DE102004026171B4

DE102004026171B4 - Injector

Info

Publication number: DE102004026171B4
Application number: DE200410026171
Authority: DE
Inventors: Christian Hauser; Heinz Lixl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2024-05-29
Also published as: DE102004026171A1; WO2005116440A1

Abstract

Einspritzventil
– mit einem Injektorgehäuse (1), das eine Ausnehmung (2) aufweist,
– mit einem Piezo-Aktuator (4), der in der Ausnehmung (2) des Injektorgehäuses (1) angeordnet ist und der einen Stapel (34) piezoelektrischer Elemente und ein thermisches Ausgleichselement (36) umfasst, wobei ein Fluid während des Betrieb des Einspritzventils derart in die Ausnehmung (2) des Injektorgehäuse (1) einbringbar ist, dass das thermische Ausgleichselement (36) thermisch mit dem Injektorgehäuse (1) gekoppelt ist,
– mit einem Schaltventil (10), das durch den Piezo-Aktuator (4) angetrieben wird,
– mit einem Leckageraum (8) in den das Schaltventil (10) abhängig von seiner Schaltstellung ein Leckagefluid absteuert,
– bei dem der Leckageraum (8) hydraulisch gekoppelt ist mit einem Spalt (41) zwischen dem thermischen Ausgleichselement (36) und einer Wandung der Ausnehmung (2) des Injektorgehäuses (1),
wobei eine Leckagebohrung (42), die hydraulisch koppelbar ist, mit einem Niederdruckkreislauf, in den Leckageraum (8) mündet.Injector
With an injector housing (1) having a recess (2),
- With a piezoelectric actuator (4) which is arranged in the recess (2) of the injector housing (1) and which comprises a stack (34) of piezoelectric elements and a thermal compensating element (36), wherein a fluid during operation of the injection valve in such a way in the recess (2) of the injector (1) can be introduced, that the thermal compensating element (36) is thermally coupled to the injector housing (1),
With a switching valve (10) which is driven by the piezo actuator (4),
- With a leakage chamber (8) in which the switching valve (10) depending on its switching position absteuert a leakage fluid,
In which the leakage space (8) is hydraulically coupled to a gap (41) between the thermal compensation element (36) and a wall of the recess (2) of the injector housing (1),
wherein a leakage bore (42), which is hydraulically coupled, with a low-pressure circuit, in the leakage chamber (8) opens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil, insbesondere ein Einspritzventil zum Zumessen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine.The The invention relates to an injection valve, in particular an injection valve for metering fuel into an internal combustion engine.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff-Emissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken. Insbesondere die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoffgemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Um eine sehr gute Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2000 bar. Für derartige Anwendungen setzen sich zunehmend Einspritzventile durch mit einem Piezo-Aktuator. Derartige Einspritzventile zeichnen sich aus durch sehr kurze Ansprechzeiten des als Stellantrieb ausgebildeten Piezo-Aktuators. Sie ermöglichen so gegebenenfalls auch mehrfache Einspritzungen während eines Arbeitszyklusses eines Zylinders der Brennkraftmaschine.always Stricter legal regulations regarding permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, make it necessary to take various measures the pollutant emissions be lowered. One starting point here is that of the internal combustion engine to reduce generated pollutant emissions. In particular, the education of soot is strongly dependent from the preparation of the air / fuel mixture in the respective cylinder the internal combustion engine. To a very good mixture preparation too reach, fuel is increasingly metered under very high pressure. In the case of diesel internal combustion engines amount to the fuel pressures up to 2000 bar. For Such applications are increasingly being fueled by injectors with a piezo actuator. Such injectors are distinguished characterized by very short response times of the trained as an actuator Piezo actuator. they allow possibly also multiple injections during one Working cycle of a cylinder of the internal combustion engine.

Aus der EP 1 111 230 A ist ein Einspritzventil bekannt mit einem Injektorgehäuse, das eine Ausnehmung aufweist. Dem Einspritzventil ist ferner ein Piezo-Aktuator zugeordnet, der in der Ausnehmung des Injektorgehäuses angeordnet ist und der einen Stapel piezoelektrischer Elemente umfasst. Der Piezo- Aktuator ist in eine Rohrfeder eingebracht, die an ihren axialen Enden mit Kappen fest verbunden ist, über die eine Vorspannungskraft hervorgerufen durch die Rohrfeder in den Stapel piezoelektrischer Elemente eingeleitet wird. In der Ausnehmung des Injektorgehäuses sind zwei Faltenbalge angeordnet, die gewährleisten, dass der piezoelektrische Aktuator nicht mit Kraftstoff in Kontakt kommt.From the EP 1 111 230 A An injection valve is known with an injector housing having a recess. The injection valve is further associated with a piezoelectric actuator, which is arranged in the recess of the injector and which comprises a stack of piezoelectric elements. The piezoelectric actuator is inserted in a Bourdon tube, which is fixedly connected at its axial ends with caps, via which a biasing force caused by the Bourdon tube is introduced into the stack of piezoelectric elements. In the recess of the injector two bellows are arranged, which ensure that the piezoelectric actuator does not come into contact with fuel.

