WO2006072509A1 - Stellantrieb zur betätigung eines kraftstoffeinspritzventils - Google Patents

Stellantrieb zur betätigung eines kraftstoffeinspritzventils Download PDF

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WO2006072509A1
WO2006072509A1 PCT/EP2005/056239 EP2005056239W WO2006072509A1 WO 2006072509 A1 WO2006072509 A1 WO 2006072509A1 EP 2005056239 W EP2005056239 W EP 2005056239W WO 2006072509 A1 WO2006072509 A1 WO 2006072509A1
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actuator
ventilation
opening
housing
actuator according
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PCT/EP2005/056239
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English (en)
French (fr)
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Tim Bohlmann
Stefan Kohn
Klaus Plecher
Michael Denzler
Andreas Voigt
Claus Zumstrull
Original Assignee
Siemens Vdo Automotive Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Definitions

  • the present invention relates to an actuator for actuating a fuel injection valve according to the preamble of claim 1, in particular for use as a component of a fuel injector of an internal combustion engine.
  • Such an actuator is known for example from DE 198 58 085 Cl and comprises an elongate piezoelectric actuator whose resulting change in length in the axial direction is transmitted to a hydraulic servo valve of a fuel injector.
  • a bottom plate of the piezoelectric actuator via a lever translator with an axially guided valve piston of the servo valve in operative connection.
  • the transmitted from the piezoelectric actuator by means of the lever translator on the valve piston movement is used in Kraftstoffinj ector for opening and closing a fuel injection valve.
  • An essential advantage of the use of a servo-injection valve actuated by means of a piezoelectric actuator is that with a comparatively small stroke (in the ⁇ m range) of the piezoelectric actuator, a stroke of the injection valve body which is independent of it and generally many times greater can be achieved (hydraulic stroke ratio).
  • an actuator with comparatively small stroke and comparatively low actuator force is sufficient.
  • actuators have a limited life. It has been found that this lifetime depends on the installation environment of the actuator. In particular, it is to be assumed that in the presence of fuel such as diesel or gasoline or lubricants such as the engine oil of an internal combustion engine in the installation environment, the life is shortened due to penetration of these "harmful" media in the housing interior.
  • the actuator housing arrangement in the case of the actuator according to the invention, provision is made for the actuator housing arrangement to be provided in the area surrounded by the plastic extrusion with a ventilation opening in which a ventilation element formed from microporous material is arranged. This creates a ventilation passage extending through the actuator housing arrangement, via which pressure-compensating gas exchange is made possible between the actuator housing interior (actuator chamber) and the outside of the actuator (installation environment or atmosphere).
  • the invention provides a pressure-compensating gas exchange connection between the housing interior and the atmosphere to a significant extension of the life.
  • the mechanism of action of the invention is not very clear.
  • One possible explanation is that, in the case of a hermetically sealed housing under certain operating conditions, a negative pressure develops in the interior of the housing (eg due to temperature fluctuations), through which harmful media pass through the seal, which in practice is not absolutely hermetically sealed, into the housing interior can reach.
  • Other possible explanations are, for example, that after the production of a hermetically sealed actuator, the concentration of any life-shortening gas in the interior of the housing increases or decreases. that a filling of the housing interior, which resembles the atmospheric air, has a positive effect on the service life.
  • a head plate fixed in the axial direction and provided with passages for the passage of contact pins of the piezoactuator, on which a first end of the piezoactuator is supported, - The acting in the axial direction piezoelectric actuator, and
  • a bottom plate movably guided in the axial direction, on which a second end of the piezoelectric actuator is axially supported and which can be brought into operative connection with an actuator of the fuel injection valve.
  • the top plate can in this case be used at one axial end of the sleeve-shaped housing and welded or caulked thereto.
  • Within the actuator space between the top plate and the bottom plate of the piezoelectric actuator may be held under axial compression bias in an axially elongated tube spring, which is welded to its two ends to the top plate and the bottom plate.
  • the bottom plate may be formed as part of an operative connection to an actuator of the fuel injection valve. In this area, the sealing of the actuator chamber in a conventional manner by a welded between the inner wall of the sleeve-shaped housing and the bottom plate membrane.
  • the plastic encapsulation does not only partially encase the sleeve-shaped actuator housing but also covers it, preferably integrally connected, also a connection-side end of the actuator housing arrangement.
  • the housing of a connector which can be used for the electrical connection of the actuator can be provided with such a plastic extrusion known per se.
  • the ventilation opening viewed over its length, has a varying opening area, that is to say, for example, a taper and / or one or more steps, this can be of particular advantage for the assembly or assembly. a compression of the ventilation element or. a composite of the ventilation element and a support member.
