WO2007107300A1 - Injektor für speichereinspritzsysteme - Google Patents

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WO2007107300A1
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sheath
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Stefan Espig
Berbhard Jutz
Johannes Leweux
Nicole Neumann
Gregor Renner
Heiko Sass
Holger Stark
Thomas Stolk
Andreas Vortmeier
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DaimlerChrysler AG
Daimler AG
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    • 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
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to an injector for
  • the generic document DE 103 48 926 Al shows an injector for storage injection systems.
  • the injector injects fuel from a reservoir directly into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the injector has an injector housing and an injector connected to the injector housing.
  • a pressure chamber is provided, flows into the fuel from the memory. From the pressure chamber, the fuel flows into the injection nozzle.
  • a piezoelectric actuator is arranged, which can control a valve member, in particular a valve needle, the injection nozzle, whereby an opening for spraying of fuel is released and fuel is sprayed into the combustion chamber.
  • the piezoelectric actuator has a piezoelectric element which is provided between an actuator foot and an actuator head.
  • the actuator is connected to the injector housing via the actuator foot and connected to the valve member via the actuator head.
  • the actuator is surrounded by a sheath, which is held by means of interlocking mazes of the actuator head and the sheath or the Aktorfußes and the sheath on the actuator and the piezoelectric element against seals the fuel in the pressure chamber.
  • the disadvantage here is that the fuel can work through the labyrinths, which can cause short circuits in the actuator.
  • the object of the invention is in contrast to provide an injector for storage injection systems available, in which the actuator is securely sealed against the fuel in the pressure chamber.
  • the injector according to the invention is characterized by a first ring element, between which the casing on the actuator base and a second ring element, between which the casing is sealingly received on the actuator head.
  • the injector has an injector housing and an injection nozzle, wherein a fuel injector actuating the actuator is arranged in a fuel-filled pressure chamber.
  • the actuator has a provided between an actuator head and an actuator base piezoelectric element with a fuel-tight sheath.
  • the casing partially encloses the actuator head and partially the actuator base and completely the piezoelectric element.
  • the first ring element encloses the casing such that the casing is pressed by the first ring element circumferentially sealingly against the actuator foot.
  • the second ring element surrounds the casing so that the casing is pressed by the second ring element circumferentially sealingly against the actuator head.
  • the ring elements exert a peripheral surface pressure on the casing, whereby the casing is held sealingly on the actuator foot and on the actuator head and no fuel between the Sheath and the actuator base or the actuator head can work through to the piezoelectric element.
  • the sheath is designed as a shrink tube.
  • the shrinking tube permanently reduces its circumference and can therefore lay evenly around the actuator.
  • accumulations of the casing and / or cavities between the casing and the actuator are avoided in particular on the actuator base and on the actuator head, so that a uniform surface pressure of the strip elements on each of the Aktorfuß and the actuator head and the intermediate sheathing can be exercised, whereby the tightness the sheath can be further increased.
  • the sheath is glued to the actuator head and / or with the actuator foot.
  • a further increase in the tightness of the casing can be achieved.
  • the ring elements consist of a shape memory alloy.
  • the ring elements of a shape memory alloy permanently reduce its circumference by means of a temperature change, as a result of which the ring elements can lay around the sheathing.
  • the sheath can be held by the ring elements with a uniform circumferential surface pressure on the actuator base and the actuator head and thus the tightness of the sheath can be further increased.
  • the drawing shows a schematically simplified representation of an embodiment of an injector 1 for storage injection systems.
  • the injector 1 is shown with an injector 2 and a mounted on the injector 2 injector 3 in longitudinal section.
  • an actuator 5 is provided, which controls the injection nozzle 3.
  • the pressure chamber 4 is connected via a fuel inlet 6 with a non-illustrated memory of the storage injection system.
  • fuel is conveyed by means of a high-pressure pump and kept under high pressure.
  • the high-pressure fuel can flow from the pressure chamber 4 via a high-pressure inlet 7 into a nozzle chamber 8 of the injection nozzle 3.