Das Injektorgehäuse, das regelmäßig aus Stahl hergestellt ist und der Stapel piezoelektrischer Elemente weisen erheblich unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Bei einem Einsatz des Einspritzventils in einer Brennkraftmaschine muss das Einspritzventil bei sehr unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden können und während des Betriebs können auch relativ schnelle Änderungen der Temperatur auftreten.The injector, that regularly made of steel is manufactured and have the stack of piezoelectric elements significantly different thermal expansion coefficients. When using the injection valve in an internal combustion engine must the injection valve operated at very different temperatures can be and while of the operation also relatively fast changes the temperature occur.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil zu schaffen, bei dem in einem weiten Temperaturbereich ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet ist.The The object of the invention is to provide an injection valve, at which ensures reliable operation over a wide temperature range is.

Aus der DE 10233906 A1 ist ein Einspritzmodul mit einem Gehäuse bekannt, in dem ein Aktorelement und ein Einspritzventil angeordnet sind. Das Aktorelement ist so gestaltet, dass das Einspritzventil durch einen Stellhub gesteuert wird. Es ist ein Ausgleichselement vorgesehen, das mit dem Aktorelement so verbunden ist, dass eine Längsänderung des Gehäuses durch thermische Ausdehnung kompensiert wird.From the DE 10233906 A1 an injection module with a housing is known in which an actuator element and an injection valve are arranged. The actuator element is designed so that the injection valve is controlled by a control stroke. It is provided a compensating element which is connected to the actuator element so that a longitudinal change of the housing is compensated by thermal expansion.

Aus der DE 10244614 A1 ist ein Einspritzventil bekannt mit einem Piezo-Aktuator, wobei in Hohlräume zwischen dem Piezo-Aktuator und einem Einspritzventilgehäuse eine inerte elekt risch nicht leitfähige und mit hoher Wärmeleitfähigkeit versehene Flüssigkeit eingebracht ist.From the DE 10244614 A1 an injection valve is known with a piezo actuator, wherein in cavities between the piezo actuator and an injection valve housing an inert elec trically non-conductive and provided with high thermal conductivity liquid is introduced.

Aus der DE 19946841 A1 ist ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bekannt mit einem piezoelektrischen Aktor und einem Toleranzausgleichselement, wobei der diese umgebende Innenraum des Umlenkelements mit einem Wärmeleitmedium befüllt ist, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das Umlenkelement gilt gleichsam als Behälter für das Wärmeleitmedium. Das Wärmeleitmedium ist eine Wärmeleitpaste aus Silikonöl.From the DE 19946841 A1 a valve for controlling fluids is known with a piezoelectric actuator and a tolerance compensation element, wherein the surrounding this interior of the deflecting element is filled with a heat conducting medium, which has a high thermal conductivity. The deflection element applies as it were as a container for the heat transfer medium. The heat transfer medium is a thermal grease made of silicone oil.

