DE102004056667A1

DE102004056667A1 - Elektrische Überbrückung in Kraftstoffinjektoren

Info

Publication number: DE102004056667A1
Application number: DE102004056667A
Authority: DE
Inventors: Michael Fleig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-01
Also published as: EP1817492B1; JP2008520888A; US20080185461A1; ATE399934T1; JP4571983B2; EP1817492A1; US8322629B2; DE502005004592D1; WO2006056520A1

Abstract

Bei der Herstellung von Kraftstoffinjektoren zum Direkteinspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors stellt sich häufig das Problem, dass im Inneren eines Injektorkörpers (110) liegende Ventile (111, 112) von außen elektrisch kontaktiert und angesteuert werden müssen. Herkömmliche Verfahren zur Herstellung derartiger Kraftstoffinjektoren setzen einfache Kabelverbindungen ein, welche an einem Ende mit einem Ventilkontakt (114) der Ventile (111, 112) und am anderen Ende mit entsprechenden von außen zugänglichen Kontakten (116) verlötet werden. Dabei müssen die Kabelverbindungen oft mühsam durch verschiedene Module der Injektorkörper (110) hindurchgeführt werden. Es wird daher ein Kraftstoffinjektor vorgeschlagen, bei welchem mindestens ein elektrisch ansteuerbares Ventil (111, 112) im Inneren des Injektorkörpers (110) angeordnet ist und mittels eines Massivleiters (118) mit einem von außen zugänglichen Injektorkörperkontakt (116) verbunden ist. Der Massivleiter (118) und der elektrische Ventilkontakt (114) sind dabei entweder direkt über eine elektrisch leitende stoffschlüssige Verbindung (310) oder indirekt über ein elektrisch leitendes Verbindungselement (410) miteinander verbunden. Verschiedene Arten von Verbindungen (310; 610; 612; 810) werden vorgeschlagen. Der Massivleiter (118) ist dabei derart ausgestaltet, dass er unter Einfluss seiner eigenen Gewichtskraft im Wesentlichen formstabil bleibt. An seinem oberen Ende (214) wird der ...

Description

Technisches Gebiet
Bei Kraftstoffeinspritzsystemen für direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschinen kommen Kraftstoffinjektoren zum Einsatz, welche ein oder mehrere elektrisch ansteuerbare Ventile enthalten. So kann beispielsweise ein elektrisch ansteuerbares Magnet- oder Piezoventil zur Steuerung eines Nadelventils und somit zur Steuerung des Einspritzverlaufs vorgesehen sein. Weitere Ventile können beispielsweise für eine Druckübersetzung eingesetzt werden. Die elektrische Kontaktierung dieser Ventile stellt jedoch häufig eine Herausforderung dar.

Da das bzw. die elektrisch ansteuerbaren Ventile typischerweise im Inneren eines Injektorkörpers untergebracht sind, bereitet die elektrische Kontaktierung dieser elektrisch ansteuerbaren Ventile erheblich technische Schwierigkeiten. In vielen Fällen befindet sich an der Oberseite des Injektorkörpers ein elektrischer Kontakt, welcher mit einem entsprechenden, außerhalb des Injektorkörpers befindlichen Steuersystem und Energieversorgungssystem verbunden werden kann. Im Inneren des Injektorkörpers muss dieser elektrische Kontakt mit entsprechenden Kontakten des bzw. der elektrisch ansteuerbaren Ventile des Einspritzsystems verbunden werden. Diese Verbindung erfolgt üblicherweise mittels flexibler elektrischer Kabel und eines einfachen Lötprozesses.

Dieses Verfahren zur elektrischen Kontaktierung der elektrisch ansteuerbaren Ventile ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden. So ist das Verfahren technisch sehr aufwändig, da üblicherweise die Kabel von Hand an die entsprechenden elektrischen Kontakte angelötet werden müssen. Dieser Prozessschritt verursacht in der Praxis einen hohem Aufwand und Zeitbedarf. Weiterhin ist die Verbindung zwischen den elektrisch ansteuerbaren Ventilen und dem elektrischen Kontakt auf dem Injektorkörper nur schwer wieder lösbar. Für eine Demontage bzw. ein Zerlegen des Injektorkörpers müssen typischerweise die ge löteten Verbindungen wieder abgelötet werden. Ein derartig aufwändiger Prozess bewirkt, dass eine Wartung der Injektoren bzw. einen Austausch von Einzelteilen des Injektorkörpers in vielen Fällen unrentabel ist.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird daher ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welcher die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Der Kraftstoffinjektor weist einen Injektorkörper; mindestens ein in den Injektorkörper eingelassenes elektrisch ansteuerbares Ventil sowie mindestens ein von einer Außenseite des Injektorkörpers zugänglichen elektrischen Injektorkörperkontakt auf. Mindestens eines der elektrisch ansteuerbaren Ventile soll mindestens einen elektrischen Ventilkörperkontakt aufweisen. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, für die elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Ventilkontakt und dem mindestens einen Injektorkörperkontakt einen Massivleiter einzusetzen, welcher sich unter Einwirkung seiner eigenen Gewichtskraft im Gegensatz zu einem einfachen Kabel oder Draht nicht verformt und anstelle einer Lötverbindung beispielsweise auch über Steckkontakte kontaktierbar ist. Leichte plastische Verformungen des Massivleiters unter Einwirkung seiner eigenen Gewichtskraft sowie unter zusätzlicher Krafteinwirkung können dabei in Kauf genommen werden, wenn die Gestalt des Massivleiters im Wesentlichen unverändert bleibt. Der mindestens eine Massivleiter stellt somit eine Art künstlicher Verlängerung der elektrischen Ventilkontakte dar.

