EP2113652A1 - Piezoelektrisches Aktormodul - Google Patents

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EP2113652A1
EP2113652A1 EP08105976A EP08105976A EP2113652A1 EP 2113652 A1 EP2113652 A1 EP 2113652A1 EP 08105976 A EP08105976 A EP 08105976A EP 08105976 A EP08105976 A EP 08105976A EP 2113652 A1 EP2113652 A1 EP 2113652A1
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EP
European Patent Office
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actuator module
actuator
metallic coating
module according
fuel injection
Prior art date
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EP08105976A
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English (en)
French (fr)
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EP2113652B1 (de
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Rudolf Heinz
Udo Schaich
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2113652B1 publication Critical patent/EP2113652B1/de
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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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
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    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • 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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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0057—Means for avoiding fuel contact with valve actuator, e.g. isolating actuators by using bellows or diaphragms
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a piezoelectric actuator module for a fuel injection valve and a fuel injection valve with such a piezoelectric actuator module. Specifically, the invention relates to the field of injectors for fuel injection systems of air compressing, self-igniting internal combustion engines.
  • a fuel injection valve with a piezoelectric actuator is known.
  • the known fuel injection valve is designed as an injector with direct needle control. Since the piezoelectric actuator is arranged in a space of the fuel injection valve, which is traversed during operation of high-pressure fuel, a suitable sealing of the actuator to media, especially against diesel fuel contained in the water and the usual fuel additives required.
  • the piezoelectric actuator module according to the invention with the features of claim 1 and the fuel injection valve according to the invention with the features of claim 10 have the advantage that a reliable protection of the actuator body is ensured, which can be realized with relatively low cost.
  • the piezoelectric actuator module can be arranged in a space that is filled in operation with high-pressure fuel.
  • the pressure of the fuel may be, for example, 250 MPa (2500 bar).
  • the metallic coating of the shrink tube ensures a diffusion-proof seal.
  • the inner protective layer which is provided between the actuator body and the shrink tubing in the intermediate space, is not necessarily sufficiently resistant to diffusion of fuel and its constituents, and optionally other substances. The metallic coating, however, already the diffusion resistance of the seal is guaranteed, so that there is a greater freedom in the choice of the material for the inner protective layer.
  • the inner protective layer can advantageously be applied to the outer surface of the actuator body prior to assembly of the shrink tubing. This can be a costly filling of the gap, which should be free of air bubbles, omitted. Thus, the production of the fuel injection valve can be further simplified. In addition, the gap can be made relatively small, so that there is an optimized space of the piezoelectric actuator module.
  • a metallic coating is provided on an outer side of the shrink tube and / or that a metallic coating is provided on an inner side of the shrink tube.
  • the provided on the outside of the shrink tube metallic coating can also be done after the application of the shrink tube and possibly also after the shrinkage of the shrink tube.
  • no deformation of the metallic coating occurs during manufacture, so that the risk of cracking in the metallic coating is avoided.
  • the metallic coating provided on the outside is reliably protected against an actuator connection of the piezoelectric actuator or inner electrode layers guided on the outside of the actuator.
  • the application of the metallic coating on the inside of the shrink tube has the advantage that the metallic coating is protected against mechanical damage from the outside.
  • the inner protective layer is formed on the basis of an elastomer.
  • the inner protective layer supports the shrink tube from the inside, so that even at high pressure fluctuations, for example, when starting the fuel injector, excessive radial expansion of the shrink tube is prevented, so that reduces stresses in the metallic coating and thus the formation of cracks is prevented.
  • the heat-shrinkable tube is designed to be wavy at least in sections on at least one side surface on which the metallic coating is provided. Due to the wave-shaped configuration of the metal layer, the stresses occurring during an axial expansion of the shrink tube are reduced, so that the formation of cracks in the metallic coating is prevented. It is also advantageous that the shrink tube at least partially corrugated tube is designed. As a result, the elasticity of the shrink tubing, in particular in the axial direction, can be favorably influenced. In addition, such a configuration is advantageous if both the inside and the outside of the shrink tube are each provided with a metallic coating.
  • the heat-shrinkable tube already fits tightly against the transition piece in an unshrunked initial state, so that the intermediate space between the actuator body and the shrink-on tube is predetermined to be relatively small.
  • the mechanical stress of an already applied prior to shrinking on the shrink tubing metal layer can be reduced.
