DE102009046356A1

DE102009046356A1 - Actuator module and fuel injector

Info

Publication number: DE102009046356A1
Application number: DE200910046356
Authority: DE
Inventors: Dieter Junger; Michael Kurrle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2011-05-05
Also published as: EP2317117A1; EP2317117B1

Abstract

Ein Aktormodul (2), das insbesondere für Brennstoffeinspritzventile dient, umfasst einen piezoelektrischen Aktorkörper (18), ein an den Aktorkörper (18) angefügtes Übergangsstück (19) und eine Dichthülse (23). Die Dichthülse (23) dichtet einen Innenraum (24) ab, in dem der piezoelektrische Aktorkörper (18) angeordnet ist. Ferner ist ein Druckbolzen (29) vorgesehen, der einen Ausgleichsraum (37) zwischen dem Übergangsstück (19) und dem Druckbolzen (29) begrenzt. Der Innenraum (24) und der Ausgleichsraum (37) sind mit einem Druckfluid (40) gefüllt. Hierbei ist der Innenraum (24) mit dem Ausgleichsraum (37) verbunden, wobei die Verbindung des Innenraums (24) mit dem Ausgleichsraum (37) als gedrosselte Verbindung ausgestaltet ist. Der Druckbolzen (29) ist entlang einer Längsachse (30) bewegbar, um eine Volumenänderung des Ausgleichsraums (37) beim Ein- oder Ausfließen von Druckfluid (40) zu ermöglichen. Hierdurch ist ein Austausch des Druckfluids (40) zwischen dem Ausgleichsraum (37) und dem Innenraum (24) möglich, mit dem temperaturbedingte Längenänderungen des Aktorkörpers (18) ausgeglichen werden können.An actuator module (2), which is used in particular for fuel injection valves, comprises a piezoelectric actuator body (18), a transition piece (19) attached to the actuator body (18) and a sealing sleeve (23). The sealing sleeve (23) seals an interior (24) in which the piezoelectric actuator body (18) is arranged. A pressure pin (29) is also provided, which delimits a compensation space (37) between the transition piece (19) and the pressure pin (29). The interior (24) and the compensation space (37) are filled with a pressure fluid (40). The interior (24) is connected to the compensation space (37), the connection of the interior (24) to the compensation space (37) being designed as a throttled connection. The pressure pin (29) can be moved along a longitudinal axis (30) in order to allow a volume change of the compensation space (37) when pressure fluid (40) flows in or out. This makes it possible to exchange the pressure fluid (40) between the compensation space (37) and the interior (24), with which temperature-related changes in length of the actuator body (18) can be compensated.

Description

Stand der TechnikState of the art

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

Aus der DE 103 36 327 A1 ist ein Injektor für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, insbesondere von direkteinspritzenden Dieselmotoren, bekannt. Der bekannte Injektor besitzt einen in einem Injektorkörper angeordneten Piezoaktor, der über Federmittel einerseits mit dem Injektor und andererseits mit einem hülsenartigen Übersetzerkolben in Anlage gehalten wird. Ferner ist ein mit dem Injektorkörper verbundener Düsenkörper vorgesehen, der mindestens eine Düsenaustrittsöffnung aufweist. In dem Düsenkörper ist eine Düsennadel axial verschieblich geführt.From the DE 103 36 327 A1 is an injector for injection systems of internal combustion engines, in particular direct injection diesel engines, known. The known injector has a piezoelectric actuator arranged in an injector body, which is held in abutment via spring means on the one hand with the injector and on the other hand with a sleeve-like booster piston. Furthermore, a nozzle body connected to the injector body is provided, which has at least one nozzle outlet opening. In the nozzle body, a nozzle needle is guided axially displaceable.

Der aus der DE 103 36 327 A1 bekannte Injektor hat den Nachteil, dass im Betrieb temperaturbedingte Dehnungen des Piezoaktors und des Injektorkörpers zu einer relativen Verstellung des Übersetzerkolbens führen, die daher ausgeglichen werden müssen. Dies stellt eine zusätzliche Anforderung an die Auslegung des Übersetzerkolbens.The from the DE 103 36 327 A1 known injector has the disadvantage that in operation temperature-induced expansions of the piezoelectric actuator and the injector lead to a relative displacement of the booster piston, which must therefore be compensated. This places an additional requirement on the design of the booster piston.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Aktormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 9 haben demgegenüber den Vorteil, dass temperaturbedingte Längenänderungen zumindest teilweise kompensiert sind. Speziell sind die Anforderungen an einen innerhalb des Brennstoffeinspritzventils zusätzlich vorgesehenen Temperaturausgleich verringert, wodurch die Wirkungskette des Aktormoduls zum Betätigen eines Ventilschließkörpers optimiert ist.The actuator module according to the invention with the features of claim 1 and the fuel injection valve according to the invention with the features of claim 9 have the advantage that temperature-induced changes in length are at least partially compensated. Specifically, the requirements for an additionally provided within the fuel injection valve temperature compensation is reduced, whereby the chain of effects of the actuator module is optimized for actuating a valve closing body.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Aktormoduls und des im Anspruch 9 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements of the actuator module specified in claim 1 and the fuel injection valve specified in claim 9 are possible.