  • the injection nozzle 3 has at least one opening for spraying fuel 9, preferably a plurality of openings for spraying fuel, which connect the nozzle chamber 8 with a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the openings for spraying fuel 9 can be released by a valve member 10, in particular a valve needle, so that the fuel can be injected directly from the openings 9 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the valve needle 10 is connected via a transmission member 11 to the actuator 5, wherein the transmission member 11 transmits changes in length of the actuator 5 to the valve needle 10, so that it comes to a release or closing of the injection openings 9 through the valve needle 10.
  • the actuator 5 has a piezoelectric element 14 arranged between an actuator base 12 and an actuator head 13, which receives control signals from a control unit by means of electrical lines 15.
  • the actuator 5 is supported on the Aktorfuß 12 on the injector 2 and is connected to the actuator head 13 via the transmission member 11 with the valve needle 10.
  • the electrical leads 15 are guided by the actuator base 12 and a sealed by the actuator 12, reaching into the pressure chamber 4 opening 16 from the injector 2 to the outside.
  • the piezoelectric element 14 is electrically insulated by means of support plates 17 against the actuator base 12 and the actuator head 13 and sealed by a fuel-tight or fuel-repellent jacket 18 against the fuel in the pressure chamber 4, whereby electrical short circuits in the electrical components of the actuator 5 can be avoided.
  • the casing 18 completely surrounds the piezoelectric element 14 with the support plates 17 and is held on the actuator base 12 and on the actuator head 13.
  • the casing 18 partially encloses the actuator base 12 and partially the actuator head 13, so that the casing 18 can be pressed peripherally against the preferably cylindrical actuator base 12 by means of a first ring element 19 and circumferentially sealing against the preferably cylindrical actuator head 13 by means of a second ring element 20 can be pressed.
  • the ring elements 19, 20 press a circumferential, closed annular surface of the casing 18 against the actuator base 12 and actuator head 13, whereby the piezoelectric element 14 is securely sealed against the fuel in the pressure chamber 4 and between the ring member 19 on the actuator base 12 and is received between the ring member 20 on the actuator head 13.
  • the fuel-tight sheath 18 consists of a heat-shrinkable, which by means of heat in his Reduced circumference and thus evenly around the actuator 5, in particular to the actuator base 12 and the actuator head 13, can lay without the accumulations of the casing 18 and / or cavities between the casing 18 and the actuator 5 form.
  • Another advantage is that the shrink tube 18 rests with a circumferential same wall thickness on the actuator base 12 and the actuator head 13, so that the force exerted by the ring elements 19, 20 surface pressure on the actuator base 12 and the actuator head 13 is uniform, whereby the tightness of the sheath 18 can be increased.
  • the sheathing or the heat-shrinkable tube 18 can be glued to the actuator 5, in particular to the actuator base 12 and / or to the actuator head 13, whereby a further increase in the tightness of the sheathing or of the heat-shrinkable tube 18 can be achieved.
  • the ring elements 19, 20 may consist of a shape memory alloy. Shape memory alloys or memory metals can change their shape, which is based on a temperature-dependent lattice transformation of two different crystal structures.
  • the ring elements 19, 20 of the shape memory alloy can reduce its extent under the action of a temperature change, whereby the ring elements 19, 20 wrap around the casing 18 and the actuator base 12 and actuator head 13 and the casing 18 against the actuator base 12 and actuator head 13 are pressed. It is advantageous that the shape conversion or reducing the circumference of the ring elements 19, 20 takes place uniformly and thus a uniform surface pressure of the ring elements 19, 20 is achieved on the casing 18, whereby the tightness of the casing 18 can be further increased.
  • the injector 1 according to the invention is characterized by an improved structure, which allows easy mounting and the piezoelectric element 14 and the electrical lines 15 securely seals against the fuel in the pressure chamber 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor für Speichereinspritzsysteme. Bei einem Injektor (1) mit einem Injektorgehäuse (2) und einer Einspritzdüse (3) ist in einem kraftstoff gefüllten Druckraum (4) des Injektorgehäuses (2) ein die Einspritzdüse (3) ansteuernder Aktor (5) angeordnet, der ein zwischen einem Aktorkopf (12) und einem Aktorfuss (13) vorgesehenes Piezoelement (14) mit einer kraftstoff dichten Ummantelung (18) aufweist und die Ummantelung (18) teilweise den Aktorkopf (12) und teilweise den Aktorfuss (13) umschliesst; die Ummantelung (18) ist zwischen einem ersten Ringelement (19) am Aktorfuss (12) und einem zweiten Ringelement (20) am Aktorkopf (13) dichtend aufgenommen. Der erfindungsgemässe Injektor für Speichereinspritzsysteme ist für Dieselbrennkraftmaschinen vorgesehen.