Aus der DE 10245109 A1 ist ein Injektor bekannt mit einem in einem flüssigkeitsdichten Metallbalg eingeschweißtem Aktorkörper, wobei der Aktoraußenraum zwischen dem Metallbalg und einem Injektorgehäuse mit einem Wärme koppelnden Fluid gefüllt ist.From the DE 10245109 A1 an injector is known with a welded in a liquid-tight metal bellows actuator body, wherein the Aktoraußenraum between the metal bellows and an injector is filled with a heat coupling fluid.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten Aspekts aus durch ein Einspritzventil mit einem Injektorgehäuse, das eine Ausnehmung aufweist, mit einem Piezo-Aktuator, der in der Ausnehmung des Injektorgehäuses angeordnet ist und der einen Stapel piezoelektrischer Elemente und ein thermisches Ausgleichselement umfasst. Ein Fluid ist während des Betriebs des Einspritzventils derart in die Ausnehmung des Injektorgehäuses einbringbar, dass das thermische Ausgleichselement thermisch mit dem Injektorgehäuse gekoppelt ist. Zu diesem Zweck ist das Injektorgehäuse entsprechend ausgebildet. Das thermische Ausgleichselement kann so einfach ausgebildet sein. Es kann zum Beispiel einfach ein Block sein, dessen Länge und thermischer Ausdehnungskoeffizient abhängig von der Länge des Stapels der Piezoelemente und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Injektorgehäuses gewählt ist. Besonders geeignet besteht der Block aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Durch das Fluid ist dann während des Betriebs des Einspritzventils gewährleistet, dass Temperaturunterschiede zwischen dem thermischen Ausgleichselement und dem Injektorgehäuse minimiert sind.According to a first aspect, the invention is characterized by an injection valve with an injector housing which has a recess, with a piezoactuator which is arranged in the recess of the injector housing and which comprises a stack of piezoelectric elements and a thermal compensation element. During the operation of the injection valve, a fluid can be introduced into the recess of the injector housing such that the thermal compensation element is thermally coupled to the injector housing. For this purpose, the injector is designed accordingly. The thermal compensation element can be designed so simple. For example, it may simply be a block whose length and coefficient of thermal expansion are selected depending on the length of the stack of piezo elements and the thermal expansion coefficient of the injector housing. Particularly suitably, the block consists of aluminum or an aluminum alloy. By the fluid is then ensured during operation of the injection valve that temperature below Differences between the thermal compensating element and the injector are minimized.

Das Einspritzventil hat ein Schaltventil, das durch den Piezo-Aktuator angetrieben wird. Ferner ist ein Leckageraum vorgesehen, in den das Schaltventil abhängig von seiner Schaltstellung ein Leckagefluid absteuert. Der Leckageraum ist hydraulisch gekoppelt mit einem Spalt zwischen dem Ausgleichselement und einer Wandung der Ausnehmung des Injektorgehäuses. Auf diese Weise kann besonders einfach ein Fluid, also das Leckagefluid, während des Betriebs des Einspritzventils so in die Ausnehmung eingebracht werden, dass das Ausgleichselement thermisch mit dem Injektorgehäuse gekoppelt ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass das Leckagefluid in dem Leckageraum nur unter einem geringen Druck steht.The Injector has a switching valve, which is controlled by the piezo actuator is driven. Furthermore, a leakage space is provided in the the switching valve dependent from its switching position absteuert a leakage fluid. The leakage room is hydraulically coupled with a gap between the compensation element and a wall of the recess of the injector housing. This way you can especially simple fluid, so the leakage fluid, during operation of the injection valve are introduced into the recess, that the compensation element thermally coupled to the injector housing is. In this context, it is particularly advantageous that the Leakage fluid in the leakage chamber is only under a low pressure.

Ferner ist eine Leckagebohrung hydraulisch koppelbar mit einem Niederdruckkreislauf. Die Leckagebohrung mündet in den Leckageraum. Auf diese Weise entsteht ein so genanntes Totvolumen im Bereich des Spaltes, das heißt das Leckagefluid dringt hier ein. Es herrscht jedoch nur eine geringe Strömungsbewegung. Auf diese Weise ist dann ein sehr guter Wärmeausgleich zwischen dem thermischen Ausgleichselement und dem Injektorgehäuse gewährleistet.Further is a leakage hole hydraulically coupled with a low pressure circuit. The leakage hole opens in the leakage room. In this way creates a so-called dead volume in the area of the gap, that is the leakage fluid penetrates here. However, there is only a slight flow movement. In this way, then a very good heat balance between the thermal Ensures compensation element and the injector.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Leckagebohrung in dem Injektorgehäuse vorgesehen, die hydraulisch koppelbar ist mit einem Niederdruckkreislauf und die in den Spalt mündet. Die Leckagebohrung kann auf diese Weise kurz ausgebildet sein und ist so günstig herzustellen. Darüber hinaus kann so der Spalt gleichzeitig die Leckagebohrung zumindest in einem Teilbereich seiner axialen Ausnehmung ersetzen.In a further advantageous embodiment of the invention is a Leakage hole provided in the injector, the hydraulic Coupled with a low-pressure circuit and in the gap empties. The leakage hole can be made short in this way and is so cheap manufacture. About that In addition, so the gap at the same time the leakage hole at least replace in a partial region of its axial recess.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Injektorgehäuse eine Hochdruckbohrung zum Zuführen von Kraftstoff vorgesehen, die mit dem Spalt zwischen dem thermischen Ausgleichselement und der Wandung der Ausnehmung des Injektorgehäuses hydraulisch koppelbar ist.In a further advantageous embodiment of the invention is in the injector housing a high pressure bore for feeding provided by fuel, with the gap between the thermal compensating element and the wall of the recess of the injector is hydraulically coupled.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are explained below with reference to the schematic drawings. It demonstrate:

1 eine erste Ausführungsform eines Einspritzventils, 1 a first embodiment of an injection valve,

2 eine zweite Ausführungsform eines Einspritzventils und 2 a second embodiment of an injection valve and

3 eine dritte Ausführungsform des Einspritzventils. 3 a third embodiment of the injection valve.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.elements the same construction or function are denoted by the same reference numerals characterized.