Vorteilhaft ist es, dass eine Führungshülse vorgesehen ist, in der der Druckbolzen geführt ist, und dass der Ausgleichsraum von dem Übergangsstück, der Führungshülse und dem in der Führungshülse geführten Druckbolzen begrenzt ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die Dichthülse einen hohlzylinderförmigen Abschnitt aufweist, der die Führungshülse bildet. Durch ein Verschieben des Druckbolzens entlang der Längsachse wird das Volumen des Ausgleichsraums vergrößert oder verringert. Hierbei dehnt sich bei einer Temperaturerhöhung des Druckfluids das Druckfluid aus, so dass dieses nach und nach über die gedrosselte Verbindung in den Ausgleichsraum gedrängt wird. Hierdurch wird das Volumen des Ausgleichsraums vergrößert. Dadurch nimmt auch der Abstand des Druckbolzens von dem Übergangsstück zu. Bei der Temperaturerhöhung kommt es auf Grund eines negativen Temperaturausdehnungskoeffizienten des piezokeramischen Werkstoffs des Aktorkörpers zu einer Verkürzung des Aktorkörpers. Diese beiden Effekte wirken somit gegeneinander, so dass temperaturbedingte Längenänderungen der Bauteile des Aktormoduls über die hierbei auftretende Volumenänderung des Ausgleichsraums zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen, kompensiert sind. Durch die gedrosselte Verbindung erfolgt ein solcher Temperaturausgleich durch Volumenzu- oder -abnahme des Ausgleichsraums über einen relativ langen Zeitraum verglichen mit dem beim Betätigen des Aktormoduls auftretenden Hüben des Aktorkörpers. Hierdurch kann eine Aktorkraft und ein Aktorhub zumindest im Wesentlichen dämpfungsfrei zum Betätigen einer Ventilnadel oder dergleichen genutzt werden.It is advantageous that a guide sleeve is provided, in which the pressure pin is guided, and that the compensation space of the transition piece, the guide sleeve and guided in the guide sleeve pressure pin is limited. Here, it is also advantageous that the sealing sleeve has a hollow cylindrical portion which forms the guide sleeve. By moving the pressure pin along the longitudinal axis, the volume of the expansion chamber is increased or decreased. In this case expands at a temperature increase of the pressurized fluid, the pressure fluid, so that this is gradually pushed over the throttled connection in the expansion chamber. As a result, the volume of the compensation chamber is increased. As a result, the distance of the pressure bolt from the transition piece increases. When the temperature increases, it comes to a shortening of the actuator body due to a negative coefficient of thermal expansion of the piezoceramic material of the actuator body. These two effects thus act against each other, so that temperature-induced changes in length of the components of the actuator module on the case occurring volume change of the expansion chamber are at least partially, in particular substantially compensated. Due to the throttled connection, such a temperature compensation takes place by increasing or decreasing the volume of the compensation chamber over a relatively long period compared with the strokes of the actuator body occurring when the actuator module is actuated. As a result, an actuator force and an actuator stroke can be used at least substantially without damping for actuating a valve needle or the like.

Die Dichthülse ist in vorteilhafter Weise als metallische Dichthülse ausgestaltet, so dass das Aktormodul in einem mit Brennstoff gefüllten Raum angeordnet sein kann. Speziell kann hierdurch eine Abdichtung gegenüber unter hohem Druck stehenden Brennstoff gewährleistet werden. Speziell kann hierdurch ein direkt gesteuertes Brennstoffeinspritzventil realisiert werden.The sealing sleeve is configured in an advantageous manner as a metallic sealing sleeve, so that the actuator module can be arranged in a space filled with fuel. In particular, this can be used to ensure a seal against high-pressure fuel. In particular, this can be used to realize a directly controlled fuel injection valve.

Vorteilhaft ist es auch, dass das Übergangsstück zumindest einen gedrosselten Verbindungskanal aufweist, der den Innenraum der Dichthülse mit dem Ausgleichsraum verbindet, und dass die gedrosselte Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Ausgleichsraum zumindest den gedrosselten Verbindungskanal umfasst. Speziell kann der gedrosselte Verbindungskanal als Drosselbohrung ausgestaltet sein. Hierdurch ist eine genaue Vorgabe der Drosselwirkung und somit Auslegung der gedrosselten Verbindung möglich.It is also advantageous that the transition piece has at least one throttled connection channel, which connects the interior of the sealing sleeve with the compensation chamber, and that the throttled connection between the interior and the compensation chamber comprises at least the throttled connection channel. Specifically, the throttled connection channel can be designed as a throttle bore. As a result, a precise specification of the throttle effect and thus interpretation of the throttled connection is possible.

Vorteilhaft ist es auch, dass eine mit dem Übergangsstück verbundene Führungshülse vorgesehen ist, in der der Druckbolzen geführt ist, dass zwischen der Führungshülse und einer Außenseite des Übergangsstücks zumindest eine gedrosselte Verbindungsstelle gebildet ist und dass die gedrosselte Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Ausgleichsraum zumindest die gedrosselte Verbindungsstelle umfasst. Hierdurch ist eine kostengünstige Ausgestaltung der gedrosselten Verbindung möglich. Außerdem steht bei einem gegebenenfalls als Aktorfuß ausgestalteten Übergangsstück das Übergangsstück selbst für Kabeldurchführungen oder dergleichen zur Verfügung.It is also advantageous that a guide sleeve connected to the transition piece is provided, in which the pressure bolt is guided, that between the guide sleeve and an outer side of the transition piece at least a throttled connection point is formed and that the throttled connection between the interior and the compensation space at least the throttled junction comprises. As a result, a cost-effective design of the throttled connection is possible. In addition, stands in an optionally designed as Aktorfuß transition piece the Transition piece even for cable glands or the like available.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die gedrosselte Verbindungsstelle durch einen gedrosselten Verbindungsspalt in einer abschnittsweise umlaufenden Schweißnaht gebildet ist, die die Führungshülse mit dem Übergangsstück verbindet. Hierbei können auch mehrere solche Verbindungsspalte vorgesehen sein.Further, it is advantageous that the throttled connection point is formed by a throttled connection gap in a partially circumferential weld, which connects the guide sleeve with the transition piece. In this case, a plurality of such connection gaps can also be provided.

