Titel

Steckverbindung für einen elektrischen Anschluss eines Kraftstoff! njektors

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung, wie sie Verwendung findet, um einen Kraftstoffinjektor mit einem elektrischen Anschluss zu versehen.

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffinjektor aus, wie er beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 081 534 Al bekannt ist. Ein solcher Kraftstoff! njektor, wie er beispielsweise bei einem Common- Rail- Einspritzsystem Verwendung findet, weist einen elektrischen Aktor auf, mit dem die Einspritzung gesteuert wird. Der elektrische Aktor ist dabei beispielsweise ein Elektromagnet oder ein Piezoaktor und wirkt entweder direkt auf eine Düsennadel, die das Öffnen und Schließen von Einspritzöffnungen steuert, oder der Aktor dient der Steuerung des Kraftstoffdrucks in einem Steuerraum, so dass die Bewegung der Düsennadel servo-hydraulisch geschieht. Der elektrische Aktor benötigt dabei zwei elektrische Anschlüsse, zwischen denen eine elektrische Spannung angelegt werden muss, um die erforderliche Kraft auf die Düsennadel bzw. auf ein Ventilelement auszuüben, wobei die angelegte elektrische Spannung 100V oder mehr betragen kann. Einer der beiden Anschlüsse ist dabei mit der Masse verbunden.

Häufig weisen Injektoren darüber hinaus wenigstens einen Sensor auf, der meist dazu dient, einen Druck im Hochdruckbereich des Kraftstoff! njektors zu messen. Aus dem Verlauf dieses Drucks kann beispielsweise auf die tatsächliche

Bewegung der Düsennadel geschlossen werden, so dass diese Daten bei der Ansteuerung des Injektors verwendet werden können, um die Einspritzung präzise zu steuern. Ein solcher Sensor ist beispielsweise als Piezosensor ausgeführt, der durch den wechselnden Druck im Hochdruckbereich des

Kraftstoffinjektors leicht verformt wird, was zu einem entsprechenden

Spannungssignal führt. Ein solcher Sensor weist zwei elektrische Kontakte auf, an denen eine entsprechende Spannung angelegt bzw. abgegriffen wird, wobei ein Kontakt an einen elektrischen Anschluss des Kraftstoffinjektors geführt ist und der zweite Kontakt entweder mit dem Injektorgehäuse und damit mit der Masse verbunden wird oder mit einem weiteren elektrischen Anschluss am Kraftstoff! njektor. Das Spannungsniveau am Sensor ist dabei deutlich geringer als das am elektrischen Aktor und beträgt in der Regel nur wenige Volt. Der elektrische Anschluss des Kraftstoffinjektors ist in Form eines Steckers ausgebildet. Der Stecker weist dabei wenigstens drei Pins auf, nämlich zwei Pins für die Spannungsversorgung des elektrischen Aktors und einen oder zwei Pins, die mit einem Kontakt bzw. den Kontakten des Sensors verbunden sind. Ein entsprechender Stecker an einem Injektor ist aus der DE 10 2015 211 417 Al bekannt.

Beim Betrieb des Kraftstoffinjektors im Motor eines Kraftfahrzeugs kann

Feuchtigkeit in den Stecker eindringen, beispielsweise durch Kondenswasser, wodurch der Kunststoff, aus dem der Stecker besteht, eine gewisse elektrische Leitfähigkeit an der Oberfläche aufweist. Darüber hinaus weist auch der

Kunststoff selbst eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf, die noch zunehmen kann, wenn der Kunststoff Feuchtigkeit aufnimmt. Da während einer Ansteuerung des Aktors zwischen dessen elektrischen Anschlüssen und den Anschlüssen des Sensors eine hohe Spannungsdifferenz besteht, treten Kriechströme zwischen den Aktoranschlüssen und den Sensoranschlüssen auf. Durch diese

