil.
Das Brennstoffeinspritzventil wird beispielsweise bei der sogenannten Direkteinspritzung verwendet und dient dazu, Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen.
Das Brennstoffeinspritzventil hat ein Ventilgehäuse 1 mit einem Eingangskanal 2 für den Kraftstoff. Das Ventilgehäuse weist beispielsweise ein topfförmiges Gehäuseteil 1.1 und einen das topfförmige Gehäuseteil 1.1 verschließenden Gehäusedeckel 1.2 auf. Der Eingangskanal 2 ist beispielsweise im Gehäusedeckel 1.2 vorgesehen.
In dem Ventilgehäuse 1 ist ein schematisch dargestellter Aktor 3, beispielsweise ein piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor, zur axialen Verstellung einer Ventilnadel 4 angeordnet.
Die Ventilnadel 4 ist in dem Ventilgehäuse 1 axial beweglich vorgesehen und weist beispielsweise einen dem Aktor 3 zugewandten Nadelschaft 7 und einen dem Aktor 3 abgewandten Ventilschließkörper 8 auf. Der Aktor 3 überträgt seine Bewegung auf den Nadelschaft 7 der Ventilnadel 4, wodurch der mit einem Ventilsitz 9 zusammenwirkende Ventilschließkörper 8 das Brennstoffeinspritzventil öffnet oder schließt. Das Brennstoffeinspritzventil ist beispielsweise ein sogenanntes nach außen öffnendes Ventil, wobei die Ventilnadel 4 einen Hub in Richtung eines Brennraums 10 ausführt. Bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil liegt der Ventilschließkörper 8 über seinen gesamten Umfang an dem Ventilsitz 9 mit Linien- oder Flächenberührung dicht an und bildet einen Dichtsitz 11.
Der piezoelektrische Aktor 3 besteht aus einer Vielzahl von piezokeramischen Schichten, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Dehnung in axialer Richtung ausführen. Dabei wird der sogenannte inverse piezoelektrische Effekt ausgenutzt, bei dem elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Die durch das Anlegen der elektrischen Spannung erzeugte Dehnung der piezokeramischen Schichten wird auf die Ventilnadel 4 übertragen, wobei die Ventilnadel 4 beispielsweise einen Hub von 40 bis 50 Mikrometer ausführt. Nach erfolgter Ventilöffnung verkürzt sich der Aktor 3 durch Abschalten der elektrischen Spannung und die Ventilnadel 4 wird mittels einer Rückstellfeder 14 wieder in Richtung Ventilsitz 9 zurückbewegt und schließt das Brennstoffeinspritzventil.
Der piezoelektrische Aktor 3 ist zum Schutz vor Zug- und Biegespannungen beispielsweise in einer Aktorhülse 12 zwischen einem Aktorkopf 16 und einem Aktorfuß 17 angeordnet, wobei die Aktorhülse 12 beispielsweise als sogenannte Rohrfeder ausgeführt und aus einem Metall, beispielsweise Stahl, hergestellt ist.
Der Aktorkopf 16 ist an einem stirnseitigen, der Ventilnadel 4 abgewandten Ende der Aktorhülse 12 angeordnet und mit der Aktorhülse 12 stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden, beispielsweise mittels Schweißen. Der Aktorfuß 17 ist an einem stirnseitigen, der Ventilnadel 4 zugewandten Ende der Aktorhülse 12 angeordnet und ebenfalls stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Aktorhülse 12 verbunden, beispielsweise mittels Schweißen.
Der Aktor 3 ist zwischen dem Aktorkopf 16 und dem Aktorfuß 17 mittels der Aktorhülse 12 auf Druck vorgespannt.
Der Nadelschaft 7 der Ventilnadel 4 weist eine Schulter 18 auf, an der die Rückstellfeder 14 mit einem Ende anliegt, um den Nadelschaft 7 der Ventilnadel 4 an den Aktorfuß 17 der Aktorhülse 12 und den Ventilschließkörper 8 in Richtung des Ventilsitzes 9 zu drücken.
Da sich der Aktor 3 und die übrigen Komponenten des Brennstoffeinspritzventils, beispielsweise das Ventilgehäuse 1, wegen unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten bei Temperaturänderung unterschiedlich stark ausdehnen, ist ein hydraulischer Koppler 15 vorgesehen, der die Differenzen in der unterschiedlichen Längenausdehnung ausgleicht, um zu gewährleisten, dass das Brennstoffeinspritzventil mit der Ventilnadel 4 unabhängig von der jeweiligen Temperatur des Brennstoffeinspritzventils jeweils den gleichen Hub ausführt. Es dürfen keine Hubverluste auftreten, bei denen der Hub des Aktors 3 nicht vollständig auf die Ventilnadel 4 übertragen wird, so dass der Hub der Ventilnadel 4 kleiner ist als der Hub des Aktors 3.
