专利名称：内燃机燃料喷射阀的压电致动器的密封装置的制作方法
内燃机燃料喷射阀的压电致动器的密封装置 本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的密封装置。
这种装置例如由DE 10 2004 042 353 Al公开。在已知的密封装 置中，借助弹性体密封垫團实现密封，拱顶状从垫圈平面向上突出的 密封件部段通过该密封垫圈密封地贴靠在连接插销部段的周面上，所 述连接插销部段从套装在压电致动器上的顶板的孔口中伸出。用于提 供密封效果的贴附力在此优选通过弹性体密封垫團材料的弹性张力制 备。
已知的密封装置中，受密封件材料特性所限的贴附力以及因而密 封效果都是有缺陷的。此外还存在风险，即，由于材料会随时间流逝 而松弛，这种贴附力会减弱。最后，密封装置在头部装置的与压电致 动器对置的那一侧需要结构空间也是一种缺陷。
因此本发明所要解决的技术问题是，将本文开头所述类型的密封 装置进一步扩展设计为能够确保一种可靠的、尤其是也能更为经久的 密封。
该技术问题通过一种按权利要求1所述的密封装置解决。从属权 利要求涉及到本发明有利的改型。
在本发明的密封装置中规定，密封件在连接插销周面上的密封贴 靠设在孔内，且位于孔内的密封件部段在孔内被径向挤压。
通过密封件不仅在连接插销周面而且在头部装置上的密封贴靠， 实现一种可靠的密封。笫一贴靠或密封在下文中也被称为"径向密封"， 第二贴靠或密封也被称为"轴向密封"。
按本发明，由于密封件部段在压电致动器的连接插销和孔之间径 向挤压，所以径向密封尤其可靠且也能保持较长时间。
在一种特别优选的实施形式中，密封件部段设计为密封凸起。通 过这种措施就以空间特别明确的方式规定了用于径向密封的贴附力。 此外这样做也在趋势上进一步改善了密封的长期稳定性。
密封凸起的形状设计存在多种可能性。例如在一种实施形式中规 定，密封凸起具有至少类似0形环的形状。不过除此之外，其它造型或密封凸起横截面也是可能的。尤其是当连接插销在径向密封的区域 内以及当孔的各个相邻的内表面呈圆柱形时，优选使用旋转对称的密
封凸起(例如0形环状)以获得(不仅在连接插销上而且在孔的内表
面上的)均匀贴附力。密封凸起可以例如分别构成伸入孔中的"密封 件换顶"的一个端部。这类密封件部段(拱顶)伸入的孔的区域可例 如具有从孔边缘沿头部装置向内逐渐缩小的横截面，例如孔的锥形和/ 或阶梯状的内表面区域。
考虑到在连接插销(径向密封)以及头部装置(轴向密封)上的 最佳密封，密封件例如由弹性体构成。密封件例如可以由聚氨酯
(Polyurathan) 、 "FKM，，(氟橡胶)型弹性体如Viton (商品名)、 或"NBR，， (丁腈橡胶)型弹性体等构成。
在一种优选的实施形式中，密封件材料具有尤其良好的电绝缘性。 在头部装置导电时，选择这种密封件材料就不用针对连接插销电绝缘 性不够而采取特别的预防措施。这种情况通常是因为整个压电外壳装 置以及因而头部装置一般由金属材料制成。在头部装置导电连接的情 况下，密封件的材料不足以电绝缘，所以可以规定，至少在密封件与 头部装置贴靠的区域内让密封件材料和/或头部装置电绝缘，例如配设 绝缘层或绝缘件。
按本发明的密封装置优选用于内燃机燃料喷射器的压电致动器， 其中，燃料喷射器和至少一个其它的燃料喷射装置元件基本上完全设 置在内燃机的发动机组组件之内。因此尤其是指这样的情况，即喷射 装置的元件安装在发动机组组件之内，但也可以设置在发动机组组件 之外而不会对它们的功能有所限制。"发动机组组件"的概念在这里 是所有含发动机润滑油的组件的总称，在狭义上也称为"发动机组，， 和有润滑油泵入或润滑或(回)导入的结构元件(如气缸盖等)。采 用这种发动机构造时，将有害介质如油和/或燃料带入喷射器外壳内室 的危险就加大。该问题尤其出现在具有安置在气缸盖之内的喷射元件 的共轨式柴油机中。