Kriechströme kann das ohnehin kleine Spannungssignal am Sensor verfälscht werden, so dass die Auswertung des Signals am Sensor gestört und damit eine präzise Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzung erschwert wird. Sind zwei Anschlusspins für den Sensor vorgesehen, so sind diese beiden Pins in der Regel unterschiedlich weit von den spannungsführenden Pins für den

elektrischen Aktor beabstandet, so dass die Kriechströme zu den beiden Anschlusspins des Sensors unterschiedlich groß sind, was zu einer

Spannungsinduzierung zwischen den beiden Sensoranschlusspins führt. Da der Sensor eine elektrische Kapazität aufweist, kann diese somit über die Kriechströme aufgeladen werden, was das Sensorsignal verfälscht und dessen Auswertung erschwert.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steckverbindung für einen elektrischen Anschluss eines Kraftstoff! njektors weist den Vorteil auf, dass an einem Stecker sowohl der elektrische Aktor als auch der Sensor elektrisch kontaktiert werden können, ohne dass es zu einer Verfälschung des Sensorsignals angesichts des hohen

Spannungssignals am Anschluss des elektrischen Aktors kommt. Dazu weist die Steckverbindung für einen elektrischen Anschluss einen Stecker auf, der wenigstens drei Anschlusspins umfasst, die zumindest im Wesentlichen entlang einer Längsachse angeordnet sind. Dabei sind der erste Anschlusspin und der zweite Anschlusspin mit Anschlusskontakten eines im Kraftstoff! njektor angeordneten elektrischen Aktors verbindbar und ein dritter Anschlusspin mit einer weiteren elektrischen Vorrichtung im Kraftstoff! njektor. Der zweite

Anschlusspin ist zwischen dem ersten Anschlusspin und dem dritten

Anschlusspin angeordnet und weist in Richtung der Längsachse eine geringere Ausdehnung auf als senkrecht dazu.

Durch die elektrische Leitfähigkeit an der Kunststoffoberfläche des Steckers sowie des Kunststoffmaterials selbst kommt es zu Kriechströmen zwischen dem ersten Anschlusspin und dem dritten Anschlusspin, der den Sensor kontaktiert. Um diese Kriechströme zu unterbinden oder wenigstens stark zu reduzieren, weist der zweite Anschlusspin senkrecht zur Längsachse eine größere

Ausdehnung auf als in Richtung der Längsachse, was dazu führt, dass der zweite Anschlusspin den ersten Anschlusspin gegen den dritten Anschlusspin abschirmt. Kriechströme fließen so hauptsächlich zwischen dem ersten

Anschlusspin und dem zweiten Anschlusspin, also zwischen den Anschlusspins des elektrischen Aktors. Da der zweite Anschlusspin in Richtung senkrecht zur Längsachse eine große Ausdehnung aufweist, schirmt er den ersten

Anschlusspin gegen den dritten Anschlusspin ab, so dass die Kriechströme nur noch deutlich reduziert den dritten Anschlusspin erreichen und kaum noch das Sensorsignal beeinflussen.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Steckverbindung weist der Stecker eine Steckerwand auf, die die Anschlusspins umgibt. Dadurch werden die Anschlusspins gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt, insbesondere gegenüber Flüssigkeiten, wie Kondens- oder Spritzwasser.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Anschlusspin als flaches Metallplättchen ausgebildet. Dieses ist senkrecht zur Längsachse des Steckers ausgerichtet und schirmt damit den ersten Anschlusspin gegen die übrigen Anschlusspins ab. Dabei können auch der erste oder dritte Anschlusspin und gegebenenfalls weitere Anschlusspins als flache Metallplättchen ausgebildet sein, die jedoch im Gegensatz zum zweiten Anschlusspin beliebig orientiert sein können, beispielsweise in Richtung der Längsachse des Steckers.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Stecker eine

Kunststoffumspritzung auf, in der die drei Anschlusspins fixiert sind. Neben der Fixierung gewährleistet die Kunststoffumspritzung auch eine weitgehende elektrische Isolierung der Anschlusspins gegeneinander und erlaubt eine