Ein Einspritzventil (1) hat ein Injektorgehäuse 1, das eine Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 aufweist. In die Ausnehmung 2 ist ein Piezo-Aktuator 4 eingesetzt, der mit einem Übertrager 6 gekoppelt ist. Der Übertrager 6 ist in einem Leckageraum 8 angeordnet. Ein Schaltventil 10, das bevorzugt als Servoventil ausgebildet ist, ist so angeordnet, dass es abhängig von seiner Schaltstellung ein Leckagefluid, das in dieser Ausführungsform bevorzugt der Kraftstoff ist, absteuert. Das Schaltventil ist über den Übertrager 6 mit dem Piezo-Aktuator 4 gekoppelt und wird von ihm angetrieben, das heißt die Schaltstellung des Schaltventils 10 wird mittels des Piezo-Aktuators 4 eingestellt.An injection valve ( 1 ) has an injector housing 1 that a recess 2 of the injector housing 1 having. In the recess 2 is a piezo actuator 4 used that with a transformer 6 is coupled. The transformer 6 is in a leakage room 8th arranged. On-off valve 10 , Which is preferably designed as a servo valve, is arranged so that it depends on its switching position, a leakage fluid, which is preferably the fuel in this embodiment, absteuert. The switching valve is over the transformer 6 with the piezo actuator 4 coupled and is driven by him, that is, the switching position of the switching valve 10 is by means of the piezo actuator 4 set.

Das Schaltventil 10 ist in einer Ventilplatte 12 angeordnet. Das Einspritzventil umfasst ferner einen Nadelführungskörper 14 und einen Düsenkörper 16. Die Ventilplatte 12, der Nadelführungskörper 14 und der Düsenkörper 16 bilden eine Düsen baugruppe, die mittels einer Düsenspannmutter 18 an dem Injektorgehäuse 1 befestigt ist.The switching valve 10 is in a valve plate 12 arranged. The injection valve further comprises a needle guide body 14 and a nozzle body 16 , The valve plate 12 , the needle guide body 14 and the nozzle body 16 form a nozzle assembly, by means of a nozzle retaining nut 18 on the injector housing 1 is attached.

Der Nadelführungskörper 14 hat eine Ausnehmung 20, die als Ausnehmung 22 des Düsenkörpers 16 in dem Düsenkörper 16 fortgesetzt ist und in der eine Düsennadel 24 angeordnet ist. Die Düsennadel 24 ist in den Nadelführungskörper 14 geführt. Eine Düsenfeder 26 spannt die Düsennadel 24 in eine Schließposition vor, in der sie einen Kraftstofffluss durch eine Einspritzdüse 28 unterbindet.The needle guide body 14 has a recess 20 that as a recess 22 of the nozzle body 16 in the nozzle body 16 is continued and in the a nozzle needle 24 is arranged. The nozzle needle 24 is in the needle guide body 14 guided. A nozzle spring 26 tenses the nozzle needle 24 in a closed position in which it flows through a fuel injector 28 in derogation.