正如本文开头提及的DE 10 2004 042 353 Al所阐述的那样，业 已表明，将压电陶瓷构件、如本文所关注的压电致动器布置在处于具 有有害介质的安装环境下的"尽可能气密，，的压电外壳装置中时，实 际上并没有延长构件的使用寿命，反而在趋势上甚至缩短了构件的使用寿命。因此可以通过密封装置区域内一定的"透气性，，大幅提升压 电致动器的耐久性或使用寿命。
因而在一种优选的实施形式中规定，密封件由高透气性材料构成。
尤其是可以选用硅材料、特别是氟化硅材料(例如"LSR"或"FVMQ，， 型弹性体)作为材料。后几种材料也能在密封件厚度较大时实现相对 气体材料如空气的高渗透率。这种特性有利于压电致动器压电陶瓷的 耐久性或使用寿命。
特别是对具有基本上完全安装在发动机组组件内的喷射装置的上 述发动机构造来说，在压电致动器耐久性或使用寿命方面业已证明有 利的是，封闭的致动器室内存在型腔。在本发明的密封装置中，可以 尤其筒单地制备或扩大这类位于致动器室内的型腔。在本发明的密封 装置中，有利的是，例如被头部装置的孔包围的很大一部分体积可以 创造附加的型腔。
例如当密封件总体设计为基本上呈圆盘形时，密封件就会有紧凑 的构造，就此而言为实现径向密封而设置了密封件部段，它们从圆盘 平面上突出且沿轴向伸入孔中(并包围连接插销)。
在一种特别紧凑的实施形式中规定，密封件的朝向头部装置的端 面基本上追随头部装置的轮廓。(例如单件式的圆盘状)密封件优选 至少环状地在头部装置的外围上环绕密封地贴靠(轴向密封)。
头部装置以本身公知的方式可以包括顶板，为让连接插销穿过， 顶板内设有头部装置的孔。
在一种优选的实施形式中，压电致动器安装在致动器室内，致动 器室由套筒状的致动器壳体以及顶板和底板构成，顶板和底板布置在 所述致动器壳体的两端。顶板在此可安装在致动器壳体的轴向端部， 并与之焊接，底板在这种情况下则可轴向推移地导入致动器壳体中。 在这种致动器室之内，压电致动器可以处于在轴向延伸的管状弹簧内 的轴向预压应力下，管状弹簧在其两端分别与顶板和底板焊接。底板 可设计成是向着燃料喷射阀操纵机构方向作用的有效连接装置的一部 分。在该区域内，致动器的密封可以以本身公知的方式通过焊接在致 动器壳体内壁和底板之间的膜片完成。
为确保可靠的轴向密封，密封件例如可以至少在一个环形包围连 接插销的区域内沿轴向压向头部装置，例如朝着上述致动器壳体的轴向端部。
这种在轴向密封区域内的按压可例如通过施加来自设置在喷射器 外壳端部上与喷射器电连接的接触组件的轴向压力完成。在一种实施 形式中规定，这种接触组件至少部分地将密封件压向头部装置。然后 这种因而在一定程度上夹紧在接触组件和头部装置之间的密封件部段 可以实现轴向密封。当接触组件设有一个或多个朝向密封件的突出部 时，密封件朝着头部装置的压紧以特别明确的方式完成，所述突出部 在安装燃料喷射器时使相应的密封件部段受到如期的按压。
在另一种实施形式中规定，所述接触组件基本上全面地贴靠在密 封件上，并因而将轴向压力特别均勻地施加到密封件上。在此，轴向 压力尤其在规定用于径向密封的密封件部段区域内可有利地改善这种 径向密封。
在一种实施形式中规定，头部装置上套装有用于将连接插销进一 步电连接到插接器上的接触组件，且接触组件确保密封部段不会从孔 中出来。
当接触组件包围头部装置的外围区域并通过形状配合连接装置固 定在该外围区域上时，接触组件的安装就很简单，且安装时能够确保 密封件受到如上所述的按压。这种形状配合连接装置可尤其作为卡锁 连接装置而设计为，通过对接触组件的按压完成它与头部装置的卡锁。 这种卡锁连接装置可例如在周面上环形延伸地亦或通过多个在周面上 分布的独立卡锁区域设置。当卡锁连接装置在之后固定在最终的塑料 注塑包封件内时，可实现特别持久和密封的轴向密封。塑料材料的收 缩提高了压紧力因而也提高了密封件的夹紧力。
在一种实施形式中规定，在密封件和头部装置之间布置了设有用 于使连接插销穿过的孔且由电绝缘材料制成的绝缘盘。
在这类绝缘盘和与之邻接的构件例如头部装置和密封件之间或多 或少地设有一些大的缝隙，这样就能因为这类绝缘盘的存在而有利地 扩大致动器室的体积。实际上这些缝隙的产生通常不可避免。