  • the opening area of the ventilation opening increases abruptly at a transition from the actuator housing to the plastic extrusion.
  • the heel formed within the ventilation opening can be advantageously used as a contact surface for the ventilation element or. use for other components that are to be inserted from the outside of the Aktorgephinus Aunt in the vent. These further components may be, for example, a sealing ring, which will be described below, or a ventilation element carrier which will be described below.
  • At least one sealing ring is preferably provided for the annular circumferential sealing of a through the
  • Such a sealing ring for example, sealingly abut on the one hand on the material of the sleeve-shaped actuator housing and on the other hand on the ventilation element or a ventilation element carrier sealingly connected thereto.
  • the space created in the area of the plastic extrusion by the larger opening diameter can be used to receive such a sealing ring, which then seals against the outer lateral surface of the sleeve-shaped Actuator housing can rest.
  • this sealing ring can then on the venting element or. abut sealingly connected thereto a ventilation element carrier.
  • the sealing ring is preferably pressed in the ventilation opening, for example in order to improve its sealing effect.
  • the ventilation element is connected annularly circumferentially with a sleeve-shaped ventilation element carrier.
  • An immediate and sealing connection can be achieved, for example, by welding or gluing.
  • the use of a ventilation element carrier has two significant advantages: On the one hand, mechanical loading of the ventilation element can thereby be reduced or avoided, which is particularly the case with a mechanically sensitive and / or relatively small or. thin dimensioned ventilation element is significant.
  • the materials for the ventilation element and for the ventilation element carrier can thus be selected independently of one another and thus optimized for their respective function.
  • the ventilation element is preferably formed from ePTFE (expanded polytetrafluoroethylene). This material has proved to be very advantageous in order to prevent "harmful media” such as fuel (diesel, gasoline, etc.) or lubricants (eg engine oil) from entering the actuator chamber and at the same time volatile substances from the actuator chamber and Air or Allow oxygen to diffuse into the actuator room.
  • ePTFE expanded polytetrafluoroethylene
  • lubricants eg engine oil
  • Other microporous materials useful herein are well known to those skilled in the art and therefore need no further explanation.
  • the ventilation element can, for. B. be substantially disc-shaped (eg., As a membrane) to be formed. Such a ventilation disc or. Membrane may be inserted into the vent, for example, by a press-fitting around it.
  • the ventilation element may be connected in an annular manner with a sleeve-shaped ventilation element carrier, whose outer circumference sealingly bears against the inner circumference of the ventilation opening
  • a preferred use of the actuator according to the invention results for the piezoelectric actuator of a fuel injector of an internal combustion engine, in which the fuel injector and at least one further component of a fuel injector are arranged substantially completely within an engine block assembly of the internal combustion engine.
  • engine block assembly here refers to the entirety of the engine lubricating oil-containing components, ie the "engine block” in the strict sense and attachments (such as a cylinder head cover, etc.), in which the lubricating oil is pumped or lubricated or (back) out .
  • "harmful media” such as oil and / or fuel into the interior of an injector housing or housing. in the actuator room.
  • This problem arises z. B. in particular for diesel engines with accumulator injection system (for example "common rail") with injection components lying inside the cylinder head cover.
  • a similar problem namely the risk of water being introduced, also arises in the case of an injection system arranged outside an engine block assembly. facility, z. B. in off-road vehicles whose engine must be partially or completely submerged in the short term.
  • Fig. 1 is a side view of an actuator in a stage of production in which a ventilation opening is already formed, but still to be provided with internals,
  • Fig. 2 shows the actuator of FIG. 1 after inserting a sealing ring in the ventilation opening
  • Fig. 3 shows the actuator according to FIG. 2 after placing a ventilation element carrier
  • Fig. 4 is a sectional view taken along the line IV / IV in FIG.
  • Fig. 5 shows the actuator according to FIG. 3 after welding a ventilation element.
  • Fig. Figure 1 shows an actuator generally designated 10 for actuating a fuel injector (not shown).
  • the actuator 10 forms together with this fuel injection valve a Kraftstoffinj ector for an internal combustion engine and is used for controlled opening and closing of the connected via a mechanical operative connection with the actuator injection valve during operation of the internal combustion engine.
  • the actuator 10 comprises a piezoelectric actuator (not shown) which is enclosed in an actuator housing arrangement 12, of which in the figure is a sleeve-shaped actuator housing 14 which is elongated in an axial direction A and made of metal (eg Invar) a plastic extrusion 16 can be seen.
  • the plastic extrusion coating 16 encloses an upper (connection-side) region of the actuator housing 14 and at the same time forms an upper (connection-side) end of the actuator housing arrangement 12.
