EP3076002A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents
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Classifications
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- F02M2200/24—Fuel-injection apparatus with sensors
- F02M2200/247—Pressure sensors
Definitions
- the invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.
- Such a fuel injector is known from the post-published DE (R. 356739) A1 of the applicant.
- a measuring device with a sensor element which is arranged in the region of a supply bore on the injector.
- the supply bore supplies a high-pressure space, in which the nozzle needle is arranged, with fuel under high pressure.
- the injector housing in the region of the measuring device on a deformation region which is formed elastically deformable in dependence on the fuel pressure in the supply bore.
- the deformation area bulges outwards, which can be detected by means of the sensor element having a piezo element.
- the sensor element is connected in the known fuel injector by means of an adhesive bond with the deformation region and adapted to detect occurring in the contact region to the injector housing strains or tensile stresses, the size or height of the strains depending on the pressure in the supply bore.
- Characteristic of the above-mentioned closing of the injection openings through the nozzle needle is that thereby a relatively strong or rapid increase in pressure takes place in the supply bore, since no more fuel is discharged through the injection openings, wherein the pressure increase is detected by means of the sensor element.
- the adhesive connection used in the known fuel injector between the piezoelectric element and the injector in particular over the life Considering the fuel injector is exposed to external influences or media that can adversely affect the strength or reliability of the adhesive bond, it is provided in the known fuel injector, to act on the sensor element or piezoelectric element in the direction of the adhesive bond with an axial force. This is done by means of a support device, which is connected in the region of a particular blind hole-shaped recess or a flattening with the wall of the recess or flattening in order to be able to apply the required axial force to the piezoelectric element or the adhesive bond.
- a piezoelectric element is relatively sensitive to tensile stresses occurring in it, whereas compressive stresses can be relatively absorbed by the piezoelectric element.
- the supporting device known from the cited document thus fundamentally additionally effects an improved functionality of the piezoelectric element.
- the measuring device When mounting the measuring device, it is necessary to mount or arrange the required components in the region of the recess of the injector. This takes place, for example, with the fuel injector already mounted, or immediately after the production of the injector housing. In any case, it is necessary for the arrangement of the measuring device to connect the corresponding components with the injector, wherein the functionality of the measuring device can only be checked after installation. If, for example, a malfunction occurs or the measuring device does not operate faultlessly, usually not only the measuring device but also the injector housing is to be regarded as waste. In addition, the formation of an adhesive bond is fundamentally a critical manufacturing process, since in particular it must be avoided that the adhesive bond over the service life of the fuel injector in operative connection with the addressed aggressive media (liquids or gases) passes.
- the invention has the object, a fuel injector according to the preamble of the claim 1 such that an optimized manufacturing process is made possible.
- an optimized production process is understood in particular to be the possibility of being able to check the measuring device or the sensor element in a state that has not yet been connected to the injector housing, in order to avoid mounting with the injector housing in the case of a faulty sensor element or faulty measuring device to be able to.
- the measuring device should be able to be connected to the injector housing in the deformation area without the use of an adhesive connection, and the sensor or piezo element should be characterized by a high degree of robustness, in particular when tensile stresses possibly occur from it.
- a fuel injector with the characterizing features of claim 1, characterized in that the sensor element is received under axial bias in a sensor housing, wherein the sensor element forms a preassemblable assembly together with the sensor housing, wherein the assembly is connectable to the injector, and wherein the sensor element is separated from the surface of the deformation area by the sensor housing.
- the coupling or connection of the sensor element to the deformation region on the injector housing takes place indirectly via the sensor housing of the sensor device in that the sensor housing is arranged between the surface of the deformation region and the sensor element.
- the sensor housing makes it possible in particular to arrange the sensor element within the sensor housing under axial prestressing, whereby the above-mentioned advantages in terms of robustness of the sensor element is achieved by avoiding tensile stresses, since any tensile stresses occurring are compensated or overcompensated by the compressive stresses acting on the piezoelectric element ,
- this is designed as a closed housing.
- the sensor housing has two housing elements with housing walls, between which the sensor element is received, and that the distance between the two housing walls to produce the axial bias on the sensor element adjustable is trained.
- the two housing elements are designed to be displaceable relative to one another in an overlapping region.
- the sensor housing can be formed particularly simply or from as few individual parts as possible when the two housing elements are at least substantially pot-shaped, wherein the interior for accommodating the sensor element is formed by two overlapping side walls and two bottom or lid regions arranged parallel to one another. which form the housing walls.