Ferner ist es vorteilhaft, dass das Druckfluid zumindest im Wesentlichen auf der Basis eines Trafoöls gebildet ist. Vorteilhaft ist es auch, dass der Aktorkörper von einer gelartigen Isolationsschicht auf der Basis zumindest eines Werkstoffs mit einem Backbone aus Perfluorpolyether und Vernetzungsgruppen aus Silikon umgeben ist. Speziell kann der Werkstoff aus einer Werkstoffgruppe gewählt sein, die unter dem Namen Sifel bekannt ist.Furthermore, it is advantageous that the pressure fluid is formed at least substantially on the basis of a transformer oil. It is also advantageous that the actuator body is surrounded by a gel-like insulating layer on the basis of at least one material with a backbone of perfluoropolyether and crosslinking groups of silicone. Specifically, the material may be selected from a group of materials known under the name Sifel.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

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

1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem Aktormodul in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 1 a fuel injection valve with an actuator module in a schematic, partial sectional view according to a first embodiment of the invention and

2 ein Aktormodul für ein Brennstoffeinspritzventil in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 an actuator module for a fuel injection valve in a schematic sectional view according to a second embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem Aktormodul 2 in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Aktormodul 2 eignet sich besonders für solche Brennstoffeinspritzventile 1. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 und das erfindungsgemäße Aktormodul 2 eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle. 1 shows a fuel injector 1 with an actuator module 2 in a schematic, partial sectional view according to a first embodiment. The fuel injector 1 can be used in particular as an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines. A preferred use of the fuel injection valve 1 consists of a fuel injection system with a common rail, the diesel fuel under high pressure to several fuel injection valves 1 leads. The actuator module according to the invention 2 is particularly suitable for such fuel injectors 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 Düsenkörper 4 auf. Der Düsenkörper 4 ist beispielsweise über eine Düsenspannmutter mit dem Ventilgehäuse 3 verbunden. An dem Düsenkörper 4 ist eine Ventilsitzfläche 5 ausgestaltet. Ferner ist ein Ventilschließkörper 6 vorgesehen, der in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit einer Düsennadel 7 ausgebildet ist. Der Ventilschließkörper 6 wirkt mit der Ventilsitzfläche 5 zu einem Dichtsitz zusammen. In dem Düsenkörper 4 ist ein Brennstoffraum 8 ausgestaltet, in dem sich im Betrieb unter hohem Druck stehender Brennstoff befindet. Mittels der Düsennadel 7 kann der Ventilschließkörper 6 betätigt werden, so dass der Dichtsitz geöffnet und Brennstoff aus dem Brennstoffraum 8 über eine Düsenöffnung 9 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar ist.The fuel injector 1 has a valve housing 3 and a nozzle body 4 on. The nozzle body 4 is for example via a nozzle lock nut with the valve housing 3 connected. On the nozzle body 4 is a valve seat surface 5 designed. Furthermore, a valve closing body 6 provided, which in this embodiment in one piece with a nozzle needle 7 is trained. The valve closing body 6 acts with the valve seat surface 5 to a sealing seat together. In the nozzle body 4 is a fuel room 8th configured in which is in operation under high pressure fuel. By means of the nozzle needle 7 can the valve closing body 6 be pressed so that the sealing seat opened and fuel from the fuel chamber 8th via a nozzle opening 9 can be injected into the combustion chamber of an internal combustion engine.

Innerhalb des Ventilgehäuses 3 ist ein Aktorraum 15 ausgestaltet, in dem sich das Aktormodul 2 befindet. Hierbei kann je nach Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1 im Aktorraum 15 unter hohem Druck stehender Brennstoff vorgesehen sein, der beispielsweise durch den Aktorraum 15 des Ventilgehäuses 3 zu dem Brennstoffraum 8 geführt wird. Das Aktormodul 2 ist an einer Seite an einem Gehäuseteil 16 abgestützt. An einer anderen Seite ist das Aktormodul 2 von einer Druckfeder 17 beaufschlagt. Die Druckfeder 17 stützt sich hierbei an dem Ventilgehäuse 3 ab.Inside the valve housing 3 is an actor room 15 configured in which the actuator module 2 located. Depending on the configuration of the fuel injection valve, this can be done here 1 in the actuator room 15 be provided under high pressure fuel, for example, through the actuator chamber 15 of the valve housing 3 to the fuel room 8th to be led. The actuator module 2 is on one side on a housing part 16 supported. On another side is the actuator module 2 from a compression spring 17 applied. The compression spring 17 relies on the valve housing 3 from.