  • the plastic extrusion coating 16 encloses a so-called contact assembly arranged at the upper end of the actuator housing 14, by means of which two contact pins of the piezoactuator guided through a sealed head arrangement are electrically connected to two connecting pins of a connector 18.
  • the fuel injector can be connected to the connector 18 for activation with an external line arrangement (for example, a wiring harness in a motor vehicle).
  • An in Fig. 1 right portion of the plastic extrusion 16 in this case forms a housing for the connector 18th
  • a special feature of the illustrated actuator 10 is that the actuator housing assembly 12 is provided in the shrouded area with a vent opening 20, in which in the manner described below, a ventilation element 22 formed from microporous material (FIG. 4) is integrated.
  • the ventilation element is used in conjunction with the ventilation opening 20 to create a leading from the outside of the actuator 10 in the actuator compartment ventilation passage through which a gas exchange can take place, liquids such.
  • B. Engine oil can be prevented from advancing to the actuator space.
  • the inner end of the ventilation opening 20 opens directly into the actuator space of the actuator 10 provided for receiving the piezoelectric actuator.
  • the opening area of the ventilation opening 20 increases abruptly at a transition from the actuator housing 14 to the plastic extrusion 16.
  • the ventilation opening 20 is formed as a bore 20-1 with a uniform, relatively small diameter, whereas in the area of the plastic extrusion 16, the ventilation opening 20 is formed as a stepped bore 20-2 with comparatively large diameters, in which the bore diameter increases again leaps outwards.
  • an elastomeric sealing ring 24 is first inserted from outside into the ventilation opening 20 so that it is received in the smaller diameter section of the stepped bore 20-2 and on an outer lateral surface of the actuator housing 14 around the outer mouth of the bore 20 -1 comes around (see Fig. 4).
  • the ventilation element carrier 26 has a disc-like portion and an adjoining cylindrical portion and, as shown in FIG. 4, with the cylindrical section in front in the ventilation opening 20 inserted such that an outer periphery of the cylindrical portion sealingly comes to rest on an inner periphery of the sealing ring 24.
  • the ventilation element 22 designed as a disc-shaped ePTFE membrane is placed on the outer flat side of the ventilation element carrier 26 and welded circumferentially to the ventilation element carrier 26 at its edge.
  • the situation after attachment of the venting element 22 is shown in FIGS. 4 and 5 shown.
  • a prefabricated assembly of ventilation elements Pre-fabricated ment and ventilation element carrier and used as a whole in the ventilation opening.
  • FIG. 4 and 5 In the finished state of FIG. 4 and 5 extends through the center of the ventilation opening 20 and the ventilation element 22 passing through the ventilation passage which is annularly circumferentially sealed by the sealing ring 24 and the welding between the venting element 22 and the ventilation element support 26.
  • the ventilation element carrier 26 connected to the plastic material by welding (or, for example, bonding) in this case presses the sealing ring 24 against the outside of the actuator housing 14, so that the sealing ring 24 is clamped between the actuator housing 14 and the ventilation element carrier 26.
  • This also results in a tight contact of the sealing ring material on the outer circumference of the cylindrical portion and / or on the inner flat side of the disc-shaped portion of the ventilation element carrier 26.
  • the sealing engagement of the sealing ring 24 takes place on the cylindrical portion of the ventilation element carrier 26 already a suitably sized interference fit between the sealing ring 24 and the ventilation element carrier 26, which is only reinforced by the pressure load.

Abstract

Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils, umfassend einen Piezoaktor, der in einer Aktorgehäuseanordnung (14, 16) eingeschlossen ist, die ein hülsenförmiges, in einer Axialrichtung (A) langgestrecktes und wenigstens bereichsweise mit einer Kunststof fumspritzung (16) ummanteltes Aktorgehäuse (14) aufweist, wobei die Aktorgehäuseanordnung (14, 16) im ummantelten Bereich mit einer Belüftungsöffnung (20) versehen ist, in welcher ein aus mikroporösem Material gebildetes Belüftungselement . (22) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , insbesondere zur Verwendung als Komponente eines Kraftstoffinj ektors einer Brennkraftmaschine .
Ein derartiger Stellantrieb ist beispielsweise aus der DE 198 58 085 Cl bekannt und umfasst einen länglichen piezoelektrischen Aktor, dessen bei Ansteuerung resultierende Längenänderung in Axialrichtung auf ein hydraulisches Servoventil eines Kraftstoffinj ektors übertragen wird. Hierzu steht eine Boden- platte des Piezoaktors über einen Hebelübersetzer mit einem axial geführten Ventilkolben des Servoventils in Wirkverbindung . Die vom Piezoaktor mittels des Hebelübersetzers auf den Ventilkolben übertragene Bewegung wird im Kraftstoffinj ektor zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoff-Einspritzventils genutzt .
Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung eines mittels eines piezoelektrischen Aktors betätigten Servoeinspritzventils ist es , dass mit einem vergleichsweise kleinen Hub (im μm- Bereich) des Piezoaktors ein davon unabhängiger, in der Regel um ein Vielfaches größerer Hub des Einspritzventilkörpers erzielt werden kann (Hydraulische Hubübersetzung) . Zudem ergibt sich hierbei der Vorteil, dass die Bewegung des Einspritzventilkörpers zum Öffnen und Schließen der Einspritzpassage durch den Druck des Kraftstoffs getrieben wird, der zu Zwecken der Einspritzung in die Brennkammer ohnehin unter vergleichsweise großem Druck stehend im Bereich des Einspritzventils bereitsteht . Für die Ansteuerung des Einspritzventils genügt daher ein Aktor mit vergleichsweise geringem Hub und vergleichsweise geringer Aktorkraft .
Derartige Stellantriebe besitzen j edoch eine begrenzte Le- bensdauer . Es hat sich herausgestellt, dass diese Lebensdauer von der Installationsumgebung des Stellantriebs abhängt . Insbesondere ist anzunehmen, dass bei Vorhandensein von Kraftstoff wie Diesel oder Benzin oder Schmierstoffen wie dem Mo- toröl einer Brennkraftmaschine in der Installationsumgebung die Lebensdauer auf Grund eines Eindringens dieser "schädlichen" Medien in den Gehäuseinnenraum verkürzt wird.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stellantrieb der eingangs genannten Art hinsicht- lieh seiner Lebensdauer zu verbessern .
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Stellantrieb nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung .
Bei dem erfindungsgemäßen Stellantrieb ist vorgesehen, dass die Aktorgehäuseanordnung in dem mit der Kunststoffumsprit- zung ummantelten Bereich mit einer Belüftungsöffnung versehen ist, in welcher ein aus mikroporösem Material gebildetes Be- lüftungselement angeordnet ist . Damit wird eine durch die Aktorgehäuseanordnung hindurch verlaufende Belüftungspassage geschaffen, über welche ein druckausgleichender Gasaustausch zwischen dem Aktorgehäuseinnenraum (Aktorraum) und der Außenseite des Stellantriebs (Installationsumgebung bzw . Atmosphä- re) ermöglicht wird.
Bei internen betrieblichen Versuchen der Anmelderin hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Anordnung eines piezokeramischen Bauteils wie dem hier interessierenden Pie- zoaktor in einem "möglichst hermetisch" abgedichteten Gehäuse in einer schädliche Medien aufweisenden Installationsumgebung die Lebensdauer des Bauteils in der Praxis nicht verlängert sondern tendenziell sogar eher verkürzt .
Demgegenüber führt die erfindungsgemäße Schaffung einer Druck ausgleichenden Gasaustauschverbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Atmosphäre zu einer erheblichen Verlängerung der Lebensdauer .
Der Wirkmechanismus der Erfindung ist nicht ganz klar . Eine mögliche Erklärung besteht darin, dass bei einem möglichst hermetisch abgedichteten Gehäuse unter bestimmten Betriebsbe- dingungen ein Unterdruck im Gehäuseinnenraum entsteht (z . B . durch Temperaturschwankungen) , durch welchen schädliche Medien durch die in der Praxis nicht absolut hermetisch auszubildende Abdichtung hindurch in den Gehäuseinnenraum gelangen können . Andere mögliche Erklärungen bestehen beispielsweise darin, dass sich nach der Fertigung eines hermetisch abgeschlossenen Stellantriebs die Konzentration irgendeines die Lebensdauer verkürzenden Gases im Gehäuseinnenraum erhöht bzw . dass eine der atmosphärischen Luft ähnelnde Füllung des Gehäuseinnenraums eine positive Wirkung auf die Lebensdauer besitzt .
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem hülsen- förmigen Aktorgehäuse angeordnet ist :
- eine in Axialrichtung festgelegte und mit Durchtrittsöffnungen zum Durchtritt von Kontaktstiften des Piezoaktors versehene Kopfplatte, an welcher sich ein erstes Ende des Piezoaktors abstützt, - der in Axialrichtung wirkende Piezoaktor, und
eine in Axialrichtung bewegbar geführte Bodenplatte, an welcher sich ein zweites Ende des Piezoaktors axial abstützt und welche in Wirkverbindung mit einem Stellglied des Kraftstoffeinspritzventils bringbar ist .