Der mindestens eine Massivleiter und der mindestens eine elektrische Ventilkontakt werden über eine elektrisch leitende Verbindung und/oder über mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungselement verbunden. Im letzteren Fall ist das mindestens eine Verbindungselement mit dem mindestens einen Massivleiter und dem mindestens einen elektrischen Ventilkontakt über jeweils eine elektrisch leitende Verbindung verbunden.

Mit der erfindungsgemäßen Idee lassen sich insbesondere auf einfache Weise Kraftstoffinjektoren realisieren, welche zerstörungsfrei in mehrere Einzelteile zerlegbar bzw. wieder zusammensetzbar sind. Dabei können der Injektorkörperkontakt und das mindestens eine elektrisch ansteuerbare Ventil in verschiedenen Einzelteilen angeordnet sein, wobei der mindestens eine Massivleiter mit mindestens einem Injektorkörperkontakt reversibel verbunden ist. Diese Verbindung kann beispielsweise über eine Steckverbindung erfolgen. Der Massivleiter ist beispielsweise an einem Ende fest oder nur schwer lösbar mit einem Ventilkontakt verbunden und an einem anderen Ende lösbar mit einem Injektorkörperkontakt. Dabei kann der Massivleiter sich auf dem Weg vom Ventilkontakt zum Injektorkörperkontakt durch weitere Einzelteile des Injektorkörpers erstrecken, insbesondere durch einen oder mehrere Leiterkanäle. Der Massivleiter kann dabei beispielsweise mittels eines Schrumpfschlauchs gegen den Injektorkörper elektrisch isoliert werden.

Der beschriebene Kraftstoffinjektor ermöglicht ein im Vergleich zum Stand der Technik stark vereinfachtes Herstellungsverfahren. Dabei werden zunächst die beschriebenen Einzelteile einzeln hergestellt und getestet. Anschließend wird der mindestens eine Ventilkontakt mit einem Massivleiter fest oder nur schwer wieder lösbar verbunden. Anschließend werden die Einzelteile zu einem einzelnen Injektorkörper verbunden, wobei der mindestens eine Massivleiter reversibel mit dem mindestens einen Injektorkörperkontakt verbunden wird.

Zeichnung

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen dabei gleiche bzw. einander in ihrer Funktion entsprechende Bauteile.

