EP3109453A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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Publication number
EP3109453A1
EP3109453A1 EP16175482.5A EP16175482A EP3109453A1 EP 3109453 A1 EP3109453 A1 EP 3109453A1 EP 16175482 A EP16175482 A EP 16175482A EP 3109453 A1 EP3109453 A1 EP 3109453A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor element
fuel injector
recess
deformation
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16175482.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fabian FISCHER
Martin Forke
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3109453A1 publication Critical patent/EP3109453A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/005—Fuel-injectors combined or associated with other devices the devices being sensors
    • 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
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/003—Measuring variation of fuel pressure in high pressure line
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
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    • F02M2200/247—Pressure sensors
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8038—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly the assembly involving use of adhesives, glue or the like

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injector according to the preamble of claim 1 is from the post-published DE 10 2014 223659 A1 the applicant known.
  • the sensor element which is usually in the form of a piezoelectric element
  • the sensor element which is usually in the form of a piezoelectric element
  • a reliable connection and the achievement of the highest possible (voltage) signals of the sensor element are desirable in such cohesive connections between a sensor element and a deformation region, since this enables a better resolution of the detected mechanical stress state on the sensor element.
  • Higher electrical voltage signals through the sensor element could, for example, also be achieved by means of a reduced deformation range in the wall thickness, since this would result in greater deformation in the case of pressure fluctuations.
  • the reduction in the wall thickness is critically critical in the case of the system pressures in the injector housing which are usually more than 2000 bar in the case of such fuel injectors, so that the wall thickness in the area of the deformation area is not arbitrary can be reduced.
  • the cohesive connection between the sensor element and the bottom of the recess in the region of the deformation region form only over a portion of the sensor element.
  • the base of the deformation region has to be relatively complicated, ie has to be formed with elevations or depressions.
  • the defined application of the material for the material connection is to be regarded as relatively complex.
  • the present invention seeks to further develop a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that relatively high voltage or signal values achieved by the sensor element in manufacturing relatively simple manufacturability of the connection between the sensor element and the injector can be.
  • This should make it possible to either allow a particularly high resolution of the signals, or to increase the wall thickness in the deformation region over the prior art in order to achieve increased strength values of the injector.
  • the (voltage) signals generated by the sensor device should suffice to detect the pressure variation in the supply bore or the high-pressure chamber with sufficient accuracy.
  • a fuel injector with the characterizing features of claim 1, characterized in that in addition to the first material connection between the base of the sensor element and the base of the deformation region, an additional, second material connection at least on two opposite sides of the peripheral surface of the sensor element at least a portion of the height of the sensor element is formed, and that the sensor element is designed to detect stresses or forces in the region of the at least two opposite sides in the region of the peripheral surface along the plane of the sensor element.
  • these (voltage) signals add up to the achievable (voltage) signals that can be detected by the sensor element via the base area of the sensor element.
  • the invention is preferably used in deformation areas which are formed by a corresponding flattening or depression in the injector housing.
  • the wall thickness in the deformation region relatively easy to set to the desired level and arrange the placement of the second material connection from the manufacturing point of view as simple as possible, it is particularly preferred provided that the sensor element is arranged in a blind hole-shaped depression, and that the (in particular annular) space between the sensor element and the depression is filled up to the top of the sensor element by the material of the second cohesive connection.
  • the recess is formed flat at least in the connection region with the base of the sensor element.
  • the customary dimensions of the sensor element it is furthermore preferably provided in conjunction with the desired wall thicknesses of the deformation area and the desire for a possible protected installation of the sensor element that the upper side of the sensor element is arranged below the level of the outer wall from which the recess extends.
  • Particularly high additional electrical voltage signals on the additional cohesive connection can be achieved if the base of the sensor element and the base of the recess is rectangular in each case, and if arranged in operative connection with the material of the additional, second cohesive connection, opposite side walls of the sensor element and the recess are aligned parallel to a pressure deformation plane.
  • the electrical voltage signals which are generated via the second cohesive connection in the region of the peripheral surface by the sensor element, increase when the material of the second cohesive compound volume-stable, i. receives a high hardness particles.
  • the manufacturing process of the fuel injector or the cultivation of the sensor element can be further simplified if the material of the cohesive connection and the second cohesive connection is identical. As a result, in particular both cohesive connections can be realized by one and the same manufacturing step.
  • an embodiment in particular with volume-stable particles in the additional cohesive connection is very particularly preferred in which the material of the cohesive connection and the second cohesive connection is a thermosetting adhesive having.
  • a mechanical bias can be generated on the sensor element during production or when attaching the sensor device. Such bias voltages have proven to be advantageous in practice as for the life or reliability of the sensor element.