  • shrinking the shrink tube then only a relatively small deformation takes place, so that the metal layer is only slightly deformed. Cracks or flaking of the metal layer are prevented.
  • the sealing function can be ensured by the shrink tube is so widened that it already fits very closely over the transition pieces, that is, actuator head and actuator foot of the actuator module.
  • the metal layer can be made very thin, for example, with a layer thickness that is smaller than 1 micron. This is possible because the metallic coating rests on the carrier serving as a shrink tube, whereby the mechanical stability is ensured.
  • the shrink tubing can be waved on one side inside, on one side outside or on both sides. It is advantageous that a wave structure exists at least on the side on which the metal layer is applied.
  • the metallic coating is covered with a lacquer layer.
  • a mechanical and chemical protection of the metallic coating can be achieved.
  • the lacquer layer can serve as an insulating layer with respect to the metallic coating. This is especially advantageous in the case of an inner coating in order to prevent a short circuit on the actuator body prevent.
  • Fig. 1 shows a fuel injection valve 1 in a partial, schematic sectional view.
  • the fuel injection valve 1 can serve in particular as an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.
  • a preferred use of the fuel injection valve 1 is for a fuel injection system with a common rail, the diesel fuel under high pressure leads to a plurality of fuel injection valves 1.
  • An actuator module 2 of the fuel injection valve 1 of the first embodiment of the invention is particularly suitable for such an injector.
  • the fuel injection valve 1 according to the invention and the Actuator module 2 according to the invention are also suitable for other applications.
  • the fuel injection valve 1 has a nozzle body 3, which is connected to a valve housing, not shown. Within the nozzle body 3, a valve needle 4 is provided. A valve closing body 5 of the valve needle 4 cooperates with a valve seat surface 6 formed inside the nozzle body 3 to form a sealing seat.
  • the actuator module 2 serves to actuate the valve needle 5, as illustrated by the double arrow 7. Upon actuation of the valve needle 4, the valve closing body 5 is lifted out of its seat, wherein the sealing seat formed between the valve closing body 5 and the valve seat surface 6 opens and fuel is sprayed through a nozzle opening 8.
  • the piezoelectric actuator module 2 has an actuator body 10, to which transition pieces 11, 12 are added.
  • the transition piece 11 is designed as an actuator foot.
  • the transition piece 12 is designed as an actuator head.
  • the piezoelectric actuator module 2 a shrink tube 13 which is connected at one end 14 with the transition piece 11 and at a further end 15 with the transition piece 12.
  • the connection can be made directly or indirectly.
  • the shrink tube 13 may be connected to the transition pieces 11, 12 by gluing. Other possibilities such as vulcanization or the like are also possible.
  • the connection can be made via sleeves connected to the transition pieces 11, 12 by welding.
  • a gap between the actuator body 10 and the shrink tube 13 is filled with an inner protective layer 16, wherein the inner protective layer 16 is preferably formed on the basis of an elastomer.
  • the inner protective layer 16 can be applied to an outer surface 17 of the actuator body 10 before the shrinking tube 13 is mounted. Subsequently, the shrink tube 13 mounted and shrunk. After shrinking, the gap between the actuator body 10 and the shrink tube 13 is completely filled with the inner protective layer 16. In contrast to a rigid sleeve thus results in the advantage that a relatively complex process step for bubble-free filling of the gap can be omitted.
  • the shrink tube 13 has side surfaces 18, 19, namely an outer side 18 and an inner side 19, on.
  • the inner side 19 of the shrink tube 13 is coated with a layer system 20, which may comprise one or more layers.
  • the outer side 18 of the shrink tube 13 may additionally or alternatively be coated with a corresponding layer system.
  • Fig. 2 shows the in Fig. 1 labeled II section of the actuator module 2 of the fuel injection valve 1 according to the first embodiment of the invention.
  • the layer system 20 has a metallic coating 21 and a lacquer layer 22 in this exemplary embodiment.
  • the heat-shrinkable tube 13 is designed as a bellows-shaped at least in sections, wherein this configuration can already be predetermined before shrinking or can be achieved during the shrinking process.
  • the metallic coating 21 is applied, which can be configured very thin.
  • the metallic coating serves as a diffusion barrier and ensures a diffusion-tight seal of the actuator body 10 with respect to the environment.