Description

Injektor für Speichereinspritzsysteme
Die Erfindung betrifft einen Injektor für
Speichereinspritzsysteme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die gattungsbildende Offenlegungsschrift DE 103 48 926 Al zeigt einen Injektor für Speichereinspritzsysteme. Der Injektor spritzt Kraftstoff aus einem Speicher direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ab. Der Injektor weist ein Injektorgehäuse und eine mit dem Injektorgehäuse verbundene Einspritzdüse auf. Im Injektor ist ein Druckraum vorgesehen, in den Kraftstoff aus dem Speicher strömt. Aus dem Druckraum strömt der Kraftstoff in die Einspritzdüse. Im Druckraum ist ein piezoelektrischer Aktor angeordnet, der ein Ventilglied, insbesondere eine Ventilnadel, der Einspritzdüse ansteuern kann, wodurch eine Öffnung zum Abspritzen von Kraftstoff freigegeben wird und Kraftstoff in den Brennraum abgespritzt wird. Der piezoelektrische Aktor weist ein Piezoelement auf, das zwischen einem Aktorfuß und einem Aktorkopf vorgesehen ist. Der Aktor ist über den Aktorfuß mit dem Injektorgehäuse verbunden und über den Aktorkopf mit dem Ventilglied verbunden. Der Aktor ist von einer Ummantelung umgeben, die mittels ineinander greifender Labyrinthe des Aktorkopfes und der Ummantelung bzw. des Aktorfußes und der Ummantelung am Aktor gehalten wird und das Piezoelement gegen den Kraftstoff im Druckraum abdichtet. Nachteilig ist dabei, dass der Kraftstoff sich durch die Labyrinthe durcharbeiten kann, wodurch Kurzschlüsse im Aktor auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Injektor für Speichereinspritzsysteme zur Verfügung zu stellen, bei dem der Aktor sicher gegen den Kraftstoff im Druckraum abgedichtet ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Injektor für Speichereinspritzsysteme mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Der erfindungsgemäße Injektor ist gekennzeichnet durch ein erstes Ringelement, zwischen dem die Ummantelung am Aktorfuß und ein zweites Ringelement, zwischen dem die Ummantelung am Aktorkopf dichtend aufgenommen ist. Der Injektor weist ein Injektorgehäuse und eine Einspritzdüse auf, wobei in einem kraftstoffgefülltem Druckraum ein die Einspritzdüse ansteuernder Aktor angeordnet ist. Der Aktor weist ein zwischen einem Aktorkopf und einem Aktorfuß vorgesehenes Piezoelement mit einer kraftstoffdichten Ummantelung auf. Die Ummantelung umschließt teilweise den Aktorkopf und teilweise den Aktorfuß und vollständig das Piezoelement . Das erste Ringelement umschließt so die Ummantelung, dass die Ummantelung durch das erste Ringelement umlaufend dichtend gegen den Aktorfuß gepresst wird. Das zweite Ringelement umschließt so die Ummantelung, dass die Ummantelung durch das zweite Ringelement umlaufend dichtend gegen den Aktorkopf gepresst wird. Vorteilhafterweise üben die Ringelemente eine umlaufende Flächenpressung auf die Ummantelung aus, wodurch die Ummantelung dichtend am Aktorfuß und am Aktorkopf gehalten wird und sich kein Kraftstoff zwischen der Ummantelung und dem Aktorfuß bzw. dem Aktorkopf zum Piezoelement durcharbeiten kann.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Ummantelung als Schrumpfschlauch ausgeführt. Der Schrumpfschlauch verringert mittels Wärmezufuhr bleibend seinen Umfang und kann sich somit gleichmäßig um den Aktor legen. Vorteilhafterweise werden insbesondere am Aktorfuß und am Aktorkopf Aufhäufungen der Ummantelung und/oder Hohlräume zwischen der Ummantelung und dem Aktor vermieden, so dass eine gleichmäßige Flächenpressung von den Ringelelementen auf jeweils den Aktorfuß und den Aktorkopf und der dazwischen liegenden Ummantelung ausgeübt werden kann, wodurch die Dichtheit der Ummantelung weiter gesteigert werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ummantelung mit dem Aktorkopf und/oder mit dem Aktorfuß verklebt . Vorteilhafterweise kann mittels der Verklebung eine weitere Steigerung der Dichtheit der Ummantelung erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Ringelemente aus einer Formgedächtnis-Legierung. Die Ringelemente aus einer Formgedächtnis-Legierung verringern mittels einer Temperaturänderung bleibend ihren Umfang, wodurch sich die Ringelemente um die Ummantelung legen können. Vorteilhafterweise kann die Ummantelung durch die Ringelemente mit einer gleichmäßig umlaufenden Flächenpressung am Aktorfuß und am Aktorkopf gehalten werden und damit die Dichtheit der Ummantelung weiter gesteigert werden .
