DE60009613T2

DE60009613T2 - Antriebsgehäuse

Info

Publication number: DE60009613T2
Application number: DE60009613T
Authority: DE
Inventors: Paul Rainham Buckley; Michael Peter Gillingham Cooke
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: EP1079097B1; ATE263922T1; GB9919661D0; EP1079097A2; US6359373B1; DE60009613D1; EP1079097A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine piezoelektrische Stellantriebsanordnung.
Piezoelektrische Stellantriebe werden allgemein bei Kraftstoffdeinspritzeinrichtungen zur Steuerung der Bewegung einer Ventilnadel innerhalb eines Kraftstoffeinspritzventil-Düsenkörpers verwendet, wobei die Bewegung der Ventilnadel zur Steuerung der Zufuhr von Kraftstoff an einem Motorzylinder oder einem anderen Verbrennungsraum verwendet wird. Die Entfernung, über die die Ventilnadel bewegt wird, wird durch Steuern des Erregungsgrads und damit der axialen Länge eines piezoelektrischen Stapels gesteuert. Der Erregungsgrad des piezoelektrischen Stapels wird durch Anlegen einer Spannung durch den Stapel hindurch mittels eines elektrischen Verbinders gesteuert, der mit einer Spannungsversorgung verbunden ist und Leitungen verbindet, die den piezoelektrischen Stapel mit dem elektrischen Verbinder verbinden.
Herkömmlicherweise (siehe DE 19715487 ) ist der piezoelektrische Stapel direkt im Kraftstoffeinspritzventil-Gehäuse untergebracht. Während des Zusammenbaus der Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann das externe Belasten des Einspritzventil-Körpers zu einer Vibration des piezoelektrischen Stapels führen, was die Verbindungsleitungen beschädigen kann. Des weiteren können während des Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils der Verschleiß der Endkappen des piezoelektrischen Stapels und thermische Ausdehnungseffekte eine axiale Bewegung des piezoelektrischen Stapels innerhalb des Einspritzeinrichtungskörpers verursachen, die ein Vibrieren und eine Abnutzung der Verbindungsleitungen verursachen können. Um diese Probleme zu verringern, ist es bekannt, die Verbindungsleitungen mit Gleitkontakten zu verbinden, die an dem piezoelektrischen Stapel angeordnet sind. Die Gleitkontakte neigen jedoch zur Oxidation, was die Leistung verschlechtern kann. Es ist des weiteren wünschenswert, den piezoelektrischen Stapel und die dazugehörigen Verbindungsleitungen gegenüber Kraftstoff oder anderen Flüssigkeiten zu isolieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuse für einen piezoelektrischen Stapel zu schaffen, das es ermöglicht, die vorstehend angegebenen Probleme des Stands der Technik zu verringern.
Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse für eine piezoelektrische Stellantriebsanordnung mit einem piezoelektrischen Stapel geschaffen, wobei das Gehäuse einen ersten Gehäuseteil für Verbindungsleitungen, die mit dem piezelektrischen Stapel elektrisch verbunden sind, und einen zweiten Gehäuseteil für den piezoelektrischen Stapel aufweist, wobei der erste und der zweite Gehäuseteil einstückig geformt und aus Material gebildet sind, das das Verbiegen des ersten Gehäuseteils und der Verbindungsleitungen gestattet.
Die Erfindung schafft den Vorteil, dass während des Zusammenbaus eines Ventils oder einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, das oder die die Stellantriebsanordnung enthält, ein Grad des Verbiegens der Verbindungsleitungen möglich ist, der verhindert, dass die Verbindungsleitungen beschädigt werden, wenn das Gehäuse mit der piezoelektrischen Stellantriebsanordnung darin in seiner Stellung festgeklemmt oder befestigt wird. Des weiteren führen während des Betriebs des Ventils oder der Kraftstoffeinspritzeinrichtung Vibrationen und die axiale Bewegung des piezoelektrischen Stapels aufgrund von Wärmeausdehnungswirkungen und Verschleiß der Endkappen des piezoelektrischen Stapels nicht zur Beschädigung der Verbindungsleitungen, da sich die Verbindungsleitungen verbiegen können, um solche Vibrationen oder Bewegungen zu absorbieren.
Zweckmäßigerweise kann das Gehäuse aus einem Polymermaterial gebildet sein.
Vorzugsweise umfasst das Gehäuse einen dritten Gehäuseteil, in dem ein elektrischer Verbinder untergebracht ist, wobei der dritte Gehäuseteil mit dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil einstückig ausgebildet ist, wobei der elektrische Verbinder mit elektrischen Anschlüssen zur Verbindung mit den Verbindungsleitungen ausgestattet ist. Durch das einstückige Ausbilden des dritten Gehäuseteils für den elektrischen Verbinder mit dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil besteht kein Bedarf an einer zusätzlichen Abdichtung der elektrischen Anschlüsse mehr.
Der zweite Gehäuseteil kann ein Hülsenelement sein.
Das Stellantriebsgehäuse kann den piezoelektrischen Stapel enthalten.
Die Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren beschrieben, in denen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Stellantriebsgehäuses für einen piezoelektrischen Stellantrieb gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 eine schematische Ansicht einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem piezoelektrischen Stellantrieb, der innerhalb des in 1 gezeigten Stellantriebsgehäuses angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein Stellantriebsgehäuse, allgemein mit 10 bezeichnet, für eine piezoelektrische Stellantriebsanordnung mit einem piezoelektrischen Stapel 12 zur Verwendung bei der Steuerung des Betriebs eines Ventils einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die allgemein mit 13 bezeichnet ist, dargestellt. Das Gehäuse 10 umfasst einen Hülsenteil 14, innerhalb dessen der piezoelektrische Stapel 12 angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Stapel 12 an einem ersten bzw. einem zweiten Endelement 16, 18 anliegt und jedes Endelement 16, 18 eine Endfläche aufweist, die durch die offenen Enden des Hülsenteils 14 hindurchreicht. Vorzugsweise sind die Endelemente 16, 18 des piezoelektrischen Stapels 12 aus Stahl hergestellt und besitzen eine freiliegende Oberfläche von teilkugelförmiger Gestalt. Das erste Endelement 16 liegt an einem Anlageelement 20 an, das starr am Kraftstoffeinspritzventil-Körper 22 befestigt ist. Das zweite Endelement 18 kann derart an einem Kolbenelement 24 angreifen, dass im Betrieb eine Vergrößerung der axialen Länge des piezoelektrischen Stapels die Wirkung hat, dass das Endelement 18 dem Kolbenelement 24 eine Bewegung verleiht, wobei das Kolbenelement 24 den Fluiddruck innerhalb einer Steuerungskammer 24a steuert, die ihrerseits die Bewegung eines Überströmventilelements 26 zur Steuerung der Kraftstoffabgabe von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung steuert.
Wie gezeigt, sind die Endelemente 16, 18 von einer gewölbten oder ähnlichen Gestalt derart, dass der Stapel 12 während des Zusammenbaus eine Stellung einnehmen kann, die nicht genau parallel zur Achse der Einspritzeinrichtung sein muss, wodurch Herstellungstoleranzen ausgeglichen werden.
Im Betrieb wird die Erregung des piezoelektrischen Stapels 12 und damit die axiale Länge des Stapels durch Anlegen einer Spannung durch den Stapel 12 hindurch gesteuert. Der piezoelektrische Stapel 12 ist mit Verbindungsleitungen 28 ausgestattet, wobei ein Ende jeder Leitung 28 mit dem Stapel 12 verbunden ist und das andere Ende jeder Leitung 28 an elektrischen Anschlüssen 32 mit einem elektrischen Verbinder 30 verbunden ist. Der Verbinder 30 und die Anschlüsse 32 sind innerhalb eines Verbindergehäuseteils 34 untergebracht, der mit einem elastischen Halsteil 36 des Gehäuses 10 und mit dem Hülsenteil 14 einstückig ausgebildet ist. Die Verbindungsleitungen 28 sind innerhalb des Halsteils 36 derart angeordnet, dass während des Zusammenbaus und des Betriebs der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 13 ein gewissen Ausmaß an Verbiegen der Verbindungsleitungen 28 gestattet ist. Das Gehäuse 10 bildet deshalb ein dreiteiliges Gehäuse für den piezoelektrischen Stapel 12, die Verbindungsleitungen 28 und den elektrischen Verbinder 30, das den Hülsenteil 14, den flexiblen Halsteil 36 und den Verbindergehäuseteil 34 umfasst.
Das Gehäuse 10 kann unter Verwendung herkömmlicher Spritzgießtechniken, zweckmäßigerweise unter Verwendung einer Einzelschusstechnik aus einem Polymermaterial geformt werden. Während der Herstellung des Gehäuses 10 können die Endkappenelemente 16, 18 derart in dem Einspritzgießwerkzeug gehalten werden, dass sie frei von Polymermaterial bleiben, was ansonsten die axiale Steifigkeit des piezoelektrischen Stapels 12 verringern kann. Typischerweise kann das Material, aus dem das Gehäuse 10 geformt wird, ein Polymer mit mechanischen Eigenschaften ähnlich denjenigen von Nylon bei Raumtemperatur sein, jedoch mit besserer thermischer und chemischer Beständigkeit. Beispielsweise kann ein Flüssigkristallpolymermaterial verwendet werden.
Da der elektrische Verbindergehäuseteil 34 und der Hülsenteil 14 mittels des elastischen Halsteils 36 elastisch verbunden sind, kann der Verbinderteil 34, in dem der elektrische Verbinder untergebracht ist, robust in den Kraftstoffeinspritzeinrichtungskörper 22 geklemmt werden, ohne eine Beschädigung der Verbindungsleitungen 28 oder des piezoelektrischen Stapels 12 während des Zusammenbaus der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 13 zu verursachen, was sich aus der Tatsache ergeben könnte, dass der Stapel nicht genau parallel zu der Achse der Einspritzeinrichtung liegt. Des weiteren führt eine Verschiebung des piezoelektrischen Stapels 12 während seiner Betriebsdauer aufgrund eines Verschleißes der Oberflächen der Endkappenelemente 16, 18 oder aufgrund von thermischen Ausdehnungseffekten nicht dazu, dass die Verbindungsleitungen 28 oder die elektrischen Anschlüsse 32 beschädigt werden, da sich die Verbindungsleitungen 28 und der Halsteil 36 verbiegen können. Das Stellantriebsgehäuse 10 schafft auch den Vorteil, dass die elektrischen Anschlüsse 32 innerhalb des Verbindergehäuseteils 34 während der Formbildung des Gehäuses 10 abgedichtet sind. So müssen keine zusätzlichen Dichtungen an den elektrischen Anschlüssen vorgesehen werden.
Der Hülsenteil 14 bildet mit den Endkappenelementen 16, 18 zweckmäßigerweise eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung, wodurch der Stapel 12 und die dazugehörigen Leitungen und elektrischen Verbindungen gegenüber Kraftstoff oder anderen Fluiden isoliert sind.
Es ist ersichtlich, dass der Verbindergehäuseteil 34 nicht notwendigerweise einen Teil des Gehäuses 10 für den Stellantrieb bilden muss, wobei die Verbindungsleitungen 28, die innerhalb des flexiblen Halsteils 36 geformt sind, zur Verbindung mit elektrischen Anschlüssen eines externen elektrischen Verbinders aus dem Gehäuse 10 herausstehen.
Es ist in Betracht zu ziehen, dass der flexible Halsteil in der Nähe des Endes des Hülsenteils 14, in dem das im Betrieb bezüglich seiner Stellung fixierte Endelement untergebracht ist, mit dem Hülsenteil verbunden ist, wodurch der Grad, um den sich der Halsteil 36 im Betrieb verbiegen muss, verringert wird.
Obgleich die vorstehende Beschreibung auf die Verwendung der Erfindung bei einem Überströmventil für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gerichtet ist, sollte klar sein, dass die Erfindung zur Verwendung in anderen Anwendungen, beispielsweise einem Spritzverstell-Steuerungsventil geeignet ist.