An dem axialen Ende der Düsennadel 24, das hingewandt ist zu der Ventilplatte 12, ist ein Steuerraum 30 ausgebildet, der über eine Zulaufdrossel mit einer Hochdruckbohrung 32 (2) hydraulisch gekoppelt ist. Befindet sich das Schaltventil 10 in seiner Schließstellung, so ist der Steuerraum 30 hydraulisch entkoppelt von dem Leckageraum 8. Dies hat zur Folge, dass sich nach einem Schließen des Schaltventils 10 der Druck in dem Steuerraum 30 im wesentlichen dem Druck in der Hochdruckbohrung 32 angleicht. Die Hochdruckbohrung 32 ist beim Einsatz des Einspritzventils in einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher hydraulisch gekoppelt und wird so mit Kraftstoff unter einem Druck von beispielsweise bis zu 2000 bar versorgt. Über den Steuerraum 30 wird aufgrund des Fluiddrucks in dem Steuerraum 30 auf eine Stirnfläche der Düsennadel 24 ein Druck in Schließrichtung der Düsennadel 24 ausgeübt. Die Düsennadel 24 weist ferner axial beabstandet zu ihrer Stirnfläche einen Absatz auf, der mit Fluid, das durch die Hochdruckbohrung 32 strömt, derart beaufschlagt wird, dass eine öffnend wirkende Kraft auf die Düsennadel 24 wirkt. In ihrer Offenstellung gibt die Düsennadel 24 einen den Kraftstofffluss durch die Einspritzdüse 28 frei. Ob die Düsennadel 24 sich in ihrer Offenstellung oder in ih rer Schließstellung befindet hängt davon ab, ob die Kraft, die an dem Absatz der Düsennadel 24 durch den dort herrschenden Druck des Fluids hervorgerufen wird größer oder kleiner ist als die Kraft, die durch die Düsenfeder 26 und den auf die Stirnfläche der Düsennadel 24 einwirkenden Druck hervorgerufen wird.At the axial end of the nozzle needle 24 that is turned to the valve plate 12 , is a tax room 30 formed, which via an inlet throttle with a high-pressure bore 32 ( 2 ) is hydraulically coupled. Is the switching valve located 10 in its closed position, so is the control room 30 hydraulically decoupled from the leakage chamber 8th , This has the consequence that, after a closing of the switching valve 10 the pressure in the control room 30 essentially the pressure in the high pressure bore 32 equalizes. The high pressure bore 32 is hydraulically coupled when using the injector in an internal combustion engine with a high-pressure fuel storage and is thus supplied with fuel at a pressure of, for example, up to 2000 bar. About the control room 30 becomes due to the fluid pressure in the control room 30 on an end face of the nozzle needle 24 a pressure in the closing direction of the nozzle needle 24 exercised. The nozzle needle 24 further comprises axially spaced from its end face on a shoulder, with the fluid passing through the high pressure bore 32 flows, is acted upon, that an opening acting force on the nozzle needle 24 acts. In its open position gives the nozzle needle 24 one the fuel flow through the injector 28 free. Whether the nozzle needle 24 is in its open position or in its closed position depends on whether the force on the paragraph of the nozzle needle 24 caused by the pressure prevailing there of the fluid is greater or less than the force generated by the nozzle spring 26 and the on the end face of the nozzle needle 24 acting pressure is caused.

Befindet sich das Schaltventil 10 in seiner Offenstellung so strömt Fluid von dem Steuerraum 30 durch das Schaltventil 10 hinein in den Leckageraum 8. Bei geeigneter Dimensionierung der Zulaufdrossel sinkt dann der Druck in dem Steuerraum 30, was schließlich zu einer Bewegung der Düsennadel in ihre Offenstellung führt. Der Druck des Fluids in dem Leckageraum 8 ist deutlich geringer als der Druck des Fluids in der Hochdruckbohrung.Is the switching valve located 10 in its open position, fluid flows from the control room 30 through the switching valve 10 into the leakage room 8th , With suitable dimensioning of the inlet throttle then the pressure in the control chamber decreases 30 , which eventually leads to a movement of the nozzle needle in its open position. The pressure of the fluid in the leakage chamber 8th is significantly lower than the pressure of the fluid in the high pressure bore.

Der Piezo-Aktuator 4 umfasst einen Stapel 34 piezoelektrischer Elemente und ein Ausgleichselement 36, das bevorzugt als ein Block aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist. Der Stapel piezoelektrischer Elemente 34 und das Ausgleichselement 36 sind in eine Rohrfeder 40 eingebracht. Die Rohrfeder 40 ist an ihrem einen axialen Ende mit einer ersten Kappe verschweißt, die gegebenenfalls als der Übertrager 6 ausgebildet sein kann. An ihrem anderen axialen Ende ist die Rohrfeder 40 mit einem Fixierelement 38 verschweißt. Die Rohrfeder 40 steht unter einer vorgegebenen Vorspannung und spannt so den Stapel der piezoelektrischen Elemente mit einer vorgebbaren Kraft vor. Das Fixierelement 38 ist bevorzugt mit dem Injektorgehäuse 1 formschlüssig verbunden, insbesondere verstemmt.The piezo actuator 4 includes a stack 34 piezoelectric elements and a compensation element 36 , which is preferably formed as a block of aluminum or an aluminum alloy. The stack of piezoelectric elements 34 and the compensation element 36 are in a Bourdon tube 40 brought in. The Bourdon tube 40 is welded at its one axial end with a first cap, optionally as the transmitter 6 can be trained. At its other axial end is the Bourdon tube 40 with a fixing element 38 welded. The Bourdon tube 40 is under a predetermined bias voltage and thus biases the stack of piezoelectric elements with a predetermined force. The fixing element 38 is preferred with the injector housing 1 positively connected, in particular caulked.