  • the sensor element In order to be able to arrange the sensor element in a region of the fuel injector which is as far away from the combustion chamber as possible and furthermore to be able to dispense with additional branches or the like, it is furthermore preferably provided if the recess for receiving the sensor element is arranged in the region of the supply bore and at least substantially perpendicular to the supply bore is aligned. In other words, this means that via the sensor element of the pressure prevailing in the supply bore or its pressure profile can be detected. In addition, the same high forces are generated by the wall of the recess on the two side walls of the sensor element.
  • the Indian Fig. 1 fuel injector 10 shown greatly simplified is designed as a so-called common rail injector, and is used to inject fuel into the combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine.
  • the fuel injector 10 has an essentially made of metal, possibly multi-part design injector housing 11, in which on the combustion chamber of the internal combustion engine side facing at least one, preferably a plurality of injection openings 12 are arranged for injecting the fuel.
  • this forms a high pressure chamber 15, in which a nozzle needle 16 serving as an injection member is arranged in a liftable manner in the direction of the double arrow 17.
  • a nozzle needle 16 serving as an injection member is arranged in a liftable manner in the direction of the double arrow 17.
  • this forms together with the inner wall of the high-pressure chamber 15 and the injector 11 a sealing seat, so that the injection openings 12 are at least indirectly closed, such that the injection of fuel from the high-pressure chamber 15 in the Combustion chamber of the internal combustion engine is avoided.
  • the nozzle needle 16 In the other, not shown, lifted from the sealing seat position of the nozzle needle 16, this releases the injection openings 12 for injecting the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the movement of the nozzle needle 16, in particular for releasing the injection openings 12, takes place in a manner known per se by means of an actuator, not shown, which can be actuated via a voltage supply line 18 by a control device of the internal combustion engine.
  • the actuator may in particular be a magnetic actuator or else a piezoactuator.
  • the Supply bore 19 is also connected via a fuel connection, not shown, with a fuel line 22, which in turn is coupled to a fuel reservoir 25 (rail).
  • a blind hole-shaped recess 24 is formed, so that the wall thickness of the injector 11 is reduced in the region of the recess 24.
  • the recess or its longitudinal axis is arranged at least substantially perpendicular to the supply bore 19 in the region of the recess 24.
  • the injector housing 11 may also have a flattening, in the region of which the wall thickness of the injector housing 11 is reduced.
  • the newly formed base 26 of the recess 24 forms part of a deformation region 27. Because the wall thickness of the injector housing 11 is reduced in the region of the recess 24, the wall section 29 of the injector housing 11 acts on the recess 24 facing side as a deformation region 27 in the manner of an elastically deformable membrane, wherein the deformation, which forms as a curvature, the higher, the higher the instantaneous fuel pressure in the supply bore 19 is.
  • the fuel injector 10 For detecting the time profile of the fuel pressure in the supply bore 19 and thus also in the high-pressure chamber 15, which is used as an indication of the instantaneous position of the nozzle needle 16 for driving the nozzle needle 16, the fuel injector 10 has a measuring device 30.
  • the measuring device 30 has, in particular, a sensor element 32 designed as a piezo element 31, which is formed flat on the side facing the deformation region 27.
  • the sensor element 32 is connected via a connecting line 33, for example, to an electronic control unit which, from the (voltage) signals generated by the sensor element 32, concludes a deformation or deformation of the deformation region 27.
  • the deformation of the deformation region 27 is greater or greater, the higher in the Supply bore 19 (and thus in the high pressure chamber 15) is prevailing pressure. From the pressure or in particular from the pressure curve can be characterized at least indirectly close to the position of the nozzle needle 16 in order to be able to control these time and demand.
  • the recess 24 (when in the supply bore 19 no or a relatively low pressure prevails) with two, perpendicular to the plane of the Fig. 2 arranged side walls 34, 35 are provided, wherein the recess 24 is seen in cross-section overall at least substantially rectangular in shape.
  • the sensor element 32 in parallel alignment with the side walls 34, 35 of the recess 24 has two side walls 36, 37 formed on its circumference.
  • the upper side 38 of the sensor element 32 extends in the unloaded state of the supply bore 19 slightly below the level of the outer wall 23 in the region of the recess 24.
  • the sensor element 32 is connected to the flat base 26 of the recess 24 via a first cohesive connection 41.
  • the first cohesive connection 41 comprises in particular a thermosetting adhesive, so that between the (rectangular) base 40 of the sensor element 32 and the bottom 26 of the recess 24, a thin, in particular a uniform layer thickness having adhesive layer 39 is formed.