- the sensor housing thus requires only two components which overlap each other in the overlapping area and receive the sensor or piezoelectric element in their interior.
- the two housing elements in a state in which acts on the sensor element, the desired axial bias, firmly connected are, in particular by a circumferential weld.
- a weld seam can be formed in a particularly simple and accurate manner by a laser beam welding device, wherein a circumferential weld seam in particular reliably prevents the entry or penetration of media into the interior of the sensor housing.
- one of the housing elements on the injector housing facing side has a flange-like connection area for abutment with the injector.
- the housing elements are made of metal and that the connection to the injector by means of a welded joint.
- the mentioned weld joint between the sensor housing and the injector is preferably formed by means of a laser beam device.
- the sensor element near the sensor housing via electrically non-conductive insulation layers directly into abutting contact is arranged with the sensor housing.
- the fuel injector is exposed to large temperature fluctuations during operation, ranging from, for example, from -30 ° C during cold start up to more than 100 ° C. These temperatures are also transferred to the sensor housing or the sensor element, so that due to different materials for the sensor housing and the sensor element to different (geometric) expansions in the temperature range mentioned can, which lead to the desired axial biasing force on the Sensor element changes.
- the force exerted on the sensor element axial biasing force is at least substantially independent of temperature by a choice of material for the sensor housing and / or a dimensioning of the components.
- the Indian Fig. 1 fuel injector 10 shown greatly simplified is designed as a so-called common rail injector, and is used to inject fuel into the combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine.
- the fuel injector 10 has an injector housing 11, which consists essentially of metal and may have a multi-part design, in which at least one, preferably several injection openings 12 for injecting the fuel are arranged on the side facing the combustion chamber of the internal combustion engine.
- this forms a high pressure chamber 15, in which a nozzle needle 16 serving as an injection member is arranged in a liftable manner in the direction of the double arrow 17.
- a nozzle needle 16 serving as an injection member is arranged in a liftable manner in the direction of the double arrow 17.
- this forms together with the inner wall of the High-pressure chamber 15 and the injector 11 from a sealing seat, so that the injection openings 12 are at least indirectly closed, such that the injection of fuel from the high-pressure chamber 15 is avoided in the combustion chamber of the internal combustion engine.
- the nozzle needle 16 In the other, not shown, lifted from the sealing seat position of the nozzle needle 16, this releases the injection openings 12 for injecting the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
- the movement of the nozzle needle 16, in particular for releasing the injection openings 12, takes place in a manner known per se by means of an actuator, not shown, which can be actuated via a voltage supply line 18 by a control device of the internal combustion engine.
- the actuator may in particular be a magnetic actuator or else a piezoactuator.
- the supply bore 19 is also connected via a fuel connection, not shown, with a fuel line 22, which in turn is coupled to a fuel reservoir 25 (rail).
- a blind hole-shaped recess 24 is formed (in Fig. Fig. 3 ), so that the wall thickness of the injector 11 in the region of the recess 24 is reduced.
- the injector housing 11 may also have a flattening, in the region of which the wall thickness of the injector housing 11 is reduced.
- the newly formed base 26 of the recess 24 forms part of a deformation region 27.
- the fuel pressure currently prevailing in the supply bore 19 also acts in the injector housing 11 on the side facing away from the recess 24. Due to the fact that the wall thickness of the Injector housing 11 is reduced in the region of the recess 24, the wall portion 29 of the injector 11 acts on the recess 24 side facing as a deformation region 27 in the manner of an elastically deformable membrane, the deformation, which forms as a curvature, the higher the higher the instantaneous fuel pressure in the supply bore 19 is.
- the fuel injector 10 For detecting the time profile of the fuel pressure in the supply bore 19 and thus also in the high-pressure chamber 15, which is used as an indication of the instantaneous position of the nozzle needle 16 for driving the nozzle needle 16, the fuel injector 10 has a measuring device 30.
- the measuring device 30 comprises a sensor element 32 designed as a piezo element 31.
- the block-shaped or disc-shaped piezoelectric element 31 is covered on its opposite end faces by a respective electrically non-conductive insulating layer 33, 34.
- the electrodes, not shown in detail, of the piezoelectric element 31 are connected via connecting wires 35, 36, for example, to an evaluation device, not shown, such that electric voltages are generated by the piezoelectric element 31 during a deformation of the deformation region 27, which voltages can be detected via the connecting wires 35, 36 ,
- the measuring device 30 is received within a multi-part sensor housing 40, wherein the measuring device 30 together with the sensor housing 40 forms a preassemblable, verifiable separately from the fuel injector 10 assembly 44.