Formgebung, die an die jeweiligen Erfordernisse ohne größeren Aufwand angepasst werden kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der zweite

Anschlusspin ein Abschirmplättchen, das in die Kunststoffumspritzung des Steckers eingebettet ist und das sich senkrecht zur Längsachse erstreckt. Das Abschirmplättchen, das entweder vollständig in den Kunststoff eingebettet ist oder aus der Kunststoffumspritzung herausragt, führt zu einer stärkeren

Reduzierung der Kriechströme vom ersten Anschlusspin zum dritten und zu weiteren Anschlusspins, indem auch die Kriechströme innerhalb der

Kunststoffumspritzung unterbunden werden. Ragt das Abschirmplättchen aus der Kunststoffumspritzung heraus in den Stecker, so unterbindet es auch effektiv Kriechströme an der Oberfläche der Kunststoffumspritzung. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Abschirmplättchen mit

Durchbrüchen ausgestattet, so dass die Kunststoffumspritzung die Durchbrüche durchdringen kann, was den Stecker insgesamt stabiler macht als bei einem großen, durchgehenden Abschirmplättchen, das eine mechanische

Schwachstelle im Stecker darstellen kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung erstreckt sich das Abschirmplättchen bis zur Steckerwand des Steckers, um die Abschirmung der Kriechströme weiter zu verbessern. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Abschirmplättchen mit Zinken verbunden, die senkrecht zur Längsachse an der Steckerwand verlaufen. Damit können auch Kriechströme, die an der Steckerwand entlang an der Oberfläche der dortigen Kunststoffumspritzung fließen, effektiv abgeschirmt werden.

Die Steckverbindung ist bei gleichem erfinderischen Gedanken auch auf Steckverbindungen ausweitbar, die vier oder mehr elektrische Anschlusspins im Stecker aufweisen.

Zeichnung

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der

erfindungsgemäßen Steckverbindung dargestellt. Es zeigt

Figur 1 einen Kraftstoffinjektor teilweise im Längsschnitt mit einer

erfindungsgemäßen Steckverbindung,

Figur 2a und

Figur 2b eine Steckverbindung nach dem Stand der Technik,

Figur 3 eine Illustration der Kriechströme des Steckers der Figur 2a,

Figur 4a ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Steckverbindung, Figur 4b einen Querschnitt durch diese Steckverbindung,

Figur 5 die Darstellung der Kriechströme einer erfindungsgemäßen

Steckverbindung gemäß Figur 4a,

Figur 6a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Steckverbindung,

Figur 6b einen Querschnitt durch diese Steckverbindung,

Figur 7 die Darstellung der Kriechströme einer Steckverbindung gemäß

Figur 6a,

Figuren 8a, 9a, 10a, 11a, 12a und 13a zeigen verschiedene Darstellungen von erfindungsgemäßen Steckverbindungen und

Figuren 8b, 9b, 10b, 11b, 12b und 13b die zugehörigen Querschnitte,

Figur 14 eine isolierte Darstellung eines zweiten Anschlusspins einer erfindungsgemäßen Steckverbindung eines weiteren

Ausführungsbeispiels und

Figur 15 in ähnlicher Darstellung wie Figur 14 einen weiteren zweiten

Anschlusspin.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Kraftstoffinjektor, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit einer Steckverbindung dargestellt. Der Kraftstoffinjektor weist einen

Hochdruckanschluss 3 auf, über den dem Kraftstoffinjektor Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt werden kann. Der Kraftstoff wird über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Bohrung bis in einen Düsenkörper 4 geleitet und von dort über Einspritzöffnungen 8 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht. Zur Steuerung der Einspritzung dient eine längsbeweglich angeordnete Düsennadel 5 im Düsenkörper 4, die die Einspritzöffnungen 8 abwechselnd öffnet und verschließt. Zur Steuerung der Längsbewegung der Düsennadel 5 ist ein elektrischer Aktor 12 vorhanden, der den Druck in einem Steuerraum 14 steuert und damit eine hydraulische Schließkraft auf die