  • the mechanical stability of the metallic coating 21 is ensured by the heat shrink tube 13 serving as a support.
  • the heat-shrinkable tube 13 is preferably mounted already configured relatively narrow, so that mechanical stresses in the metallic coating 21 during shrinkage are as low as possible to the formation of cracks, in particular Microcracks to prevent in the metallic coating 21.
  • the metallic coating 21 is electrically insulated from the inner protective layer 16 and the actuator body 10 by the lacquer layer 22. This prevents a short circuit on the actuator body 10, in particular between external electrode connections or electrode layers.
  • a certain elasticity of the metallic coating 21 is ensured by the bellows-shaped configuration of the shrink tube 13, so that the occurring mechanical stresses in the metallic coating 21 are reduced. Further, the elasticity of the shrink tube 13 can be further improved by the bellows-shaped configuration of the shrink tube 13.
  • Fig. 3 shows the in Fig. 1 labeled II section of an actuator module 2 of a fuel injection valve 1 according to a second embodiment of the invention.
  • the shrink tube 13 is coated on the inside 19 with the layer system 20.
  • the layer system 20 has at least the metallic coating 21 and optionally also the lacquer layer 22.
  • the heat-shrinkable tube 13 on the inside 19 is at least partially undulated.
  • the shrink tube 13 is not wavy on its outer side 18, but designed substantially cylinder jacket-shaped.
  • the inner side 19 of the shrink tube 13 is designed like a cylinder jacket and thereby adapted to the outer geometry of the transition piece 12.
  • the connection between the shrink tube 13 and the transition piece 12 takes place in this embodiment by means of an adhesive 23rd
  • Fig. 4 shows the in Fig. 3 shown section of an actuator module 2 of a fuel injection valve 1 according to a third embodiment of the invention.
  • the inner side 19 of the shrink tube 13 is cylinder jacket-shaped configured, wherein on the inside 19 no layer system is provided.
  • the outer side 18 of the shrink tube 13 is at least partially configured wave-shaped.
  • the outer side 18 in this exemplary embodiment is embodied in an area of the transition piece 12, at least essentially in the shape of a cylinder jacket, since no mechanical stresses occur in the heat shrink tube 13 and thus also in the layer system 20 during operation of the fuel injection valve 1.
  • the layer system 20 is applied to the outer side 18 and has at least the metallic coating 21.
  • the metallic coating 21 on the outside 18 can also take place after shrinking the shrinking tube 13 and / or bonding the shrinking tube 13 by means of the adhesive 23 to the transition piece 12. As a result, mechanical stresses in the metallic coating 21, which can occur during the assembly of the shrink tubing 13, in particular during shrinkage, can be avoided from the outset.
  • the metallic coating 21 can also be provided with a lacquer layer 22.
  • the layer system 20 has at least the metallic coating 21.
  • the metallic coating 21 may also consist of several partial layers.
  • the substantially metallic coating 21 may also have non-metallic constituents.
  • the actuator module 2 of the fuel injection valve 1 sealing of the actuator body 10 with respect to surrounding media, in particular diesel fuel, is thus ensured.
  • the seal takes place both in the radial and in the axial direction.
  • a diffusion of media through the coated shrink tube 13 is prevented.
  • stroke expansions of the actuator body 10 can be ensured or an impairment of the stroke can be reduced.
  • thermal expansions of the actuator body 10 and the inner protective layer 16 in the operation of the fuel injection valve, which occur in the radial direction guaranteed.
  • compression of the actuator body 10 and the inner protective layer 16 are also possible.
  • the inner protective layer 16 is preferably designed to be insulating.
  • the layer system 20 with the lacquer layer 22 can also be done in an inexpensive manner additional security against short circuits.
  • the lacquer layer 22 can also ensure a certain protection against mechanical damage to the metallic coating 21.
  • the heat-shrinkable tube 13 can be largely shaped as desired with regard to the configuration of a wave structure on the outside 18 and / or on the inside 19. Specifically, the wavelength and the amplitude of such a wave structure can be adjusted according to requirements.