Zwischen der Oberfläche der Rohrfeder 40 und der Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 befindet sich ein Spalt 41. Der Spalt 41 ist hydraulisch mit dem Leckageraum 8 gekoppelt. Das Fluid, das sich in dem Leckageraum 8 befindet, strömt so in den Spalt 41 und füllt den Zwischenraum zwischen dem Piezo-Aktuator 4, insbesondere zwischen der Rohrfeder 40, und der Wandung der Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 aus. Maßgeblich ist, dass durch das Fluid das thermische Ausgleichselement 36 thermisch gut mit dem Injektorgehäuse 1 gekoppelt ist.Between the surface of the Bourdon tube 40 and the recess 2 of the injector housing 1 there is a gap 41 , The gap 41 is hydraulic with the leakage chamber 8th coupled. The fluid that is in the leakage chamber 8th is, so flows into the gap 41 and fills the gap between the piezo actuator 4 , in particular between the Bourdon tube 40 , and the wall of the recess 2 of the injector housing 1 out. The decisive factor is that the thermal compensation element is due to the fluid 36 thermally good with the injector housing 1 is coupled.

Die Rohrfeder 40 kann unterschiedlich ausgebildet sein. So kann sie zum Beispiel im Bereich des thermischen Ausgleichselements 36 größere Ausnehmungen aufweisen. Das in dem Spalt 41 befindliche Fluid strömt dann auch in diese Ausnehmungen und kann entweder direkt in Kontakt sein mit dem thermischen Ausgleichselement 36 oder auch mittelbar mit dem thermischen Ausgleichselement 36 in Kontakt sein, wenn dieses beispielsweise mit einer Schutzschicht überzogen ist. Bevorzugt ist zumindest der Stapel 34 piezoelektrischer Elemente mit einer Schutzschicht überzogen, die die piezoelektrischen Elemente schützt vor chemischen Beschädigungen, die durch ein chemisch aggressives Fluid hervorgerufen werden können. Dies ist insbesondere wesentlich, wenn das Einspritzventil zum Zumessen von Kraftstoff eingesetzt wird und das Fluid Kraftstoff, so zum Beispiel Diesel-Kraftstoff oder Benzin-Kraftstoff ist. Diesel- und Benzin-Kraftstoffe sind chemische aggressive Medien. Es kann in diesem Zusammenhang für die Herstellung des Piezo-Aktuators vorteilhaft sein, wenn sowohl der Stapel 34 der piezoelektrischen Elemente als auch das thermische Ausgleichselement 36 mit der Schutzschicht überzogen sind.The Bourdon tube 40 can be designed differently. For example, it can be used in the area of the thermal compensation element 36 have larger recesses. That in the gap 41 The fluid then also flows into these recesses and can either be directly in contact with the thermal compensating element 36 or indirectly with the thermal compensating element 36 be in contact, for example, if this is coated with a protective layer. At least the stack is preferred 34 Piezoelectric elements coated with a protective layer that protects the piezoelectric elements from chemical damage that can be caused by a chemically aggressive fluid. This is particularly important when the injector is used to meter fuel and the fluid is fuel, such as diesel fuel or gasoline fuel. Diesel and gasoline fuels are chemical aggressive media. It may be advantageous in this context for the production of the piezo actuator when both the stack 34 the piezoelectric elements as well as the thermal compensation element 36 coated with the protective layer.

Das thermische Ausgleichselement hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine axiale Länge, die so gewählt sind, dass bei einer gleichen Temperatur des thermischen Aus gleichselements 36 und des Injektorgehäuses 1 sich die axiale Ausdehnung des Piezo-Aktuators 4 bei Temperaturänderungen genauso verändert wie die axiale Ausdehnung des Injektorgehäuses 1.The thermal compensating element has a thermal expansion coefficient and an axial length, which are chosen so that at a same temperature of the thermal compensation element 36 and the injector housing 1 the axial extent of the piezo actuator 4 changed in temperature changes as well as the axial extent of the injector 1 ,

Für ein gleichbleibendes Schaltverhalten des Piezo-Aktuators 4 muss somit zusätzlich gewährleistet sein, dass Temperaturunterschiede zwischen dem thermischen Ausgleichselement 36 und dem Injektorgehäuse 1 minimiert sind. Dies wird äußerst wirkungsvoll erreicht durch das Fluid, das den Spalt 41 ausfüllt und so das Ausgleichselement 36 thermisch mit dem Injektorgehäuse 1 koppelt.For a consistent switching behavior of the piezo actuator 4 must therefore be additionally ensured that temperature differences between the thermal compensation element 36 and the injector housing 1 are minimized. This is most effectively achieved by the fluid that separates the gap 41 fills and so the compensation element 36 thermally with the injector housing 1 coupled.