  • the sensor element 32 in the region of its peripheral surface 45, but at least in the region of the two mutually parallel side walls 34, 35 of the recess 24 and the side walls 36, 37 of the sensor element 32 is connected to a second cohesive connection 42 .
  • the material of the first material connection 41 corresponds to the material of the second material connection 42.
  • the material of the second material connection 42 comprises at least one thermosetting adhesive.
  • the material of the second cohesive connection 42 (as well as the first material connection 41) contains particles which are stable in volume.
  • Such volume-stable particles 44 may consist of metal, for example, or of volume-stable plastic particles.
  • the radial gap 50 between the peripheral surface 45 of the sensor element 32 and the recess 24 is filled with the material of the second cohesive connection 42.
  • the material of the second cohesive connection 42 extends at least over a partial region of the height H of the sensor element 32.
  • the upper side 51 of the material of the second cohesive connection 42 terminates at least approximately flush with the upper side 38 of the sensor element 32.
  • the two integral connections 41, 42 For the formation of the two integral connections 41, 42 during manufacture, it may be provided by way of example that a defined amount of the material of the two integral connections 41, 42 is entered into the recess 24 in a single metering operation. Subsequently, the sensor element 32 is inserted into the recess 24 until it has reached its desired desired position in the recess 24.
  • the sensor element 32 or the piezoelectric element 31 is designed to detect both tensile stresses in the region of the base surface 40 of the sensor element 32, which run perpendicular to a deformation plane 52, as well as mechanical stresses, in particular compressive stresses, in a second deformation plane 53 (FIGS. Fig. 4 ), which is arranged perpendicular to the first supply level 52.
  • the piezoelectric element 31 can have a multiplicity of superimposed, stress or pressure-sensitive layers, which are possibly oriented or oriented in different directions relative to one another.
  • the (pressure) stresses occurring in the second deformation plane 53 are in the Fig. 4 illustrated by the forces F d , while the force acting on the base 40 tensile stresses by the forces F z should be shown.
  • an (at least substantially) rigid connection between the side walls 34, 35 of the recess 24 and the side walls 36, 37 of the sensor element 32 is generated by the material of the second cohesive connection 42. This is in particular also produced by the volume-constant particles provided at least in the second cohesive connection 42.
  • the contour 55 of the fuel injector is shown in the undeformed state by the dashed line, bulges at an increasing hydraulic pressure in the supply bore 19 of the deformation region 27 and thus also the base 40 of the sensor element 32 to the outside, while the side walls 34, 35 of the recess 24 are tilted at an angle ⁇ in the direction of the sensor element 32.
  • the sensor element 32 is compressed in a direction perpendicular to the first deformation plane 52 extending direction, which leads by appropriate design of the piezoelectric element 31 to corresponding (additional) voltage signals.
  • the fuel injector 10 described so far can be modified or modified in many ways, without departing from the spirit of the invention.
  • the use of non-rectangular cross-section sensor elements 32 and recesses 24 is possible.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Hochdruckraum (15) ausgebildet ist, der über eine im Injektorgehäuse (11) angeordnete Versorgungsbohrung (19) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit wenigstens einer zumindest mittelbar mit dem Hochdruckraum (15) verbundenen, im Injektorgehäuse (11) ausgebildeten Einspritzöffnung (12) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem die wenigstens eine Einspritzöffnung (12) freigebenden oder verschließenden Einspritzglied (16), und mit einer Messeinrichtung (30) zur zumindest mittelbaren Erfassung des Drucks im Hochdruckraum (15) oder der Versorgungsbohrung (19), wobei die Messeinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, eine elastische Verformung eines zumindest mittelbar mit der Versorgungsbohrung (19) oder dem Hochdruckraum (15) in Wirkverbindung angeordneten Verformungsbereichs (27) zu erfassen, wobei die Messeinrichtung (30) ein eine Grundfläche (40) und eine Umfangsfläche (45) aufweisendes Sensorelement (32) aufweist, das mit der Grundfläche (40) auf der dem Verformungsbereich (27) zugewandten Seite mit dem Verformungsbereich (27) über eine erste stoffschlüssige Verbindung (41) verbunden ist, und wobei das Sensorelement (32) dazu ausgebildet ist, in dem Verformungsbereich (27) bei einer Deformation auftretende Spannungen, zu erfassen.