- the sensor housing 40 has a cover-like or cup-shaped housing upper part 41 with an upper housing wall 42 and a peripheral side wall 43 protruding from the housing wall 42 in the direction of the injector housing.
- the upper housing part 41 is connected to a lower housing part 45, which consists of a housing bottom 46 and a projecting in the direction of the upper housing part 41, circumferential side wall 47.
- the piezoelectric element 31 via the insulating layers 33, 34 directly to the housing bottom 46 and the housing wall 42 of the housing upper part 41 is applied, such that a compressive force and thus a compressive stress is generated on the piezoelectric element 31.
- This is done by applying the upper housing part 41 to the one insulating layer 33, the upper housing part 41, which has a certain flexibility, in particular in the region of the side wall 43 is acted upon by an axial force, such that the side wall 43 moves in the direction of the side wall 47 ,
- the desired axial prestressing force on the piezoelectric element 31 takes place via the (elastic) deformation of the housing wall 42 and / or possibly an elastic deformation of the housing bottom 46.
- the sensor housing 40 is connected to the housing bottom 46 directly to the deformation region 27. This takes place in that the housing bottom 46 rests on the base 26 of the recess 24, wherein the housing bottom 46, for example, radially outside its side wall 47 has a circumferential flange portion 52 which by another weld 53, which is preferably also produced by means of a laser beam device with the Injector 11 is connected.
- the deformation of the deformation region 27 is transmitted via the housing bottom 46 and the insulating layer 34 to the piezoelectric element 31, whereby this generates a voltage signal.
- Fig. 3 illustrated sensor housing 40a differs from the sensor housing 40 in that the side wall 43a of the upper housing part 41a radially includes the side wall 47a of the lower housing part 45a.
- the connection between the two side walls 43a, 47a also takes place by means of a preferably radially completely circumferential weld 51.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der nachveröffentlichten DE (R. 356739) A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor wird zur Detektion des Schließzeitpunkts der Düsennadel, bei dem diese auf ihren Sitz im Injektorgehäuse auftrifft und dadurch im Injektorgehäuse ausgebildete Einspritzöffnungen zumindest mittelbar verschließt, eine Messeinrichtung mit einem Sensorelement verwendet, das im Bereich einer Versorgungsbohrung am Injektorgehäuse angeordnet ist. Die Versorgungsbohrung versorgt einen Hochdruckraum, in dem auch die Düsennadel angeordnet ist, mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff. Insbesondere weist das Injektorgehäuse im Bereich der Messeinrichtung einen Verformungsbereich auf, der in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks in der Versorgungsbohrung elastisch deformierbar ausgebildet ist. Bei einer Druckerhöhung in der Versorgungsbohrung wölbt sich der Verformungsbereich nach außen, was mittels des ein Piezoelement aufweisenden Sensorelements detektierbar ist. Das Sensorelement ist bei dem bekannten Kraftstoffinjektor mittels einer Klebeverbindung mit dem Verformungsbereich verbunden und dazu ausgebildet, in dem Kontaktbereich zum Injektorgehäuse auftretende Dehnungen bzw. Zugspannungen zu erfassen, wobei die Größe bzw. Höhe der Dehnungen in Abhängigkeit von dem Druck in der Versorgungsbohrung ist. Charakteristisch beim angesprochenen Verschließen der Einspritzöffnungen durch die Düsennadel ist es, dass dadurch ein relativ starker bzw. schneller Druckanstieg in der Versorgungsbohrung stattfindet, da kein Kraftstoff mehr über die Einspritzöffnungen abgegeben wird, wobei der Druckanstieg mittels des Sensorelements erfasst wird. Da die bei dem bekannten Kraftstoffinjektor verwendete Klebeverbindung zwischen dem Piezoelement und dem Injektorgehäuse, insbesondere über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors betrachtet, äußeren Einflüssen bzw. Medien ausgesetzt ist, die die Festigkeit bzw. Zuverlässigkeit der Klebeverbindung negativ beeinträchtigen können, ist es bei dem bekannten Kraftstoffinjektor vorgesehen, das Sensorelement bzw. Piezoelement in Richtung der Klebeverbindung mit einer axialen Kraft zu beaufschlagen. Dies erfolgt mittels einer Stützeinrichtung, welche im Bereich einer insbesondere sacklochförmigen Ausnehmung oder aber einer Abflachung mit der Wand der Ausnehmung bzw. Abflachung verbunden ist, um dadurch die benötigte Axialkraft auf das Piezoelement bzw. die Klebeverbindung aufbringen zu können. Darüber hinaus ist es allgemein bekannt, dass ein Piezoelement relativ empfindlich gegen in ihm auftretende Zugsspannungen ist, wohingegen Druckspannungen von dem Piezoelement relativ aufgenommen werden können. Die aus der genannten Schrift bekannte Abstützeinrichtung bewirkt somit grundsätzlich zusätzlich eine verbesserte Funktionalität des Piezoelements.