Der hydraulische Koppler 15 ist beispielsweise zwischen dem Gehäusedeckel 1.2 und dem Aktorkopf 16 der Aktorhülse 12 angeordnet.
Der hydraulische Koppler 15 weist beispielsweise einen topfförmigen Zylinder 21 und einen in dem topfförmigen Zylinder 21 axial beweglichen Kolben 22 auf. Zwischen dem topfförmigen Zylinder 21 und dem Kolben 22 ist ein sogenannter Kopplerspalt 23 vorgesehen. Von dem topfförmigen Zylinder 21 ausgehend verläuft ein elastisches Dichtelement 24, das beispielsweise als Wellbalg ausgebildet ist und aus Metall hergestellt ist, bis an den Kolben 22. Das elastische Dichtelement 24 schließt ein Kopplervolumen 25 ein, das über ein Drosselelement 28 mit dem Kopplerspalt 23 strömungsverbunden ist. Das Kopplervolumen 25 und der Kopplerspalt 23 sind mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mit Kraftstoff oder einem Zweitmedium wie etwa Silikonöl gefüllt. Der Druck in der Flüssigkeit des Kopplervolumens 25 wird beispielsweise mittels eines Federelementes 26 erhöht, indem das Federelement 26 eine Druckkraft von außen auf das elastische Dichtelement 24 ausübt oder innerhalb des elastischen Dichtelementes 24 vorgesehen ist, beispielsweise im Kolben 22, und eine Druckkraft auf die Flüssigkeit des Kopplervolumens 25 ausübt. Beispielsweise hat der Kolben 22 einen Hohlraum, der über das Drosselelement 28 mit dem Kopplerspalt 23 und über eine Strömungsöffnung mit dem Umfang des Kolbens 22 verbunden ist.
Bei zeitlich schnellen auf den hydraulischen Koppler 15 wirkenden Bewegungsvorgängen, wie beispielsweise der Ausdehnung des Aktors 3 bei Beschalten mit einer elektrischen Spannung, verhält sich der hydraulische Koppler 15 als extrem steifes Bauteil, da in der kurzen Zeit fast keine Flüssigkeit aus dem Kopplerspalt 23 durch das Drosselelement 28 in das Kopplervolumen 25 fließen kann. Da also der Kopplerspalt 23 in dieser Situation konstant bleibt, wird der Hub des Aktors 3 vollständig auf die Ventilnadel 4 übertragen.
Bei zeitlich langsamen auf den hydraulischen Koppler 15 wirkenden Bewegungsvorgängen, wie beispielsweise der Dehnung aufgrund von Temperaturänderungen, verkleinert oder vergrößert sich der Kopplerspalt 23, da die Flüssigkeit genügend Zeit hat, über das Drosselelement 28 aus dem Kopplerspalt 23 heraus- oder in den Kopplerspalt 23 hineinzuströmen.
Der Zylinder 21 des hydraulischen Kopplers 15 ist beispielsweise dem Aktor 3 und der Kolben 22 des hydraulischen Kopplers 15 dem Gehäusedeckel 1.1 zugewandt oder umgekehrt. Der dem Gehäusedeckel 1.1 zugewandte Teil des hydraulischen Kopplers 15 bildet ein Kopfteil 29 und der dem Aktor 3 zugewandte Teil ein Fußteil 30 des hydraulischen Kopplers 15.
Der hydraulische Koppler 15, der Aktor 3 mit der Aktorhülse 12 und die Ventilnadel 4 sind beispielsweise konzentrisch zu einer Ventilachse 27 angeordnet.
Die Aktorhülse 12 und der hydraulische Koppler 15 sind beispielsweise zueinander zentriert und fixiert, beispielsweise mittels einer Umspritzung 36, die vom Aktorkopf 16 ausgehend bis an das Fußteil 30 des hydraulischen Kopplers 15 reicht.