Wenn das Fluid sich auch in dem Bereich des Spalts 41 befindet, der sich axial entlang des Bereichs erstreckt, in dem der Stapel 34 der piezoelektrischen Elemente angeordnet ist kann auch hier eine gute thermische Kopplung zwischen dem Stapel 34 der piezoelektrischen Elemente und dem Injektorgehäuse 1 hergestellt werden und so das thermische Ausdehnungsverhalten des Piezo-Aktuators 4 noch präziser an das thermische Ausdehnungsverhalten des Injektorgehäuses 1 angepasst werden.If the fluid is also in the area of the gap 41 which extends axially along the area in which the stack 34 the piezoelectric elements is arranged here too, a good thermal coupling between the stack 34 the piezoelectric elements and the injector housing 1 be prepared and so the thermal expansion behavior of the piezo actuator 4 even more precise to the thermal expansion behavior of the injector 1 be adjusted.

Durch eine präzise Anpassung des thermischen Ausdehnungsverhaltens des Piezo-Aktuators 4 an das des Injektorgehäuses 1 kann gewährleistet werden, dass ein Leerhub des Piezo-Aktuators 4 unabhängig von der Temperatur gleich bleibt. Der Leerhub ist der Hub, den der Piezo-Aktuator 4 vollbringen muss bevor er mit seinem Übertrager 6 eine Kontaktfläche des Schaltventils 10 kontaktiert und zwar heraus aus einem vorgebbaren Initialisierungszustand des Piezo-Aktuators 4, der dadurch gekennzeichnet sein kann, dass dem Stapel 36 piezo elektrischer Elemente zum Beispiel keine elektrische Ladung zugeführt ist.By a precise adaptation of the thermal expansion behavior of the piezo actuator 4 to the injector housing 1 can be ensured that a no-load stroke of the piezo actuator 4 regardless of the temperature remains the same. The idle stroke is the stroke that the piezo actuator 4 He has to do it before using his transmitter 6 a contact surface of the switching valve 10 contacted and out of a predetermined initialization state of the piezo actuator 4 which may be characterized by the fact that the stack 36 Piezoelectric elements, for example, no electrical charge is supplied.

Eine Leckagebohrung 42, die hydraulisch koppelbar ist mit einem Niederdruckkreislauf der Brennkraftmaschine mündet in den Spalt 41. Sie mündet in der Ausführungsform des Einspritzventils gemäß 1 bevorzugt relativ weit axial beabstandet zu dem Leckageraum 8 in den Spalt 41. Sie kann beispielsweise im Bereich des axial am weitesten beabstandeten Endes des thermischen Ausgleichselement 36 in den Spalt 41 münden. Auf diese Weise übernimmt der Spalt 41 dann in dem Bereich zwischen dem Leckageraum 8 und der Mündung der Leckagebohrung 42 auch die Funktion der Leckagebohrung 42, also das Fluid vom Leckageraum 8 hin zu dem Niederdruckkreis der Brennkraftmaschine zu leiten.A leakage hole 42 that hydraulically can be coupled with a low-pressure circuit of the engine opens into the gap 41 , It opens in the embodiment of the injection valve according to 1 preferably relatively far axially spaced from the leakage space 8th in the gap 41 , It may, for example, in the region of the axially furthest spaced end of the thermal compensating element 36 in the gap 41 lead. In this way, the gap takes over 41 then in the area between the leakage space 8th and the mouth of the leakage hole 42 also the function of the leakage hole 42 So the fluid from the leakage chamber 8th leading to the low pressure circuit of the internal combustion engine.