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Abstract

Ein piezoelektrisches Aktormodul (2) für ein Brennstoffeinspritzventil (1) weist einen Aktorkörper (10) und an den Aktorkörper (10) angefügte Übergangsstücke (11, 12) auf. Ferner ist ein Schrumpfschlauch (13) vorgesehen, der mit den Übergangsstücken (11, 12) verbunden ist und den Aktorkörper (10) umgibt. In einem Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper (10) und dem Schrumpfschlauch (13) ist eine innere Schutzschicht (16) ausgebildet, die auf der Basis eines Elastomers gebildet ist. Ferner ist der Schrumpfschlauch (13) mit einem Schichtsystem (20) aus einer metallischen Beschichtung (21) und einer Lackschicht (22) versehen. Die metallische Beschichtung (21) gewährleistet dabei eine Diffusionssperre für einen das Aktormodul (2) umgebenden Brennstoff.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Aktormodul für ein Brennstoffeinspritzventil und ein Brennstoffeinspritzventil mit solch einem piezoelektrischen Aktormodul. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
  • Aus der EP 1 174 615 A2 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor bekannt. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil ist als Injektor mit direkter Nadelsteuerung ausgestaltet. Da der piezoelektrische Aktor in einem Raum des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist, der im Betrieb von unter hohem Druck stehenden Brennstoff durchflossen ist, ist eine geeignete Abdichtung des Aktors gegenüber Medien, insbesondere gegenüber im Dieselbrennstoff enthaltenes Wasser und den üblichen Kraftstoffzusätzen, erforderlich.
  • Um eine solche Abdichtung des Aktors gegenüber Medien zu erzielen, ist es denkbar, dass der Aktor von einer metallischen Schutzhülse oder einem aus Metall bestehenden Wellbalg umgeben ist. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass eine axiale Dehnung des piezoelektrischen Aktors beeinträchtigt wird oder ein entsprechend großer Herstellungsaufwand erforderlich ist, um eine axiale Dehnung des Aktors nicht übermäßig zu beeinträchtigen. Speziell ist die Herstellung eines dünnwandigen Wellbalgs aus Metall aufwändig und mit entsprechend großen Kosten verbunden.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße piezoelektrische Aktormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 10 haben den Vorteil, dass ein zuverlässiger Schutz des Aktorkörpers gewährleistet ist, der mit relativ geringen Kosten realisiert werden kann.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen piezoelektrischen Aktormoduls und des im Anspruchs 10 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • In vorteilhafter Weise kann das piezoelektrische Aktormodul in einem Raum angeordnet sein, der im Betrieb mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff gefüllt ist. Dabei kann der Druck des Brennstoffes beispielsweise 250 MPa (2500 bar) betragen. Hierbei besteht die Gefahr, dass Brennstoff oder Bestandteile des Brennstoffs, insbesondere Wasser, zu dem Aktorkörper vordringt und die Funktionsfähigkeit beeinträchtigt oder zum Ausfall des piezoelektrischen Aktormoduls führt. Durch die metallische Beschichtung des Schrumpfschlauches ist eine diffusionsfeste Abdichtung gewährleistet. Die innere Schutzschicht, die zwischen dem Aktorkörper und dem Schrumpfschlauch im Zwischenraum vorgesehen ist, ist nicht notwendigerweise ausreichend diffusionsfest gegen Brennstoff und dessen Bestandteile sowie gegebenenfalls andere Stoffe. Durch die metallische Beschichtung wird allerdings bereits die Diffusionsbeständigkeit der Abdichtung gewährleistet, so dass eine größere Freiheit bei der Wahl des Materials für die innere Schutzschicht besteht. Ferner kann in vorteilhafter Weise die innere Schutzschicht vor der Montage des Schrumpfschlauches auf die Außenfläche des Aktorkörpers aufgebracht werden. Dadurch kann ein aufwändiges Befüllen des Zwischenraums, das luftblasenfrei erfolgen sollte, entfallen. Somit kann die Herstellung des Brennstoffeinspritzventils weiter vereinfacht werden. Außerdem kann der Zwischenraum relativ klein ausgestaltet werden, so dass sich ein optimierter Bauraum des piezoelektrischen Aktormoduls ergibt.
  • Dadurch kann der Platzbedarf des Aktormoduls im Brennstoffeinspritzventil reduziert werden.