Die Kopfplatte kann hierbei an einem axialen Ende des hülsen- förmigen Gehäuses eingesetzt und mit diesem verschweißt oder verstemmt sein . Innerhalb des Aktorraums zwischen der Kopfplatte und der Bodenplatte kann der Piezoaktor unter axialer Druckvorspannung in einer axial langgestreckten Rohrfeder gehalten sein, die zu ihren beiden Enden mit der Kopfplatte und der Bodenplatte verschweißt ist . Die Bodenplatte kann als Teil einer zu einem Stellglied des Kraftstoffeinspritzventils hin wirkenden Wirkverbindung ausgebildet sein . In diesem Bereich kann die Abdichtung des Aktorraums in an sich bekannter Weise durch eine zwischen der Innenwandung des hülsenförmigen Gehäuses und der Bodenplatte eingeschweißten Membran erfolgen .
Bevorzug ummantelt die Kunststoffumspritzung nicht nur bereichsweise das hülsenförmige Aktorgehäuse sondern überdeckt diese, bevorzugt einstückig zusammenhängend, auch ein an- schlussseitiges Ende der Aktorgehäuseanordnung .
Mit einer solchen an sich bekannten Kunststoffumspritzung kann beispielsweise das Gehäuse eines zum elektrischen An- Schluss des Stellantriebs verwendbaren Steckverbinders bereitgestellt werden . Wenn die Belüftungsöffnung über deren Länge betrachtet eine variierende Öffnungsfläche besitzt, also beispielsweise eine Verjüngung und/oder eine oder mehrere Stufen, so kann dies insbesondere von Vorteil für die Montage bzw . eine Verpres- sung des Belüftungselements bzw . eines Verbunds aus dem Belüftungselement und einem Trägerteil sein . In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Öffnungsfläche der Belüftungsöffnung sich an einem Übergang vom Aktorgehäuse zur Kunststoffumspritzung sprunghaft vergrößert . Der damit gebildete Absatz innerhalb der Belüftungsöffnung lässt sich vorteilhaft als Anlagefläche für das Belüftungselement bzw . für weitere Komponenten nutzen, die von der Außenseite der Aktorgehäuseanordnung in die Belüftungsöffnung einzufügen sind. Bei diesen weiteren Komponenten kann es sich beispielsweise um einen nachfolgend noch beschriebenen Dichtring oder einen nachfolgend noch beschriebenen Belüftungselementträger handeln .
Bevorzugt ist in der Belüftungsöffnung wenigstens ein Dicht- ring zur ringförmig umlaufenden Abdichtung einer durch das
Zentrum der Belüftungsöffnung und das Belüftungselement hindurchgehenden Belüftungspassage angeordnet . Ein solcher Dichtring kann beispielsweise einerseits an dem Material des hülsenförmigen Aktorgehäuses und andererseits an dem Belüf- tungselement oder einem dichtend damit verbundenen Belüftungselementträger dichtend anliegen .
Wenn die oben erwähnte sprunghafte Vergrößerung der Öffnungsfläche am Übergang vom Aktorgehäuse zur Kunststoffumspritzung vorgesehen ist, so kann der im Bereich der Kunststoffumspritzung durch den größeren Öffnungsdurchmesser geschaffene Raum zur Aufnahme eines solchen Dichtrings genutzt werden, der dann dichtend an der äußeren Mantelfläche des hülsenförmigen Aktorgehäuses anliegen kann . Andererseits kann dieser Dichtring dann an dem Belüftungselement bzw . einem damit dichtend verbundenen Belüftungselementträger dichtend anliegen .
Bevorzugt ist der Dichtring in der Belüftungsöffnung ver- presst, etwa um dessen Dichtwirkung zu verbessern .
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Belüftungselement ringförmig umlaufend mit einem hülsenförmigen Belüf- tungselementträger verbunden ist . Eine unmittelbare und dichtende Verbindung lässt sich hierbei beispielsweise durch eine Verschweißung oder Verklebung erreichen . Die Verwendung eines Belüftungselementträgers besitzt zwei wesentliche Vorteile : Zum einen kann damit eine mechanische Belastung des Belüf- tungselements vermindert oder vermieden werden, was insbesondere bei einem mechanisch empfindlichen und/oder vergleichsweise klein bzw . dünn dimensionierten Belüftungselement bedeutsam ist . Zum anderen können damit die Materialien für das Belüftungselement und für den Belüftungselementträger unab- hängig voneinander und somit für ihre j eweilige Funktion optimiert gewählt werden .