Um den Aktor 3 und den hydraulischen Koppler 15 gegenüber dem Kraftstoff zu kapseln, ist im Ventilgehäuse 1 ein Aktorgehäuse 31 vorgesehen, das den Aktor 3 und den hydraulischen Koppler 15 hermetisch umschließt und gegenüber dem Kraftstoff abdichtet. Das Aktorgehäuse 31 ist beispielsweise zylinderförmig ausgeführt und teilt den Innenraum des Ventilgehäuses 1 in einen mit Kraftstoff beladenen und mit dem Eingangskanal 2 strömungsverbundenen Druckraum 32 und einen den Aktor 3 und den hydraulischen Koppler 21 aufweisenden Aktorraum 33. Das Aktorgehäuse 31 ist beispielsweise konzentrisch im Ventilgehäuse 1 angeordnet und an den stirnseitigen Enden am Ventilgehäuse 1 abgestützt. Beispielsweise ist das Aktorgehäuse 31 auf der dem Gehäusedeckel 1.2 zugewandten Stirnseite stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäusedeckel 1.2 verbunden, beispielsweise verschweißt. Der Nadelschaft 7 der Ventilnadel 4 verläuft im Aktorraum 33 vom Aktorfuß 17 ausgehend in vom Aktor 3 abgewandter Richtung und durchragt das Aktorgehäuse 31 durch eine Öffnung 34 bis in den Druckraum 32, wobei die Öffnung 34 mittels einer elastischen Dichtung 35 abgedichtet ist, so dass kein Kraftstoff aus dem Druckraum 32 in den Aktorraum 33 gelangt. Die Dichtung 35 ist beispielsweise als elastischer Wellbalg ausgebildet, der zum Beispiel aus Metall hergestellt ist, und verläuft von dem Nadelschaft 7 ausgehend ringförmig bis an das Aktorgehäuse 31.
Die Rückstellfeder 14 liegt mit ihrem einen Ende an der Schulter 18 der Ventilnadel 4 und mit dem anderen Ende an dem Aktorgehäuse 31 an.
Der Aktor 3 weist einen Pluspol 38 und einen Massepol 39, der der elektrische Minuspol ist, auf. Am Ventilgehäuse 1, beispielsweise am Gehäusedeckel 1.2, ist ein beispielsweise zweipoliger elektrischer Stecker 40 mit einem Plusanschluss 41 und einem Masseanschluss 42 zur Kontaktierung mit einer externen Spannungsquelle 43 vorgesehen. Am Stecker 40 liegt abhängig von der Stellung eines Hochleistungsschalters 44 entweder eine Hochspannung der Spannungsquelle 43 oder keine Spannung an. Der Hochleistungsschalter 44 ist mit einem Pluspol der Spannungsquelle 43 verbunden. Die Spannungsquelle 43 ist beispielsweise ein Transformator, der beispielsweise eine 12V-Bordspannung eines Fahrzeugs auf eine Hochspannung erhöht.
Erfindungsgemäß sind der Massepol 39 des Aktors 3 mit dem Masseanschluss 42 des Steckers 40 und der Pluspol 38 des Aktors 3 mit dem Plusanschluss 41 des Steckers 40 jeweils kabellos elektrisch verbunden. Durch die kabellose Verbindung werden Kabelbrüche vermieden, die zu einem Ausfallen des Brennstoffeinspritzventils führen würden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der Massepol 39 des Aktors 3 über das Aktorgehäuse 31 und/oder das Ventilgehäuse 1 mit dem Masseanschluss 42 des Steckers 40 elektrisch verbunden. Auf diese Weise wird die elektromagnetische Störabstrahlung des Aktors 3 verringert.
Der Pluspol 38 des Aktors 3 ist beispielsweise über den hydraulischen Koppler 15 mit dem Plusanschluss 41 elektrisch kontaktiert. Gemäß dieser Schaltung wird der Strom vom Stecker 40 über den hydraulischen Koppler 15 zum Aktor 3 geleitet.
Beispielsweise ist der Massepol 39 des Aktors 3 mit dem Aktorkopf 16 elektrisch kontaktiert, wobei der Aktorkopf 16 über die Aktorhülse 12 mit dem Aktorfuß 17 verbunden ist. Der Aktorfuß 17 wiederum ist über den Nadelschaft 7 der Ventilnadel 4, die Schulter 18 der Ventilnadel 4 und die an der Schulter 18 anliegende Rückstellfeder 14 mit dem Aktorgehäuse 31 elektrisch verbunden.
Der Plusanschluss 41 des Steckers 30 ist beispielsweise mit dem Kopfteil 29 des hydraulischen Kopplers 15 und der Pluspol 38 des Aktors 3 mit einem Fußteil 30 des hydraulischen Kopplers 15 elektrisch verbunden.
Das Kopfteil 29 und das Fußteil 30 des hydraulischen Kopplers 15 sind über das elastische Dichtelement 24 elektrisch leitend miteinander verbunden.