Düsennadel 5. Wird durch Bestromung des elektrischen Aktors 12, hier in Form eines Elektromagneten, eine Verbindung zu einem Leckölanschluss geöffnet, so wird der Steuerraum 14 druckentlastet und die Düsennadel 5 bewegt sich in Längsrichtung, wobei sie die Einspritzöffnungen 8 freigibt. Die dabei

abgesteuerte Kraftstoffmenge wird über einen Leckölanschluss 7 abgeführt, der an dem den Einspritzöffnungen 8 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 2 ausgebildet ist.

Am Gehäuse 2 des Kraftstoffinjektors 1 ist ein Sensor 13 angebracht. Der Sensor 13 reagiert auf den Druck im Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors 1, beispielsweise in einer Hochdruckzulaufbohrung innerhalb des Gehäuses 2, in der der Kraftstoff unter hohem Druck zur Düse 4 fließt. Aus den

Druckschwankungen innerhalb der Hochdruckzulaufbohrung lässt sich auf die Bewegung der Düsennadel 5 schließen und damit der genaue Beginn und das genaue Ende der Kraftstoffeinspritzung bestimmen. Zur Steuerung der

Einspritzung ist es wichtig, die tatsächliche Bewegung der Düsennadel 5 zu kennen, da es eine Verzögerung zwischen der Bestromung bzw. dem Ende Bestromung des elektrischen Aktors 12 und der Bewegung der Düsennadel 5 gibt. Nur wenn das tatsächliche Ende und der tatsächliche Anfang der

Kraftstoffeinspritzung bekannt ist, kann die Ansteuerung des elektrischen Aktors 12 entsprechend angepasst und optimiert werden.

An dem den Einspritzöffnungen 8 abgewandten, in der Zeichnung oberen Ende ist am Kraftstoff! njektor 1 ein elektrischer Stecker 10 ausgebildet. Der elektrische Stecker 10 weist vier Anschlusspins 15 auf, von denen zwei Anschlusspins mit dem elektrischen Aktor 12 verbunden sind und zwei weitere Anschlusspins mit dem Sensor 13. Die zugehörigen elektrischen Leitungen verlaufen innerhalb des Kraftstoff! njektors bzw. der Kunststoffumspritzung 18, die die Anschlusspins fixiert und die auch der elektrischen Isolierung der Anschlusspins gegeneinander dient. Figur 2a zeigt eine Draufsicht auf den elektrischen Stecker 10 und zeigt den ersten Anschlusspin in 15a, den zweiten Anschlusspin 15b, den dritten

Anschlusspin 15c und den vierten Anschlusspin 15d. Die vier Anschlusspins 15a bis 15d sind als sogenannte Messerkontakte ausgebildet, d.h. in Form flacher Metallplättchen. Sie sind entlang einer Längsachse 16 angeordnet, wobei die längere Ausdehnung der Anschlusspins in Richtung der Längsachse 16 orientiert ist. Die ersten beiden Anschlusspins 15a, 15b dienen dem Anschluss des elektrischen Aktors 12, währen der dritte Anschlusspin 15c und der vierte Anschlusspin 15d mit dem Sensor 13 verbunden sind. Der zweite Anschlusspin 15b ist durch die Steuergeräte- Endstufe niederohmig mit der Masse verbunden, während die Spannung zur Ansteuerung des elektrischen Aktors 12 am ersten Anschlusspin 15a anliegt. Die Spannung zwischen dem ersten Anschlusspin 15a und dem zweiten Anschlusspin 15b und damit zwischen dem Anschlusspin 15a und der Masse kann 100 Volt und mehr betragen. Die Spannung zwischen den beiden Anschlusspins 15c und 15d sowie zwischen jedem dieser Anschlusspins 15c, 15d und der Masse beträgt hingegen jeweils nur wenige Volt. In Figur 2b ist dazu noch ein Querschnitt durch den Stecker 10 gezeigt entlang der Linie B-B. Dabei wird auch die Steckerwand 11 sichtbar, die die Anschlusspins 15 umgibt.