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der nachveröffentlichten DE 10 2014 223659 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist es vorgesehen, das üblicherweise in Form eines Piezoelements ausgebildete Sensorelement mittels einer einen Klebstoff aufweisenden stoffschlüssigen Verbindung mit dem Grund einer Ausnehmung bzw. eines Verformungsbereichs zu verbinden. Bei einer Deformation des Verformungsbereichs aufgrund von Druckschwankungen in einer Versorgungsbohrung für einen Hochdruckraum des Injektorgehäuses lässt sich dadurch zumindest mittelbar auf die Stellung eines Einspritzglieds bzw. einer Düsennadel schließen. Dadurch kann insbesondere über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors betrachtet die Ansteuerung des Einspritzglieds optimiert werden, um beispielsweise Verschleiß oder ähnliche Effekte an Bauteilen des Kraftstoffinjektors auszugleichen. Gewünscht bei derartigen stoffschlüssigen Verbindungen zwischen einem Sensorelement und einem Verformungsbereich ist insbesondere eine zuverlässige Verbindung sowie die Erzielung möglichst hoher (Spannungs-)Signale des Sensorelements, da damit eine bessere Auflösung des erfassten mechanischen Spannungszustands auf das Sensorelements ermöglicht wird. Höhere elektrische Spannungssignale durch das Sensorelement könnten beispielsweise auch durch einen in der Wandstärke reduzierten Verformungsbereich erzielt werden, da dadurch bei Druckschwankungen eine stärkere Verformung auftreten würde. Die Reduzierung der Wandstärke ist jedoch bei den zur Diskussion stehenden Systemdrücken im Injektorgehäuse, die bei derartigen Kraftstoffinjektoren üblicherweise mehr als 2000bar betragen aus Festigkeitsgründen kritisch, so dass die Wandstärke im Bereich des Verformungsbereichs nicht beliebig reduziert werden kann. Daher ist es bei der eingangs genannten Schrift vorgesehen, die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Sensorelement und dem Grund der Ausnehmung im Bereich des Verformungsbereichs lediglich über einen Teilbereich des Sensorelements auszubilden. Dadurch lassen sich insbesondere gegenüber dem Stand der Technik bei vollflächig verklebten Sensorelementen erhöhte Signale erzielen. Nachteilig dabei ist, dass zur Ausbildung der lediglich bereichsweisen Verbindung zwischen dem Grund des Verformungsbereichs und dem Sensorelement der Grund des Verformungsbereichs relativ aufwändig, d.h. mit Erhebungen bzw. Vertiefungen ausgebildet werden muss. Auch ist das definierte Aufbringen des Materials für die stoffschlüssige Verbindung als relativ aufwändig anzusehen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass bei fertigungstechnisch relativ einfacher Herstellbarkeit der Verbindung zwischen dem Sensorelement und dem Injektorgehäuse relativ hohe Spannungs- bzw. Signalwerte durch das Sensorelement erzielt werden können. Dadurch soll es ermöglicht werden, entweder eine besonders hohe Auflösung der Signale zu ermöglichen, oder aber die Wandstärke im Verformungsbereich gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen, um erhöhte Festigkeitswerte des Injektorgehäuses zu erzielen. Im letztgenannten Fall sollen trotz der erhöhten Wandstärke im Verformungsbereich die mit der Sensoreinrichtung erzeugten (Spannungs-)Signale genügen, den Druckverlauf in der Versorgungsbohrung bzw. dem Hochdruckraum hinreichend genau zu erfassen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zusätzlich zur ersten stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Grundfläche des Sensorelements und dem Grund des Verformungsbereichs eine zusätzliche, zweite stoffschlüssige Verbindung zumindest an zwei gegenüberliegenden Seiten der Umfangsfläche des Sensorelements zumindest über einen Teilbereich der Höhe des Sensorelements ausgebildet ist, und dass das Sensorelement dazu ausgebildet ist, Spannungen bzw. Kräfte im Bereich der zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten im Bereich der Umfangsfläche längs zur Ebene des Sensorelements zu erfassen.
  • Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass zusätzlich zur Erfassung von Spannungen im Übergangsbereich zwischen dem Verformungsbereich und der Grundfläche des Sensorelements über die zweite stoffschlüssige Verbindung auch mechanische Spannungen auf die Umfangsfläche des Sensorelements übertragen werden, die durch das Sensorelement ausgewertet bzw. erfasst werden können. Diese (Spannungs-)Signale addieren sich vereinfacht gesprochen zu den erzielbaren (Spannungs-)Signalen, die von dem Sensorelement über die Grundfläche des Sensorelements detektiert werden können.
  • Wesentlich ist auch, dass die Erfindung zwar vorzugsweise bei Verformungsbereichen zum Einsatz kommt, die durch eine entsprechende Abflachung bzw. Vertiefung im Injektorgehäuse ausgebildet werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die zweite stoffschlüssige Verbindung ohne direkte Ankopplung beispielsweise an eine schräg bzw. senkrecht zum Sensorelement verlaufende Fläche der Abflachung bzw. der Vertiefung des Injektorgehäuses auszubilden bzw. in Wirkverbindung mit dem Sensorelement zu bringen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen angeführt.