  • Vorteilhaft ist es, dass an einer Außenseite des Schrumpfschlauches eine metallische Beschichtung vorgesehen ist und/oder dass an einer Innenseite des Schrumpfschlauches eine metallische Beschichtung vorgesehen ist. Die an der Außenseite des Schrumpfschlauches vorgesehene metallische Beschichtung kann auch nach dem Aufbringen des Schrumpfschlauches und gegebenenfalls auch nach dem Schrumpfen des Schrumpfschlauches erfolgen. Somit erfolgt keine Verformung der metallischen Beschichtung während der Herstellung, so dass die Gefahr einer Rissbildung in der metallischen Beschichtung umgangen ist. Außerdem ist die an der Außenseite vorgesehene metallische Beschichtung zuverlässig gegenüber einer Aktoranbindung des piezoelektrischen Aktors beziehungsweise an die Außenseite des Aktors geführte Innenelektrodenschichten geschützt. Das Aufbringen der metallischen Beschichtung an der Innenseite des Schrumpfschlauches hat den Vorteil, dass die metallische Beschichtung gegenüber mechanischer Beschädigung von außen geschützt ist.
  • In vorteilhafter Weise ist die innere Schutzschicht auf der Basis eines Elastomers gebildet. Die innere Schutzschicht stützt dabei den Schrumpfschlauch von innen ab, so dass auch bei hohen Druckschwankungen, beispielsweise bei Inbetriebsetzung des Brennstoffeinspritzventils, eine übermäßige radiale Dehnung des Schrumpfschlauches verhindert ist, so dass Spannungen in der metallischen Beschichtung reduziert und somit die Entstehung von Rissen verhindert ist.
  • In vorteilhafter Weise ist der Schrumpfschlauch an zumindest einer Seitenfläche, an der die metallische Beschichtung vorgesehen ist, zumindest abschnittsweise wellenförmig ausgestaltet. Durch die wellenförmige Ausgestaltung der Metallschicht sind die bei einer axialen Dehnung des Schrumpfschlauches auftretenden Spannungen reduziert, so dass die Entstehung von Rissen in der metallischen Beschichtung verhindert ist. Dabei ist es ferner von Vorteil, dass der Schrumpfschlauch zumindest abschnittsweise wellrohrförmig ausgestaltet ist. Dadurch kann die Elastizität des Schrumpfschlauches, insbesondere in axialer Richtung, günstig beeinflusst werden. Außerdem ist eine solche Ausgestaltung von Vorteil, wenn sowohl die Innenseite als auch die Außenseite des Schrumpfschlauches mit jeweils einer metallischen Beschichtung versehen sind.
  • Vorteilhaft ist es, dass der Schrumpfschlauch in einem ungeschrumpften Ausgangszustand bereits eng an dem Übergangsstück anliegt, so dass der Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper und dem Schrumpfschlauch relativ klein vorgegeben ist. Neben dem dadurch optimierten Platzbedarf des hergestellten Aktormoduls kann dadurch die mechanische Belastung einer bereits vor dem Schrumpfen auf den Schrumpfschlauch aufgebrachten Metallschicht verringert werden. Beim Schrumpfen des Schrumpfschlauches erfolgt dann nämlich nur noch eine relativ geringe Verformung, so dass auch die Metallschicht nur noch wenig verformt wird. Risse oder Abplatzungen der Metallschicht werden dadurch verhindert. Somit kann die Dichtfunktion gewährleistet werden, indem der Schrumpfschlauch so aufgeweitet ist, dass er bereits sehr eng über die Übergangsstücke, das heißt Aktorkopf und Aktorfuß, des Aktormoduls passt.
  • Die Metallschicht kann sehr dünn ausgestaltet sein, beispielsweise mit einer Schichtdicke, die kleiner als 1 µm ist. Dies ist möglich, da die metallische Beschichtung auf dem als Träger dienenden Schrumpfschlauch aufliegt, wodurch die mechanische Stabilität gewährleistet ist. Der Schrumpfschlauch kann einseitig innen, einseitig außen oder beidseitig gewellt sein. Dabei ist es von Vorteil, dass eine Wellenstruktur zumindest auf der Seite besteht, auf der die Metallschicht aufgebracht ist.