Das Aktormodul 2 weist einen piezoelektrischen Aktorkörper 18 auf, der eine Vielzahl von keramischen Schichten und eine Vielzahl von zwischen den keramischen Schichten angeordneten Elektrodenschichten umfasst. Hierbei sind die Elektrodenschichten abwechselnd mit elektrischen Zuleitungen (nicht dargestellt) kontaktiert, um ein Laden und Entladen des Aktorkörpers 18 zu ermöglichen. Der Aktorkörper 18 ist zwischen Übergangsstücken 19, 20 angeordnet. Hierbei sind die Übergangsstücke 19, 20 des Aktormoduls 2 an voneinander abgewandten Stirnseiten 21, 22 des Aktorkörpers 18 an den Aktorkörper 18 angefügt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Übergangsstück 19 als Aktorkopf ausgestaltet, und das Übergangsstück 20 ist als Aktorfuß ausgestaltet.The actuator module 2 has a piezoelectric actuator body 18 comprising a plurality of ceramic layers and a plurality of electrode layers disposed between the ceramic layers. Here, the electrode layers are alternately contacted with electrical leads (not shown) to charge and discharge the actuator body 18 to enable. The actuator body 18 is between crossovers 19 . 20 arranged. Here are the transition pieces 19 . 20 of the actuator module 2 on opposite end faces 21 . 22 of the actuator body 18 to the actuator body 18 added. In this embodiment, the transition piece 19 designed as an actuator head, and the transition piece 20 is designed as an actuator foot.

Das Aktormodul 2 weist ferner eine Dichthülse 23 auf, die als metallische Dichthülse 23 in Form eines Wellbalgs 23 ausgestaltet ist. Die Dichthülse 23 dichtet einen Innenraum 24 des Aktormoduls 2 ab. Der Aktorkörper 18 ist in dem Innenraum 24 angeordnet. Die Dichthülse 23 ist hierbei über eine umlaufende Schweißnaht 25 mit dem Aktorkopf 19 verbunden. Ferner ist die Dichthülse 23 mit einer umlaufenden Schweißnaht 26 mit dem Aktorfuß 20 verbunden. Die Schweißnähte 25, 26 sind hierbei abdichtend ausgestaltet, so dass über diese kein Brennstoff aus dem Aktorraum 15 in den Innenraum 24 gelangen kann. Außerdem ist durch die Dichthülse 23 eine Abdichtung des Innenraums 24 gegenüber dem Brennstoff gebildet. Daher ist der Innenraum 24 des Aktormoduls 2 zuverlässig gegenüber der Umgebung abgedichtet.The actuator module 2 also has a sealing sleeve 23 on, as a metallic sealing sleeve 23 in the form of a bellows 23 is designed. The sealing sleeve 23 seals an interior 24 of the actuator module 2 from. The actuator body 18 is in the interior 24 arranged. The sealing sleeve 23 Here is a circumferential weld 25 with the actuator head 19 connected. Furthermore, the sealing sleeve 23 with a circumferential weld 26 with the actuator foot 20 connected. The welds 25 . 26 are designed sealingly, so that over this no fuel from the actuator chamber 15 in the interior 24 can get. In addition, through the sealing sleeve 23 a seal of the interior 24 formed opposite the fuel. Therefore, the interior 24 of actuator module 2 reliably sealed against the environment.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dichthülse 23 an einem Endabschnitt 27 kragenförmig aufgebogen, um eine Abstützung der Druckfeder 17 zu ermöglichen. Hierdurch kann die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert werden. Ferner weist die Dichthülse 23 einen hohlzylinderförmigen Abschnitt 28 auf. Der hohlzylinderförmige Abschnitt 28 bildet eine Führungshülse 28 des Aktormoduls 2. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Führungshülse 28 innerhalb der Druckfeder 17 angeordnet. Innerhalb der Führungshülse 28 ist ein Druckbolzen 29 angeordnet. Der Druckbolzen 29 ist hierbei entlang einer Längsachse 30 des Aktormoduls 2 verschiebbar in der Führungshülse 28 geführt. Die Verschiebbarkeit ist hierbei innerhalb gewisser Grenzen ermöglicht. Ferner ist eine metallische Membran 31 vorgesehen, die sowohl mittels einer umlaufenden Schweißnaht 32 an einem Ende der Führungshülse 28 als auch mittels einer umlaufenden Schweißnaht mit einem Ende des Druckbolzens 29 verbunden ist. Hierbei kann zum Ausbilden der Schweißnähte 32, 33 ein Laserschweißen zum Einsatz kommen. Durch die Membran 31 ist eine gasdichte Abdichtung gewährleistet.In this embodiment, the sealing sleeve 23 at one end portion 27 Collar-shaped bent to a support of the compression spring 17 to enable. As a result, the number of required components can be reduced. Furthermore, the sealing sleeve 23 a hollow cylindrical portion 28 on. The hollow cylindrical section 28 forms a guide sleeve 28 of the actuator module 2 , In this embodiment, the guide sleeve 28 within the compression spring 17 arranged. Inside the guide sleeve 28 is a pushpin 29 arranged. The pressure pin 29 is here along a longitudinal axis 30 of the actuator module 2 slidable in the guide sleeve 28 guided. The displacement is possible within certain limits. Further, a metallic membrane 31 provided, both by means of a circumferential weld 32 at one end of the guide sleeve 28 as well as by means of a circumferential weld with one end of the pressure bolt 29 connected is. This can be used to form the welds 32 . 33 a laser welding are used. Through the membrane 31 a gas-tight seal is guaranteed.