  • Um einerseits einen geschützten An- bzw. Einbau des Sensorelements im Injektorgehäuse zu ermöglichen, sowie andererseits die Wandstärke im Verformungsbereich relativ einfach auf das gewünschte Maß einstellen zu können und das Anordnen der zweiten stoffschlüssigen Verbindung aus fertigungstechnischer Sicht möglichst einfach zu gestalten, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Sensorelement in einer sacklochförmigen Vertiefung angeordnet ist, und dass der (insbesondere ringförmige) Zwischenraum zwischen dem Sensorelement und der Vertiefung maximal bis zur Oberseite des Sensorelements von dem Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung ausgefüllt ist.
  • In wiederum herstellungstechnisch besonders bevorzugter Ausgestaltung, die eine besonders einfache Ausbildung der sacklochförmigen Vertiefung ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die Vertiefung zumindest im Verbindungsbereich mit der Grundfläche des Sensorelements eben ausgebildet ist.
  • Bei den üblichen Dimensionierungen des Sensorelements ist es in Verbindung mit den gewünschten Wandstärken des Verformungsbereichs sowie dem Wunsch eines möglichst geschützten Einbaus des Sensorelements darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass die Oberseite des Sensorelements unterhalb des Niveaus der Außenwand angeordnet ist, von der die Vertiefung ausgeht.
  • Besonders hohe zusätzliche elektrische Spannungssignale über die zusätzliche stoffschlüssige Verbindung lassen sich erzielen, wenn die Grundfläche des Sensorelements und die Grundfläche der Vertiefung jeweils rechteckförmig ausgebildet ist, und wenn die in Wirkverbindung mit dem Material der zusätzlichen, zweiten stoffschlüssigen Verbindung angeordneten, gegenüberliegenden Seitenwände des Sensorelements und der Vertiefung parallel zu einer Druckverformungsebene ausgerichtet sind.
  • Darüber hinaus lassen sich die elektrischen Spannungssignale, die über die zweite stoffschlüssige Verbindung im Bereich der Umfangsfläche durch das Sensorelement erzeugt werden, erhöhen, wenn das Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung volumenstabile, d.h. eine hohe Härte aufweisende Partikel erhält.
  • Der Herstellungsprozess des Kraftstoffinjektors bzw. der Anbau des Sensorelements lässt sich darüber hinaus vereinfachen, wenn das Material der stoffschlüssigen Verbindung und der zweiten stoffschlüssigen Verbindung identisch ist. Dadurch lassen sich insbesondere beide stoffschlüssigen Verbindungen durch ein und denselben Fertigungsschritt realisieren.
  • Ganz besonders bevorzugt ist darüber hinaus eine Ausführungsform (insbesondere mit volumenstabilen Partikeln in der zusätzlichen stoffschlüssigen Verbindung), bei der das Material der stoffschlüssigen Verbindung und der zweiten stoffschlüssigen Verbindung einen wärmeaushärtbaren Klebstoff aufweist. Dadurch lässt sich bei der Fertigung bzw. beim Anbringen der Sensoreinrichtung eine mechanische Vorspannung auf das Sensorelement erzeugen. Derartige Vorspannungen haben sich in der Praxis als für die Lebensdauer bzw. Betriebssicherheit des Sensorelements als vorteilhaft herausgestellt.
  • Um das Sensorelement in einem möglichst brennraumfernen Bereich des Kraftstoffinjektors anordnen zu können und darüber hinaus auf zusätzliche Abzweige oder ähnliches verzichten zu können, ist es weiterhin bevorzugt vorgesehen, wenn die Vertiefung zur Aufnahme des Sensorelements im Bereich der Versorgungsbohrung angeordnet und zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Versorgungsbohrung ausgerichtet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass über das Sensorelement der in der Versorgungsbohrung herrschende Druck bzw. dessen Druckverlauf erfassbar ist. Außerdem werden dadurch auf die beiden Seitenwände des Sensorelements gleich hohe Kräfte von der Wand der Vertiefung erzeugt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    einen vereinfachten Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor,
    Fig. 2
    einen Teilbereich des Kraftstoffinjektors gemäß der Fig. 1 im Bereich eines Sensorelements in unverformten Zustand im Längsschnitt,
    Fig. 3
    der Bereich des Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 2 bei einer Verformung des Injektorgehäuses im Bereich eines Verformungsbereichs im Längsschnitt und
    Fig. 4
    einen Teil des Sensorelements gemäß Fig. 3 zur Erläuterung der auf das Sensorelement wirkenden mechanischen Kräfte bzw. Spannungen während der Verformung.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Der in der Fig. 1 stark vereinfacht dargestellte Kraftstoffinjektor 10 ist als sogenannter Common-Rail-Injektor ausgebildet, und dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine.
  • Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein im Wesentlichen aus Metall bestehendes, ggf. mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 11 auf, in dem auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs eingeordnet sind. Innerhalb des Injektorgehäuses 11 bildet dieses einen Hochruckraum 15 aus, in dem eine als Einspritzglied dienende Düsennadel 16 in Richtung des Doppelpfeils 17 hubbeweglich angeordnet ist. In der dargestellten, abgesenkten Stellung der Düsennadel 16 bildet diese zusammen mit der Innenwand des Hochdruckraums 15 bzw. des Injektorgehäuses 11 einen Dichtsitz aus, so dass die Einspritzöffnungen 12 zumindest mittelbar verschlossen sind, derart, dass das Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine vermieden wird. In der anderen, nicht dargestellten, von dem Dichtsitz abgehobenen Position der Düsennadel 16 gibt diese die Einspritzöffnungen 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine frei. Die Bewegung der Düsennadel 16, insbesondere zum Freigeben der Einspritzöffnungen 12, erfolgt auf eine an sich bekannte Art und Weise mittels eines nicht dargestellten Aktuators, der über eine Spannungsversorgungsleitung 18 von einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist. Bei dem Aktuator kann es sich insbesondere um einen Magnetaktuator oder aber um einen Piezoaktuator handeln.
  • Die Versorgung des Hochdruckraums 15 mit unter Hochdruck (Systemdruck) stehendem Kraftstoff erfolgt über eine innerhalb des Injektorgehäuses 11 angeordnete bzw. in Bauteilen des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildete Versorgungsbohrung 19, die insbesondere exzentrisch zur Längsachse 21 des Injektorgehäuses 11 in einem Randbereich des Kraftstoffinjektors 10 und zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse 21, verläuft. Die Versorgungsbohrung 19 ist darüber hinaus über einen nicht dargestellten Kraftstoffanschlussstutzen mit einer Kraftstoffleitung 22 verbunden, welche wiederum mit einem Kraftstoffspeicher 25 (Rail) gekoppelt ist.
  • In einem von den Einspritzöffnungen 12 bzw. dem Brennraum axial relativ weit beabstandeten Bereich des Injektorgehäuses 11 ist in dessen Außenwand 23 beispielhaft eine sacklochförmige Vertiefung 24 ausgebildet, so dass die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 im Bereich der Vertiefung 24 reduziert ist. Die Vertiefung bzw. deren Längsachse ist zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Versorgungsbohrung 19 im Bereich der Vertiefung 24 angeordnet. Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle einer sacklochförmigen Vertiefung 24 das Injektorgehäuse 11 auch eine Abflachung aufweisen kann, in deren Bereich die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 reduziert ist.
  • Der eben ausgebildete Grund 26 der Vertiefung 24 bildet einen Teil eines Verformungsbereichs 27 aus. Dadurch, dass die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 im Bereich der Vertiefung 24 reduziert ist, wirkt der Wandabschnitt 29 des Injektorgehäuses 11 auf der der Vertiefung 24 zugewandten Seite als Verformungsbereich 27 in Art einer elastisch verformbaren Membran, wobei die Verformung, welche sich als Wölbung ausbildet, umso größer ist, je höher der augenblickliche Kraftstoffdruck in der Versorgungsbohrung 19 ist.
  • Zur Detektion des zeitlichen Verlaufs des Kraftstoffdrucks in der Versorgungsbohrung 19 und damit auch in dem Hochdruckraum 15, welcher als Indiz für die augenblickliche Stellung der Düsennadel 16 zur Ansteuerung der Düsennadel 16 verwendet wird, weist der Kraftstoffinjektor 10 eine Messeinrichtung 30 auf. Die Messeinrichtung 30 weist insbesondere ein als Piezoelement 31 ausgebildetes Sensorelement 32 auf, das auf der dem Verformungsbereich 27 zugewandten Seite eben ausgebildet ist.
  • Das Sensorelement 32 ist über eine Anschlussleitung 33 beispielsweise mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden, die aus den von dem Sensorelement 32 erzeugten (Spannungs-)Signalen auf eine Deformation bzw. Verformung des Verformungsbereichs 27 schließt. Hierbei ist die Deformation des Verformungsbereichs 27 umso stärker bzw. größer, desto höher der in der Versorgungsbohrung 19 (und damit auch in dem Hochdruckraum 15) herrschende Druck ist. Aus dem Druck bzw. insbesondere aus dem Druckverlauf lässt sich dadurch zumindest mittelbar auf die Stellung der Düsennadel 16 schließen, um diese zeit- und bedarfsgerecht ansteuern zu können.