- Bei der Montage der Messeinrichtung ist es erforderlich, die erforderlichen Bauteile im Bereich der Ausnehmung des Injektorgehäuses zu montieren bzw. anzuordnen. Dies erfolgt beispielsweise bei bereits montiertem Kraftstoffinjektor, oder aber unmittelbar nach der Fertigung des Injektorgehäuses. In jedem Fall ist es zur Anordnung der Messeinrichtung erforderlich, die entsprechenden Bauteile mit dem Injektorgehäuse zu verbinden, wobei die Funktionalität der Messeinrichtung erst nach erfolgter Montage überprüft werden kann. Kommt es beispielsweise zu einer Fehlfunktion bzw. arbeitet die Messeinrichtung nicht fehlerfrei, so ist üblicherweise nicht nur die Messeinrichtung, sondern auch das Injektorgehäuse als Ausschuss zu betrachten. Darüber hinaus stellt das Ausbilden einer Klebeverbindung grundsätzlich einen kritischen Herstellungsprozess dar, da insbesondere vermieden werden muss, dass die Klebeverbindung über die Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors in Wirkverbindung mit den angesprochenen aggressiven Medien (Flüssigkeiten oder Gasen) gelangt.
- Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass ein optimierter Herstellprozess ermöglicht wird. Unter einem optimierten Herstellprozess im Rahmen der Erfindung wird dabei insbesondere die Möglichkeit verstanden, die Messeinrichtung bzw. das Sensorelement in einem noch nicht mit dem Injektorgehäuse verbundenen Zustand überprüfen zu können, um bei einem fehlerhaften Sensorelement bzw. einer fehlerhaften Messeinrichtung eine Montage mit dem Injektorgehäuse vermeiden zu können. Darüber hinaus soll die Messeinrichtung ohne Verwendung einer Klebeverbindung mit dem Injektorgehäuse im Verformungsbereich verbunden werden können und das Sensor- bzw. Piezoelement soll sich durch eine hohe Robustheit, insbesondere beim Auftreten von aus dieses ggf. einwirkende Zugspannungen, auszeichnen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Sensorelement unter axialer Vorspannung in einem Sensorgehäuse aufgenommen ist, wobei das Sensorelement zusammen mit dem Sensorgehäuse eine vormontierbare Baugruppe ausbildet, wobei die Baugruppe mit dem Injektorgehäuse verbindbar ist, und wobei das Sensorelement von der Oberfläche des Verformungsbereichs durch das Sensorgehäuse getrennt ist.
- Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Sensorelement bzw. die Messeinrichtung nach deren Herstellung bzw. Anordnung in dem Sensorgehäuse überprüfbar ist, ohne dass hierzu eine Montage der Messeinrichtung an dem Injektorgehäuse erforderlich ist. Darüber hinaus erfolgt die Ankopplung bzw. Verbindung des Sensorelements mit dem Verformungsbereich am Injektorgehäuse mittelbar über das Sensorgehäuse der Sensoreinrichtung dadurch, dass zwischen der Oberfläche des Verformungsbereichs und dem Sensorelement das Sensorgehäuse angeordnet ist. Das Sensorgehäuse ermöglicht es insbesondere, das Sensorelement innerhalb des Sensorgehäuses unter axialer Vorspannung anzuordnen, wodurch die oben angesprochenen Vorteile hinsichtlich der Robustheit des Sensorelements durch Vermeidung von Zugspannungen erzielt wird, da ggf. auftretende Zugspannungen durch die auf das Piezoelement wirkenden Druckspannungen kompensiert bzw. überkompensiert werden.
- Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
- In einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung des Sensorgehäuses ist dieses als geschlossenes Gehäuse ausgebildet. Dadurch wird insbesondere sowohl die mechanische Robustheit des Sensorelements gegenüber äußeren (mechanischen) Einflüssen verbessert, als auch insbesondere der Eintritt von für das Piezoelement schädlichen Medien in das Sensorgehäuse verhindert.
