DE102007053423A1

DE102007053423A1 - Piezoelectric actuator module

Info

Publication number: DE102007053423A1
Application number: DE102007053423A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Heinz; Udo Schaich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-05-14
Also published as: WO2009059864A1

Abstract

Ein piezoelektrisches Aktormodul (2) für ein Brennstoffeinspritzventil (1) weist einen Aktorkörper (20) mit einer Vielzahl von keramischen Schichten und einer Vielzahl von zwischen den keramischen Schichten angeordneten Elektrodenschichten auf. Zur Abdichtung des Aktorkörpers (20) gegenüber einem Brennstoff ist eine Abdichtung aus einem Wellbalg (31) und einem Füllmittel (30) für den Wellbalg (31) vorgesehen. Der Wellbalg (31) ist dabei mit dem Übergangsstück (21) verbunden und umgibt den Aktorkörper (20). Ferner weist das Übergangsstück (21) einen mit dem Zwischenraum (35) verbundenen Ausgleichsraum (42) auf. Sowohl der Ausgleichsraum (42) als auch ein zwischen dem Aktorkörper (20) und dem Wellbalg (31) vorgesehener Zwischenraum sind mit dem Füllmittel (30) aufgefüllt. Der Ausgleichsraum (42) ermöglicht dabei ein Ein- und Ausfließen von Füllmittel (30) aus beziehungsweise in den Zwischenraum (35), so dass eine unzulässige radiale Aufdehnung des Wellbalges (31) verhindert ist. Somit können Beschädigungen des Wellbalges (31) verhindert werden.A piezoelectric actuator module (2) for a fuel injection valve (1) has an actuator body (20) with a plurality of ceramic layers and a plurality of electrode layers arranged between the ceramic layers. For sealing the actuator body (20) with respect to a fuel, a seal of a corrugated bellows (31) and a filler (30) for the corrugated bellows (31) is provided. The bellows (31) is connected to the transition piece (21) and surrounds the actuator body (20). Furthermore, the transition piece (21) has a compensating space (42) connected to the intermediate space (35). Both the compensation chamber (42) and a space provided between the actuator body (20) and the corrugated bellows (31) are filled with the filler (30). The compensation chamber (42) allows inflow and outflow of filler (30) from or into the intermediate space (35), so that an impermissible radial expansion of the corrugated bellows (31) is prevented. Thus, damage to the bellows (31) can be prevented.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Aktormodul für ein Brennstoffeinspritzventil und ein Brennstoffeinspritzventil mit solch einem piezoelektrischen Aktormodul. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.The The invention relates to a piezoelectric actuator module for a fuel injection valve and a fuel injection valve with such a piezoelectric actuator module. Specially concerned the invention the field of injectors for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.

Aus der EP 1 174 615 A2 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor bekannt. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil ist dabei als Injektor mit direkter Nadelsteuerung ausgestaltet. Da der piezoelektrische Aktor in einem Raum des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist, der im Betrieb mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff durchflossen ist, ist eine geeignete Abdichtung des Aktors gegenüber Medien, insbesondere Feuchtigkeit (Diesel, Wasser, RME und sonstige elektrisch leitende Substanzen) enthaltenden Dieselbrennstoff, erforderlich.From the EP 1 174 615 A2 For example, a fuel injection valve with a piezoelectric actuator is known. The known fuel injection valve is designed as an injector with direct needle control. Since the piezoelectric actuator is arranged in a space of the fuel injection valve, which is flowed through with high-pressure fuel during operation, is a suitable sealing of the actuator to media, in particular moisture (diesel, water, RME and other electrically conductive substances) containing diesel fuel, required.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße piezoelektrische Aktormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 12 haben den Vorteil, dass ein zuverlässiger Schutz eines Aktorkörpers gewährleistet ist. Speziell kann die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Aktormoduls und des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils verbessert werden.The Piezoelectric actuator module according to the invention the features of claim 1 and the invention Have fuel injection valve with the features of claim 12 the advantage that a reliable protection of an actuator body is guaranteed. Specifically, the reliability the piezoelectric actuator module according to the invention and the fuel injection valve according to the invention be improved.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen piezoelektrischen Aktormoduls und des im Anspruch 12 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.By the measures listed in the dependent claims are advantageous developments of specified in claim 1 piezoelectric actuator module and specified in claim 12 Fuel injection valve possible.