Im Einzelnen zeigt:
1 eine Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektors mit einem Magnetventil zur Düsennadelsteuerung und einem Massivleiter zur elektrischen Verbindung des Magnetventils mit einem außenliegenden Injektorkörperkontakt;
2 das Magnetventil mit seinen beiden elektrischen Ventilkontakten und an den Ventilkontakten befestigten Massivleitern;
3 eine Befestigung der Massivleiter an den Ventilkontakten mittels eines Schweißverfahrens;
4 ein formschlüssiges Verbindungselement;
5 ein alternatives formschlüssiges Verbindungselement;
6 eine Schnittdarstellung der Verbindung eines Ventilkontakts mit einem Massivleiter über eine formschlüssige Verbindung gemäß 4 und eine Steckverbindung;
7 eine Schnittdarstellung einer Verbindung eines Ventilkontakts mit einem Massivleiter über zwei formschlüssige Verbindungen gemäß 4;
8 eine perspektivische Darstellung zweier Verbindungen zwischen je einem Ventilkontakt und einem Massivleiter über jeweils eine formschlüssige Verbindung gemäß 4 und eine formschlüssige Verbindung gemäß 5; und
9 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsvarianten
In 1 ist eine Gesamtansicht eines Injektorkörpers 110 für ein Common-Rail-Einspritzsystem dargestellt. Der Injektorkörper 110 ist an Trennlinien 124, 126, 128 und 130 in im Wesentlichen fünf Funktionsmodule 132, 134, 136, 138, 140 zerlegbar: ein Steuermodul 132, eine Dichtplatte 134, ein Leitungsanschlussmodul 136, ein Druckübersetzermodul 138 und ein Düsenmodul 140. Das Druckübersetzermodul 138 dient im Wesentlichen dazu, einen Kraftstoffdruck, welcher von einer externen Druckquelle beispielsweise über einen Hochdrucksammelraum (Common Rail), an dem Kraftstoffinjektor zur Verfügung gestellt wird (beispielsweise 1000 bar), in einen zweiten Druck (beispielsweise 2200 bar) zu übersetzen, damit zwei Arbeitsdrücke für den Einspritzvorgang zur Verfügung stehen.
Weiterhin weist der Injektorkörper 110 zwei Magnetventile 111, 112 auf: ein im Steuermodul 132 angeordnetes erstes Magnetventil 111 zur Steuerung der Druckübersetzung im Druckübersetzermodul 138, sowie ein zweites, im Düsenmodul 140 angeordnetes Magnetventil 112 zur Steuerung des eigentlichen Einspritzvorgangs über eine (nicht dargestellte) Ventilnadel.
Von erheblicher praktischer Bedeutung ist die Trennung zwischen dem Steuermodul 132 von restlichen Injektorkörper 110 entlang der ersten Trennlinie 124. Diese Trennbarkeit bewirkt, dass das („trockene") Steuermodul 132 und der unterhalb der ersten Trennlinie 124 liegende („nasse") Teil des Injektorkörpers 110 getrennt konstruiert, gefertigt und getestet werden können, um anschließend zusammengesetzt zu werden. Zudem lassen sich aufgrund dieser Trennbarkeit zu Wartungszwecken beispielsweise leicht einzelne Komponenten des Injektorkörpers 110 austauschen, was dem „System-Instandsetzungsgedanken" (SIS) entgegenkommt.
Das Magnetventil 112 im Düsenmodul 140 ist über zwei elektrische Ventilkontakte 114 elektrisch ansteuerbar. Der Injektorkörper 110 weist an seinem oberen Ende einen von oben zugänglichen elektrischen Injektorkörperkontakt 116 auf. Die Realisierung einer Zerlegbarkeit des Injektorkörpers 110 bzw. einer einfachen modularen Montage besteht bei der dargestellten modularen Bauweise des Injektorkörpers 110 darin, die Ventilkontakte 114 derart elektrisch mit dem Injektorkörperkontakt 116 zu verbinden, dass weiterhin eine einfache Montage und Zerlegbarkeit des Injektorkörpers gewährleistet ist.
Zur Verbindung der beiden elektrischen Ventilkontakte 114 mit dem Injektorkörperkontakt 116 sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Leiterkanäle 120 vorgesehen, welche sich durch die Module 138, 136 und 134 erstrecken. Die Leiterkanäle 120 werden dabei durch Bohrungen im Druckübersetzermodul 138, im Leitungsanschlussmodul 136 und in der Dichtplatte 134 gebildet. Bei zusammengesetztem Injektorkörper 110 sind diese Bohrungen jeweils an den Trennlinien 128 und 126 bündig, so dass sich ein einzelner durchgehender Leiterkanal 120 ergibt.
Die einzelnen Bohrungen des Leiterkanals 120 weisen in diesem Ausführungsbeispiel in den einzelnen Modulen 138, 136, 134 jeweils einen geraden Verlauf auf. Auch ein gekrümmter Verlauf der Bohrungen ist mit der erfindungsgemäßen Lösung realisierbar. Die Bohrungen in den einzelnen Modulen 138, 136, 134 weisen jedoch jeweils eine unterschiedliche Neigung zu einer Injektorachse 142 auf. Während der Leiterkanal 120 im Druckübersetzermodul 138 eine Neigung von 1° zur Injektorachse 142 aufweist, beträgt die Neigung in diesem Ausführungsbeispiel im Leitungsanschlussmodul 136 2,2°. Diese unterschiedlichen Neigungswinkel relativ zur Injektorachse 142 sind dadurch bedingt, dass sich der Injektorkörper 110 nach unten hin, also vom Steuermodul 132 hin zum Düsenmodul 140, in seinem Querschnitt verjüngt.
Die Kontaktierung zwischen den Ventilkontakten 114 und dem Injektorkörperkontakt 116 muss also mehrere Randbedingungen erfüllen:

• Die Verbindung zwischen den Ventilkontakten 114 und dem Injektorkörperkontakt 116 sollte zuverlässig und stoßunempfindlich im Betrieb, jedoch zu Montagezwecken einfach wieder lösbar sein.
• Die Verbindung muss problemlos einem insgesamt nicht geraden Verlauf eines Leiterkanals 120 folgen können, also eine entsprechende Flexibilität bzw. Plastizität aufweisen.