Bevorzugt ist das Belüftungselement aus ePTFE (expandiertes Polytetrafluorethylen) gebildet . Dieses Material hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, um damit "schädliche Medien" wie Kraftstoff (Diesel, Benzin, etc . ) oder Schmierstoffe (z . B . Motoröl) am Eindringen in den Aktorraum zu hindern und gleichzeitig flüchtige Stoffe aus dem Aktorraum heraus und Luft bzw . Sauerstoff in den Aktorraum hinein defundieren zu lassen . Andere hier verwendbare mikroporöse Materialien sind dem Fachmann wohlbekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung . Das Belüftungselement kann z . B . im Wesentlichen scheibenförmig (z . B . als Membran) ausgebildet sein . Eine derartige Belüftungsscheibe bzw . -Membran kann beispielsweise durch eine ringsherum abdichtende Presspassung in die Belüftungsöffnung eingefügt sein . Alternativ kann das Belüftungselement ringförmig umlaufend mit einem hülsenförmigen Belüftungselementträger verbunden sein, dessen Außenumfang dichtend am Innenumfang der Belüftungsöffnung anliegt .
Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Stellantriebs ergibt sich für den Piezoaktors eines Kraftstoffinj ek- tors einer Brennkraftmaschine, bei welcher der Kraftstoffinj ektor und wenigstens eine weitere Komponente einer Kraft- stoffeinspritzeinrichtung im Wesentlichen vollständig inner- halb einer Motorblockbaugruppe der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Damit ist insbesondere der Fall gemeint, in welchem Komponenten der Einspritzeinrichtung innerhalb der Motorblockbaugruppe untergebracht sind, die ohne Einschränkung ihrer Funktion auch außerhalb derselben angeordnet werden könnten . Der Begriff "Motorblockbaugruppe" bezeichnet hierbei die Gesamtheit der Motorschmieröle enthaltenden Komponenten, also den "Motorblock" im engeren Sinne und Anbauteile (wie z . B . einen Zylinderkopfdeckel etc . ) , in denen das Schmieröl gepumpt wird oder schmiert oder (zurück) geführt wird. Bei einer solchen Motorkonstruktion besteht eine erhöhte Gefahr eines Eintrags von "schädlichen Medien" wie Öl und/oder Kraftstoff in den Innenraum eines Inj ektorgehäuses bzw . in den Aktorraum. Diese Problematik ergibt sich z . B . insbesondere für Dieselmotoren mit Speichereinspritzsystem (z . B . "common rail" ) mit innerhalb des Zylinderkopfdeckeis liegenden Einspritzkomponenten . Eine ähnliche Problematik, nämlich die Gefahr eines Eintrags von Wasser, ergibt sich auch bei einer außerhalb einer Motorblockbaugruppe angeordneten Einspritz- einrichtung, z . B . bei Geländefahrzeugen, deren Motor kurzfristig teilweise oder ganz unter Wasser betrieben werden muss .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben . Es stellen dar :
Fig . 1 eine Seitenansicht eines Stellantriebs in einem Stadium der Fertigung, bei welchem eine Belüftungsöffnung bereits ausgebildet, j edoch noch mit Einbauten zu versehen ist,
Fig . 2 zeigt den Stellantrieb von Fig . 1 nach dem Ein- setzen eines Dichtrings in die Belüftungsöffnung,
Fig . 3 zeigt den Stellantrieb gemäß Fig . 2 nach dem Aufsetzen eines Belüftungselementträgers ,
Fig . 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie IV/IV in
Fig . 5, und
Fig . 5 zeigt den Stellantrieb gemäß Fig . 3 nach dem Aufschweißen eines Belüftungselements .
Fig . 1 zeigt einen insgesamt mit 10 bezeichneten Stellantrieb zur Betätigung eines (nicht dargestellten) Kraftstoffeinspritzventils . Der Stellantrieb 10 bildet zusammen mit diesem Kraftstoffeinspritzventil einen Kraftstoffinj ektor für eine Brennkraftmaschine und dient zum angesteuerten Öffnen und Schließen des über eine mechanische Wirkverbindung mit dem Stellantrieb verbundenen Einspritzventils im Betrieb der Brennkraftmaschine . Der Stellantrieb 10 umfasst einen (nicht dargestellten) Pie- zoaktor, der in einer Aktorgehäuseanordnung 12 eingeschlossen ist, von der in der Figur ein hülsenförmiges , in einer Axial- richtung A langgestrecktes und aus Metall (z . B . Invar) gefertigtes Aktorgehäuse 14 sowie eine Kunststoffumspritzung 16 zu sehen ist .
Die Kunststoffumspritzung 16 ummantelt einen oberen (an- schlussseitigen) Bereich des Aktorgehäuses 14 und bildet gleichzeitig ein oberes (anschlussseitiges ) Ende der Aktorgehäuseanordnung 12.