  • In vorteilhafter Weise ist die metallische Beschichtung mit einer Lackschicht überdeckt. Dadurch kann ein mechanischer und chemischer Schutz der metallischen Beschichtung erreicht werden. Ferner kann die Lackschicht in Bezug auf die metallische Beschichtung als Isolierschicht dienen. Dies ist speziell bei einer Innenbeschichtung von Vorteil, um eine Kurzschlussbildung am Aktorkörper zu verhindern.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 eine auszugsweise, schematische Schnittdarstellung eines Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktormodul entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Aktormoduls des Brennstoffeinspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung in weiterem Detail;
    • Fig. 3 den in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Aktormoduls eines Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
    • Fig. 4 den in Fig. 3 gezeigten Ausschnitt entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Ein Aktormodul 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung eignet sich besonders für solch einen Injektor. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 und das erfindungsgemäße Aktormodul 2 eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen Düsenkörper 3 auf, der mit einem nicht dargestellten Ventilgehäuse verbunden ist. Innerhalb des Düsenkörpers 3 ist eine Ventilnadel 4 vorgesehen. Ein Ventilschließkörper 5 der Ventilnadel 4 wirkt mit einer innerhalb des Düsenkörpers 3 ausgebildeten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammen. Das Aktormodul 2 dient zum Betätigen der Ventilnadel 5 wie es durch den Doppelpfeil 7 veranschaulicht ist. Bei einer Betätigung der Ventilnadel 4 wird der Ventilschließkörper 5 aus seinem Sitz gehoben, wobei sich der zwischen dem Ventilschließkörper 5 und der Ventilsitzfläche 6 gebildete Dichtsitz öffnet und Brennstoff über eine Düsenöffnung 8 abgespritzt wird.
  • Das piezoelektrische Aktormodul 2 weist einen Aktorkörper 10 auf, an den Übergangsstücke 11, 12 angefügt sind. Dabei ist das Übergangsstück 11 als Aktorfuß ausgestaltet. Das Übergangsstück 12 ist als Aktorkopf ausgestaltet.
  • Ferner weist das piezoelektrische Aktormodul 2 einen Schrumpfschlauch 13 auf, der an einem Ende 14 mit dem Übergangsstück 11 und an einem weiteren Ende 15 mit dem Übergangsstück 12 verbunden ist. Die Verbindung kann dabei direkt oder mittelbar erfolgen. Beispielsweise kann der Schrumpfschlauch 13 mit den Übergangsstücken 11, 12 durch Kleben verbunden sein. Andere Möglichkeiten wie Vulkanisieren oder dergleichen sind ebenfalls möglich. Außerdem kann die Verbindung über mit den Übergangsstücken 11, 12 durch Schweißen verbundene Hülsen erfolgen.
  • Ein Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper 10 und dem Schrumpfschlauch 13 ist mit einer inneren Schutzschicht 16 gefüllt, wobei die innere Schutzschicht 16 vorzugsweise auf der Basis eines Elastomers ausgebildet ist. Bei der Herstellung des Aktormoduls 2 kann noch vor dem Montieren des Schrumpfschlauches 13 die innere Schutzschicht 16 auf eine Außenfläche 17 des Aktorkörpers 10 aufgetragen werden. Anschließend kann der Schrumpfschlauch 13 montiert und geschrumpft werden. Nach dem Schrumpfen ist der Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper 10 und dem Schrumpfschlauch 13 vollständig mit der inneren Schutzschicht 16 gefüllt. Im Unterschied zu einer starren Hülse ergibt sich somit der Vorteil, dass ein relativ aufwändiger Prozessschritt zur blasenfreien Befüllung des Zwischenraums entfallen kann.
  • Der Schrumpfschlauch 13 weist Seitenflächen 18, 19, nämlich eine Außenseite 18 und eine Innenseite 19, auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Innenseite 19 des Schrumpfschlauchs 13 mit einem Schichtsystem 20, das eine oder mehrere Schichten aufweisen kann, beschichtet. Entsprechend kann auch die Außenseite 18 des Schrumpfschlauches 13 zusätzlich oder alternativ mit einem entsprechenden Schichtsystem beschichtet sein.