Dieses Problem ist erfindungsgemäß im dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch gelöst, dass die Verbindung zwischen den beiden elektrischen Ventilkontakten 114 des Magnetventils 112 und dem Injektorkörperkontakt 116 teilweise über zwei Massivleiter 118 er folgt. Die Massivleiter 118 erstrecken sich durch die beiden Leiterkanäle 120 und verbinden die Ventilkontakte 114 mit elektrischen Steckkontakten 122, welche wiederum über eine elektrische Verbindung 144 (beispielsweise zwei jeweils an einem Ende mit einem elektrischen Steckkontakt 122 und an einem anderen Ende mit dem Injektorkörperkontakt 116 verlöteten Kabeln) mit dem Injektorkörperkontakt 116 verbunden sind. Dabei sind die Massivleiter 118 fest oder lösbar mit den Ventilkontakten 114 elektrisch verbunden (siehe unten).
Die Verbindung der Massivleiter 118 mit den Steckkontakten 122 erfolgt reversibel, so dass diese Verbindung bei der Montage des Injektorkörpers 110 durch einfaches Hineinpressen der Massivleiter 118 in die Steckkontakte 122 erfolgen kann. Bei einer Wartung lassen sich die Massivleiter 118 hingegen leicht wieder aus den Steckkontakten 122 entfernen und somit der Injektorkörper 110 ohne Ablöten von elektrischen Verbindungen wieder zerlegen.
Die Massivleiter 118 sind dabei steif genug gewählt, dass sie einerseits ihre Form unter ihrem Eigengewicht nicht wesentlich verändern und sich somit problemlos durch die Leiterkanäle 120 mit ihren verschiedenen Neigungen zur Injektorachse 142 hindurchfädeln und in die Steckkontakte 122 einstecken lassen. Dabei sollten die Massivleiter eine gewisse Plastizität aufweisen, damit auch am Übergang zwischen Abschnitten der Leiterkanäle 120 mit verschiedenen Neigungswinkeln keine mechanischen Spannungen auftreten. Die Bezeichnung „Massivleiter" engt die Auswahl der Materialien nicht notwendigerweise auf Vollmaterialien ein, sondern es lassen sich beispielsweise auch Hohlleiter (Röhren) als Massivleiter 118 einsetzen, sofern sie eine ausreichende mechanische Steifigkeit aufweisen.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Massivleiter 118 CuSn6 mit einer Brinell-Härte zwischen 80 und 90 HB als Werkstoff auf, welches sonst beispielsweise als Schweißzusatz eingesetzt wird. Alternativ lassen sich jedoch beispielsweise auch CuA18, CuAl8Ni2, CuA18Ni6, CuA19Fe, CuMn13A17, CuSi3, CuSn, Kupfer oder Neusilber einsetzen. Diese Werkstoffe erfüllen die oben genannten Anforderungen an die Härte und die Plastizität und sind weiterhin auch leicht durch Schweißen mit den Ventilkontakten 114 verbindbar. Die Härte der Werkstoffe sollte dabei zwischen 50 und 1001 liegen, vorzugsweise zwischen 60 und 95 HB und besonders vorteilhaft zwischen 75 und 90 HB.
In 2 ist das Magnetventil 112 dargestellt sowie zwei Massivleiter 118 von jeweils 127 mm Länge, welche mit den Ventilkontakten 114 verbunden sind. Die Verbindung zwischen den Massivleitern 118 und den Ventilkontakten 114 ist in diesem Fall mit einem elektrisch isolierenden thermoplastischen Kunststoff 210 umspritzt und daher in dieser perspektivischen Darstellung nicht sichtbar. Als thermoplastischer Kunststoff kann neben weiteren Alternativen beispielsweise PPS oder PA verwendet werden, insbesondere Glasfaser-gefülltes PPS bzw. PA (z. B. PPS GF 30 oder PA 66 GF 30), wobei hierbei Glasfaserfüllung die mechanische Stabilität der Verbindung zusätzlich verstärkt. Der elektrisch isolierende thermoplastische Dunststoff 210 erhöht die Formstabilität der Verbindungen zwischen den Ventilkontakten 114 und den Massivleitern 118. Dadurch ist zusätzlich sichergestellt, dass die Massivleiter 118 im Wesentlichen ihre Ausrichtung beibehalten, was bei der Montage des Injektorkörpers 110 ein Hindurchstecken der Massivleiter 118 durch die Leiterkanäle 120 der einzelnen Module 138, 136, 134 und ein anschließendes Einstecken in die Steckkontakte 122 erleichtert. Weiterhin isoliert der thermoplastische Kunststoff 210 der Verbindungsstellen elektrisch gegeneinander, so dass keine Kurzschlüsse zwischen den Ventilkontakten 114 auftreten können. Im Vergleich zu herkömmlichen Drahtverbindungen oder Kabelverbindungen ist also die Montage der des Injektorkörpers 110 stark vereinfacht.
Weiterhin sind die Massivleiter 118 in diesem Ausführungsbeispiel weitgehend mit Schrumpfschläuchen 212 umhüllt. Die Schrumpfschläuche 212 isolieren die Massivleiter 118 elektrisch gegen die Wände der Leiterkanäle 120 des Injektorkörpers 110. Die Schrumpfschläuche 212 sind dabei, um Kosten zu sparen, nicht vollständig auf die Massivleiter 118 aufgeschrumpft, sondern lediglich in einigen Abschnitten. Die Schrumpfschläuche 212 erstrecken sich von dem elektrisch isolierenden thermoplastischen Kunststoff 210 an aufwärts. Alternativ zu einem Schrumpfschlauch 212 lassen sich auch beispielsweise starre oder elastische elektrisch isolierende Kunststoffhülsen als elektrische Isolierungen der Massivleiter 118 verwenden. Die elektrische Isolierung, insbesondere der Schrumpfschlauch 212, endet jedoch jeweils unterhalb der oberen Enden 214 der Massivleiter 118, so dass die oberen Enden 214 der Massivleiter 218 nicht elektrisch isolierend umhüllt sind und elektrisch verbindend in die Steckkontakte 122 eingesteckt werden können. Auf diese Weise kann ohne einen aufwändigen Löt- oder Schweißprozess durch einfaches Zusammenstecken der Segmente des Injektorkörpers 110 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Ventilkontakten 114 und dem Injektorkörperkontakt 116 hergestellt werden. Andererseits lässt sich der Injektorkörper 110 zu Wartungszwecken wiederum leicht demontieren, wobei die Steckverbindung 122 einfach durch Krafteinwirkung wieder von den Massivleitern 118 getrennt wird. Ein Ablöten bzw. anderweitiges Trennen der Verbindung ist nicht erforderlich, da die Verbindung reversibel ist.