- Um die gewünschte bzw. erforderliche axiale Vorspannung auf das Piezoelement aufzubringen, ist es vorgesehen, dass das Sensorgehäuse zwei Gehäuseelemente mit Gehäusewänden aufweist, zwischen denen das Sensorelement aufgenommen ist, und dass der Abstand zwischen den beiden Gehäusewänden zur Erzeugung der axialen Vorspannung auf das Sensorelement verstellbar ausgebildet ist.
- In bevorzugter konkreter konstruktiver Ausgestaltung zur Erzeugung der axialen Vorspannkraft durch die beiden Gehäuseelemente ist es vorgesehen, dass die beiden Gehäuseelemente in einem Überlappungsbereich relativ zueinander verschiebbar ausgebildet sind.
- Besonders einfach bzw. aus möglichst wenig Einzelteilen lässt sich das Sensorgehäuse ausbilden, wenn die beiden Gehäuseelemente zumindest im Wesentlichen topfförmig ausgebildet sind, wobei der Innenraum zur Aufnahme des Sensorelements durch zwei einander überlappende Seitenwände und zwei parallel zueinander angeordnete Boden- bzw. Deckelbereiche ausgebildet ist, die die Gehäusewände ausbilden. Das Sensorgehäuse benötigt somit lediglich zwei Bauteile, welche im Überlappungsbereich einander überdecken und in ihrem Innenraum das Sensor- bzw. Piezoelement aufnehmen.
- Um die gewünschte bzw. erforderliche axiale Vorspannkraft auf das Piezoelement zu definieren bzw. über die Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors aufrecht zu erhalten, ist es vorgesehen, dass die beiden Gehäuseelemente in einem Zustand, bei dem auf das Sensorelement die gewünschte axiale Vorspannung wirkt, miteinander fest verbunden sind, insbesondere durch eine umlaufende Schweißnaht. Eine derartige Schweißnaht lässt sich besonders einfach und genau durch eine Laserstrahlschweißeinrichtung ausbilden, wobei eine umlaufende Schweißnaht insbesondere den Eintritt bzw. das Eindringen von Medien in den Innenraum des Sensorgehäuses zuverlässig verhindert.
- Zur Verbindung des Sensorgehäuses mit dem Injektorgehäuse und somit insbesondere die Möglichkeit der Übertragung von Spannungen von dem Verformungsbereich über das Sensorgehäuse auf das Sensorelement wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dass eines der Gehäuseelemente auf der dem Injektorgehäuse zugewandten Seite einen flanschartigen Verbindungsbereich zur Anlage an das Injektorgehäuse aufweist.
- Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Gehäuseelemente aus Metall bestehen und dass die Verbindung zum Injektorgehäuse mittels einer Schweißverbindung erfolgt. Auch für diesen Fall ist die angesprochene Schweißverbindung zwischen dem Sensorgehäuse und dem Injektorgehäuse vorzugsweise mittels einer Laserstrahleinrichtung ausgebildet.
- Um beispielsweise ohne zusätzliche Klebstoffschichten innerhalb des Sensorgehäuses eine elektrische Isolierung zwischen dem zumindest bereichsweise aus Metall bestehenden Sensorgehäuse und den diesbezüglich relevanten Elementen des Piezoelements bzw. Sensorelements zu vermeiden, ist es vorgesehen, dass das Sensorelement nahe des Sensorgehäuses über elektrisch nicht leitende Isolationsschichten unmittelbar in Anlagekontakt mit dem Sensorgehäuse angeordnet ist.
- Der Kraftstoffinjektor ist während des Betriebs großen Temperaturschwankungen ausgesetzt, welche bei beispielsweise von -30°C beim Kaltstart bis zu mehr als 100°C reichen. Diese Temperaturen übertragen sich auch auf das Sensorgehäuse bzw. das Sensorelement, so dass es aufgrund unterschiedlicher Materialien für das Sensorgehäuse und das Sensorelement zu unterschiedlichen (geometrischen) Ausdehnungen in dem angesprochenen Temperaturbereich kommen kann, welche dazu führen, dass sich die gewünschte axiale Vorspannkraft auf das Sensorelement ändert. Um diesen Effekt zumindest teilweise auszugleichen, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die auf das Sensorelement ausgeübte axiale Vorspannkraft durch eine Materialwahl für das Sensorgehäuse und/oder eine Dimensionierung der Bauteile zumindest im Wesentlichen temperaturunabhängig ist.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
- Diese zeigt in:
- Fig. 1
- eine stark vereinfachte, teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors mit einer Messeinrichtung zur zumindest mittelbaren Fassung des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffinjektor und
- Fig. 2 und Fig. 3
- unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines Gehäuses zur Aufnahme eines als Piezoelements ausgebildeten Sensorelements, das mit dem Injektorgehäuse verbunden ist, jeweils im Längsschnitt.