Vorteilhaft ist es, dass ein Wellbalg aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere einem Stahl, vorgesehen ist, der mit dem Übergangsstück verbunden ist und der den Aktorkörper umgibt, und dass der Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper und dem Wellbalg und dem Ausgleichsraum in dem Übergangsstück mit einem nicht starren Füllmittel gefüllt sind. Das Füllmittel kann dabei aus einem Elastomer oder einer Flüssigkeit gebildet sein. Im Betrieb kann es in Folge einer Wärmedehnung des zwischen dem Aktorkörper und dem Wellbalg vorgesehenen Füllmittels und/oder in Folge einer Kompressibilität des Füllmittels bei hohen Drucken zu hohen, insbesondere unzulässig hohen, Radialdehnungen des Wellbalges kommen, wenn keine Ausgleichsmöglichkeit für das Füllmittel vorgesehen ist, so dass die Gefahr von Beschädigungen des Wellbalges besteht. Durch den mit dem Zwischenraum verbundenen Ausgleichsraum ist eine Ausgleichsmöglichkeit geschaffen, wodurch unzulässige Radialdehnungen des Wellbalges verhindert sind. Die Kombination aus dem Füllmittel und dem Wellbalg schützt den Aktorkörper somit sicher vor elektrischen Kurzschlüssen durch den außen befindlichen Brennstoff und verhindert die Diffusion von Wasser und ähnlichem aus dem Brennstoff in das piezoelektrische Aktormodul.Advantageous is it that a corrugated bellows made of a metal or a metal alloy, in particular a steel, is provided, which with the transition piece is connected and surrounding the actuator body, and that the space between the actuator body and the corrugated bellows and the compensation chamber in the transition piece with a non-rigid filler are filled. The Fillers can be made of an elastomer or a liquid be formed. In operation, it may be due to a thermal expansion provided between the actuator body and the corrugated bellows Filler and / or as a result of a compressibility the filler at high pressures too high, in particular impermissibly high, radial expansions of the corrugation come if no compensation for the filler is provided so that the risk of damage to the Wellbalges exists. Through the compensation chamber connected to the intermediate space is a compensatory opportunity created, creating inadmissible Radial expansion of the corrugated bellows are prevented. The combination from the filler and the bellows protects the Actuator thus safe from electrical short circuits the outside fuel and prevents the diffusion of water and the like from the fuel to the piezoelectric Actuator module.

Auf Grund des vorgesehenen Ausgleichsraumes besteht der Vorteil, dass der Wellbalg axial sehr elastisch, aber radial sehr steif ausgelegt werden kann, da hohe radiale Verformungen, die eine Bruchgefährdung darstellen, verhindert sind.On The reason of the proposed compensation space is the advantage that the corrugated bellows axially very elastic, but designed radially very stiff can be, because high radial deformations, the risk of breakage represent, are prevented.

Da die Wärmedehnungen und Kompressionen des Füllmittels in der Regel langsam und nicht allzu häufig auftreten, besteht eine relativ große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich des Ausgleichsraums. Vorzugsweise ist der Ausgleichsraum als variabler Ausgleichsraum ausgestaltet. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das Übergangsstück einen Hohlraum aufweist, in dem ein Ausgleichswellbalg angeordnet ist, wobei der Ausgleichswellbalg den variablen Ausgleichsraum bildet. Allerdings kann ein variabler Ausgleichsraum auch auf andere Weise ausgestaltet sein.There the thermal expansions and compressions of the filler usually slow and not too common There is a relatively large freedom of design of the equalization room. Preferably, the compensation chamber is a variable compensation chamber designed. In particular, it is advantageous that the transition piece having a cavity in which a balancing bellows arranged is, wherein the balance bellows forms the variable compensation space. However, a variable compensation room can also be done in other ways be designed.

In vorteilhafter Weise ist ein Federelement vorgesehen, das den Ausgleichsraum komprimiert. Dadurch kann eine gewisse Vorspannung auf das Füllmittel ausgeübt werden, so dass eine definierte Drucklast auf die Füllung des Zwischenraums zwischen dem Aktorkörper und dem Wellbalg gewährleistet ist und eine Vorzugsbewegungsrichtung des Verbandes vorhanden ist.In Advantageously, a spring element is provided which the compensation chamber compressed. This allows some bias on the filler be exercised so that a defined pressure load on the filling of the gap between the actuator body and the bellows is ensured and a preferential direction of movement of the association is present.

Vorteilhaft ist es, dass das Übergangsstück eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung eine Komprimierung des Ausgleichsraums mittels eines Umgebungsdruckes ermöglicht. Dadurch kann das Füllmittel von der Seite des Ausgleichsraumes zumindest im wesentlichen mit dem Umgebungsdruck beaufschlagt werden, wodurch eine im wesentlichen vollständige Füllung des Zwischenraumes zwischen dem Aktorkörper und dem Wellbalg sichergestellt ist.Advantageous it is that the transition piece an opening wherein the opening is a compression of the compensation space enabled by means of an ambient pressure. This can the filler from the side of the compensation chamber at least be subjected to the ambient pressure substantially, whereby a substantially complete filling of the Interspace between the actuator body and the corrugated bellows is ensured.

In dem Fall, dass ein Ausgleichswellbalg vorgesehen ist, kann der Ausgleichsraum sowohl durch einen Innenraum des Ausgleichswellbalges als auch durch den den Ausgleichswellbalg umgebenden Teil des Hohlraums des Übergangsstückes gebildet sein. In dem letzten Fall ist das in dem Ausgleichsraum vorgesehene Füllmittel außerhalb des Ausgleichswellbalges vorgesehen.In In the event that a balance bellows is provided, the compensation space both through an interior of the balance bellows and through the balancing bellows surrounding part of the cavity of the transition piece be formed. In the latter case, this is provided in the compensation room Fillers outside the balance bellows intended.