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Verbindungen zwischen den Ventilkontakten 114 des Magnetventils 112 und den Massivleitern 118 perspektivisch dargstellt, in welchem die Ventilkontakte 114 und die Massivleiter 118 direkt durch Schweißverbindungen 310 verbunden sind. Zu diesem Zweck sind die oberen Enden der Ventilkontakte 114 rechtwinklig umgebogen, ebenso die unteren Enden der Massivleiter 118. Die umgebogenen Enden werden zum Überlappen gebracht und jeweils verschweißt (stoffschlüssige Verbindung). Alternativ lassen sich jedoch auch kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindungen einsetzen. Diese Schweißverbindung 310 ermöglicht eine kostengünstige Verbindung zwischen den Massivleitern 118 und den Ventilkontakten 114, da keine zusätzlichen Verbindungselemente erforderlich sind. Allerdings ist in diesem Ausführungsbeispiel bei der Herstellung der Verbindungen zunächst ein Umbiegen der Enden und anschließend ein Verschweißen erforderlich.
Nicht dargestellt in 3 ist die thermoplastische, elektrisch isolierende Kunststoffumspritzung 210 (siehe 2), welche auch im Ausführungsbeispiel gemäß 3 angebracht werden kann, um die Verbindungsstellen elektrisch zu isolieren und die Verbindung 310 mechanisch zu stabilisieren.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ein Beispiel für eine unmittelbare Verbindung der Ventilkontakte 114 mit den Massivleitern 118. Alternativ können die Ventilkontakte 114 mit den Massivleitern 118 auch über elektrisch leitende Verbindungselemente 410 verbunden werden. Beispiele derartiger elektrisch leitender Verbindungselemente 410 sind in den 4 bis 8 dargestellt. Dabei wird jeweils ein Ende eines elektrisch leitenden Verbindungselements 410 fest oder lösbar mit einem Ventilkontakt 114 verbunden und ein anderes Ende des elektrisch leitenden Verbindungselements 410 mit einem Ende eines Massivleiters 118. Diese Verbindung kann wiederum formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig erfolgen, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass der Massivleiter 118 seine Ausrichtung relativ zum Ventilkontakt 114 im Wesentlichen nicht mehr verändern können soll. Dies wurde oben anhand der 2 bereits beschrieben, und trägt dazu bei, dass die einzelnen Module 132, 134, 136, 138, 140 des Injektorkörpers 110 einfacher zusammensteckbar sind.
In 4 ist eine mögliche Ausführung einer Verbindung zwischen einem elektrisch leitenden Verbindungselement 410 und entweder einem Ende eines Ventilkontakts 114 oder einem Ende eines Massivleiters 118 dargestellt, wobei die elektrische leitende Verbindung mittels eines formschlüssigen Verbindungsverfahrens erfolgt. Zu diesem Zweck weist das elektrisch leitende Verbindungselement 410 an einem Ende eine Bohrung 412 auf. Die Bohrung 412 hat einen Durchmesser von 2,5 mm. In die Bohrung 412 ragen, symmetrisch entlang des Umfangs der Bohrung 412 verteilt, plastisch verformbare elektrisch leitfähige Zungen 414. Die Zungen 414 erstrecken sich so weit in die Bohrung 412, dass in diesem Ausführungsbeispiel ein lichter Innenraum mit einem Durchmesser von 0,9 mm verbleibt. Die Zungen 414 sind plastisch verformbar, so dass ein Ende eines Massivleiters 118 oder eines Ventilkontakts 114 in die Bohrung 412 eingeschoben werden kann. Dabei verformen sich die Zungen 414 entsprechend der Einschubrichtung des Massivleiters 118 bzw. des Ventilkontakts 114. Bei der Verformung bilden die Zungen 414 Widerhaken, so dass der Massivleiter 118 bzw. der Ventilkontakt 114, nachdem er einmal in die Bohrung 412 eingeschoben worden ist, nur unter stark erhöhtem Kraftaufwand wieder aus dieser entfernt werden kann. Zusätzlich stellen die Zungen 414 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Massivleiter 118 bzw. dem Ventilkontakt 114 und dem elektrisch leitenden Verbindungselement 410 her.
In 5 ist eine zu 4 alternative Ausgestaltung einer Verbindung zwischen einem Verbindungselement 410 und einem Massivleiter 118 bzw. einem Ventilkontakt 114 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Rammkontakt, bei welchem ein Ende des Massivleiters 118 bzw. des Ventilkontakts 114 in eine Nut 510 an einem Ende der elektrisch leitfähigen Verbindung 410 unter Kraftaufwand eingebracht werden kann. Die Nut weist einen Bereich 512 mit plastisch verformbaren Zacken auf sowie einen verbreiterten Einschubbereich 514 mit abgeschrägten Kanten. Wird ein Ende des Massivleiters 118 bzw. des Ventilkontakts 114 in die Nut 510 unter erhöhter Krafteinwirkung eingeschoben bzw. eingerammt, so verformen sich die Zacken in Bereich 512 plastisch. Dabei wird eine formschlüssige Verbindung zu dem Ende des Massivleiters 118 bzw. des Ventilkontakts 114 hergestellt, welche elektrisch leitfähig ist und mechanisch derart stabil ist, dass der Massivleiter 118 bzw. der Ventilkontakt 114 nur noch unter erhöhtem Kraftaufwand wieder aus der Nut 510 entfernbar ist.