In an sich bekannter Weise umhüllt die Kunststoffumspritzung 16 eine am oberen Ende des Aktorgehäuses 14 angeordnete, so genannte Kontaktbaugruppe, mittels welcher zwei durch eine abgedichtete Kopfanordnung hindurch geführte Kontaktstifte des Piezoaktors elektrisch mit zwei Anschlussstiften eines Steckverbinders 18 verbunden sind. Mit dem Steckverbinder 18 kann der Kraftstoffinj ektor zur Ansteuerung an eine externe Leitungsanordnung (z . B . Kabelbaum in einem Kraftfahrzeug) angeschlossen werden . Ein in Fig . 1 rechter Abschnitt der Kunststoffumspritzung 16 bildet hierbei ein Gehäuse für den Steckverbinder 18.
Was den inneren Aufbau des Stellantriebs 10 bzw . des damit gebildeten Kraftstoffinj ektors anbelangt, so ist dieser Aufbau von an sich bekannter Art und im Rahmen der Erfindung von nebengeordneter Bedeutung . Zum Aufbau von Kraftstoffinj ekto- ren der hier interessierenden Art wird lediglich beispielhaft auf die DE 199 56 256 B4 und die DE 100 07 175 Al verwiesen . Eine Möglichkeit zur Abdichtung der Kontaktstifte des Piezoaktors ist beispielsweise in der DE 102 51 225 Al beschrie- ben . Zur Gestaltung der Kontaktbaugruppe wird ebenfalls lediglich beispielhaft auf die DE 198 44 743 Cl und die DE 199 40 347 Al verwiesen .
Eine Besonderheit des dargestellten Stellantriebs 10 ist es , dass die Aktorgehäuseanordnung 12 im ummantelten Bereich mit einer Belüftungsöffnung 20 versehen ist, in welcher in nachfolgend noch beschriebener Weise ein aus mikroporösem Material gebildetes Belüftungselement 22 (Fig . 4 ) integriert wird. Das Belüftungselement dient in Verbindung mit der Belüftungsöffnung 20 dazu, eine von der Außenseite des Stellantriebs 10 in den Aktorraum führende Belüftungspassage zu schaffen, durch welche hindurch ein Gasaustausch stattfinden kann, Flüssigkeiten wie z . B . Motoröl j edoch an einem Vordringen zum Aktorraum gehindert werden .
Das innere Ende der Belüftungsöffnung 20 mündet unmittelbar im zur Aufnahme des Piezoaktors vorgesehenen Aktorraum des Stellantriebs 10.
Die Anordnung bzw . Integration des Belüftungselements 22 bei der Stellantriebsmontage wird nachfolgend anhand der Fig . 2 bis 5 erläutert .
Aus der Schnittdarstellung nach Fig . 4 ist ersichtlich, dass die Öffnungsfläche der Belüftungsöffnung 20 sich an einem Ü- bergang vom Aktorgehäuse 14 zur Kunststoffumspritzung 16 sprunghaft vergrößert . Im Bereich des metallischen Aktorgehäuses 14 ist die Belüftungsöffnung 20 als Bohrung 20-1 mit einheitlichem, vergleichsweise kleinem Durchmesser ausgebildet, wohingegen im Bereich der Kunststoffumspritzung 16 die Belüftungsöffnung 20 als eine Stufenbohrung 20-2 mit vergleichsweise großen Durchmessern ausgebildet ist, bei welcher sich der Bohrungsdurchmesser nach außen hin nochmals sprunghaft vergrößert .
Ausgehend von der in Fig . 1 dargestellten Situation wird zu- nächst ein Dichtring 24 aus Elastomer von außen in die Belüftungsöffnung 20 eingesetzt, so dass dieser in den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser der Stufenbohrung 20-2 aufgenommen und an einer äußeren Mantelfläche des Aktorgehäuses 14 um die äußere Mündung der Bohrung 20-1 herum zur Anlage kommt (vgl . Fig . 4 ) .
Sodann wird ein hülsenförmiger und aus Kunststoff gebildeter Belüftungselementträger 26 in die Belüftungsöffnung 20 eingesetzt und an seinem Rand umlaufend mit der Kunststoffumsprit- zung 16 verschweißt . Diese Situation nach dem Einsetzen des Belüftungselementträgers 26 ist in Fig . 3 dargestellt . Der Belüftungselementträger 26 besitzt einen scheibenartigen Abschnitt sowie einen sich daran anschließenden zylindrischen Abschnitt und ist, wie in Fig . 4 ersichtlich, mit dem zylind- rischen Abschnitt voran in die Belüftungsöffnung 20 derart eingesetzt, dass ein Außenumfang des zylindrischen Abschnitts dichtend zur Anlage an einem Innenumfang des Dichtrings 24 kommt .