Der Ausgleichswellbalg kann durch geeignete Weise mit dem Hohlraum verbunden sein, um diesen zu teilen, beispielsweise durch eine Schweißnaht.The balance bellows can by geeigne te way to be connected to the cavity to share this, for example by a weld.

Zeichnungdrawing

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:preferred Embodiments of the invention are in the following Description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements with matching reference numerals are provided, explained in more detail. It shows:

1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktormodul in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a fuel injection valve with a piezoelectric actuator module in a schematic sectional view according to a first embodiment of the invention;

2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktormodul entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 2 the in 1 With II designated section of a fuel injection valve with a piezoelectric actuator module according to a second embodiment of the invention;

3 den in 2 gezeigten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktormodul entsprechendem einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 3 the in 2 shown section of a fuel injection valve with a piezoelectric actuator module according to a third embodiment of the invention and

4 den in 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktormodul entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 the in 1 With IV designated section of a fuel injection valve with a piezoelectric actuator module according to a fourth embodiment of the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem piezoelektrischen Aktormodul 2 in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste, einem sogenannten Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße piezoelektrische Aktormodul 2 eignet sich besonders für solch ein Brennstoffeinspritzventil 1. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 und das erfindungsgemäße Aktormodul 2 eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle. 1 shows a fuel injector 1 with a piezoelectric actuator module 2 in a schematic sectional view according to a first embodiment of the invention. The fuel injector 1 can serve in particular as an injector for fuel injection systems of mixture-compressing, self-igniting internal combustion engines. A preferred use of the fuel injection valve 1 consists of a fuel injection system with a fuel rail, a so-called common rail, the diesel fuel under high pressure to a plurality of fuel injection valves 1 leads. The piezoelectric actuator module according to the invention 2 is particularly suitable for such a fuel injector 1 , The fuel injection valve according to the invention 1 and the actuator module according to the invention 2 However, they are also suitable for other applications.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 und einen mit dem Ventilgehäuse 3 verbundenen Brennstoffeinlassstutzen 4 auf. An den Brennstoffeinlassstutzen 4 ist eine Brennstoffleitung anschließbar, um Brennstoff in einen im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen Aktorraum 5 einzuleiten. Der Aktorraum 5 ist durch eine Drosselplatte 6 von einem ebenfalls im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen Brennstoffraum 7 getrennt. In der Drosselplatte 6 sind Durchlassöffnungen 8, 9 vorgesehen, um den über den Brennstoffeinlassstutzen 4 in den Aktorraum 5 geführten Brennstoff in den Brennstoffraum 7 zu leiten.The fuel injector 1 has a valve housing 3 and one with the valve body 3 connected fuel inlet nozzle 4 on. To the fuel inlet nozzle 4 is a fuel line connectable to fuel in one inside the valve body 3 provided actuator space 5 initiate. The actuator room 5 is through a throttle plate 6 from one also inside the valve body 3 provided fuel space 7 separated. In the throttle plate 6 are passage openings 8th . 9 provided to the over the fuel inlet 4 in the actuator room 5 led fuel into the fuel chamber 7 to lead.

An einem mit dem Ventilgehäuse 3 verbundenen Ventilsitzkörper 10 ist eine Ventilsitzfläche 11 ausgebildet, die mit einem Ventilschließkörper 12 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Ventilschließkörper 12 einstückig mit einer Ventilnadel 13 ausgebildet. Die Ventilnadel 13 steht direkt oder indirekt mit einem Kolben 15 in Wirkverbindung, der in einer Hülse 16 geführt ist. Dabei liegt die Hülse 16 an der Drosselplatte 6 an, so dass zwischen dem Kolben 15 und der Drosselplatte 6 ein Kolbenraum 17 gebildet ist.At one with the valve housing 3 connected valve seat body 10 is a valve seat surface 11 formed with a valve closing body 12 cooperates to a sealing seat. Here is the valve closing body 12 integral with a valve needle 13 educated. The valve needle 13 is directly or indirectly with a piston 15 in operative connection, in a sleeve 16 is guided. This is the sleeve 16 at the throttle plate 6 on, so that between the piston 15 and the throttle plate 6 a piston chamber 17 is formed.