In Figur 3 sind die Kriechströme illustriert, die zwischen dem ersten

Anschlusspin 15a und in den übrigen Anschlusspins 15b, 15c, 15d aufgrund der großen Spannungsdifferenzen fließen. Solche Kriechströme treten auf, sobald an der Oberfläche der Umspritzung 18 etwas Feuchtigkeit anhaftet oder der Kunststoff selbst eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die

Kriechströme können dadurch verstärkt werden, dass auf der Oberfläche der Kunststoffumspritzung Wasser abgelagert wird, beispielsweise in Form von Kondenswasser, oder dass der Kunststoff selbst auf Grund einer feuchten Umgebung Wasser aufnimmt und sich dadurch dessen elektrische Leitfähigkeit erhöht. Die Kriechströme fließen hauptsächlich zwischen dem ersten

Anschlusspin 15a und dem zweiten Anschlusspin 15b, was durch die Linien in Figur 3 dargestellt ist, aber auch zwischen dem ersten Anschlusspin 15a und dem dritten und vierten Anschlusspin 15c, 15d fließen Kriechströme, die die elektrische Spannung zwischen dem dritten und vierten Anschlusspin

beeinflussen und damit das Signal am Sensor 13. Dies kann zu Verfälschungen des Sensorsignals 13 führen und damit zu einer mangelnden Detektionsgenauigkeit von Beginn und/oder Ende der Einspritzung. Die

Orientierung der Anschlusspins 15a, 15c und 15d zur Längsachse des Steckers 10 ist dabei unerheblich.

Figur 4a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Steckverbindung. Der Stecker 10 unterscheidet sich vom Stecker der Figur 2a dadurch, dass der zweite Anschlusspin 15b senkrecht zur Längsachse 16 eine größere Ausdehnung aufweist, hier mit a bezeichnet, als in Richtung der Längsachse 16, hier mit b bezeichnet. Figur 4b zeigt wiederum einen

Querschnitt durch den Stecker der Figur 4a auf Höhe des zweiten Anschlusspins 15b. Die Auswirkung dieser geänderten Geometrie ist in Figur 5 dargestellt, wo wieder die Kriechströme zwischen dem ersten Anschlusspin und den übrigen Anschlusspins dargestellt sind. Da der quergestellte zweite Anschlusspin 15b eine Barriere für die Kriechströme darstellt, fließen die Kriechströme nunmehr fast ausschließlich zwischen dem ersten Anschlusspin 15a und dem zweiten Anschlusspin 15b und erreichen nur noch in geringem Maße die beiden

Anschlusspins 15c, 15d des Sensors 13.

Figur 6a mit dem zugehörigen Querschnitt in Figur 6b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steckers. Der zweite

Anschlusspin 15b umfasst hier ein Abschirmplättchen 115, das vorzugsweise einstückig mit dem Anschlusspin 15b ausgebildet ist. Das Abschirmplättchen 115 ist in der Kunststoffumspritzung 18 aufgenommen und ragt dabei aus der Oberfläche der Kunststoffumspritzung heraus in den Raum, der durch die Steckerwand 11 begrenzt ist. Durch die Masseverbindung des Steckerplättchens 115 bzw. des zweiten Anschlusspins 15b ergibt sich eine bessere Abschirmung der Anschlusspins 15c, 15d gegenüber den vom Anschlusspin 15a ausgehenden Kriechströmen, da sowohl die Kriechströme an der Oberfläche der

Kunststoffumspritzung als auch im Inneren der Kunststoffumspritzung effektiv über den Anschlusspin 15b gegen Masse abgeleitet und so von den