Die zweite Ausführungsform des Einspritzventils (2) unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Leckagebohrung 42 in den Leckageraum 8 mündet. Der Spalt 41 bildet so ein Totvolumen für das Fluid, das aus dem Leckageraum 8 in den Spalt 41 strömt. Dies hat zur Folge, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in dem Leckageraum 8 sehr gering ist und somit ein sehr guter Temperaturausgleich zwischen dem Piezo-Aktuator 4, insbesondere dem thermischen Ausgleichselement und dem Injektorgehäuse 1 gewährleistet werden kann.The second embodiment of the injection valve ( 2 ) differs from the first embodiment in that the leakage hole 42 in the leakage room 8th empties. The gap 41 thus forms a dead volume for the fluid coming out of the leakage chamber 8th in the gap 41 flows. This has the consequence that the flow velocity of the fluid in the leakage space 8th is very low and thus a very good temperature compensation between the piezo actuator 4 , in particular the thermal compensation element and the injector housing 1 can be guaranteed.

Die dritte Ausführungsform des Injektors unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform dadurch, dass der Spalt 41 durch ein Füllmaterial 44 ausgefüllt ist, das sich in einem festen oder zumindest gelartigen Zustand befindet und gute Wärmeleiteigenschaften hat. Darüber hinaus ist es wesentlich, dass das Füllmaterial eine erforderliche Elasti zität aufweist, um Längenausdehnungen des Piezo-Aktuators zu kompensieren.The third embodiment of the injector differs from the first and second embodiments in that the gap 41 through a filling material 44 is filled, which is in a solid or at least gelatinous state and has good thermal conductivity properties. Moreover, it is essential that the filler material has a required elasticity in order to compensate for linear expansion of the piezo actuator.

Bei der dritten Ausführungsform des Einspritzventils ist der Übertrager 6 bevorzugt dicht mit einem axialen Ende eines Faltenbalgs verbunden der an seinem anderen axialen Ende mit einem Dichtring verbunden ist und so den Leckageraum 8 hydraulisch von dem Piezo-Aktuator 4, insbesondere dem Stapel 34 der piezoelektrischen Elemente entkoppeln. In diesem Fall kann somit eine Schutzschicht entfallen, die den Stapel 34 piezoelektrischer Elemente vor chemisch aggressiven Medien schützt.In the third embodiment of the injection valve is the transformer 6 preferably tightly connected to an axial end of a bellows which is connected at its other axial end with a sealing ring and so the leakage space 8th hydraulically by the piezo actuator 4 , especially the stack 34 decouple the piezoelectric elements. In this case, therefore, a protective layer can be omitted, which is the stack 34 protects piezoelectric elements from chemically aggressive media.

Alternativ kann der Spalt 41 auch hydraulisch mit der Hochdruckbohrung 32 gekoppelt sein, was dann zur Folge hat das das Fluid aus der Hochdruckbohrung 32 in den Spalt 41 strömt und auf diese Weise eine thermische Kopplung des Piezo-Aktuators 4, insbesondere des thermischen Ausgleichselement 36 mit dem Injektorgehäuse 1 gewährleistet.Alternatively, the gap 41 also hydraulically with the high-pressure bore 32 coupled, which then has the consequence of the fluid from the high pressure bore 32 in the gap 41 flows and in this way a thermal coupling of the piezo actuator 4 , in particular of the thermal compensation element 36 with the injector housing 1 guaranteed.

Claims

Injection valve - with an injector housing ( 1 ), which has a recess ( 2 ), - with a piezo actuator ( 4 ), which in the recess ( 2 ) of the injector housing ( 1 ) and one stack ( 34 ) piezoelectric elements and a thermal compensation element ( 36 ), wherein a fluid during operation of the injection valve in such a way in the recess ( 2 ) of the injector housing ( 1 ) can be introduced, that the thermal compensation element ( 36 ) thermally with the injector housing ( 1 ), - with a switching valve ( 10 ), which by the piezo actuator ( 4 ), - with a leakage space ( 8th ) into which the switching valve ( 10 ) absteuert a leakage fluid depending on its switching position, - in which the leakage space ( 8th ) is hydraulically coupled with a gap ( 41 ) between the thermal compensation element ( 36 ) and a wall of the recess ( 2 ) of the injector housing ( 1 ), whereby a leakage bore ( 42 ), which can be hydraulically coupled, with a low-pressure circuit, into the leakage chamber ( 8th ) opens.

Injection valve according to Claim 1, in which a leakage bore ( 42 ), which is hydraulically coupled with a low-pressure circuit, into the gap ( 41 ) opens.

Injection valve according to Claim 1, having a high-pressure bore ( 32 ) in the injector housing ( 1 ) for supplying fuel to the gap ( 41 ) between the thermal compensation element ( 36 ) and the wall of the recess ( 2 ) of the injector housing ( 1 ) is hydraulically coupled.