  • Entsprechend der Darstellung der Fig. 2 ist die Vertiefung 24 (wenn in der Versorgungsbohrung 19 kein bzw. ein relativ geringer Druck herrscht) mit zwei, senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 angeordneten Seitenwänden 34, 35 versehen, wobei die Vertiefung 24 im Querschnitt gesehen insgesamt zumindest im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist. Ebenso weist das Sensorelement 32 in paralleler Ausrichtung zu den Seitenwänden 34, 35 der Vertiefung 24 zwei, an dessen Umfang ausgebildete Seitenwände 36, 37 auf. Die Oberseite 38 des Sensorelements 32 verläuft im unbelasteten Zustand der Versorgungsbohrung 19 etwas unterhalb des Niveaus der Außenwand 23 im Bereich der Vertiefung 24.
  • Das Sensorelement 32 ist mit dem ebenen Grund 26 der Vertiefung 24 über eine erste stoffschlüssige Verbindung 41 verbunden. Die erste stoffschlüssige Verbindung 41 umfasst dabei insbesondere einen wärmeaushärtbaren Klebstoff, so dass zwischen der (rechteckförmigen) Grundfläche 40 des Sensorelements 32 und dem Grund 26 der Vertiefung 24 eine dünne, insbesondere eine gleichmäßige Schichtdicke aufweisende Klebstoffschicht 39 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass das Sensorelement 32 im Bereich seiner Umfangsfläche 45, zumindest aber im Bereich der beiden jeweils parallel zueinander verlaufenden Seitenwände 34, 35 der Vertiefung 24 sowie den Seitenwänden 36, 37 des Sensorelements 32 mit einer zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42 verbunden ist. Vorzugsweise entspricht das Material der ersten stoffschlüssigen Verbindung 41 dem Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42. Das bedeutet, dass das Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42 zumindest einen wärmeaushärtbaren Klebstoff umfasst. Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn das Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42 (sowie der ersten stoffschlüssigen Verbindung 41) volumenstabile Partikel 44 enthält. Derartige volumenstabile Partikel 44 können dabei beispielsweise aus Metall bestehen oder aber aus volumenstabilen Kunststoffpartikeln.
  • Wesentlich ist, dass der radiale Zwischenraum 50 zwischen der Umfangsfläche 45 des Sensorelements 32 und der Vertiefung 24 mit dem Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42 ausgefüllt ist. Dabei reicht das Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42 zumindest über einen Teilbereich der Höhe H des Sensorelements 32. Im dargestellten Ausführungsbeispiel schließt die Oberseite 51 des Materials der zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42 zumindest in etwa bündig mit der Oberseite 38 des Sensorelements 32 ab.
  • Zur Ausbildung der beiden stoffschlüssigen Verbindungen 41, 42 während der Fertigung kann es beispielhaft vorgesehen sein, dass eine definierte Menge des Materials der beiden stoffschlüssigen Verbindungen 41, 42 in einem einzigen Dosiervorgang in die Vertiefung 24 eingegeben wird. Anschließend wird das Sensorelement 32 in die Vertiefung 24 eingeführt, bis dieses seine gewünschte Sollposition in der Vertiefung 24 erreicht hat.
  • Das Sensorelement 32 bzw. das Piezoelement 31 ist dazu ausgebildet, sowohl Zugspannungen im Bereich der Grundfläche 40 des Sensorelements 32 zur erfassen, die senkrecht zu einer Verformungsebene 52 verlaufen, als auch mechanische Spannungen, insbesondere Druckspannungen, die in einer zweiten Verformungsebene 53 (Fig. 4) verlaufen, welche senkrecht zur ersten Versorgungsebene 52 angeordnet ist. Hierzu kann das Piezoelement 31 eine Vielzahl von übereiander angeordneten, spannungs- bzw. druckempfindlichen Schichten aufweisen, die ggf. in unterschiedlichen Richtungen zueinander ausgerichtet bzw. orientiert sind. Die in der zweiten Verformungsebene 53 auftretenden (Druck-)Spannungen sind in der Fig. 4 durch die Kräfte Fd verdeutlicht, während die auf die Grundfläche 40 wirkenden Zugspannungen durch die Kräfte Fz dargestellt sein sollen. Wesentlich dabei ist, dass durch das Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42 eine (zumindest im Wesentlichen) starre Verbindung zwischen den Seitenwänden 34, 35 der Vertiefung 24 und den Seitenwänden 36, 37 des Sensorelements 32 erzeugt wird. Dies wird insbesondere auch durch die zumindest in der zweiten stoffschlüssigen Verbindung 42 vorgesehenen volumenkonstanten Partikel erzeugt.