此外，绝缘盘还具有一些创造了其它型腔的凹槽。也可以为了促 进绝缘盘轴向对置的侧面间的气体交换而适当地设一些这类凹槽。若 附加地在绝缘盘上方或下方存在或制备有型腔，那么通过贯穿绝缘盘 的凹槽就能创造更大的相关联的型腔室，型腔室对压电致动器的耐久性产生了有利的影响。为确保通过头部装置的通风，头部装置例如可
"西 .说$ ,!/、一厶诵fl. f、 缺嫂垂*、其经济地例如由作为压
铸零件的塑料制成。使用这种绝缘盘就能在选择密封件材料时加大自 由度，因为电流被强迫接受了一条随绝缘盘形状变化的"弯路"。
下面借助实施例并参考附图对本发明作详细说明。图中
图l是燃料喷射阀的压电驱动器的轴向纵剖面详图，
图2是压电驱动器的透视图。
图1示出了在总体以10标识的压电驱动器内的压电致动器12的 密封装置的一个实施例。
图2示出了用于操纵内燃机燃料喷射器喷射阀的压电驱动器10(例 如"共轨式，，喷射系统的柴油喷射器)。在已安装状态下，所示压电 驱动器10与图1中设置在压电驱动器10下方但在本图中未示出的喷 射阀一起构成燃料喷射器。
就燃料喷射器的原则性结构而言，仅例如参考了公知的设计方案， 如DE 199 56 256 B4、 DE 100 07 175 Al和DE 10 2004 042 353 Al 所记载的设计方案。
再来看图1，为简洁起见，图l仅示出了轴向截面(轴向A)的(左 边)一半，从图中可以看到两个从压电致动器l2中伸出的连接插销l4 中的一个，以及一个套装在压电致动器上的头部装置，该头部装置在 图示实施例中由金属顶板16和套筒状致动器壳体18组成，并配设有 用于使连接插销14穿过的孔20。
压电驱动器10以本身公知的方式包括基本上由压电元件堆构成 的、沿轴向A伸长的压电致动器12，接上控制电压后，就能通过金属 的连接插销14控制地改变压电致动器的轴向膨胀。
为电连接燃料喷射器，图1中，燃料喷射器在其上方端部区域处 配设有设计为塑料成型件的接触组件22,由它形成的接触舌在侧面伸 出且形成了插接器24 (图2)的电触头以用于进一步进行电连接。接 触组件22构造为所谓的接触舌支架，它的原则性结构例如可参考DE 198 44 743 Cl。
压电致动器12的连接插销14向上穿过顶板16的设计成轴向穿孔 形状的孔20，因而连接插销部段沿轴向从孔20中伸出。图l中，连接 插销14的上方端部与金属焊接片26焊接，焊接片26又与接触组件22的接触舌一体连接。
在套筒状致动器壳体18中设置管状弹簧28,压电致动器12在该 管状弹簧中保持在轴向预压应力下。为此目的，管状弹簧28在自身下 方端部(未示出)与在致动器壳体18中可轴向活动导引的底板焊接， 反之，管状弹簧28的与此相对的上方端部则焊接在顶板16的外围上。
位于顶板16下方的致动器室相对于接触组件22区域的密封、或 者说套筒状致动器壳体18上方端部的密封则通过下面将要详细说明的 密封装置完成。
由液密弹性体构成的密封垫圈30套装在头部装置16、 18上，密 封垫圈30—方面("径向密封")密封地贴靠在连接插销14的周面 上，另一方面("轴向密封，，)又密封地贴靠在由顶板16和套筒状致 动器壳体18的上方端部构成的头部装置上。
在所示实施例中，轴向密封环形围绕地设在致动器壳体18的上方 端部上。致动器壳体18在这个区域内具有环形槽，密封垫圏30的外
围边缘密封地嵌接在该环形槽内。
设在密封垫圈30和连接插销14间的径向密封同样通过弹性体密 封垫围30实现，弹性体密封垫圏30压缩密封地嵌接在接触通道(孔 20)上。
密封垫圏30在连接插销14穿过的区域内具有沿轴向拱顶状伸入 孔20之中的密封垫圏部段，密封垫圈部段的在图1中的下部末端构成 O形环状的密封凸起32。密封垫圈30在连接插销14周面上的密封贴 附设在孔20内部，其中，位于孔20内部的密封凸起32在孔20内被 径向挤压。弹性体在这个位置并没有延伸，而是被挤压到连接插销l4 和顶板穿孔之间。
因而径向密封的基础是在密封凸起32区域内弹性体材料的通过几
何尺寸在这个区域内预定的压力载荷。因此可以用较大的贴附力确保 密封效果的可靠和在较长时间内的稳定。