Das Aktormodul 2 weist einen piezoelektrischen Aktorkörper 20 und ein aus mehreren Teilen bestehendes Übergangsstück 21 auf. Das Übergangsstück 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Aktorkopf ausgebildet. Allerdings kann die Ausgestaltung auch einen Aktorfuß oder ein anderes Übergangselement betreffen. Dabei ist an dem Übergangsstück 21 ein in einer Hülse 22 geführter Kolben 23 ausgebildet, der in Bezug auf die Drosselplatte 6 und die Hülse 22 einen weiteren Kolbenraum 24 begrenzt. Der Kolbenraum 24 ist über eine in der Drosselplatte 6 ausgebildete Drossel 25 mit dem Kolbenraum 17 verbunden.The actuator module 2 has a piezoelectric actuator body 20 and a multi-part transition piece 21 on. The transition piece 21 is formed in this embodiment as an actuator head. However, the embodiment may also relate to an actuator foot or another transition element. It is at the transition piece 21 one in a pod 22 guided piston 23 formed in relation to the throttle plate 6 and the sleeve 22 another piston chamber 24 limited. The piston chamber 24 is about one in the throttle plate 6 trained throttle 25 with the piston chamber 17 connected.

Der Aktorkörper 20 ist mit elektrischen Leitungen 26, 27 verbunden, die durch einen Aktorfuß 28 an den Aktorkörper 20 geführt sind, wobei ein Steuergerät oder dergleichen über die elektrischen Leitungen 26, 27 den Aktorkörper 20 ansteuern kann. Bei einer Betätigung des Aktorkörpers 20 kann je nach Auslegung des Brennstoffeinspritzventils 1 eine Druckerhöhung oder -absenkung in Bezug auf einen in dem Kolbenraum 24 vorgesehenen Brennstoff erfolgen. Da der Kolbenraum 24 über die Drossel 25 mit dem Kolbenraum 17 kommuniziert, führt dies zu einer entsprechenden Beeinflussung des Druckes des Brennstoffs im Kolbenraum 17, so dass im Ergebnis eine Betätigung der Ventilnadel 13 erfolgt. Dies ermöglicht die Abspritzung von Brennstoff über eine Düsenöffnung 29 im Bereich des Ventilschließkörpers 12.The actuator body 20 is with electrical wiring 26 . 27 connected by an actuator foot 28 to the actuator body 20 are guided, wherein a control device or the like via the electrical lines 26 . 27 the actuator body 20 can drive. Upon actuation of the actuator body 20 may vary depending on the design of the fuel injector 1 an increase or decrease in pressure with respect to one in the piston chamber 24 provided fuel. Since the piston chamber 24 over the throttle 25 with the piston chamber 17 communicates, this leads to a corresponding influence on the pressure of the fuel in the piston chamber 17 , so that as a result an actuation of the valve needle 13 he follows. This allows the injection of fuel through a nozzle opening 29 in the area of the valve closing body 12 ,

Je nach Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1 kann ein Koppler mit hydraulischer Übersetzung vorgesehen sein, um ein- oder mehrstufige Übersetzungen zu realisieren. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für Brennstoffeinspritzventile 1, bei denen eine direkte Ansteuerung der Ventilnadel 13 über das Übergangsstück 21 erfolgt.Depending on the configuration of the fuel injection valve 1 For example, a coupler with hydraulic transmission may be provided to realize one or more stages of translation. However, the invention is also suitable for fuel injection valves 1 in which a direct control of the valve needle 13 over the transition piece 21 he follows.

Der Aktorkörper 20 des piezoelektrischen Aktormoduls 2 weist eine Vielzahl von keramischen Schichten und eine Vielzahl von zwischen den keramischen Schichten angeordneten Elektrodenschichten auf. Dabei sind die Elektrodenschichten abwechselnd mit den elektrischen Leitungen 26, 27 verbunden, so dass ein Teil der Elektrodenschichten die positiven Elektroden bildet und ein anderer Teil die negativen Elektroden bildet. Über die elektrischen Leitungen 26, 27 kann der Aktorkörper 20 ge- oder entladen werden, um eine Verstellung des Kolbens 23 in Bezug auf die Hülse 22 zu erreichen.The actuator body 20 of the piezoelectric actuator module 2 has a plurality of ceramic layers and a plurality of electrode layers disposed between the ceramic layers. The electrode layers are alternating with the electrical lines 26 . 27 so that one part of the electrode layers forms the positive electrodes and another part forms the negative electrodes. About the electrical wires 26 . 27 can the actuator body 20 be charged or discharged to an adjustment of the piston 23 in relation to the sleeve 22 to reach.