  • Entsprechend der Darstellung der Fig. 3, bei der durch die gestrichelte Linie die Kontur 55 des Kraftstoffinjektors im unverformten Zustand gezeigt ist, wölbt sich bei einem steigenden hydraulischem Druck in der Versorgungsbohrung 19 der Verformungsbereich 27 und somit auch die Grundfläche 40 des Sensorelements 32 nach außen, während die Seitenwände 34, 35 der Vertiefung 24 in einem Winkel α in Richtung zum Sensorelement 32 gekippt werden. Dadurch wird das Sensorelement 32 in einer senkrecht zur ersten Verformungsebene 52 verlaufenden Richtung zusammengedrückt, was durch eine entsprechende Auslegung des Piezoelements 31 zu entsprechenden (zusätzlichen) Spannungssignalen führt.
  • Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist beispielsweise auch der Einsatz von im Querschnitt nicht rechteckförmigen Sensorelementen 32 und Vertiefungen 24 möglich.

Claims (9)

  1. Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Hochdruckraum (15) ausgebildet ist, der über eine im Injektorgehäuse (11) angeordnete Versorgungsbohrung (19) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit wenigstens einer zumindest mittelbar mit dem Hochdruckraum (15) verbundenen, im Injektorgehäuse (11) ausgebildeten Einspritzöffnung (12) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem die wenigstens eine Einspritzöffnung (12) freigebenden oder verschließenden Einspritzglied (16), und mit einer Messeinrichtung (30) zur zumindest mittelbaren Erfassung des Drucks im Hochdruckraum (15) oder der Versorgungsbohrung (19), wobei die Messeinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, eine elastische Verformung eines zumindest mittelbar mit der Versorgungsbohrung (19) oder dem Hochdruckraum (15) in Wirkverbindung angeordneten Verformungsbereichs (27) zu erfassen, wobei die Messeinrichtung (30) ein eine Grundfläche (40) und eine Umfangsfläche (45) aufweisendes Sensorelement (32) aufweist, das mit der Grundfläche (40) auf der dem Verformungsbereich (27) zugewandten Seite mit dem Verformungsbereich (27) über eine erste stoffschlüssige Verbindung (41) verbunden ist, und wobei das Sensorelement (32) dazu ausgebildet ist, in dem Verformungsbereich (27) bei einer Deformation auftretende Spannungen, zu erfassen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine zweite stoffschlüssige Verbindung (42) zumindest an zwei gegenüberliegenden Seiten (36, 37) der Umfangsfläche (45) des Sensorelements (32) zumindest über einen Teil der Höhe (H) des Sensorelements (32) ausgebildet ist, und dass das Sensorelement (32) dazu ausgebildet ist, durch Kräfte (Fd) verursachte Spannungen im Bereich der zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten (36, 37) des Sensorelements (32) zu erfassen.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sensorelement (32) in einer sacklochförmigen Vertiefung (24) angeordnet ist, und dass der radiale Zwischenraum (50) zwischen dem Sensorelement (32) und der Vertiefung (24) maximal bis zur Oberseite (38) des Sensorelements (32) von dem Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung (42) ausgefüllt ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vertiefung (24) zumindest im Bereich des Sensorelements (32) einen eben ausgebildeten Grund (26) aufweist.
  4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Oberseite (38) des Sensorelements (32) unterhalb des Niveaus einer Außenwand (23) des Injektorgehäuses (11) verläuft, von der die Vertiefung (24) ausgeht.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Grundfläche (40) des Sensorelements (32) und die Grundfläche der Vertiefung (24) jeweils rechteckförmig ausgebildet ist, und dass die in Wirkverbindung mit dem Material der zweiten stoffschlüssigen Verbindung (42) angeordneten gegenüberliegenden Seitenwände (36, 37) des Sensorelements (32) und der Vertiefung (24) parallel zu einer Druckverformungsebene (52) ausgerichtet sind, die parallel zur Ebene des Sensorelements (32) verläuft.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Material der zusätzlichen stoffschlüssigen Verbindung volumenstabile Partikel enthält.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Material der ersten stoffschlüssigen Verbindung (41) und der zweiten stoffschlüssigen Verbindung (42) identisch ist.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Material der ersten Verbindung (41) und der zweiten stoffschlüssigen Verbindung (42) einen wärmeaushärtbaren Klebstoff aufweist.
  9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vertiefung (24) im Bereich der Versorgungsbohrung (19) angeordnet ist und zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Versorgungsbohrung (19) ausgerichtet.
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