- Gleiche Elemente und Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
- Der in der
Fig. 1 stark vereinfacht dargestellte Kraftstoffinjektor 10 ist als sogenannter Common-Rail-Injektor ausgebildet, und dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. - Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein im Wesentlichen aus Metall bestehendes, ggf. mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 11 auf, in dem auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs angeordnet sind. Innerhalb des Injektorgehäuses 11 bildet dieses einen Hochruckraum 15 aus, in dem eine als Einspritzglied dienende Düsennadel 16 in Richtung des Doppelpfeils 17 hubbeweglich angeordnet ist. In der dargestellten, abgesenkten Stellung der Düsennadel 16 bildet diese zusammen mit der Innenwand des Hochdruckraums 15 bzw. des Injektorgehäuses 11 einen Dichtsitz aus, so dass die Einspritzöffnungen 12 zumindest mittelbar verschlossen sind, derart, dass das Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine vermieden wird. In der anderen, nicht dargestellten, von dem Dichtsitz abgehobenen Position der Düsennadel 16 gibt diese die Einspritzöffnungen 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine frei. Die Bewegung der Düsennadel 16, insbesondere zum Freigeben der Einspritzöffnungen 12, erfolgt auf eine an sich bekannte Art und Weise mittels eines nicht dargestellten Aktuators, der über eine Spannungsversorgungsleitung 18 von einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist. Bei dem Aktuator kann es sich insbesondere um einen Magnetaktuator oder aber um einen Piezoaktuator handeln.
- Die Versorgung des Hochdruckraums 15 mit unter Hochdruck (Systemdruck) stehendem Kraftstoff erfolgt über eine innerhalb des Injektorgehäuses 11 angeordnete bzw. in Bauteilen des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildete Versorgungsbohrung 19, die insbesondere exzentrisch zur Längsachse 21 des Injektorgehäuses 11 in einem Randbereich des Kraftstoffinjektors 10, zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse 21, verläuft. Die Versorgungsbohrung 19 ist darüber hinaus über einen nicht dargestellten Kraftstoffanschlussstutzen mit einer Kraftstoffleitung 22 verbunden, welche wiederum mit einem Kraftstoffspeicher 25 (Rail) gekoppelt ist.
- In einem von den Einspritzöffnungen 12 bzw. dem Brennraum axial relativ weit beabstandeten Bereich des Injektorgehäuses 11 ist in dessen Außenwand 23 beispielhaft eine sacklochförmige Vertiefung 24 ausgebildet (
Fig. 3 ), so dass die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 im Bereich der Vertiefung 24 reduziert ist. Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle einer sacklochförmigen Vertiefung 24 das Injektorgehäuse 11 auch eine Abflachung aufweisen kann, in deren Bereich die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 reduziert ist. - Der eben ausgebildete Grund 26 der Vertiefung 24 bildet einen Teil eines Verformungsbereichs 27 aus. Dadurch wirkt der in der Versorgungsbohrung 19 augenblicklich herrschende Kraftstoffdruck auch in dem Injektorgehäuse 11 auf der der Vertiefung 24 abgewandten Seite. Dadurch, dass die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 im Bereich der Vertiefung 24 reduziert ist, wirkt der Wandabschnitt 29 des Injektorgehäuses 11 auf der der Vertiefung 24 zugewandten Seite als Verformungsbereich 27 in Art einer elastisch verformbaren Membran, wobei die Verformung, welche sich als Wölbung ausbildet, umso größer ist, je höher der augenblickliche Kraftstoffdruck in der Versorgungsbohrung 19 ist.
- Zur Detektion des zeitlichen Verlaufs des Kraftstoffdrucks in der Versorgungsbohrung 19 und damit auch in dem Hochdruckraum 15, welcher als Indiz für die augenblickliche Stellung der Düsennadel 16 zur Ansteuerung der Düsennadel 16 verwendet wird, weist der Kraftstoffinjektor 10 eine Messeinrichtung 30 auf. Die Messeinrichtung 30 umfasst ein als Piezoelement 31 ausgebildetes Sensorelement 32.
