DE102006041670A1 - Actuator module for use in e.g. diesel piezoelectric injector, has elastomer layer surrounded by bellow made from material that is diffusion resistant against medium surrounding bellow such that bellow pre-stresses piezoelectric units - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Aktormodul mit einer einen Wellbalg aufweisenden Umhüllung eines Piezoaktors, der beispielsweise in einem Piezoinjektor zur Dosierung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor, gemäß der Gattung der Hauptansprüche, angewendet werden kann.The The invention relates to an actuator module having a corrugated bellows wrapping a piezoelectric actuator, for example, in a piezo injector for Dosing of fuel in an internal combustion engine, according to the genus the main claims, can be applied.
Zur zeitpunkt- und mengengenauen Dosierung von Kraftstoff in Verbrennungsmotoren ist es an sich bekannt, diese so genannten Piezoinjektoren zu verwenden.to Timing and quantity precise metering of fuel in internal combustion engines it is known per se to use these so-called piezoinjectors.
Ein Piezoinjektor besteht im Wesentlichen aus einem Haltekörper und dem im Haltekörper angeordneten Piezoaktor, der zwischen einem Kopf- und Fußteil angeordnete, übereinander gestapelte Piezoelemente aufweist, die jeweils aus mit Innenelektroden eingefassten Piezolagen bestehen. Die Piezoelemente sind unter Verwendung eines Materials mit einer geeigneten Kristallstruktur (Piezokeramik) für die Piezolagen so aufgebaut, dass bei Anlage einer äußeren Spannung an die Innenelektroden eine mechanische Reaktion der Piezoelemente erfolgt, die in Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebereiche der elektrischen Spannung einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung darstellt. Der Piezoaktor ist bei einem Piezoinjektor mit einer Düsennadel verbunden, sodass durch Anlegen einer Spannung an die Piezoelemente eine Düsenöffnung freigegeben wird.One Piezo injector consists essentially of a holding body and in the holding body arranged piezoelectric actuator, which arranged between a head and foot part, one above the other has stacked piezoelectric elements, each with internal electrodes enclosed piezo layers exist. The piezo elements are using a material with a suitable crystal structure (piezoceramic) for the piezo layers designed so that when applying an external voltage to the internal electrodes a mechanical reaction of the piezoelectric elements takes place, depending on from the crystal structure and the plant areas of the electric Stress represents a pressure or train in a predeterminable direction. Of the Piezo actuator is connected to a piezo injector with a nozzle needle, so that a nozzle opening is released by applying a voltage to the piezo elements becomes.
In Diesel-Piezoinjektoren werden bei der so genannten direkten Düsennadelsteuerung die Piezoaktoren direkt im Dieselkraftstoff unter Hochdruck betrieben. Zum Schutz des Piezoaktors, beispielsweise im Hinblick auf dessen elektrische Isolation, ist es bekannt, den Piezoaktor mit einem dieselfesten Elastomer zu umhüllen. Nachteilig hieran ist, dass hierfür verwendete Elastomere nicht diffusionsfest gegenüber Dieselkraftstoff, Wasser sowie sonstigen Medien im Kraftstoff sind.In Diesel piezo injectors are used in the so-called direct nozzle needle control the piezo actuators are operated directly in the diesel fuel under high pressure. To protect the piezoelectric actuator, for example with regard to its electrical insulation, it is known, the piezoelectric actuator with a encapsulate the most rigid elastomer. The disadvantage of this is that elastomers used for this purpose are not resistant to diffusion Diesel fuel, water and other media are in the fuel.