当只利用密封材料的弹性伸展来产生密封力时，可以获得在径向 密封处的较高的密封力。弹性体的张力松弛不会对密封效果产生不利 的长期影响。对长期密封来说，在这种构造中，关键参数就是剩余压 力变形量，根据对多种可有利使用的材料所作的研究，剩余压力变形 量在趋势上可以更为有利地忽略不计。于是通过构件的寿命大大改善了连接插销上的密封。
在所示实施例中，通过将密封垫圈30轴向压向头部装置16、 18 而特别可靠地实现轴向密封。为此，接触组件22的塑料材料以它的底 面压在密封垫圏30的外围上，因而密封垫圈环绕地压向致动器壳体18 的端面。因此基于所使用的密封材料的弹性，也能在这个位置确保密 封效果持久。
接触组件22围绕致动器壳体18的外围区域，并在按压后通过设 在该区域内的卡锁连接装置34固定。就此而言可以设置环绕的卡锁装 置或通过单个卡锁件分布在外围上。
对于径向密封而言，在所示实施形式中，通过接触组件22 (在弹 性体密封垫圈30的上方)的塑料体的相应几何结构确保了密封凸起32 不会从孔20中滑出。为此，接触组件22的塑料材料部段沿轴向延伸 直至略微超出密封凸起32，因而确保密封凸起32不会从孔20中出来。 接触组件22的这一部段在密封凸起32上贴靠或甚至是沿轴向挤压该 密封凸起32也是可以的，但在所示实施例中并没有这样设置。
沿轴向在径向密封的下方，在孔20内嵌入一个包围连接插销14 的绝缘套36，它用于使连接插销14相对顶板16电绝缘。尤其是当顶 板相对较薄时，也能省去这种绝缘套。
密封垫圈30的弹性体材料选择为有尽可能佳的液体密封性，而且 还具有高透气性。因而能实现或促进来自致动器室的"逸出性材料" 和进入致动器室的氧气的高渗透率。为此在图示实施例中设置了穿过 顶板16的通风穿孔37。
此外，密封垫圈材料也具有尽可能小的导电能力，以便使连接插 销14相对头部装置16、 18以及因而彼此间相互绝缘。绝缘盘38中间 连接在弹性体绝缘垫圈30和金属顶板16之间。设有通风孔40的绝缘 盘38有利地促使密封装置的透气性得到改善。
在安装压电驱动器10时，密封垫圏30套装在连接插销14的从孔 20伸出的部段上，其中密封凸起32从上方压入孔20中并因而在那里 被径向挤压。然后通过按压和卡锁接触组件22实现密封垫围30在外 围边缘上的按压和对密封凸起32的保护。之后完成连接插销端部在接 触组件22的焊接片26上的焊接。最后还要对压电驱动器10的上方端 部进行最终包裹。这种包裹被规定为是喷塑件42和套装在其上的塑料盖44。
接触组件22的塑料材料中的缺口用于使密封垫圏30的朝向接触 组件22的大部分端面向着塑料盖44下方的空间敞开，从而使密封垫 圈30的这个端面能特别有效地通风。为促进喷射器外壳装置42、 44 的外侧与密封垫圈30的外侧之间的换气，在外部塑料包封装置42、 44 中设置至少一个换气孔46。
塑料盖44在图示实施例中例如通过焊接(例如激光焊接)与事先 套装的压力注塑包封件42相连。外壳装置上部区域的这种两件式设计 方案具有的优点是，换气孔46可以简单地设计成是这两个包封组件之 间留有的缝隙。
除所示实施例外，还可考虑设置单件式的最终塑料注塑包封件， 它为了形成至少一个换气孔而在被冲孔(例如钻孔)。
权利要求
1. 用于内燃机燃料喷射阀的压电致动器(12)的密封装置，该密封装置具有从压电致动器(12)伸出的连接插销(14)和套装在压电致动器(12)上的头部装置(16、18)，所述头部装置(16、18)设有用于让连接插销(14)穿过的孔(20)，其中由液体密封材料构成的密封件(30)套装在头部装置(16、18)上，所述密封件(30)一方面密封地贴靠在连接插销(14)的周面上，另一方面密封地贴靠在所述头部装置(16、18)上，其特征在于，所述密封件(30)在连接插销(14)周面上的密封贴靠设置在孔(20)内，且位于孔(20)内的密封件部段(32)在所述孔内被径向挤压。
2. 按权利要求1所述的密封装置，其中，所述密封件部段(32) 设计为密封凸起。
3. 按权利要求2所述的密封装置，其中，所述密封凸起(32)至 少近似具有0形环的形状。