In den 6 und 7 sind mögliche Ausgestaltungen der Verbindung zwischen einem Ventilkontakt 114 und einem Massivleiter 118 beispielhaft dargestellt. Die Ausführungsbeispiele zeigen, dass sich die möglichen Verbindungen zwischen Massivleiter 118 bzw. Ventilkontakt 114 und dem elektrisch leitenden Verbindungselement 410 beliebig kombinieren lassen. So ist in 6 ein Ende eines Ventilkontakts 114 mittels einer kraftschlüssigen Verbindung 610 gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähig mit dem elektrisch leitenden Verbindungselement 410 verbunden. Weiterhin ist am anderen Ende ein Ende des Massivleiters 118 über eine elektrisch leitfähige Steckverbindung 612 leitfähig mit dem Verbindungselement 410 verbunden. Diese Steckverbindung 612 ist durch Krafteinwirkung wieder lösbar, wobei jedoch die Stabilität der Verbindung 612 zwischen dem Massivleiter 118 und dem Ventilkontakt 114 soweit gewahrt ist, dass der Massivleiter 118 nicht durch sein eigenes Gewicht wieder aus der Steckverbindung 612 herausfallen kann.
Weiterhin ist die gesamte Verbindung zwischen dem Ventilkontakt 114 und dem Massivleiter 118 in diesem Ausführungsbeispiel durch einen elektrisch isolierenden Kunststoff 210 umhüllt. Diese Umhüllung, welche oben bereits beschrieben wurde, kann insbesondere durch einen Spritzgussprozess erfolgen.
In 7 ist eine zu 6 alternative, bevorzugte Ausgestaltung dargestellt, in welcher sowohl zur Verbindung des Ventilkontakts 114 mit dem elektrisch leitfähigen Verbindungselement 410 als auch zur Verbindung eines Endes eines Massivleiters 118 mit dem Verbindungselement 410 formschlüssige Verbindungen gemäß 4 eingesetzt werden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die gesamte Verbindung durch einen elektrisch isolierenden thermoplastischen Kunststoff 210 umspritzt. Im Gegensatz zu der Verbindung 612 im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist nach Umspritzen jedoch keine zerstörungsfreie Trennung des Massivleiters 118 vom elektrisch leitfähigen Verbindungselement 410 mehr möglich. Die übrige Funktion des Ausführungsbeispiels gemäß 7 ist jedoch identisch zur Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 6.
In 8 ist in perspektivischer Darstellung eine weitere möglich Ausgestaltung der Verbindung zwischen den Ventilkontakten 114 und den Massivleitern 118 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Verbindungselemente 410 jeweils an einem Ende eine formschlüssige Verbindung 610 gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auf. Am jeweils anderen Ende weisen die Verbindungselemente 410 eine Rammkontaktierung 810 gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel auf, über welche die Verbindungselemente 410 mit den Enden der Massivleiter 118 verbunden werden können. Wiederum ist in diesem Ausführungsbeispiel die gesamte Verbindung durch einen elektrisch isolierenden thermoplastischen Kunststoff 210 umspritzt, wobei jedoch in diesem Ausführungsbeispiel alle Kontakte durch eine einzige Umspritzung 210 zusammengefasst sind. Die übrige Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 8 ist identisch zu den Ausführungsbeispielen gemäß den 6 und 7.
In 9 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffinjektors dargestellt. Bei diesem Verfahren werden Massivleiter 118 und Verbindungen gemäß den oben gezeigten Ausführungsbeispielen oder ähnliche erfindungsgemäße Verbindungen eingesetzt. Die dargestellten Verfahrensschritte müssen nicht notwendigerweise in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Verschiedene Verfahrensschritte können auch gleichzeitig durchgeführt werden, und es können zusätzliche, in 9 nicht dargestellte Verfahrensschritte durchgeführt werden.
In einem ersten Verfahrensschritt 910 wird ein erstes Modul eines Kraftstoffinjektors , beispielsweise ein Steuermodul 132, hergestellt. Dieses erste Modul weist mindestens einen von außen zugänglichen Injektorkörperkontakt 116 auf. Der Injektorkörperkontakt 116 ist elektrisch leitfähig verbunden mit einem elektrischen Steckkontakt 122.
In einem zweiten Verfahrensschritt 912 wird ein zweites Modul, beispielsweise ein Düsenmodul 140, hergestellt, welches mindestens ein elektrisch ansteuerbares Ventil 112 aufweist. Weiterhin weist das elektrisch ansteuerbare Ventil 112 elektrische Ventilkontakte 114 auf.
In einem dritten Verfahrensschritt 914 wird der mindestens eine elektrische Ventilkontakt 114 mit mindestens einem Massivleiter 118 verbunden. Der Massivleiter 118 soll die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen. Die Verbindung zwischen dem Massivleiter 118 und dem Ventilkontakt 114 erfolgt jeweils direkt oder über ein elektrisch leitendes Verbindungselement 410 wie oben beschrieben über eine der erfindungsgemäßen Verbindungen 310, 610, 612, 810.
In einem vierten Verfahrensschritt 916 werden dann die beiden Module 132, 140 direkt oder indirekt zu einem einzelnen Injektorkörper verbunden. Dabei können auch zusätzliche Module 134, 136, 138 eingebracht werden (siehe oben), wobei die Massivleiter 118 insbesondere durch Leiterkanäle 120 geführt werden. Der mindestens eine Massivleiter 118 wird reversibel direkt oder indirekt (z. B. über Steckkontakte 122 und eine zusätzliche elektrische Verbindung 144) mit dem mindestens einen Injektorkörperkontakt 116 verbunden.
Das beschriebene Verfahren zur Herstellung der Kraftstoffinjektoren stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Verfahren, bei welchen elektrische Kabel zur Verbindung zwischen den Ventilkontakten 114 und den Injektorkörperkontakten 116 eingesetzt werden, dar. Aufwändige Lötprozesse und mühsames Hindurchführen der Kabel durch die einzelnen Segmente des Injektorkörpers 110 entfallen.