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert .
Die Zeichnung zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Injektors 1 für Speichereinspritzsysteme .
In der Zeichnung ist der Injektor 1 mit einem Injektorgehäuse 2 und einer am Injektorgehäuse 2 angebrachten Einspritzdüse 3 im Längsschnitt dargestellt. In einem Druckraum 4 des Injektorgehäuses 2 ist ein Aktor 5 vorgesehen, der die Einspritzdüse 3 ansteuert. Der Druckraum 4 ist über einen Kraftstoffzulauf 6 mit einem nicht näher dargestellten Speicher des Speichereinspritzsystems verbunden. In den Speicher wird mittels einer Hochdruckpumpe Kraftstoff gefördert und unter hohem Druck vorgehalten. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff kann aus dem Druckraum 4 über einen Hochdruckzulauf 7 in einen Düsenraum 8 der Einspritzdüse 3 strömen. Die Einspritzdüse 3 weist zumindest eine Öffnung zum Abspritzen von Kraftstoff 9, vorzugsweise mehrere Öffnungen zum Abspritzen von Kraftstoff auf, die den Düsenraum 8 mit einem nicht näher dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine verbinden. Die Öffnungen zum Abspritzen von Kraftstoff 9 können von einem Ventilglied 10, insbesondere einer Ventilnadel, freigegeben werden, so dass der Kraftstoff direkt aus den Öffnungen 9 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgespritzt werden kann. Die Ventilnadel 10 ist über ein Übertragungsglied 11 mit dem Aktor 5 verbunden, wobei das Übertragungsglied 11 Längenänderungen des Aktors 5 auf die Ventilnadel 10 überträgt, so dass es zu einem Freigeben bzw. Schließen der Einspritzöffnungen 9 durch die Ventilnadel 10 kommt. Der Aktor 5 weist ein zwischen einem Aktorfuß 12 und einem Aktorkopf 13 angeordnetes Piezoelement 14 auf, das mittels elektrischer Leitungen 15 Steuersignale von einem Steuergerät erhält. Der Aktor 5 stützt sich über den Aktorfuß 12 am Injektorgehäuse 2 ab und ist mit dem Aktorkopf 13 über das Übertragungsglied 11 mit der Ventilnadel 10 verbunden. Die elektrischen Leitungen 15 werden durch den Aktorfuß 12 und einer vom Aktorfuß 12 abgedichteten, in den Druckraum 4 reichenden Öffnung 16 aus dem Injektorgehäuse 2 nach außen geführt. Das Piezoelement 14 ist mittels Abstützplatten 17 jeweils gegen den Aktorfuß 12 und den Aktorkopf 13 elektrisch isoliert und mittels einer kraftstoffdichten bzw. kraftstoffabweisenden Ummantelung 18 gegen den Kraftstoff im Druckraum 4 abgedichtet, wodurch elektrische Kurzschlüsse in den elektrischen Bauteilen des Aktors 5 vermieden werden.