In Bezug auf die Elektrodenschichten des Aktorkörpers 20 ist allerdings eine ausreichende Isolierung gegenüber dem in dem Aktorraum 5 vorgesehenen Medium erforderlich, um Kurzschlüsse zwischen den Elektrodenschichten zu verhindern. Ferner besteht die Gefahr, dass das in dem Aktorraum 5 vorgesehene Medium den Aktorkörper 20 in Folge chemischer Einwirkung beschädigt. Der Aktorkörper 20 des Aktormoduls 2 ist daher gegenüber dem im Aktorraum 5 vorgesehenen Medium, insbesondere Brennstoff, abgedichtet. Die Abdichtung besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Füllmittel 30 und einem metallischen Wellbalg 31. Der Wellbalg 31 ist dabei einerseits mit dem Aktorfuß 28 durch eine umlaufende Schweißnaht 32 und andererseits mit dem Übergangsstück 21 durch eine umlaufende Schweißnaht 33 verbunden. Um die Schweißnähte 32, 33 auszubilden, ist eine gewisse Wandstärke des Wellbalges 31 erforderlich. Durch die Ausgestaltung des Wellbalges 31 mit mehreren Wellen ist eine relativ hohe Elastizität in einer axialen Richtung, das heißt in Richtung einer Achse 34 des Aktormoduls 2, gewährleistet, um die Funktion des Aktorkörpers 20, das heißt die Dehnung und Kontraktion des Aktorkörpers 20 in axialer Richtung, zu ermöglichen. Allerdings ist der Wellbalg 31 durch die Wellen in radialer Richtung, das heißt den Richtungen senkrecht zur Achse 34, eher steif ausgestaltet und somit bei entsprechenden Belastungen in radialer Richtung bruchgefährdet.With respect to the electrode layers of the actuator body 20 However, a sufficient insulation from that in the actuator room 5 provided medium to prevent short circuits between the electrode layers. Furthermore, there is a risk that this in the actuator room 5 provided medium the actuator body 20 damaged as a result of chemical attack. The actuator body 20 of the actuator module 2 is therefore opposite to that in the actuator room 5 provided medium, in particular fuel, sealed. The seal consists in the illustrated embodiment of a filler 30 and a metallic bellows 31 , The corrugated bellows 31 is on the one hand with the actuator base 28 by a circumferential weld 32 and on the other hand with the transition piece 21 by a circumferential weld 33 connected. Around the welds 32 . 33 form, is a certain wall thickness of the corrugated bellows 31 required. Due to the design of the corrugated bellows 31 with multiple shafts is a relatively high elasticity in an axial direction, that is, in the direction of an axis 34 of the actuator module 2 , ensures the function of the actuator body 20 , that is the elongation and contraction of the actuator body 20 in the axial direction, to allow. However, the bellows is 31 through the waves in the radial direction, that is the directions perpendicular to the axis 34 , rather stiff and thus at risk from breakage in the radial direction.

Ein Teil des Füllmittels 30 ist in einem Zwischenraum 35 zwischen dem Aktorkörper 20 und dem Wellbalg 31 vorgesehen. Dabei ist dieser Zwischenraum 35 vollständig mit dem Füllmittel 30 aufgefüllt, insbesondere sind keine Hohlräume vorhanden. Durch das Füllmittel 30 und den Wellbalg 31 ist somit eine zuverlässige Abdichtung gegenüber dem in dem Aktorraum 5 vorgesehenen Medium gewährleistet.Part of the filler 30 is in a gap 35 between the actuator body 20 and the bellows 31 intended. Here is this gap 35 completely with the filler 30 filled, in particular, no cavities are present. Through the filler 30 and the corrugated bellows 31 is thus a reliable seal against that in the actuator chamber 5 provided medium guaranteed.

Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 kommt es durch die häufigen Dehnungen und Kontraktionen des Aktorkörpers 20 zu einer gewissen Erwärmung des Füllmittels 30. Außerdem wird das Füllmittel 30 auf Grund des hohen Druckes des Brennstoffs im Aktorraum 5 komprimiert. Je nachdem welcher dieser Effekte überwiegt, kann sich das Füllmittel 30 ausdehnen oder komprimiert werden. Hierbei besteht allerdings die Gefahr, dass es zu unzulässigen Beanspruchungen des Wellbalges 31 in radialer Richtung kommt.During operation of the fuel injection valve 1 It comes from the frequent strains and contractions of the actuator body 20 to a certain warming of the filler 30 , In addition, the filler is 30 due to the high pressure of the fuel in the actuator chamber 5 compressed. Depending on which of these effects predominates, the filler can 30 expand or be compressed. However, there is the danger that there will be undue stresses on the corrugated bellows 31 comes in the radial direction.

Das Übergangsstück 21 weist Teile 36, 37 auf. In dem Teil 36 ist durch Bohrungen ein Verbindungskanal 38 ausgebildet. Ferner ist innerhalb des Teils 37 des Übergangsstückes 21 ein Hohlraum 39 vorgesehen, in dem ein Ausgleichswellbalg 40 angeordnet ist. Ein Innenraum 41 des Ausgleichswellbalges 40 steht dabei über den Verbindungskanal 38 mit dem Zwischenraum 35 in Verbindung. Der Verbindungskanal 38 und der Innenraum 41 bilden einen Ausgleichsraum 42. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl der Verbindungskanal 38 als auch der Innenraum 41 vollständig mit dem Füllmittel 30 gefüllt, so dass der Ausgleichsraum 42 vollständig mit dem Füllmittel 30 gefüllt ist.The transition piece 21 has parts 36 . 37 on. In the part 36 is a connecting channel through holes 38 educated. Further, within the part 37 of the transition piece 21 a cavity 39 provided in which a balance bellows 40 is arranged. An interior 41 the balance bellows 40 stands over the connection channel 38 with the gap 35 in connection. The connection channel 38 and the interior 41 form a compensation room 42 , In the illustrated embodiment, both the connection channel 38 as well as the interior 41 completely with the filler 30 filled, leaving the compensation room 42 completely with the filler 30 is filled.