110: Injektorkörper
111: Magnetventil im Steuermodul
112: Magnetventil im Düsenmodul
114: Ventilkontakt
116: Injektorkörperkontakt
118: Massivleiter
120: Leiterkanal
122: Steckkontakte
124: erste Trennlinie
126: zweite Trennlinie
128: dritte Trennlinie
130: vierte Trennlinie
132: Steuermodul
134: Dichtplatte
136: Leitungsanschlussmodul
138: Druckübersetzermodul
140: Düsenmodul
142: Injektorachse
144: elektrische Verbindung
210: elektrisch isolierender thermoplastischer Kunststoff
212: Schrumpfschlauch
214: oberes Ende der Massivleiter
310: Schweißverbindung
410: elektrisch leitendes Verbindungselement
412: Bohrung
414: plastisch verformbare elektrisch leitfähige Zunge
510: Nut
512: Bereich mit plastisch verformbaren Zacken
514: Einschubbereich mit abgeschrägten Kanten
610: formschlüssige Verbindung gemäß 4
612: elektrisch leitfähige Steckverbindung
810: formschlüssige Rammkontaktierung gemäß 5
910: Herstellung des ersten Einzelteils mit Injektorkörperkontakt
912: Herstellung eines zweiten Einzelteils mit Ventil
914: Verbindung der Ventilkontakte mit dem Massivleiter
916: Zusammenfügen der Einzelteile