- Das block- bzw. scheibenförmig ausgebildete Piezoelement 31 ist auf seinen gegenüberliegenden Stirnseiten von jeweils einer elektrisch nichtleitenden Isolationsschicht 33, 34 überdeckt. Die im Einzelnen nicht dargestellten Elektroden des Piezoelements 31 sind über Anschlussdrähte 35, 36 beispielsweise mit einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung verbunden, derart, dass bei einer Deformation des Verformungsbereichs 27 von dem Piezoelement 31 elektrische Spannungen erzeugt werden, die über die Anschlussdrähte 35, 36 erfassbar sind.
- Die Messeinrichtung 30 ist innerhalb eines mehrteilig ausgebildeten Sensorgehäuses 40 aufgenommen, wobei die Messeinrichtung 30 zusammen mit dem Sensorgehäuse 40 eine vormontierbare, separat vom Kraftstoffinjektor 10 überprüfbare Baueinheit 44 ausbildet. Das Sensorgehäuse 40 weist ein deckel- bzw. topfförmiges Gehäuseoberteil 41 mit einer oberen Gehäusewand 42 und einer von der Gehäusewand 42 in Richtung zum Injektorgehäuse hinragenden, umlaufenden Seitenwand 43 auf. Das Gehäuseoberteil 41 ist mit einem Gehäuseunterteil 45 verbunden, das aus einem Gehäuseboden 46 und einer in Richtung zum Gehäuseoberteil 41 abstehenden, umlaufenden Seitenwand 47 besteht. Wesentlich ist, dass die konzentrisch zu einer Längsachse 48 angeordneten Seitenwände 43, 47 des Gehäuseoberteils 41 und des Gehäuseunterteils 45 derart zueinander angeordnet sind bzw. mit derartigen Durchmessern ausgestattet sind, dass die Seitenwand 43 zumindest nahezu formschlüssig in die von der Seitenwand 47 des Gehäuseunterteils 47 ausgebildete Öffnung hineinragt. Ferner sind die beiden Seitenwände 43, 47 derart ausgebildet, dass diese in Richtung des Doppelpfeils 49 relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind. Dadurch wird, abhängig von der Stellung der Seitenwände 43, 47, zwischen den Seitenwänden 43, 47 ein Überlappungsbereich 50 ausgebildet, der der Verbindung zwischen dem Gehäuseoberteil 41 und dem Gehäuseunterteil 45 dient. Dies erfolgt mittels einer vorzugsweise radial umlaufenden Schweißnaht 51, welche vorzugsweise durch eine nicht dargestellte Laserstrahleinrichtung ausgebildet wird.
- Wesentlich ist, dass das Piezoelement 31 über die Isolationsschichten 33, 34 unmittelbar an dem Gehäuseboden 46 bzw. der Gehäusewand 42 des Gehäuseoberteils 41 anliegt, derart, dass auf das Piezoelement 31 eine Druckkraft und somit eine Druckspannung erzeugt wird. Dies erfolgt dadurch, dass nach Anlage des Gehäuseoberteils 41 an der einen Isolationsschicht 33 das Gehäuseoberteil 41, welches eine gewisse Flexibilität aufweist, insbesondere im Bereich der Seitenwand 43 mit einer Axialkraft beaufschlagt wird, derart, dass sich die Seitenwand 43 in Richtung der Seitenwand 47 bewegt. Nach Ausbilden der Schweißnaht 51 erfolgt über die (elastische) Deformation der Gehäusewand 42 und/oder ggf. einer elastischen Deformation des Gehäusebodens 46 die gewünschte axiale Vorspannkraft auf das Piezoelement 31.
- Das Sensorgehäuse 40 ist mit dem Gehäuseboden 46 unmittelbar mit dem Verformungsbereich 27 verbunden. Dies erfolgt dadurch, dass der Gehäuseboden 46 am Grund 26 der Vertiefung 24 aufliegt, wobei der Gehäuseboden 46 beispielsweise radial außerhalb seiner Seitenwand 47 einen umlaufenden Flanschbereich 52 aufweist, welcher durch eine weitere Schweißnaht 53, welche bevorzugt ebenfalls mittels einer Laserstrahleinrichtung erzeugt wird, mit dem Injektorgehäuse 11 verbunden ist.
- Bei einer Deformation des Verformungsbereichs 27 bei einer Druckerhöhung in der Versorgungsbohrung 19 wird die Deformation des Verformungsbereichs 27 über den Gehäuseboden 46 und die Isolationsschicht 34 auf das Piezoelement 31 übertragen, wodurch dieses ein Spannungssignal erzeugt.