In einem Fall, in dem sich das Füllmittel 30 in dem Zwischenraum 35 ausdehnt, kann ein Teil des Füllmittels 30 aus dem Zwischenraum 35 in den Ausgleichsraum 42 fließen. Dabei dehnt sich der Ausgleichswellbalg 40 entgegen der Kraft eines als Spiralfeder ausgebildeten Federelements 43 aus, so dass sich der Ausgleichsraum 42 vergrößert, um die Ausdehnung des Füllmittels 30 zumindest teilweise auszugleichen. Dadurch wird eine übermäßige Aufdehnung des Wellbalges 31 in radialer Richtung verhindert.In a case where the filler 30 in the gap 35 expands, may be part of the filler 30 from the gap 35 in the compensation room 42 flow. The expansion bellows will stretch 40 against the force of a spring element designed as a spiral spring 43 out, so that the compensation room 42 increases the expansion of the filler 30 at least partially offset. This will cause excessive expansion of the bellows 31 prevented in the radial direction.

In einem Fall, in dem sich das Füllmittel 30 zusammenzieht oder komprimiert wird, kann Füllmittel 30 aus dem Ausgleichsraum 42 in den Zwischenraum 35 nachfließen. Dabei zieht sich der Ausgleichswellbalg 40 zusammen, was durch die Kraft des Federelements 43 unterstützt wird.In a case where the filler 30 contracts or is compressed, can fillers 30 from the equalization room 42 in the gap 35 naturally replenished. At the same time, the compensating corrugated bellows contracts 40 together, reflecting the force of the spring element 43 is supported.

In diesem Ausführungsbeispiel ist ein mit dem Ausgleichswellbalg 40 durch Schweißen verbundenes Kopfstück 45 vorgesehen, das ein Ende des Federelements 43 aufnimmt, so dass eine zuverlässige Ausrichtung des Ausgleichswellbalges 40 in Bezug auf die Achse 34 gewährleistet ist. Der Ausgleichswellbalg 40 ist außerdem durch eine weitere Schweißnaht mit dem Teil 36 des Übergangsstücks 21 verbunden.In this embodiment, one with the balance bellows 40 welding head 45 provided, which is an end of the spring element 43 receives, so that a reliable alignment of the balance bellows 40 in relation to the axis 34 is guaranteed. The balance bellows 40 is also through another weld with the part 36 of the transition piece 21 connected.

Ferner weist das Teil 37 des Übergangsstücks 21 zumindest eine Querbohrung 46 auf, wodurch Öffnungen 47, 48 gebildet sind, über die der Hohlraum 39 mit dem Aktorraum 5 verbunden ist. Somit ist der Hohlraum 39 im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 ebenfalls mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff gefüllt. Dadurch wirkt der Druck des Brennstoffes einerseits über den Wellbalg 31 auf das Füllmittel 30 als auch andererseits über den Ausgleichswellbalg 40, so dass bei einem auftretenden Druckunterschied das Füllmittel 30 aus dem Zwischenraum 35 in den Ausgleichsraum 42 einströmt oder aus diesem ausströmt.Further, the part has 37 of the transition piece 21 at least one transverse bore 46 on, creating openings 47 . 48 are formed over which the cavity 39 with the actuator room 5 connected is. Thus, the cavity 39 during operation of the fuel injection valve 1 also filled with high pressure fuel. As a result, the pressure of the fuel on the one hand acts on the corrugated bellows 31 on the filler 30 on the other hand on the balance bellows 40 so that when occurring Pressure difference the filler 30 from the gap 35 in the compensation room 42 flows in or flows out of this.

Somit wird ein erhöhter Druck im Zwischenraum 35 und/oder eine Wärmedehnung des Füllmaterials 30 durch geeignete Längenänderungen des Ausgleichswellbalges 40 kompensiert oder abgebaut, bis überall im wesentlichen der gleiche Druck herrscht.Thus, an increased pressure in the space 35 and / or a thermal expansion of the filling material 30 by suitable changes in length of the balance bellows 40 compensated or degraded, until there is substantially the same pressure everywhere.

Es ist anzumerken, dass das Federelement 43 je nach Ausgestaltung auch entfallen kann. Durch das Federelement 43 besteht jedoch der Vorteil, dass ein Vordruck im Füllmittel 30 eingestellt werden kann.It should be noted that the spring element 43 depending on the design also can be omitted. By the spring element 43 However, there is the advantage that a form in the filler 30 can be adjusted.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Teile 36, 37 des Übergangsstückes 21 mit einer Schweißnaht 49 miteinander verbunden.At the in 1 illustrated embodiment, the two parts 36 . 37 of the transition piece 21 with a weld 49 connected with each other.