  • Die Ausgestaltung eines möglichen Schichtsystems 20 an der Innenseite 19 des Schrumpfschlauches 13 ist im Folgenden anhand der Fig. 2 in weiterem Detail beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Aktormoduls 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Schichtsystem 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine metallische Beschichtung 21 und eine Lackschicht 22 auf. Der Schrumpfschlauch 13 ist zumindest abschnittsweise wellbalgförmig ausgestaltet, wobei diese Ausgestaltung bereits vor dem Schrumpfen vorgegeben oder während des Schrumpfprozesses erreicht werden kann. Auf die Innenseite 19 des Schrumpfschlauches 13 ist die metallische Beschichtung 21 aufgebracht, die sehr dünn ausgestaltet sein kann. Die metallische Beschichtung dient als Diffusionssperre und gewährleistet eine diffusionsdichte Abdichtung des Aktorkörpers 10 gegenüber der Umgebung. Die mechanische Stabilität der metallischen Beschichtung 21 ist dabei durch den als Träger dienenden Schrumpfschlauch 13 gewährleistet. Dabei ist der Schrumpfschlauch 13 vorzugsweise bereits relativ eng ausgestaltet montiert, so dass während des Schrumpfens mechanische Spannungen in der metallischen Beschichtung 21 möglichst gering sind, um die Ausbildung von Rissen, insbesondere Mikrorissen, in der metallischen Beschichtung 21 zu verhindern. Ferner ist die metallische Beschichtung 21 durch die Lackschicht 22 gegenüber der inneren Schutzschicht 16 und dem Aktorkörper 10 elektrisch isoliert. Dadurch wird eine Kurzschlussbildung am Aktorkörper 10, insbesondere zwischen Außenelektrodenanbindungen oder Elektrodenschichten, verhindert.
  • Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 ist durch die wellbalgförmige Ausgestaltung des Schrumpfschlauches 13 eine gewisse Elastizität der metallischen Beschichtung 21 gewährleistet, so dass die auftretenden mechanischen Spannungen in der metallischen Beschichtung 21 reduziert sind. Ferner kann durch die wellbalgförmige Ausgestaltung des Schrumpfschlauches 13 die Elastizität des Schrumpfschlauches 13 weiter verbessert werden.
  • Fig. 3 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Aktormoduls 2 eines Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Schrumpfschlauch 13 an der Innenseite 19 mit dem Schichtsystem 20 beschichtet. Das Schichtsystem 20 weist dabei zumindest die metallische Beschichtung 21 und optional auch die Lackschicht 22 auf. Außerdem ist der Schrumpfschlauch 13 an der Innenseite 19 zumindest abschnittsweise wellenförmig ausgestaltet. Allerdings ist der Schrumpfschlauch 13 an seiner Außenseite 18 nicht wellenförmig ausgestaltet, sondern im Wesentlichen zylindermantelförmig ausgestaltet.
  • Im Bereich des Übergangsstückes 12 ist die Innenseite 19 des Schrumpfschlauches 13 zylindermantelförmig ausgestaltet und dadurch an die Außengeometrie des Übergangsstückes 12 angepasst. Die Verbindung zwischen dem Schrumpfschlauch 13 und dem Übergangsstück 12 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiels mittels eines Klebstoffes 23.
  • Fig. 4 zeigt den in Fig. 3 gezeigten Ausschnitt eines Aktormoduls 2 eines Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Innenseite 19 des Schrumpfschlauches 13 zylindermantelförmig ausgestaltet, wobei an der Innenseite 19 kein Schichtsystem vorgesehen ist. Die Außenseite 18 des Schrumpfschlauches 13 ist zumindest abschnittsweise wellenförmig ausgestaltet. Dabei ist die Außenseite 18 in diesem Ausführungsbeispiel allerdings in einem Bereich des Übergangsstückes 12 zumindest im Wesentlichen zylindermantelförmig ausgestaltet, da in diesem Bereich im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 keine mechanischen Spannungen in dem Schrumpfschlauch 13 und somit auch nicht in dem Schichtsystem 20 auftreten. Das Schichtsystem 20 ist auf die Außenseite 18 aufgebracht und weist zumindest die metallische Beschichtung 21 auf.
  • Die metallische Beschichtung 21 an der Außenseite 18 kann auch nach dem Aufschrumpfen des Schrumpfschlauches 13 und/oder dem Verkleben des Schrumpfschlauches 13 mittels des Klebstoffs 23 an dem Übergangsstück 12 erfolgen. Dadurch können mechanische Spannungen in der metallischen Beschichtung 21, die während der Montage des Schrumpfschlauches 13, insbesondere beim Schrumpfen, auftreten können, von vornherein vermieden werden. Die metallische Beschichtung 21 kann außerdem mit einer Lackschicht 22 versehen werden.