Zwischen dem hydraulischen Koppler 15 und dem Aktor 3 ist eine erste elektrische Isolierung 46 und zwischen dem hydraulischen Koppler 15 und dem Ventilgehäuse 1 eine zweite elektrische Isolierung 47 vorgesehen, um einen Kurzschluss zwischen dem Pluspol 38 und dem Massepol 39 des Aktors 3 beziehungsweise zwischen dem Plusanschluss 41 und dem Masseanschluss 42 des Steckers 40 zu verhindern. Die Isolierungen 46,47 sind beispielsweise scheibenförmig ausgebildet und aus Keramik oder einem anderen elektrisch isolierenden Stoff hergestellt.
Der Pluspol 38 des Aktors 3 verläuft beispielsweise durch eine Durchgangsöffnung 50 im Aktorkopf 16 und durchragt die erste elektrische Isolierung 46 durch eine erste Öffnung 48, um eine Kontaktierung mit dem Fußteil 30 des hydraulischen Kopplers 15 zu erreichen. Der Plusanschluss 41 des Steckers 40 verläuft durch einen Anschlusskanal 51 im Gehäusedeckel 1.2 und durchragt die zweite elektrische Isolierung 47 beispielsweise durch eine zweite Öffnung 49, um eine Kontaktierung mit dem Kopfteil 29 des hydraulischen Kopplers 15 zu erreichen.
Die zweite Isolierung 47 kann auch als Piezokeramik ausgeführt sein, um den Kraftverlauf des Aktors 3 auszuwerten und zur Regelung der Einspritzung zu verwenden.
Der Kraftstoff wird im Ventilgehäuse 1 ausgehend vom Eingangskanal 2 in den Druckraum 32 bis an den Ventilschließkörper 8 stromauf des Dichtsitzes 11 geleitet. Beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils hebt der Ventilschließkörper 8 von dem Dichtsitz 11 ab, wodurch eine Verbindung zu dem Brennraum 10 der Brennkraftmaschine geöffnet wird, so dass Kraftstoff über einen zwischen dem Ventilschließkörper 8 und dem Ventilsitz 9 gebildeten ringförmigen Ausgangsspalt 52 in den Brennraum 10 ausströmt. Je größer der Hub der Ventilnadel 4 in Öffnungsrichtung ist, desto größer ist der Ausgangsspalt 52 und desto mehr Kraftstoff wird in den Brennraum 10 pro Zeiteinheit eingespritzt.

Claims (9)

  1. Brennstoffeinspritzventil mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Aktor und ein hydraulischer Koppler angeordnet ist, wobei der Aktor einen Pluspol und einen Massepol aufweist und wobei am Ventilgehäuse ein elektrischer Stecker mit einem Plusanschluss und einem Masseanschluss zur Kontaktierung mit einer Spannungsquelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Massepol (39) des Aktors (3) mit dem Masseanschluss (42) des Steckers (40) und der Pluspol (38) des Aktors (3) mit dem Plusanschluss (41) kabellos elektrisch verbunden sind.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massepol (39) des Aktors (3) über das Ventilgehäuse (1) und/oder ein Aktorgehäuse (31) mit dem Masseanschluss (42) des Steckers (40) elektrisch verbunden ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pluspol (38) des Aktors (3) über den hydraulischen Koppler (15) mit dem Plusanschluss (41) elektrisch verbunden ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (3) in einer Aktorhülse (12) zwischen einem Aktorkopf (16) und einem Aktorfuß (17) auf Druck vorgespannt ist und der Massepol (39) des Aktors (3) mit dem Aktorkopf (16) elektrisch kontaktiert ist, wobei der Aktorkopf (16) über die Aktorhülse (12) mit dem Aktorfuß (17) elektrisch verbunden ist.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorfuß (17) über eine Ventilnadel (4) und eine mit der Ventilnadel (4) zusammenwirkende Rückstellfeder (14) mit dem Ventilgehäuse (1) und/oder dem Aktorgehäuse (31) elektrisch verbunden ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Plusanschluss (41) des Steckers (40) mit einem Kopfteil (29) des hydraulischen Kopplers (15) und der Pluspol (38) des Aktors (3) mit einem Fußteil (30) des hydraulischen Kopplers (15) elektrisch verbunden ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (29) und das Fußteil (30) des hydraulischen Kopplers (15) über ein elastisches Dichtelement (24) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem hydraulischen Koppler (15) und dem Aktor (3) eine erste elektrische Isolierung (46) und zwischen dem hydraulischen Koppler (15) und dem Ventilgehäuse (1) eine zweite elektrische Isolierung (47) vorgesehen ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler (15) zwischen dem Ventilgehäuse (1) und dem Aktor (3) in einem dem Stecker (40) zugewandten Abschnitt des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist.
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