Abschließend wird das als scheibenförmige ePTFE-Membran ausgebildete Belüftungselement 22 auf die äußere Flachseite des Belüftungselementträgers 26 aufgesetzt und an seinem Rand umlaufend mit dem Belüftungselementträger 26 verschweißt . Die Situation nach Anbringung des Belüftungselements 22 ist in den Fig . 4 und 5 dargestellt .
Bevorzugt und abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine vorgefertigte Baueinheit aus Belüftungsele- ment und Belüftungselementträger vorgefertigt und als Ganzes in die Belüftungsöffnung eingesetzt .
Im fertiggestellten Zustand nach Fig . 4 und 5 verläuft eine durch das Zentrum der Belüftungsöffnung 20 und das Belüftungselement 22 hindurchgehende Belüftungspassage, die durch den Dichtring 24 und die Verschweißung zwischen dem Belüftungselement 22 und dem Belüftungselementträger 26 ringförmig umlaufend abgedichtet ist . Der mit dem Kunststoffmaterial durch eine Verschweißung (oder z . B . Verklebung) verbundene Belüftungselementträger 26 drückt hierbei den Dichtring 24 gegen die Außenseite des Aktorgehäuses 14 , so dass der Dichtring 24 zwischen dem Aktorgehäuse 14 und dem Belüftungselementträger 26 eingeklemmt ist . Dadurch kommt es ebenfalls zu einer dichten Anlage des Dichtringmaterials am Außenumfang des zylindrischen Abschnitts und/oder an der inneren Flachseite des scheibenförmigen Abschnitts des Belüftungselementträgers 26. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die dichtende Anlage des Dichtrings 24 an dem zylindrischen Ab- schnitt des Belüftungselementträgers 26 bereits durch eine geeignet bemessene Presspassung zwischen Dichtring 24 und Belüftungselementträger 26, die durch die Druckbelastung lediglich noch verstärkt wird.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es denkbar, mehrere Belüftungsöffnungen mit j eweils einem darin integrierten Belüftungselement vorzusehen . Auch sind Modifikationen an den in der Belüftungsöffnung eingesetzten Komponenten denkbar . Beispielsweise könnte ein Belüftungselement zwi- sehen zwei Dichtringen der beschriebenen Art eingeklemmt sein oder könnte die Verbindung zwischen dem Belüftungselementträger und der Kunststoffumspritzung durch eine Verrastung realisiert sein .

Claims

Patentansprüche
1. Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzven- tils , umfassend einen Piezoaktor, der in einer Aktorge- häuseanordnung (12 ) eingeschlossen ist, die ein hülsen- förmiges , in einer Axialrichtung (A) langgestrecktes und wenigstens bereichsweise mit einer Kunststoffumspritzung (16) ummanteltes Aktorgehäuse (14 ) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aktorgehäusea- nordnung (12 ) im ummantelten Bereich mit einer Belüftungsöffnung (20 ) versehen ist, in welcher ein aus mikroporösem Material gebildetes Belüftungselement (22 ) angeordnet ist .
2. Stellantrieb nach Anspruch 1 , wobei in dem hülsenförmigen Aktorgehäuse (14 ) angeordnet ist :
eine in Axialrichtung (A) festgelegte und mit Durchtrittsöffnungen zum Durchtritt von Kontaktstiften des Piezoaktors versehene Kopfplatte, an welcher sich ein erstes Ende des Piezoaktors abstützt,
- der in Axialrichtung wirkende Piezoaktor, und
- eine in Axialrichtung bewegbar geführte Bodenplatte, an welcher sich ein zweites Ende des Piezoaktors axial abstützt und welche in Wirkverbindung mit einem Stellglied des Kraftstoffeinspritzventils bringbar ist .
3. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffumspritzung (16) ein anschlussseitiges Ende der Aktorgehäuseanordnung (12 ) überdeckt oder ausbildet .
4. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Öffnungsfläche der Belüftungsöffnung (20 ) sich an einem Übergang vom Aktorgehäuse (14 ) zur Kunststoffum- spritzung (16) sprunghaft vergrößert .
5. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Belüftungsöffnung (20 ) wenigstens ein Dichtring (24 ) zur ringförmig umlaufenden Abdichtung einer durch das Zentrum der Belüftungsöffnung (20 ) und das Belüftungselement (22 ) hindurchgehenden Belüftungspassage angeordnet ist .
6. Stellantrieb nach Anspruch 5, wobei der Dichtring (24 ) in der Belüftungsöffnung (20 ) verpresst ist .
7. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Belüftungselement (22 ) ringförmig umlaufend mit einem hülsenförmigen Belüftungselementträger (26) verbun- den ist .
8. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Belüftungselement (22 ) aus ePTFE gebildet ist .
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