2 zeigt den 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1 mit einem Aktormodul 2 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ausgleichswellbalg 40 mittels einer Schweißnaht 55 im Bereich des Hohlraums 39 mit dem Teil 37 des Übergangsstücks 21 verbunden. Ferner sind die Teile 36, 37 des Übergangsstücks 21 mittels eines Presssitzes und/oder einiger Schweißpunkte miteinander verbunden. Ferner ist der Verbindungskanal 38 durch zumindest zwei sich im Bereich der Achse 34 treffende Schrägbohrungen gebildet. 2 shows the 1 With II designated section of a fuel injection valve 1 with an actuator module 2 according to a second embodiment of the invention. In this embodiment, the balance bellows 40 by means of a weld 55 in the area of the cavity 39 with the part 37 of the transition piece 21 connected. Further, the parts 36 . 37 of the transition piece 21 connected by means of a press fit and / or some welding points. Furthermore, the connection channel 38 by at least two in the area of the axis 34 formed appropriate oblique holes.

3 zeigt den in 2 gezeigten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1 mit einem piezoelektrischen Aktormodul 2 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ausgleichswellbalg 40 auf der Seite der Querbohrung 46 im Bereich des Hohlraumes 39 mit dem Teil 37 des Übergangsstückes 21 verbunden. Ein Innenraum 41 des Ausgleichswellbalges 40 steht dadurch über die durch die Querbohrung 46 gebildeten Öffnungen 47, 48 mit dem Aktorraum 5 in Verbindung, so dass sich im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 im Innenraum 41 unter hohem Druck stehender Brennstoff befindet. Das Füllmittel 30 ist in diesem Fall außerhalb des Ausgleichwellbalges 40 vorgesehen. Ferner sind zumindest zwei Verbindungskanäle 38, 38' vorgesehen, die entfernt von der Achse 34 in den Hohlraum 39 des Teils 37 des Übergangsstücks 21 münden. Dadurch wird verhindert, dass die Verbindungskanäle 38, 38' durch das Kopfstück 45, das mit dem Ausgleichswellbalg 40 durch eine Schweißnaht verbunden ist, verschlossen werden. 3 shows the in 2 shown section of a fuel injector 1 with a piezoelectric actuator module 2 according to a third embodiment of the invention. In this embodiment, the balance bellows 40 on the side of the transverse bore 46 in the area of the cavity 39 with the part 37 of the transition piece 21 connected. An interior 41 the balance bellows 40 is characterized by the through the cross hole 46 formed openings 47 . 48 with the actuator room 5 in conjunction so that during operation of the fuel injector 1 in the interior 41 is located under high pressure fuel. The filler 30 is in this case outside of the equalizing wave bellows 40 intended. Furthermore, at least two connection channels 38 . 38 ' provided, away from the axis 34 in the cavity 39 of the part 37 of the transition piece 21 lead. This will prevent the connection channels 38 . 38 ' through the head piece 45 that with the balance bellows 40 is connected by a weld, closed.

4 zeigt den in 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1 mit einem piezoelektrischen Aktormodul 2 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind in dem Teil 37 des Übergangsstückes 21 parallel zu der Achse 34 des Aktormoduls 2 orientierte Längsbohrungen 57, 58 vorgesehen, durch die Öffnungen 47, 48 gebildet sind. Durch die Öffnungen 47, 48 ist der Innenraum 41 des Ausgleichswellbalges 40 mit dem Aktorraum 5 verbunden, so dass im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils unter hohem Druck stehender Brennstoff in dem Innenraum 41 des Ausgleichswellbalges 40 vorgesehen ist. Ferner sind in dem Teil 36 des Übergangsstückes 21 Schrägbohrungen vorgesehen, die die Verbindungskanäle 38, 38' bilden. Die Verbindungskanäle 38, 38' münden dabei an einer äußeren Zylinderfläche des Hohlraums 39. Das Füllmittel 30 ist im Bereich des Hohlraums 39 außerhalb des Ausgleichswellbalges 40 vorgesehen. Durch die Ausgestaltung der Verbindungskanäle 38, 38' ist ein Verschließen der Verbindungskanäle 38, 38' durch den Ausgleichswellbalg 40 verhindert. 4 shows the in 1 With IV designated section of a fuel injection valve 1 with a piezoelectric actuator module 2 according to a fourth embodiment of the invention. In this embodiment, in the part 37 of the transition piece 21 parallel to the axis 34 of the actuator module 2 oriented longitudinal bores 57 . 58 provided through the openings 47 . 48 are formed. Through the openings 47 . 48 is the interior 41 the balance bellows 40 with the actuator room 5 connected so that in operation of the fuel injection valve under high pressure fuel in the interior 41 the balance bellows 40 is provided. Further, in the part 36 of the transition piece 21 Slanted holes provided that the connecting channels 38 . 38 ' form. The connection channels 38 . 38 ' open on an outer cylindrical surface of the cavity 39 , The filler 30 is in the area of the cavity 39 outside the balance bellows 40 intended. Due to the design of the connection channels 38 . 38 ' is a closing of the connecting channels 38 . 38 ' through the balance bellows 40 prevented.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht außerdem der Vorteil, dass nur eine umlaufende Schweißnaht 55 erforderlich ist, um eine Abdichtung des Ausgleichsraums 42 in Bezug auf den mit Brennstoff gefüllten Teil des Hohlraumes 39 des Übergangsstückes 21 zu erreichen. Dadurch ergeben sich geringere Herstellungskosten und eine gegebenenfalls erhöhte Zuverlässigkeit.In this embodiment, there is also the advantage that only one circumferential weld 55 is required to seal the compensation chamber 42 with respect to the fuel-filled part of the cavity 39 of the transition piece 21 to reach. This results in lower production costs and possibly increased reliability.