Anschlusspins des Sensors abgeschirmt werden. Figur 7 gibt dazu eine

Illustration der noch auftretenden Kriechströme, wobei klar wird, dass kaum noch Kriechströme die beiden Anschlusspins 15c, 15d des Sensors 13 erreichen. In Figur 8a mit dem entsprechenden Querschnitt in Figur 8b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steckers gezeigt. Der zweite Anschlusspin 15b ist hierbei ähnlich wie in Figur 6a dargestellt ausgebildet, jedoch ist auch der zweite Anschlusspin 15b, der in den von der Steckerwand 11 umgebenen Hohlraum ragt, in gleicher Richtung orientiert wie das

Abschirmplättchen 115.

In den Figuren 9a, 9b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des

erfindungsgemäßen Steckers gezeigt. Der zweite Anschlusspin 15b umfasst ebenfalls ein Abschirmplättchen 115, das hier jedoch bis zur Steckerwand 11 geführt und dort mit zwei Zinken 215 verbunden ist, die an der Steckerwand 11 entlang parallel zum Anschlusspin 15b geführt sind. Durch diese Ausbildung können auch Kriechströme, die an der Steckerwand 11 entlang fließen, effektiv abgeschirmt werden. Die Zinken 215 und das Abschirmplättchen 115 können auch einstückig ausgeführt sein.

In den Figuren 10a, 10b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des

erfindungsgemäßen Steckers gezeigt. Der Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 9a besteht darin, dass der Anschlusspin 15b selbst, der in den von der Steckerwand 11 umgebenden Raum hineinragt, in gleicher Richtung wie die übrigen Anschlusspins 15a, 15c und 15d orientiert ist.

Figuren 11a, 11b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Steckverbindung bzw. des Steckers 10. Das

Abschirmplättchen 115 ist hier tief in die Kunststoffumspritzung 18 eingebettet, so dass Kriechströme innerhalb der Kunststoffumspritzung 18 praktisch vollständig unterbunden werden.

In den Figuren 12a, 12b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des

erfindungsgemäßen Steckers dargestellt, wobei der zweite Anschlusspin 15b hier mit einem Abschirmplättchen 115 verbunden ist, das vollständig in die

Kunststoffumspritzung 18 eingebettet ist. Dadurch ragt nur der relativ schmale Anschlusspin 15b in den durch die Steckerwand 11 begrenzten Raum hinein, wobei die Kriechströme durch das Abschirmplättchen 115 innerhalb der

Kunststoffumspritzung 18 unterbunden werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung zeigen Figuren 13a, 13b ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steckers 10, der sich vom Ausführungsbeispiel der Figuren 12a und 12b nur dadurch unterscheidet, dass der zweite Anschlusspin 15b gegenüber der Figur 12a um 90 Grad gedreht ist.

Die Abschirmung erfolgt hierbei ausschließlich über das Abschirmplättchen 115 innerhalb der Kunststoffumspritzung 18.

Figur 14 zeigt den zweiten Anschlusspin 15b als isoliertes Bauteil, wobei das Abschirmplättchen 115 hier mehrere Durchbrüche 20 in Form von Bohrungen aufweist. Ein durchgängiges Abschirmplättchen 115 innerhalb der

Kunststoffumspritzung 18 stellt eine mechanische Schwachstelle dar. Durch die Durchbrüche 20 kann beim Spritzgießen des Kunststoffsteckers jedoch Kunststoffmaterial fließen, wodurch eine hohe mechanische Stabilität erreicht wird, ohne dass die Abschirmung durch das Abschirmplättchen 115 wesentlich reduziert ist. Figur 15 zeigt dazu ein weiteres Ausführungsbeispiel in gleicher Darstellung wie Figur 14, wobei die Durchbrüche 20 hier quadratisch geformt sind und das Abschirmplättchen 115 damit eine Netzform aufweist.