- Das in der
Fig. 3 dargestellte Sensorgehäuse 40a unterscheidet sich von dem Sensorgehäuse 40 dadurch, dass die Seitenwand 43a des Gehäuseoberteils 41a die Seitenwand 47a des Gehäuseunterteils 45a radial umfasst. Die Verbindung zwischen den beiden Seitenwänden 43a, 47a erfolgt ebenfalls mittels einer vorzugsweise radial vollständig umlaufenden Schweißnaht 51. - Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
Claims (11)
- Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Hochdruckraum (15) ausgebildet ist, der über eine im Injektorgehäuse (11) angeordnete Versorgungsbohrung (19) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit wenigstens einer zumindest mittelbar mit dem Hochdruckraum (15) verbundenen, im Injektorgehäuse (11) ausgebildeten Einspritzöffnung (12) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem die wenigstens eine Einspritzöffnung (12) freigebenden oder verschließenden Einspritzglied (16), und mit einer Messeinrichtung (30) zur zumindest mittelbaren Erfassung des Drucks im Hochdruckraum (15) oder der Versorgungsbohrung (19), wobei die Messeinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, eine elastische Verformung eines zumindest mittelbar mit der Versorgungsbohrung (19) oder dem Hochdruckraum (15) in Wirkverbindung angeordneten Verformungsbereichs (27) zu erfassen, und wobei die Messeinrichtung (30) ein Sensorelement (32) aufweist, das mit der Oberfläche (26) des Verformungsbereichs (27) in Wirkverbindung angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sensorelement (32) unter axialer Vorspannung in einem Sensorgehäuse (40; 40a) aufgenommen ist, wobei das Sensorelement (32) zusammen mit dem Sensorgehäuse (40; 40a) eine vormontierbare Baugruppe (44) ausbildet, und dass die Baugruppe (44) mit dem Injektorgehäuse (11) verbunden ist, wobei das Sensorelement (32) von der Oberfläche (26) des Verformungsbereichs (27) durch das Sensorgehäuse (40; 40a) getrennt ist. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sensorgehäuse (40; 40a) mit einem Gehäuseboden (46) unmittelbar auf der Oberfläche (26) des Verformungsbereichs (27) aufliegt. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sensorgehäuse (40; 40a) als geschlossenes Gehäuse ausgebildet ist. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sensorgehäuse (40; 40a) zwei Gehäuseelemente (41; 41 a, 45; 45a) mit einem Gehäuseboden (46) und einer Gehäusewand (42) aufweist, zwischen denen das Sensorelement (32) aufgenommen ist, und dass der Abstand zwischen dem Gehäuseboden (46) und der Gehäusewand (42) zur Erzeugung der axialen Vorspannung auf das Sensorelement (32) verstellbar ausgebildet ist. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Gehäuseelemente (41; 41 a, 45; 45a) in einem Überlappungsbereich (50) relativ zueinander verstellbar ausgebildet sind. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Gehäuseelemente (41; 41a, 45; 45a) zumindest im Wesentlichen topfförmig ausgebildet sind, und dass der Innenraum zur Aufnahme des Sensorelements (32) durch zwei einander überlappende Seitenwände (43; 43a, 47; 47a) sowie den Gehäuseboden (46) und die Gehäusewand (42) gebildet ist. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Gehäuseelemente (41; 41 a, 45; 45a) in einem Zustand, bei dem auf das Sensorelement (32) die gewünschte axiale Vorspannung wirkt, miteinander fest verbunden sind, insbesondere durch eine umlaufende Schweißnaht (51). - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass eines der Gehäuseelemente (45; 45a) auf der dem Injektorgehäuse (11) zugewandten Seite einen flachschartigen Verbindungsbereich (52) zur Anlage an das Injektorgehäuse (11) aufweist. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gehäuseelemente (41; 41 a, 45; 45a) aus Metall bestehen und dass die Verbindung zum Injektorgehäuse (11) mittels einer Schweißverbindung (53) erfolgt. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sensorelement (32) innerhalb des Sensorgehäuses (40; 40a) über elektrisch nichtleitende Isolationsschichten (33, 34) unmittelbar in Anlagekontakt mit dem Sensorgehäuse (40; 40a) angeordnet ist. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die auf das Sensorelement (32) ausgeübte axiale Vorspannung durch eine Materialwahl für das Sensorgehäuse (40; 40a) und/oder eine Dimensionierung der Bauteile zumindest im Wesentlichen temperaturunabhängig ist.
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