Die Teile 36, 37 des Übergangsstückes 21 können mittels zumindest eines Schweißpunktes 49 miteinander verbunden sein. Dabei ist ein Bund 59 an dem Teil 37 ausgestaltet, um eine Positionierung der Teile 36, 37 des Übergangsstückes 41 zueinander zu erreichen.The parts 36 . 37 of the transition piece 21 can by means of at least one welding point 49 be connected to each other. There is a covenant 59 at the part 37 designed to position the parts 36 . 37 of the transition piece 41 to reach each other.

Es ist anzumerken, dass bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen das Füllmittel 30 in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall gewählt werden kann. Dabei kann das Füllmittel 30 aus einem Elastomer gebildet sein und/oder elastische Bestandteile aufweisen. Speziell kann das Füllmittel 30 aus einem Öl gebildet sein. Speziell die Ausgestaltung des Verbindungskanals 38 beziehungsweise der Verbindungskanäle 38, 38' ist an die Viskosität des Füllmittels 30 angepasst.It should be noted that in the described embodiments, the filler 30 can be chosen in relation to the particular application. In this case, the filler 30 be formed from an elastomer and / or have elastic components. Specifically, the filler 30 be formed from an oil. Especially the design of the connection channel 38 or the connection channels 38 . 38 ' is due to the viscosity of the filler 30 customized.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The Invention is not limited to the described embodiments limited.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1174615 A2 [0002]

Claims

Piezoelectric actuator module ( 2 ), in particular actuator module for fuel injection valves, with an actuator body ( 20 ) and at least one of the actuator body ( 20 ) attached transition piece ( 21 ), characterized in that a bellows ( 31 ) provided with the transition piece ( 21 ) and the actuator body ( 20 ) surrounds a gap ( 35 ) between the actuator body ( 20 ) and the bellows ( 31 ) is provided that the transition piece ( 21 ) one with the space ( 35 ) ( 42 ) and that the gap ( 35 ) and the compensation room ( 42 ) at least substantially with a filler ( 30 ) are filled.

Piezoelectric actuator module according to claim 1, characterized in that the filler ( 30 ) is formed at least substantially of at least one elastomer or an electrically neutral liquid.

Piezoelectric actuator module according to claim 1 or 2, characterized in that the compensation space ( 42 ) as a variable compensation space ( 42 ) is configured.

Piezoelectric actuator module according to claim 3, characterized in that at least one spring element ( 43 ) is provided, the compensation space ( 42 ) compressed.

Piezoelectric actuator module according to claim 3 or 4, characterized in that the transition piece ( 21 ) at least one opening ( 47 . 48 ), wherein the opening ( 47 . 48 ) a compression of the compensation space ( 42 ) by means of an ambient pressure.

Piezoelectric actuator module according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the transition piece ( 21 ) a cavity ( 39 ), in which a balancing bellows ( 40 ) is arranged, and that the balance bellows ( 40 ) a variable compensation space ( 42 ).

Piezoelectric actuator module according to claim 6, characterized in that the compensation space ( 42 ) at least partially through an interior ( 41 ) of the balancing bellows ( 40 ) is formed.

Piezoelectric actuator module according to claim 6, characterized in that in the transition piece ( 21 ) formed cavity ( 39 ) through the balancing bellows ( 40 ), whereby in the compensation room ( 42 ) provided fillers ( 30 ) outside the balance bellows ( 40 ) is provided.

Piezoelectric actuator module according to one of claims 6 to 8, characterized in that the balancing bellows ( 40 ) by welding inside the cavity ( 39 ) of the transition piece ( 21 ) with the transition piece ( 21 ) connected is.

Piezoelectric actuator module according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the transition piece ( 21 ) is designed in several parts.

Piezoelectric actuator module according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the transition piece ( 21 ) is designed as an actuator head.

Fuel Injector ( 1 ), in particular injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines, with a piezoelectric actuator module ( 2 ) according to one of claims 1 to 11 and at least indirectly with the actuator module ( 2 ) operable valve closing body ( 12 ), which is provided with a valve seat surface ( 11 ) cooperates to a sealing seat.