Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sitzplatte für einen Injektor sowie einen Injektor mit einer solchen Sitzplatte. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Sitzplatte.

In Brennkraftmaschinen wie Dieselmotoren oder auch Benzinmotoren wird in der Regel über einen Injektor Kraftstoff mit einer bestimmten Menge und für eine bestimmte Zeitdauer in einen Brennraum eingespritzt. Dabei ist es aufgrund der sehr geringen Einspritzdauern, die im Mikrosekundenbereich liegen, erforderlich, die Austrittsöffnung des Injektors mit einer sehr hohen Frequenz zu öffnen beziehungsweise zu schließen. Für eine genaue Ansteuerung dieser Schließzeiten und zum genauen Erfassen eines Injektorzustands ist es erforderlich, eine Injektorzustandsdetektion vorzusehen, damit eine übergeordnete Steuereinheit sämtliche Informationen eine einzelnen Injektors erhält, insbesondere Informationen bezüglich seiner Schließ- oder Öffnungszeiten.

Ein solcher Injektor verfügt typischerweise über eine Düsennadel (auch: Injektornadel), die einen mit einem hohen Druck beaufschlagten Kraftstoff bei Freigeben eines Austrittslochs des Injektors nach außen treten lässt. Diese Düsennadel wirkt im Zusammenspiel mit dieser Austrittsöffnung wie ein Pfropfen, der bei einem Anheben ein Austreten des Kraftstoffs ermöglicht. Demnach ist es also erforderlich, diese Nadel in relativ kurzen Zeitabständen anzuheben und nach einer kurzen Zeit erneut in die Austrittsöffnung zurückgleiten zu lassen. Dabei können hydraulische Servoventile verwendet werden, die das Auslösen dieser Bewegung ansteuern. Solche Ventile wiederum werden mithilfe eines Elektromagneten angesteuert. Alternativ dazu kann ein Piezoelement verwendet werden, das schneller als das mittels Elektromagneten angesteuerte Ventil reagiert.

Aufgrund der hohen Einspritzdrücke von über 2500 bar ist es nicht möglich, die Düsennadel direkt mithilfe eines Magnetventils anzusteuern beziehungsweise zu bewegen. Hierbei wäre die erforderliche Kraft zum Öffnen und Schließen der Düsennadel zu groß, sodass ein solches Verfahren nur mithilfe von sehr großen Elektromagneten realisierbar wäre. Eine solche Konstruktion scheidet aber aufgrund des nur beschränkt zur Verfügung stehenden Bauraums in einem Motor aus.

Typischerweise werden anstelle der direkten Ansteuerung sogenannte Servoventile verwendet, die die Düsennadel ansteuern und selbst über ein Elektromagnetventil bzw. Piezoventil gesteuert werden. Dabei wird in einem mit der Düsennadel zusammenwirkenden Steuerraum mithilfe des unter hohem Druck zur Verfügung stehenden Kraftstoffs ein Druckniveau aufgebaut, das auf die Düsennadel in Verschlussrichtung wirkt. Dieser Steuerraum ist typischerweise über eine Zulaufdrossel mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffs verbunden. Ferner weist dieser Steuerraum eine kleine verschließbare Ablaufdrossel auf, aus der der Kraftstoff entweichen kann. Tut er dies, ist der Druck in dem Steuerraum und die auf die Düsennadel wirkende Verschlusskraft verringert, da der unter hohem Druck stehende Kraftstoff des Steuerraums abfließen kann. Dadurch kommt es zu einer Bewegung der Düsennadel, welche die Austrittsöffnung an der Injektorspitze freigibt. Um die Bewegung der Düsennadel steuern zu können, wird also die Ablaufdrossel des Ventils mithilfe eines Ankerelements wahlweise verschlossen oder geöffnet. Da das allgemeine Prinzip eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff dem Fachmann bekannt ist, wird nicht tiefergehender auf die Funktionalität dieses Bauteils eingegangen. Wie bereits oben kurz angerissen, ist die Injektorzustandsdetektion von hoher Wichtigkeit für ein geregeltes Betreiben des Injektors. Bei bisherigen Injektoren ist es dabei nicht notwendig oder sehr aufwendig eine Sitzplatte des Injektors vorzusehen, die vom Injektorgehäuse elektrisch getrennt ist und Strom an bestimmten Stellen durchleitet, damit das darunter angeordnete Steuerventil und die Düsennadel mit der darüber angeordneten Injektorspule verbunden sind.