Die Ummantelung 18 umschließt vollständig das Piezoelement 14 mit den Abstützplatten 17 und wird am Aktorfuß 12 und am Aktorkopf 13 gehalten. Hierzu umschließt die Ummantelung 18 teilweise den Aktorfuß 12 und teilweise den Aktorkopf 13, so dass die Ummantelung 18 mittels eines ersten Ringelements 19 umlaufend dichtend gegen den vorzugsweise zylinderförmigen Aktorfuß 12 gepresst werden kann und mittels eines zweiten Ringelements 20 umlaufend dichtend gegen den vorzugsweise zylinderförmigen Aktorkopf 13 gepresst werden kann. Von Vorteil ist, dass die Ringelemente 19, 20 eine umlaufende, geschlossene Ringfläche der Ummantelung 18 gegen den Aktorfuß 12 bzw. Aktorkopf 13 pressen, wodurch das Piezoelement 14 sicher gegen den Kraftstoff im Druckraum 4 abgedichtet wird und zwischen dem Ringelement 19 am Aktorfuß 12 und zwischen dem Ringelement 20 am Aktorkopf 13 aufgenommen wird.
Die kraftstoffdichte Ummantelung 18 besteht aus einem Schrumpfschlauch, der sich mittels Wärmzufuhr in seinem Umfang verringert und sich damit gleichmäßig um den Aktor 5, insbesondere an den Aktorfuß 12 und an den Aktorkopf 13 , legen kann, ohne das sich Aufhäufungen der Ummantelung 18 und/oder Hohlräume zwischen der Ummantelung 18 und dem Aktor 5 bilden. Von Vorteil ist auch, dass der Schrumpfschlauch 18 mit einer umlaufenden gleichen Wandstärke am Aktorfuß 12 und am Aktorkopf 13 anliegt, so dass die von den Ringelementen 19, 20 ausgeübte Flächenpressung auf den Aktorfuß 12 und den Aktorkopf 13 gleichmäßig erfolgt, wodurch die Dichtheit der Ummantelung 18 gesteigert werden kann. Des Weiteren kann die Ummantelung bzw. der Schrumpfschlauch 18 mit dem Aktor 5, insbesondere mit dem Aktorfuß 12 und/oder mit dem Aktorkopf 13 verklebt werden, wodurch sich eine weitere Steigerung der Dichtheit der Ummantelung bzw. des Schrumpfschlauchs 18 erreichen lässt.
Die Ringelemente 19, 20 können aus einer Formgedächtnis- Legierung bestehen. Formgedächtnis-Legierungen bzw. Memorymetalle können ihre Form wandeln, die auf eine temperaturabhängige Gitterumwandlung zweier verschiedener Kristallstrukturen basiert. Die Ringelemente 19, 20 aus der Formgedächtnis-Legierung können unter Einwirkung einer Temperaturänderung ihren Umfang verringern, wodurch die Ringelemente 19, 20 sich um die Ummantelung 18 und den Aktorfuß 12 bzw. Aktorkopf 13 legen und die Ummantelung 18 gegen den Aktorfuß 12 bzw. Aktorkopf 13 gepresst werden. Von Vorteil ist, dass die Formwandlung bzw. das Verringern des Umfangs der Ringelemente 19, 20 gleichmäßig erfolgt und damit eine gleichmäßige Flächenpressung der Ringelemente 19, 20 auf die Ummantelung 18 erreicht wird, wodurch die Dichtheit der Ummantelung 18 weiter gesteigert werden kann.
Der erfindungsgemäße Injektor 1 zeichnet sich durch einen verbesserten Aufbau aus, die eine einfache Montage ermöglicht und das Piezoelement 14 und die elektrischen Leitungen 15 sicher gegen den Kraftstoff im Druckraum 4 abdichtet.

Claims

Patentansprüche
1. Injektor für Speichereinspritzsysteme, mit einem Injektorgehäuse und einer Einspritzdüse, wobei in einem kraftstoffgefüllten Druckraum des Injektorgehäuses ein die Einspritzdüse ansteuernder Aktor angeordnet ist, der ein zwischen einem Aktorkopf und einem Aktorfuß vorgesehenes Piezoelement mit einer kraftstoffdichten Ummantelung aufweist und die Ummantelung teilweise den Aktorkopf und teilweise den Aktorfuß umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (18) zwischen einem ersten Ringelement (19) am Aktorfuß (12) und einem zweiten Ringelement (20) am Aktorkopf (13) dichtend aufgenommen ist.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (18) als Schrumpfschlauch ausgeführt ist.
3. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (18) mit dem Aktorfuß (12) und/oder mit dem Aktorkopf (13) verklebt ist.
4. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringelemente (19, 20) aus einer Formgedächtnis- Legierung bestehen.
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