Claims

Stellantriebs-Gehäuse (10) für eine piezoelektrische Stellantriebsanordnung mit einem piezoelektrischen Stapel (12), wobei das Gehäuse (10) einen ersten Gehäuseteil (36) für elektrisch mit dem piezoelektrischen Stapel (12) verbundene Verbindungsleitungen (28) und einen zweiten Gehäuseteil (14) für den piezoelektrischen Stapel (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Gehäuseteil (36, 14) integral geformt und aus einem Material gebildet sind, das das Verbiegen oder Verwinden des ersten Gehäuseteils (14) und der Verbindungsleitungen (28) erlaubt.
Stellantriebs-Gehäuse nach Anspruch 1, worin das Gehäuse (10) aus einen Polymermaterial gebildet ist.
Stellantriebs-Gehäuse nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Gehäuse (10) weiterhin einen dritten Gehäuseteil (34) umfasst, der einen elektrischen Verbinder (30) beherbergt, wobei der dritte Gehäuseteil (34) mit dem ersten und mit dem zweiten Gehäuseteil (36, 14) integral geformt ist und der elektrische Verbinder (30) mit elektrischen Anschlüssen (32) zum Anschließen der Verbindungsleitungen (28) ausgestattet ist.
Stellantriebs-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der zweite Gehäuseteil ein Hülsenelement (14) ist.
Stellantriebs-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der erste Gehäuseteil die Form eines biegsamen Hals- oder Zapfenteils (36) besitzt.
Stellantriebs-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend einen piezoelektrischen Stapel.
Kraftstoffeinspritzventil, umfassend eine piezoelektrische Stellantriebsordnung, wobei das Kraftstoffeinspritzventil ein Stellantriebs-Gehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.