Die Sitzplatte des Injektors ist demnach ein Bauteil, das nach der Erfindung sowohl als Kontaktelement zu einer Injektorspule als auch als Isolator zum Injektorgehäuse genutzt wird. Ferner enthält die Sitzplatte einen von oben nach unten verlaufenden Durchgang, der die Ablaufdrossel eines Injektors darstellt. Durch Aufsetzen eines Ankerelements und Abdichten des Durchgangs füllt sich der darunter liegende Steuerraum über einen Zulauf mit unter hohem Druck befindlichen Kraftstoff, sodass die Düsennadel in ihre Verschlussposition gedrängt wird. Bei einem Abheben des Ankerelements von einer Durchgangsöffnung strömt der unter hohem Druck gespeicherte Kraftstoff ab und verringert den auf die Düsennadel wirkenden Krafteinfluss, sodass sich diese von ihren Auslassöffnungen abhebt und hierdurch Kraftstoff ausströmen kann.

Die nähere Funktionsweise eines Injektors ist beispielsweise in der DE 102017 116 383.2 wiedergegeben.

Bisher ist es bekannt, eine Isolierung mittels einer DLC-Schicht (DLC steht dabei für „diamond-like carbon“) umzusetzen, wobei sich jedoch gezeigt hat, dass die Robustheit einer solchen DLC-Schicht nicht für anspruchsvolle Injektorkonzepte ausreichend ist. Insbesondere dann, wenn die Sitzplatte mittels einer Schraube axial vorgespannt wird, ist eine verbesserte Robustheit der Isolierschicht erforderlich. Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Sitzplatte zu schaffen, die den aufgeführten Nachteil überwindet und auch bei herausfordernden Injektorkonzepten verwendet werden kann. Dies gelingt mit einer Sitzplatte für einen Injektor nach dem Anspruch 1 bzw. unter Zuhilfenahme eines der in den Ansprüchen aufgeführten Verfahren zur Herstellung einer Sitzplatte. Eine gegenüber dem Stand der Technik besonders vorteilhafte Sitzplatte, die ein elektrisches Trennen der Sitzplatte vom Injektorgehäuse sicherstellt und gleichzeitig Strom an bestimmten Stellen durchleitet, um das Steuerventil und die Düsennadel mit der Injektorspule zu verbinden, ist in dem unabhängigen Anspruch 1 dargestellt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind dabei in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Eine erfindungsgemäße Sitzplatte für einen Injektor weist dabei einen plattenartigen Grundkörper mit einer ersten flächigen Seite, einer zweiten flächigen Seite und mindestens eine die beiden flächigen Seiten verbindende umlaufende Mantelfläche, einen Durchgang, der sich durch den plattenartigen Grundkörper von der ersten flächigen Seite hin zu der zweiten flächigen Seite erstreckt, und eine Isolierschicht auf, die vollflächig an der umlaufenden Mantelfläche und teilweise an mindestens einer der beiden flächigen Seiten des plattenartigen Grundkörpers angeordnet ist, wobei der plattenartige Grundkörper aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht eine Keramik umfasst oder aus dieser Keramik besteht. Durch die Keramik-Isolierschicht verbessern sich die Robustheit und die Verschleißfestigkeit der Isolation. Ferner kann bei einem normal dichtenden Injektorkonzept auch die Hochdruckdichtheit der Bauteile verbessert werden. So kann ein Isolator so ausgeführt sein, dass die im Betrieb auftretenden Kräfte zu einer erhöhten Pressung führen und damit eine bessere Dichtung zueinander aufweisen.

Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Isolierschicht vollflächig an der umlaufenden Mantelfläche und, mit Ausnahme mindestens eines zusammenhängenden isolierschichtfreien Bereichs, vollflächig an mindestens einer der beiden flächigen Seiten des plattenartigen Grundkörpers angeordnet ist, und wobei vorzugsweise die Isolierschicht eine zusammenhängende Fläche ausbildet. Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, dass nur ein kleiner Bereich als Leitkontakt in der flächigen Seite vorgesehen ist und der Rest elektrisch isolierend abgeschirmt ist. So ist es möglich, eine elektrische Leitung durch die Sitzplatte hindurch auszuführen, die eine Überwachung einer Injektorfunktion erlaubt. Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der plattenartige Grundkörper der Sitzplatte Hartmetall, Wolframcarbid und/oder Schnellarbeitsstahl (engl.: HSS für high speed Steel) umfasst oder hieraus besteht.