In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen einer Stirnfläche 34 des Übergangsstücks 19 und einer Stirnfläche 35 des Druckbolzens 29 ein Abstand 36 gebildet. Die Stirnflächen 34, 35 sind einander zugewandt. Ferner erstrecken sich die Stirnflächen 34, 35 jeweils radial zu der Längsachse 30. Der Abstand 36 zwischen den Stirnflächen 34, 35 ergibt sich daher entlang der Längsachse 30. Der Druckbolzen 29 ist innerhalb gewisser Grenzen verschiebbar, so dass eine Variation des Abstands 36 ermöglicht ist. Die Stirnfläche 34 des Übergangsstücks 19, die Stirnfläche 35 des Druckbolzens 29 und die Führungshülse 28 schließen einen Ausgleichsraum 37 ein. Ein Volumen des Ausgleichsraums 37 ist durch den Abstand 36 bestimmt. Entsprechend dem Abstand 36 ergibt sich somit ein gewisses Volumen des Ausgleichsraums 37. Hierbei variiert das Volumen des Ausgleichsraums 37 entsprechend dem Abstand 36.In this embodiment is between an end face 34 of the transition piece 19 and a face 35 of the pressure bolt 29 a distance 36 educated. The faces 34 . 35 are facing each other. Furthermore, the end surfaces extend 34 . 35 each radial to the longitudinal axis 30 , The distance 36 between the faces 34 . 35 therefore results along the longitudinal axis 30 , The pressure pin 29 is within certain limits displaceable, so that a variation of the distance 36 is possible. The face 34 of the transition piece 19 , the face 35 of the pressure bolt 29 and the guide sleeve 28 close a compensation room 37 one. A volume of the equalization room 37 is by the distance 36 certainly. According to the distance 36 thus results in a certain volume of the compensation chamber 37 , Here, the volume of the compensation chamber varies 37 according to the distance 36 ,

Der Innenraum 24 ist über einen Verbindungskanal 38 mit dem Ausgleichsraum 37 verbunden. Hierbei weist der Verbindungskanal 38 eine Drossel 39 auf. Der Verbindungskanal 38 ist daher als gedrosselter Verbindungskanal 38 ausgestaltet. Somit besteht über den gedrosselten Verbindungskanal 38 eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Innenraum 24 und dem Ausgleichsraum 37. Der Innenraum 24, der Verbindungskanal 38 und der Ausgleichsraum 37 sind mit einem Druckfluid 40 gefüllt. Das Druckfluid 40 kann beispielsweise durch ein Trafoöl gebildet sein. Über den gedrosselten Verbindungskanal 38 ist nach und nach ein Ausgleich zwischen dem Innenraum 24 und dem Ausgleichsraum 37 in beiden Richtungen ermöglicht. Dieser Ausgleich erfolgt auf Grund der Drossel 39 relativ langsam. Der Aktorkörper 18 wird zum Betätigen der Düsennadel 7 geladen und wieder entladen beziehungsweise entladen und dann wieder geladen. Hierdurch wirkt das Aktormodul 2 auf die Düsennadel 7 ein, wie es durch den Doppelpfeil 41 veranschaulicht ist. Hierbei überträgt sich die Kraft und der Hub des Aktorkörpers 18 auf den Aktorkopf 19. Der Aktorkopf 19 steht bei nicht verschwindendem Abstand 36 allerdings nur mittels des im Ausgleichsraum 37 vorgesehenen Druckfluids 40 in Wirkverbindung mit dem Druckbolzen 29. Die auf den Aktorkopf 19 wirkende Aktorkraft und der diesbezügliche Aktorhub übertragen sich somit über das Druckfluid 40 auf den Druckbolzen 29. Von dem Druckbolzen 29 kommt es zu einer direkten oder mittelbaren Übertragung auf die Düsennadel 7. Die Drossel 39 verhindert bei dieser Übertragung, dass auf Grund des Aktorhubs eine deutliche Menge des Druckfluids 40 aus dem Ausgleichsraum 37 in den Innenraum 24 der Dichthülse 23 verdrängt wird. Somit können die Aktorkraft und der Hub des Aktorkörpers 18 zumindest im Wesentlichen auf den Druckbolzen 29 übertragen werden. Somit ist ein im Wesentlichen ungedämpftes Übertragen der Kraft und des Hubs von dem Aktorkörper 18 auf den Druckbolzen 29 ermöglicht.The interior 24 is via a connection channel 38 with the compensation room 37 connected. Here, the connection channel 38 a throttle 39 on. The connection channel 38 is therefore as a throttled connection channel 38 designed. Thus, there is the throttled connection channel 38 a throttled connection between the interior 24 and the compensation room 37 , The interior 24 , the connection channel 38 and the compensation room 37 are with a pressurized fluid 40 filled. The pressurized fluid 40 can be formed for example by a transformer oil. About the throttled connection channel 38 is gradually a balance between the interior 24 and the compensation room 37 in both directions. This compensation is due to the throttle 39 relatively slow. The actuator body 18 is used to operate the nozzle needle 7 charged and discharged again or discharged and then reloaded. As a result, the actuator module acts 2 on the nozzle needle 7 one, as indicated by the double arrow 41 is illustrated. This transfers the force and the stroke of the actuator body 18 on the actuator head 19 , The actuator head 19 is at a constant distance 36 but only by means of the compensation room 37 provided pressurized fluid 40 in operative connection with the pressure pin 29 , The on the actuator head 19 acting actuator force and the relevant Aktorhub thus transferred via the pressurized fluid 40 on the pressure pin 29 , From the pressure pin 29 there is a direct or indirect transfer to the nozzle needle 7 , The throttle 39 prevents in this transfer that due to the Aktorhubs a significant amount of the pressurized fluid 40 from the equalization room 37 in the interior 24 the sealing sleeve 23 is displaced. Thus, the actuator force and the stroke of the actuator body 18 at least essentially on the pressure pin 29 be transmitted. Thus, a substantially undamped transmission of the force and the stroke of the actuator body 18 on the pressure pin 29 allows.

Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 kommt es auf Grund des häufigen Ladens und Entladens des Aktorkörpers 18 und der damit verbundenen mechanischen Betätigung zu einer Erwärmung des Aktorkörpers 18. Die Wärme des Aktorkörpers 18 wird hierbei unter anderem über das Druckfluid 40 im Innenraum 24 abgeführt. Hierdurch erwärmt sich auch das Druckfluid 40 im Innenraum 24. Der keramische Werkstoff des piezoelektrischen Aktorkörpers 18 hat einen negativen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Durch die Erwärmung kommt es daher zu einer Verkürzung des Aktorkörpers 18 entlang der Längsachse 30. Das Druckfluid 40 hat einen positiven Temperaturausdehnungskoeffizienten, so dass sich das Volumen des Druckfluids 40 im Innenraum 24 vergrößert. Dies bedeutet einen gewissen Druckanstieg des Druckfluids 40 im Innenraum 24. Hierdurch kommt es nach und nach zu einem Ausgleich, bei dem das Druckfluid 40 aus dem Innenraum 24 über den Verbindungskanal 38 in den Ausgleichsraum 37 fließt. Dieser Ausgleich erfolgt solange, bis im Innenraum 24 und im Ausgleichsraum 37 zumindest näherungsweise der gleiche Druck des Druckfluids 40 herrscht. Das Druckfluid ist inkompressibel. Bei dem Ausgleich hat sich die Menge des Druckfluids 40 im Ausgleichsraum 37 vergrößert. Somit ist es bei dem Ausgleich zu einer Volumenvergrößerung des Ausgleichsraums 37 gekommen. Hierdurch hat sich der Abstand 36 zwischen den Stirnflächen 34, 35 vergrößert. Da sich der Aktorkörper 18 bei der Temperaturerhöhung verkürzt, der Abstand 36 aber vergrößert hat, kommt es im Ergebnis zu einer zumindest teilweisen Kompensation. Hierdurch bleibt die Gesamtlänge des Aktormoduls 2 auch bei Temperaturerhöhungen zumindest näherungsweise konstant. Entsprechendes gilt für Temperatursenkungen.During operation of the fuel injection valve 1 it comes down to the frequent loading and unloading of the actuator body 18 and the associated mechanical actuation to a heating of the actuator body 18 , The heat of the actuator body 18 This is among other things about the pressurized fluid 40 in the interior 24 dissipated. This also heats the pressurized fluid 40 in the interior 24 , The ceramic material of the piezoelectric actuator body 18 has a negative coefficient of thermal expansion. Due to the heating, therefore, it comes to a shortening of the actuator body 18 along the longitudinal axis 30 , The pressurized fluid 40 has a positive coefficient of thermal expansion, so that the volume of pressure fluid 40 in the interior 24 increased. This means a certain pressure increase of the pressure fluid 40 in the interior 24 , As a result, it gradually comes to a balance in which the pressurized fluid 40 from the interior 24 over the connection channel 38 in the compensation room 37 flows. This compensation takes place until in the interior 24 and in the compensation room 37 at least approximately the same pressure of the pressurized fluid 40 prevails. The pressurized fluid is incompressible. In the compensation, the amount of pressurized fluid 40 in the equalization room 37 increased. Thus, it is in the compensation for an increase in volume of the compensation chamber 37 came. This has the distance 36 between the faces 34 . 35 increased. As the actuator body 18 shortened at the temperature increase, the distance 36 but has increased, it comes in the result to an at least partial compensation. This leaves the overall length of the actuator module 2 even at temperature increases at least approximately constant. The same applies to temperature reductions.

Vorzugsweise befindet sich im Ausgangszustand von beispielsweise 20°C bereits eine gewisse Menge des Druckfluids 40 im Ausgleichsraum 37. Hierbei kann ein definierter Abstand 36 bei einer Temperatur von beispielsweise 20°C vorgegeben sein. Dies ermöglicht auch bei Temperatursenkungen unter 20°C, beispielsweise wenn das Brennstoffeinspritzventil 1 bei niedrigen Umgebungstemperaturen in Betrieb genommen wird, einen Ausgleich über den gesamten Einsatzbereich.Preferably, in the initial state of, for example, 20 ° C is already a certain amount of the pressurized fluid 40 in the equalization room 37 , This can be a defined distance 36 be predetermined at a temperature of for example 20 ° C. This also allows for temperature drops below 20 ° C, for example, when the fuel injector 1 at low ambient temperatures, balancing over the entire range of application.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Aktorkörper 18 an seiner Außenseite von einer Isolationsschicht 45 umgeben. Die Isolationsschicht 45 ist hierbei als gelartige Isolationsschicht 45 ausgestaltet. Beispielsweise kann die Isolationsschicht 45 auf der Basis eines Isolationsgels gebildet sein. Solch ein Isolationsgel kann durch einen Werkstoff mit einem Backbone (Grundgerüst) aus Perfluorpolyether und Vernetzungsgruppen aus Silizium gebildet sein. Speziell kann das Isolationsgel aus einer Werkstoffgruppe gewählt sein, die unter dem Namen Sifel bekannt ist.In this embodiment, the actuator body 18 on its outside of an insulating layer 45 surround. The insulation layer 45 is here as a gel-like insulation layer 45 designed. For example, the insulation layer 45 be formed on the basis of an insulating gel. Such an insulating gel may be formed by a material having a backbone of perfluoropolyether and silicon crosslinking groups. Specifically, the isolation gel can be selected from a group of materials known under the name Sifel.