  • Es ist anzumerken, dass das Schichtsystem 20 zumindest die metallische Beschichtung 21 aufweist. Dabei können auch weitere Schichten entsprechend der Lackschicht 22 vorgesehen sein. Ferner kann die metallische Beschichtung 21 auch aus mehreren Teilschichten bestehen. Außerdem kann die im Wesentlichen metallische Beschichtung 21 gegebenenfalls auch nichtmetallische Bestandteile aufweisen.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen des Aktormoduls 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist somit eine Abdichtung des Aktorkörpers 10 gegenüber umgebende Medien, insbesondere Dieselbrennstoff, gewährleistet. Die Abdichtung erfolgt dabei sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Ferner wird eine Diffusion von Medien durch den beschichteten Schrumpfschlauch 13 verhindert. Außerdem können Hubdehnungen des Aktorkörpers 10 gewährleistet werden beziehungsweise kann eine Beeinträchtigung der Hubdehnung verringert werden. Außerdem sind Wärmedehnungen des Aktorkörpers 10 und der inneren Schutzschicht 16 im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils, die in radialer Richtung auftreten, gewährleistet. Ferner sind auch Kompressionen des Aktorkörpers 10 und der inneren Schutzschicht 16 ermöglicht. Außerdem besteht der Vorteil, dass die Herstellung des Aktormoduls 2 relativ kostengünstig möglich ist. Die innere Schutzschicht 16 ist vorzugsweise isolierend ausgestaltet. Durch die Ausgestaltung des Schichtsystems 20 mit der Lackschicht 22 kann außerdem in kostengünstiger Weise eine zusätzliche Sicherheit gegen Kurzschlüsse erfolgen. Speziell an der Außenfläche 17 kann die Lackschicht 22 auch einen gewissen Schutz gegenüber mechanischer Beschädigung der metallischen Beschichtung 21 gewährleisten. Außerdem besteht der Vorteil, dass der Schrumpfschlauch 13 hinsichtlich der Ausgestaltung einer Wellenstruktur an der Außenseite 18 und/oder an der Innenseite 19 weitgehend beliebig geformt werden kann. Speziell kann die Wellenlänge und die Amplitude einer solchen Wellenstruktur den Anforderungen gemäß angepasst werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (10)

  1. Piezoelektrisches Aktormodul (2), insbesondere Aktormodul für Brennstoffeinspritzventile, mit einem Aktorkörper (10) und zumindest einem an den Aktorkörper (10) angefügten Übergangsstück (11, 12),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Schrumpfschlauch (13) vorgesehen ist, der den Aktorkörper (10) umgibt, dass in einem Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper (10) und dem Schrumpfschlauch (13) eine innere Schutzschicht (16) ausgebildet ist und dass an zumindest einer Seitenfläche (18, 19) des Schrumpfschlauches (13) eine zumindest im Wesentlichen metallische Beschichtung (21) vorgesehen ist.
  2. Aktormodul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einer Außenseite (18) des Schrumpfschlauches (13) eine zumindest im Wesentlichen metallische Beschichtung (21) vorgesehen ist.
  3. Aktormodul nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einer Innenseite (19) des Schrumpfschlauches (13) eine zumindest im Wesentlichen metallische Beschichtung (21) vorgesehen ist.
  4. Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die innere Schutzschicht (16) auf der Basis eines Elastomers ausgebildet ist.
  5. Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schrumpfschlauch (13) an zumindest einer Seitenfläche (18, 19), an der die metallische Beschichtung (21) vorgesehen ist, zumindest abschnittsweise wellenförmig ausgestaltet ist.
  6. Aktormodul nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schrumpfschlauch (13) zumindest abschnittsweise wellrohrförmig ausgestaltet ist.
  7. Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schrumpfschlauch (13) mittels Kleben mit dem Übergangsstück (11, 12) verbunden ist.
  8. Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schrumpfschlauch (13) in einem ungeschrumpften Ausgangszustand bereits eng an dem Übergangsstück (11, 12) anliegt, so dass der Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper (10) und dem Schrumpfschlauch (13) relativ klein vorgegeben ist.
  9. Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die metallische Beschichtung (21) zumindest teilweise mit einer Lackschicht (22) überdeckt ist.
  10. Brennstoffeinspritzventil, insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einem piezoelektrischen Aktormodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem zumindest mittelbar mit dem Aktormodul (2) betätigbaren Ventilschließkörper (5), der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.
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