4. 按权利要求2或3所述的密封装置，其中，所述密封凸起(32) 分别构成拱顶状伸入所述孔(20)中的密封件部段的一个端部。
5. 按前述权利要求之一所述的密封装置，其中，所述密封件(30) 由弹性体构成。
6. 按前述权利要求之一所述的密封装置，其中，所述密封件(30)由具有高透气性的材料构成。
7. 按权利要求6所述的密封装置，其中，所述密封件(30)由硅材料、尤其氟硅材料构成。
8. 按前述权利要求之一所述的密封装置，其中，所述密封件(30) 呈盘状，且所述密封件的朝向所述头部装置(16、 18)的端面基本上 追随所述头部装置(16、 18)的轮廓。
9. 按前述权利要求之一所述的密封装置，其中，所述头部装置(16、 18)包括顶板(16)，所述头部装置(16、 18)的用于让所述连接插 销(l4 )穿过的孔(20 )设在所述顶板(l6 )内。
10. 按前述权利要求之一所述的密封装置，其中，所述密封件(30) 环形地环绕密封贴靠在所述头部装置(16、 18)的外围上。
11. 按前述权利要求之一所述的密封装置，其中，套筒状致动器 壳体(18 )与设置在致动器壳体(18 )两端的顶板(l6 )及底板一起限定致动器室，压电致动器(12)被安装在该致动器室内。
12. 按权利要求11所述的密封装置，其中，所述密封件(30)密 封地贴靠在套筒状致动器壳体(18)的轴向端部上。
13. 按前述权利要求之一所述的密封装置,它具有套装在头部装 置(16、 18)上用于将连接插销(14)进一步电连接到插接器(24) 上的接触组件(22)，其中，所述接触组件(22)将所述密封件(30) 至少部分地压向所述头部装置(16、 18)。
14. 按前述权利要求之一所述的密封装置，它具有套装在头部装 置(16、 18)上用于将连接插销(14)进一步电连接到插接器上的接 触组件(22)，其中，所述接触组件(22)确保密封件部段(32)不 会从孔UO)中出来。
15. 按权利要求13或14所述的密封装置，其中，所述接触组件 (22)包围头部装置(16、 18)的外围区域并且通过形状配合连接装置、尤其卡锁连接装置(34)固定在该外围区域上。
16. 按前述权利要求之一所述的密封装置，其中，在密封件(30) 和头部装置(16、 18)之间布置了设有用于让连接插销(l"穿过的 孔且由电绝缘材料制成的绝缘盘(38)。
17. 按前述权利要求之一所述的密封装置，其中，设置至少一个 穿过所述头部装置(16、 18)的通风道(37)。
18. 用于内燃机的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括喷射器外壳 装置(42、 44)，带有按权利要求1至16之一所述密封装置的用于操 纵燃料喷射阀的压电致动器(12)安装在所述喷射器外壳装置中。
19. 按权利要求18所述的燃料喷射器，它具有促进所述喷射器外 壳装置(42、 44)外側与所述密封件(30)外側之间换气的通风装置(46)。
20. 按权利要求18或19所述的燃料喷射器被用在燃料喷射装置 中，所述燃料喷射装置基本上被完全安装在内燃机的发动机组组件之 内。
全文摘要
本发明涉及用于内燃机燃料喷射阀的压电致动器(12)密封装置，它具有从压电致动器(12)伸出的连接插销(14)和套装在压电致动器(12)上的头部装置(16、18)，所述头部装置设有让所述连接插销(14)穿过的孔(20)，其中液体密封的密封件(30)一方面密封地贴靠在所述连接插销(14)的周面上，另一方面则密封地贴靠在所述头部装置(16、18)上。为确保可靠且更为经久的密封，密封件(30)在连接插销(14)周面上的密封贴靠被设在孔(20)内，且位于孔(20)内的密封件部段(32)在所述孔内被径向挤压。
文档编号F02M51/00GK101535626SQ200780031741
公开日2009年9月16日 申请日期2007年6月28日 优先权日2006年6月29日
发明者C·朱姆斯特鲁尔, M·昂鲁 申请人:欧陆汽车有限责任公司