2 zeigt ein Aktormodul 2 eines Brennstoffeinspritzventils 1 in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen einer Außenseite 46 des Aktorkopfs 19 und der Dichthülse 23, die die Führungshülse 28 umfasst, eine Schweißnaht 25 gebildet, die abschnittsweise unterbrochen ist. Hierdurch sind zwischen der Führungshülse 28 und der Außenseite 46 des Aktorkopfs 19 ein oder mehrere Verbindungsstellen 47 gebildet, die als Verbindungsspalt 47 ausgestaltet sind. Über diese Verbindungsstellen 47 ist eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Innenraum 24 und dem Ausgleichsraum 37 gebildet. Somit kann Druckfluid 40 aus dem Innenraum 24 über die Verbindungsstelle 47 in den Ausgleichsraum 37 gelangen, wie es durch eine Strömungslinie 48 veranschaulicht ist, und umgekehrt. 2 shows an actuator module 2 a fuel injection valve 1 in a schematic sectional view according to a second embodiment. In this embodiment is between an outside 46 of the actuator head 19 and the sealing sleeve 23 holding the guide sleeve 28 includes, a weld 25 formed, which is interrupted in sections. As a result, between the guide sleeve 28 and the outside 46 of the actuator head 19 one or more connection points 47 formed as a connecting gap 47 are designed. About these connection points 47 is a restricted connection between the interior 24 and the compensation room 37 educated. Thus, pressurized fluid 40 from the interior 24 over the junction 47 in the compensation room 37 as it passes through a streamline 48 is illustrated, and vice versa.

Somit können temperaturbedingte Längenänderungen des Aktorkörpers 18 durch einen nach und nach erfolgenden Austausch von Druckfluid 40 zwischen dem Innenraum 24 und dem Ausgleichsraum 37 ausgeglichen werden.Thus, temperature-induced changes in length of the actuator body 18 by a gradual exchange of pressurized fluid 40 between the interior 24 and the compensation room 37 be compensated.

Somit ist über den Ausgleichsraum 37 eine Art hydraulischer Koppler gebildet. Hierbei ist der Hub, der durch den Abstand 36 gegeben ist, durch die Ausdehnung des Druckfluids 40 im Innenraum 24 bestimmt. Die als Wellbalg ausgestaltete metallische Dichthülse 23 nimmt während der Betätigung auftretende Längenänderungen auf. Dadurch ist eine gute Haltbarkeit gewährleistet. Durch die Kompensation der temperaturbedingten Längenänderungen des Aktorkörpers 18 kann das Aktormodul 2 je nach Anwendungsfall auch ohne weitere thermische Ausgleichskomponenten in ein Brennstoffeinspritzventil 1 oder dergleichen eingebaut werden.Thus, over the compensation room 37 a kind of hydraulic coupler formed. Here is the stroke, the distance 36 is given by the expansion of the pressurized fluid 40 in the interior 24 certainly. The metallic bellows designed as a bellows 23 absorbs changes in length occurring during actuation. This ensures good durability. By compensating the temperature-induced changes in length of the actuator body 18 can the actuator module 2 depending on the application, without further thermal compensation components in a fuel injector 1 or the like.

In Bezug auf die Temperaturkompensation sind mehrere Abstimmmöglichkeiten gegeben. Beispielsweise kann ein Querschnitt des Ausgleichsraums 37 vorgegeben sein. Dies wird über die radiale Erstreckung der Stirnflächen 34, 35 beziehungsweise die Durchmesser des Übergangsstücks 19 und des Druckbolzens 29 erreicht. Ferner kann ein Druckfluid 40 mit einem gewissen Temperaturausdehnungskoeffizienten gewählt werden. Hierdurch kann innerhalb gewisser Grenzen ein Druckfluid 40 mit einem gewissen Temperaturausdehnungskoeffizienten gewählt werden. Außerdem kann das Volumen des Innenraums 24 durch die Ausgestaltung der Dichthülse 23, insbesondere eines mittleren Querschnitts der Dichthülse 23, vorgegeben sein. Somit kann in Bezug auf den vorgegebenen Aktorkörper 18 eine zumindest weitgehende Kompensation von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktorkörpers 18 erfolgen. Ferner kann die Wirkung der Drossel 39 beziehungsweise der Drosselwirkung einer oder mehrerer Verbindungsstellen 47 an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst sein. Da in der Regel Temperaturänderungen im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 relativ langsam erfolgen, kann die Drosselwirkung in der Regel relativ ausgeprägt sein. Hierdurch wird ein diesbezüglicher Wirkungsgradverlust des Aktormoduls 2 zumindest weitgehend verhindert.With regard to the temperature compensation, several tuning options are given. For example, a cross section of the compensation chamber 37 be predetermined. This is about the radial extent of the faces 34 . 35 or the diameter of the transition piece 19 and the pressure bolt 29 reached. Furthermore, a pressurized fluid 40 be selected with a certain temperature expansion coefficient. As a result, within certain limits, a pressurized fluid 40 be selected with a certain temperature expansion coefficient. It also allows the volume of the interior 24 by the design of the sealing sleeve 23 , in particular a middle cross-section of the sealing sleeve 23 , be predetermined. Thus, with respect to the given actuator body 18 an at least substantial compensation of temperature-induced changes in length of the actuator body 18 respectively. Furthermore, the effect of the throttle 39 or the throttle effect of one or more connection points 47 be adapted to the particular application. As a rule, temperature changes during operation of the fuel injector 1 done relatively slowly, the throttle effect can be relatively pronounced in the rule. As a result, a related loss of efficiency of the actuator module 2 at least largely prevented.