Claims

Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors, wobei der Kraftstoffinjektor folgendes aufweist: a) einen Injektorkörper (110); b) mindestens ein in den Injektorkörper (110) eingelassenes elektrisch ansteuerbares Ventil (111, 112), wobei mindestens ein elektrisch ansteuerbares Ventil (112) mindestens einen elektrischen Ventilkontakt (114) aufweist; und c) mindestens ein von einer Außenseite des Injektorkörpers (110) zugänglicher elektrischer Injektorkörperkontakt (116), dadurch gekennzeichnet, – dass der mindestens eine elektrische Ventilkontakt (114) und der mindestens eine elektrische Injektorkörperkontakt (116) zumindest teilweise über mindestens einen unter seiner eigenen Gewichtskraft im Wesentlichen formstabilen elektrischen Massivleiter (118) verbunden sind, wobei sich der mindestens eine Massivleiter (118) durch mindestens einen Leiterkanal (120) erstreckt; und – dass der mindestens eine Massivleiter (118) und der mindestens eine elektrische Ventilkontakt (114) über eine elektrisch leitende Verbindung (310) und/oder über mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungselement (410) verbunden sind, wobei das mindestens eine elektrisch leitende Verbindungselement (410) mit dem mindestens einen Massivleiter (118) und dem mindestens einen elektrischen Ventilkontakt (114) über jeweils eine elektrisch leitende Verbindung (610, 612; 810) verbunden ist.
Kraftstoffinjektor gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor zerstörungsfrei zerlegbar bzw. zusammensetzbar ist aus mindestens zwei Modulen (132, 134, 136, 138, 140), – wobei mindestens ein Injektorkörperkontakt (116) auf bzw. in einem ersten Modul (132) angeordnet ist, – wobei mindestens ein elektrisch ansteuerbares Ventil (112) in einem von dem ersten Modul (132) verschiedenen zweiten Modul (140) angeordnet ist, und – wobei der mindestens eine Massivleiter (118) mit dem mindestens einem Injektorkörperkontakt (116) direkt oder indirekt reversibel und elektrisch leitend verbunden ist.
Kraftstoffinjektor gemäß dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch mindestens ein drittes Modul (134, 136, 138), – wobei das dritte Modul (134, 136, 138) zwischen dem ersten und dem zweiten Modul (132, 140) angeordnet ist, – wobei das dritte Modul (134, 136, 138) mindestens einen Leiterkanal (120) aufweist, und – wobei der mindestens eine Massivleiter (118) sich durch den mindestens einen Leiterkanal (120) erstreckt.
Kraftstoffinjektor gemäß einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrisch ansteuerbare Ventil (111, 112) ein Magnetventil aufweist.
Kraftstoffinjektor gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul ein Düsenmodul (140) mit einem elektrisch ansteuerbaren Düsenventil (112) ist.
Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Massivleiter (118) durch mindestens eine elektrisch isolierende Umhüllung (212), vorzugsweise einen ganz oder teilweise auf den mindestens einen Massivleiter (118) aufgeschrumpften Schrumpfschlauch (212), gegen den mindestens einen Leiterkanal (120) elektrisch isoliert ist.
Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der mindestens eine Massivleiter (118) und der mindestens eine elektrische Ventilkontakt (114) über mindestens ein Verbindungselement (410) verbunden sind; – dass das mindestens eine Verbindungselement (410) mindestens einen Verformungs-Kontaktbereich (414, 512) aufweist; und – dass ein Ende des mindestens einen Massivleiters (118) und/oder ein Ende des mindestens einen Ventilkontaktes (114) in den Verformungs-Kontaktbereich (414, 512) eingeschoben werden können, wobei sich der Verformungs-Kontaktbereich (414, 512) ganz oder teilweise plastisch verformt, wobei ein Entfernen des Endes des mindestens einen Massivleiters (118) bzw. des mindestens einen Ventilkontaktes (114) erschwert wird und eine elektrisch leitende Verbindung (610, 612) zwischen dem mindestens einen Massivleiter (118) bzw. dem mindestens einen Ventilkontakt (114) und dem mindestens einen Verbindungselement (410) hergestellt wird.
Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verbindung (610, 612; 810) zwischen dem mindestens einen Massivleiter (118) und dem mindestens einen Verbindungselement (410) und/oder mindestens eine Verbindung (610, 612; 810) zwischen dem mindestens einen Ventilkontakt (114) und dem mindestens einen Verbindungselement (410) und/oder mindestens eine Verbindung (310) zwischen dem Massivleiter (118) und dem mindestens einen Ventilkontakt (114) und/oder das mindestens eine Verbindungselement (410) ganz oder teilweise mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff (210) ummantelt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch isolierende Kunststoff (210) einen spritzgussfähigen Kunststoff aufweist.
Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Massivleiter (118) mindestens einen der Werkstoffe CuA18, CuA18Ni2, CuA18Ni6, CuA19Fe, CuMn13A17, CuSi3, CuSn, Kupfer oder Neusilber aufweist.
Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Massivleiter (118) mindestens einen Werkstoff mit einer Brinell-Härte zwischen 50 und 100 HB aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffinjektors mit folgenden Schritten: a) ein erstes Modul (132) des Kraftstoffinjektors wird hergestellt, wobei das erste Modul (132) mindestens einen Injektorkörperkontakt (116) aufweist; b) ein zweites Modul (140) wird hergestellt, wobei das zweite Modul (140) mindestens ein elektrisch ansteuerbares Ventil (112) mit mindestens einem elektrischen Ventilkontakt (114) aufweist; c) der mindestens eine elektrische Ventilkontakt (114) wird mit mindestens einen unter seiner eigenen Gewichtskraft im Wesentlichen formstabilen elektrischen Massivleiter (118) über eine elektrisch leitende Verbindung (310) und/oder über mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungselement (410) verbunden, wobei das mindestens eine Verbindungselement (410) mit dem mindestens einen Massivleiter (118) und dem mindestens einen elektrischen Ventilkontakt (114) über jeweils eine elektrisch leitende Verbindung (610, 612; 810) verbunden wird; und d) die beiden Module (132, 140) werden direkt oder indirekt zu einem Injektorkörper (110) verbunden, wobei der mindestens eine Massivleiter (118) reversibel direkt oder indirekt mit dem mindestens einen Injektorkörperkontakt (116) verbunden wird.