Nach der Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass der Grundkörper aus Hartmetall besteht und einen zähen Kern zum Abfangen von hohen Kräften bildet und an seiner Außenfläche die spröde verschleißfeste Keramikschicht angeordnet ist, die als elektrischer Isolator wirkt. Die Kombination von einem Grundkörper aus Hartmetall und einer daran angelagerten Keramikschicht hat sich dabei als besonders vorteilhaft herausgestellt, da sich die beiden Eigenschaften der verschiedenen Stoffe besonders gut ergänzen.

Vorzugsweise ist die Isolierschicht mittels Zwei-Komponenten-Metallspritzguss und/oder thermischen Flammspritzen erzeugt. So kann eine der beiden Komponenten beim Zwei-Komponenten-Metallspritzguss die Isolierschicht und die anderen der beiden Komponenten den Grundkörper bilden.

Beim Thermischen Spritzen wird auf einen vorzugsweise vorbehandelten Grundkörper die Keramik-Isolierschicht aufgespritzt. Die bespritze Oberfläche wird dabei nicht angeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet. Eine Schichtbildung findet statt, da die Spritzpartikel beim Auftreffen auf die Bauteiloberfläche prozess- und materialabhängig mehr oder minder abflachen, vorrangig durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise die Spritzschicht aufbauen.

Nach einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Isolierschicht neben der Mantelfläche nur an einer der beiden flächigen Seiten angeordnet ist, so dass die keramische Isolierschicht als Hülse ausformbar ist, in welche der plattenartige Grundkörper einlegbar ist.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Isolierschicht durch eine aufgesinterte Folie erzeugt ist.

Darüber hinaus ist es möglich, dass die Isolierschicht dazu ausgelegt ist, eine elektrische Leitfähigkeit zu unterbinden. Nach einer Fortbildung der Erfindung ist der plattenartige Grundkörper drehsymmetrisch oder rotationssymmetrisch zu einer mittig durch den Durchgang verlaufenden Rotationsachse.

Dies ist von Vorteil, da eine Sitzplatte somit lageorientierungsfrei in einen Injektor eingebaut werden kann. Es ist also nicht anhand von Positionierstiften oder dergleichen erforderlich, eine bestimmte Ausrichtung der Sitzplatte in Bezug auf andere Injektorbauteile einzuhalten.

Zudem kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Durchgang auf einer der beiden flächigen Seite eine kleinere Öffnung als auf der anderen flächigen Seite aufweist, und vorzugsweise der Durchgang eine Ablaufdrossel eines Injektors ist.

Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen einer Sitzplatte nach einem der vorhergehend diskutierten Aspekte, wobei zum Erzeugen der Isolierschicht der plattenartige Grundkörper in eine Hülse eingelegt und mit dieser verbunden wird. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, die Isolierschicht durch Aufsintern einer Folie zu erzeugen.

Weiter schlägt die Erfindung vor, die Isolierschicht bzw. der Grundkörper und die Isolierschicht durch einen Zwei-Komponenten-Metallspritzguss zu erzeugen.

Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann die Isolierschicht durch thermisches Flammspritzen erzeugt werden. Die Erfindung betrifft zudem einen Kraftstoffinjektor mit einer Sitzplatte nach einem der vorhergehend diskutierten Aspekte.

Weiter umfasst die Erfindung auch einen Motor mit einem Kraftstoffinjektor, welcher eine erfindungsgemäße Sitzplatte aufweist.

Weiter Vorteile, Merkmale und Einzelheiten werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 : einen Teilschnittansicht eines herkömmlichen Injektors,

Fig. 2: eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Sitzplatte, und

Fig. 3: eine Teilschnittansicht eines Injektors mit einer erfindungsgemäßen

Sitzplatte.