Je nach Ausgestaltung des Aktormoduls 2 kann eine Druckfeder 17 hinsichtlich ihrer Federkonstante und/oder Vorspannung auch schwächer ausgelegt sein oder ganz entfallen. Hierfür kann beispielsweise die Dichthülse 23 eine Vorspannung zwischen den beiden Übergangsstücken 19, 20 aufbringen. Dies ist in der 2 veranschaulicht.Depending on the configuration of the actuator module 2 can be a compression spring 17 be designed weaker in terms of their spring constant and / or bias or omitted altogether. For this example, the sealing sleeve 23 a bias between the two transition pieces 19 . 20 muster. This is in the 2 illustrated.

Außerdem kann die über den Ausgleichsraum 37 erfolgende Kompensation auch im Bereich des Aktorfußes 20 erfolgen. Prinzipiell ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der sowohl am Aktorkopf 19 als auch am Aktorfuß 20 jeweils ein Ausgleichsraum 47 vorgesehen ist.In addition, the over the compensation room 37 compensation taking place also in the area of the actuator foot 20 respectively. In principle, a configuration is conceivable in which both the actuator head 19 as well as the actuator foot 20 each a compensation room 47 is provided.

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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10336327 A1 [0002, 0003]

Claims

Actuator module ( 2 ), in particular for fuel injection valves, having a piezoelectric actuator body ( 18 ), at least one of the actuator body ( 18 ) attached transition piece ( 19 ) and a sealing sleeve ( 23 ), which has an interior ( 24 ), wherein the actuator body ( 18 ) in the interior ( 24 ), wherein a pressure bolt ( 29 ) is provided, a compensation space ( 37 ) between the transition piece ( 19 ) and the pressure pin ( 29 ), the interior ( 24 ) with a pressurized fluid ( 40 ), the interior ( 24 ) with the compensation chamber ( 37 ), the connection of the interior ( 24 ) with the compensation chamber ( 37 ) is designed as a throttled connection and wherein the pressure pin ( 29 ) for allowing a volume change of the equalization space ( 37 ) along a longitudinal axis ( 30 ) is movable.

Actuator module according to claim 1, characterized in that a guide sleeve ( 28 ) is provided, in which the pressure pin ( 29 ) and that the equalization space ( 37 ) of the transition piece ( 19 ), the guide sleeve ( 28 ) and in the guide sleeve ( 28 ) guided pressure pin ( 29 ) is limited.

Actuator module according to claim 2, characterized in that the sealing sleeve ( 23 ) a hollow cylindrical section ( 28 ), which the guide sleeve ( 28 ).

Actuator module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transition piece ( 19 ) at least one throttled connection channel ( 38 ), the interior ( 24 ) of the sealing sleeve ( 23 ) with the compensation chamber ( 37 ) and that the throttled connection between the interior ( 24 ) and the compensation room ( 37 ) comprises at least the throttled connection channel.

Actuator module according to one of claims 1 to 4, characterized in that one with the transition piece ( 19 ) associated guide sleeve ( 28 ) is provided, in which the pressure pin ( 29 ) is guided that between the guide sleeve ( 28 ) and an outside ( 46 ) of the transition piece ( 19 ) at least one throttled connection point ( 47 ) is formed and that the throttled connection between the interior ( 24 ) and the compensation room ( 37 ) at least the throttled connection point ( 47 ).

Actuator module according to Claim 5, characterized in that the throttled connection point ( 47 ) through a throttled connection gap ( 47 ) in a partially circumferential weld ( 25 ) is formed, which the guide sleeve ( 28 ) with the transition piece ( 19 ) connects.

Actuator module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pressurized fluid ( 40 ) is formed at least substantially on the basis of a transformer oil.

Actuator module according to one of claims 1 to 7, characterized in that the actuator body ( 18 ) of a gel-like insulating layer ( 45 ) is surrounded on the basis of at least one material with a backbone of perfluoropolyether and crosslinking groups of silicon.

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 8, and one of the actuator module ( 2 ) operable valve closing body ( 6 ), which is provided with a valve seat surface ( 5 ) acts together to form a sealing seat.

Fuel injection valve according to claim 9, characterized in that the transition piece ( 19 ) as actuator head ( 19 ) and that the actuator head ( 19 ) about the in the compensation room ( 37 ) arranged pressure fluid ( 40 ) an actuator force of the actuator body ( 18 ) on the pressure pin ( 29 ) transmits.

Fuel injection valve according to claim 9, characterized in that the transition piece ( 20 ) as actuator foot ( 20 ) and that the actuator base ( 20 ) via the pressure fluid arranged in the compensation chamber ( 40 ) is supported on the pressure pin, wherein the pressure pin at least indirectly on a valve housing ( 3 ) is supported.