Aus
Aus
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Nachteile des Standes der Technik werden bei einem erfindungsgemäßen Aktormodul mit einem umhüllten Piezoaktor der eingangs genannten Gattung vermieden, indem die Elastomerschicht am Piezoaktor von einem Wellbalg aus einem gegenüber einem mittels eines Piezoinjektors zu dosierenden Kraftstoffs diffusionsdichten Werkstoff umhüllt ist und der Wellbalg gleichzeitig die Piezoelemente gegen das Kopf- und/oder Fußteil des Piezoaktors vorspannt. Der Wellbalg stützt sich bei einem gegen den Wellbalg von außen wirkenden Hochdruck auf der Elastomerschicht ab. Dadurch ist der Wellbalg allseitig von Hochdruck umgeben, sodass keine in radialer Richtung schädlich wirkende Spannungen im Wellbalg auftreten. Dies erlaubt, mittels des Wellbalgs eine Vorspannung der Piezoelemente zu erzeugen, trotz direkter Einwirkung von Hochdruck auf den Wellbalg. Zudem wird die Beweglichkeit der Piezoelemente nicht eingeschränkt, da sich der Wellbalg nicht auf den Piezoelementen, sondern auf der Elastomerschicht abstützt. So kommt es zu keiner Reibung zwischen dem Wellbalg und den Piezoelementen.The Disadvantages of the prior art are in an actuator module according to the invention with a wrapped one Piezoelectric actuator of the type mentioned avoided by the elastomer layer on the piezoelectric actuator from a corrugated bellows from one opposite one by means of a piezo injector to be dosed fuel diffusion-tight material is wrapped and the bellows at the same time the piezo elements against the head and / or footboard of the piezoelectric actuator biases. The bellows supports itself against the bellows from the outside acting high pressure on the elastomer layer. This is the result Wellbalg surrounded on all sides by high pressure, so none in the radial direction harmful acting stresses in the bellows occur. This allows, by means of the bellows to produce a bias of the piezo elements, despite Direct action of high pressure on the bellows. In addition, the Mobility of the piezo elements not limited because the corrugated bellows not supported on the piezoelectric elements, but on the elastomer layer. So there is no friction between the bellows and the piezo elements.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist darüber hinaus gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass der Wellbalg gleichzeitig sowohl zur diffusionsdichten Abdichtung des Piezoaktors gegenüber dem mittels des Piezoinjektors zu dosierenden Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, als auch als Vorspannfeder für den Piezoaktor dient. Da sich der Wellbalg auf der den Piezoaktor umhüllenden Elastomerschicht abstützt, erlaubt der erfindungsgemäße Aufbau eine direkte Düsennadelsteuerung.The inventive arrangement points over it beyond The prior art has the advantage that the corrugated bellows at the same time both for diffusion-tight sealing of the piezoelectric actuator relative to the by means of the piezo injector metered fuel, for example Diesel fuel, as well as a biasing spring for the piezoelectric actuator is used. There the corrugated bellows is supported on the elastomer layer surrounding the piezoactuator the structure of the invention a direct nozzle needle control.
Dabei ist denkbar, dass der Wellbalg gleichzeitig als Vorspannfeder für eine mit dem Piezoaktor verbundene Düsennadel dient. Vorzugsweise besteht der Wellbalg aus einem metallischen Werk stoff. Metallische Werkstoffe sind deshalb besonders gut als Werkstoff für den Wellbalg geeignet, da sie die geforderten Eigenschaften, wie Diffusionsdichtigkeit und federelastisches Verhalten, problemlos erfüllen können, sowie günstig und einfach herstellbar sind. Ein geeigneter metallischer Werkstoff ist beispielsweise Stahl. Darüber hinaus ermöglichen metallische Werkstoffe, wie beispielsweise Stahl, dass der Wellbalg mit dem Kopf- und/oder Fußteil des Piezoaktors verschweißt ist. Verschweißen bildet eine kraftstofffeste und kraftstoffdichte Verbindung des Wellbalgs mit dem Kopf- und/oder Fußteil des Piezoaktors. Durch das Verschweißen müssen keine zusätzlichen Abdichtungsarbeiten durchgeführt werden.there It is conceivable that the corrugated bellows at the same time as a biasing spring for a the nozzle actuator connected nozzle needle serves. Preferably, the corrugated bellows consists of a metallic Material. Metallic materials are therefore particularly good as Material for Wellbalg suitable because they have the required properties, such as Diffusion-tightness and elastic behavior, no problem can meet, as well Cheap and are easy to produce. A suitable metallic material is steel, for example. About that allow out metallic materials, such as steel, that the bellows with the head and / or foot part the piezoelectric actuator welded is. weld together forms a fuel-resistant and fuel-tight connection of the Bellows with the head and / or foot part of the piezoelectric actuator. By the welding have to no additional sealing work carried out become.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:The Invention will be explained below with reference to the drawings. there demonstrate:
Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention
Ein
in
Die
Innenelektroden
In
Ein
sich daraus ergebender Vorteil ist, dass der erfindungsgemäße Piezoaktor
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber dem
Stand der Technik, bei einer Verwendung in einem Piezoinjektor,
ist, dass die in
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass die
erforderliche Vorspannkraft bei einer direkten Düsennadelsteuerung relativ klein ist.
Dadurch bleiben die maximal auftretenden Zugspannungen im Wellbalg
Der
Wellbalg
Anschließend wird
die notwendige Vorspannung dadurch erzeugt, dass am zunächst an
seinem einem Ende längeren
Wellbalg
Der
in
Wichtig
ist hervorzuheben, dass sich als Werkstoff für den Wellbalg
Claims (6)
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2006
- 2006-09-06 DE DE102006041670A patent/DE102006041670A1/en not_active Ceased
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R003 | Refusal decision now final |