Fig. 1 zeigt eine Teilschnittansicht eines Injektors 10 aus dem Stand der Technik. Dieser Injektor besitzt ein inverses Dichtkonzept, bei dem die Dichtkraft mit einem Ansteigen des Drucks im Injektor geringer wird. Von der Erfindung ist aber auch umfasst, dass ein Injektor mit einem regulären Dichtkonzept verwendet wird, bei dem mit einem Ansteigen des Drucks die Dichtheit zunimmt. Man erkennt den Injektor 10, der ein Gehäuse 14 aufweist, in den mehrere Injektorkomponenten angeordnet sind. Wesentlich für die Funktion des Injektors 10 sind dabei die Injektornadel 15, das durch Anker 11 und Sitzplatte 1 gebildete Ventil sowie der Elektromanget 12, 13, der eine Spulenwicklung 16, einen inneren Magnetpol 12 und einem äußeren Magnetpol 13 aufweist. Darüber hinaus ist in den inneren Magnetpol 12 eine Ausnehmung zum Anordnen der Feder 17 vorgesehen, die das Ankerelement 11 in Richtung des Ventils drückt, um die Ablaufdrossel des Ventils in einem unbestromten Zustand des Elektromagneten 12, 13 fluiddicht zu verschließen.

Aktiviert man den Elektromagnet 12, 13, zieht dieser mit Hilfe von Magnetkraft das Ankerelement 11 von dem Ventil weg, sodass aus einem durch das Ventil verschließbaren Steuerraum unter hohem Druck stehender Kraftstoff aus dem Durchgang 6 ausströmen kann. Da sich hierdurch der Druck in dem Steuerraum verringert, der auf die Injektornadel 15 wirkt, kann diese aus einer Schließposition herausgleiten und ermöglicht das Abgeben von Kraftstoff aus dem Injektor 10. Versetzt man hingegen den Elektromagneten 12, 13 in einen unbestromten Zustand, so lässt die auf das Ankerelement 11 wirkende Magnetkraft nach, sodass das Federelement 17 das Ankerelement 11 auf die Austrittsöffnung des Ventils drückt und den Steuerraum bzw. den Durchgang 6 abdichtet. Dadurch steigt der auf die Injektornadel 15 wirkende Druck, wodurch diese wieder in ihre Schließposition gedrückt wird. Es kommt demnach nicht mehr zu einem Ausströmen von Kraftstoff aus der Austrittsöffnung des Injektors 10. Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Sitzplatte 1 in einer Seitenansicht. Der in etwa plattenförmige Grundkörper 2 weist eine obere flächige Seite 3 und eine untere flächige Seite 4 auf. Die Mantelfläche 5 des plattenartigen Grundkörpers 2 verbindet die obere und die untere flächige Seite 3, 4 des Grundkörpers 2 miteinander. Zudem erkennt man die fett schwarz gekennzeichnete Isolierschicht 7, die Bereiche des Grundkörpers 2 zum elektrischen Isolieren abdeckt. Die Isolierschicht 7 besteht oder umfasst dabei Keramik. Dabei ist in der Darstellung die untere flächige Seite 4 frei von der Isolierschicht 7. Selbiges gilt auch für einen zusammenhängenden Bereich, der sich auf der oberen flächigen Seite 3 befindet, die, mit Ausnahme dieses zusammenhängenden Bereichs, vollflächig mit der Isolierschicht 7 versehen ist.

Durch den isolierschichtfreien, zusammenhängenden Bereich auf der oberen flächigen Seite 3 ist es möglich, eine elektrisch leitende Verbindung von diesem Bereich hin zur unteren flächigen Seite 4 zu erstellen, sodass darüber und darunter angeordnete Elemente eines Injektors 10 miteinander über elektrische Signale kommunizieren können. Diese Kommunikation kann sich auch in der Detektion eines Zustands des Injektors 10 erschöpfen.

Fig. 3 zeigt dabei eine weitere erfindungsgemäße Sitzplatte 1 in einem Injektor 10. Anders als die Sitzplatte 1 aus der Fig. 2 besitzt diese Sitzplatte 1 nun auch eine Isolierschicht an der unteren Seite 4 des Grundkörpers 2. So verläuft von der Mantelfläche 5 an beiden flächigen Seiten 3, 4 jeweils eine Isolierschicht nach innen, so dass die Isolierung gegenüber dem Injektorgehäuse 14 verbessert.

Eine elektrische Leitung durch die Sitzplatte 1 hindurch wird somit nicht durch ein Kontaktieren des Injektorgehäuses gestört.

Das Ankerelement 11 zum Abdichten des Durchgangs 6 ist in der Darstellung in seiner dichtenden Position gezeigt, so dass kein Kraftstoff abfließen kann und die Injektornadel in ihren Sitz gepresst wird.

Dem Fachmann ist klar, dass einzelne anhand der jeweiligen Figuren diskutierte Aspekte auch miteinander kombiniert werden können und für den Erfolg der Erfindung nicht jede in den Figuren dargestellt Einzelheit erforderlich ist.