EP1144845A1 - Device for transmitting an actuator displacement to a modulator and an injection valve having such a device - Google Patents

Device for transmitting an actuator displacement to a modulator and an injection valve having such a device

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EP1144845A1
EP1144845A1 EP99962111A EP99962111A EP1144845A1 EP 1144845 A1 EP1144845 A1 EP 1144845A1 EP 99962111 A EP99962111 A EP 99962111A EP 99962111 A EP99962111 A EP 99962111A EP 1144845 A1 EP1144845 A1 EP 1144845A1
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EP
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actuator
receiving element
piston
valve
pressure chamber
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EP1144845B1 (en
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Wendelin KLÜGL
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Siemens AG
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting a movement of an actuator according to the preamble of claim 1 and in particular an injection valve with such a device.
  • a device - hereinafter also referred to as a transmission module - is known from DE 197 08 304 AI.
  • accumulator injection systems are increasingly being used, in which very high injection pressures are used.
  • injection systems known under the name “common rail system” fuel is applied under high pressure to injection valves arranged in the cylinders.
  • the injection process into the cylinders is triggered by opening and closing these injection valves, the injection valves being actuated by actuators which operate on the electromagnetic principle and - in order to achieve high switching speeds - the piezoelectric principle.
  • the actuator in the injection valve usually actuates a servo valve that hydraulically controls pressure on a nozzle needle in the injection valve.
  • a servo valve that hydraulically controls pressure on a nozzle needle in the injection valve.
  • a transmission module In order to transfer the deflection of the actuator to a drive ram of the servo valve, a transmission module is known from DE 197 08 304 AI, which is essentially cylindrical and has a pressure chamber which is delimited by a flexible membrane. The drive stamp of the servo valve rests on this flexible membrane. The The pressure chamber of the transmission module is connected via a connecting bore with a throttling effect to a further compensation chamber provided inside the transmission module, the pressure chamber and the compensation chamber being filled with a hydraulic fluid.
  • the pressure chamber and the compensation chamber are designed in such a way that essentially no hydraulic fluid can flow out of the pressure chamber due to the activation times in the range of milliseconds. Since in the transmission module used in DE 197 08 304 AI, the hydraulic fluid is enclosed in the transmission module, there is a risk that due to leakage due to leaks, a pressure drop will occur in the transmission module which affects the functionality of the transmission module and thus of the injection valve. Furthermore, in the known transmission module, the deflection of the actuator is transmitted almost undamped and not delayed to the drive stamp of the servo valve. This in turn has the consequence that the servo valve opens the nozzle needle in the injection valve without braking, which deteriorates the quality of the combustion process.
  • the object of the present invention is to provide a transmission module which is distinguished by a high level of reliability and a long service life and which enables damped transmission of the actuator deflection to an actuator. This object is achieved by the features of patent claim 1. Preferred embodiments are specified in the dependent claims.
  • the transmission module according to the invention is preferably used in an injection valve for internal combustion engines.
  • a transmission module is characterized by a piston element and a receiving element, which engage telescopically and enclose a pressure chamber with the hydraulic medium.
  • the piston element and the receiving element are designed to be axially displaceable with respect to one another, with an actuator deflection from a rest position, in which a connection between the pressure chamber and a compensation chamber is completely open, to a second position, in which the connection between the pressure chamber and the compensation chamber is essentially interrupted.
  • the transmission module according to the invention is characterized by a simple structure, component changes due to manufacturing tolerances, temperature fluctuations and wear effects being reliably compensated for and bridged. Furthermore, the hydraulic medium in the transmission module is not under an increased pressure, which can lead to fluid leakage and thus to an impairment of the functionality of the transmission module.
  • the transmission module according to the invention enables a force-damped and time-delayed transmission of the actuator deflection to an actuator. This reduces the dynamics of the actuator when it is opened, so that e.g. a combustion-technically favorable course can be set when opening an injection valve.
  • cutouts are made in the mutually opposite contact surfaces of the piston element and the receiving element transversely to the direction of flow, which due to increased friction cause the outflow of hydraulic medium from the pressure chamber through the
  • FIG. 1 shows a cross section through an actuator of an injection valve
  • FIG. 2 shows a section along the A-A line in FIG. 1.
  • the cross section shown in FIG. 1 through an actuator of an injection valve essentially consists of a valve housing 1 with a step-like inner bore 11, a piezoelectric actuator 2 and a servo valve 3.
  • the piezoelectric actuator 2 is preferably composed of several stacked piezoelectric actuators Elements constructed, which are arranged in a hollow body 22 formed as a tubular spring.
  • This hollow body 22 is provided with a head plate 23 and a base plate 24, the piezoelectric actuator 2 being prestressed with a defined force of preferably 800 to 1000 N.
  • the piezoelectric actuator 2 is conductively connected to an actuator connection 4 via contact pins protruding from the top plate 23, voltage being applied to the piezoelectric actuator 2 via the actuator connection and thus causing a longitudinal expansion of the piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator 2 is further arranged in an actuator housing 25, which is firmly clamped at the upper end of the stepped inner bore 11 in the valve housing 1, the actuator housing 25 being pressed onto a ring-shaped circumferential washer 8 which presses against a shoulder in the inner bore 11 of the Valve housing 1 is supported.
  • the actuator housing 25 is also held by a hollow screw 7, which engages a clamping ring 26 running around the actuator housing 25 and is screwed to the valve housing 1.
  • the base plate 24 of the piezoelectric actuator 2 is provided in the center with a preferably circular attachment 241, on which a disk-shaped membrane 6 is arranged, which extends from the base plate 24 to the inner wall of the valve housing 1.
  • the membrane 6 is held in its outer area between the support plate 8 and the actuator housing 25. The membrane 6 serves to protect the piezoelectric actuator 2 from fuel leakage from the injection valve.
  • the deflection of the piezoelectric actuator 2 generated by electrostriction is transmitted from a transmission module 5 to the servo valve 3.
  • the transmission module 5 essentially consists of a piston element 51, hereinafter also referred to as the drive piston, and a receiving element 52.
  • the drive piston 51 has an essentially T-shaped cross section and its foot 511 is embodied centrally in the base plate 24 Screwed in the inner bore and preferably additionally glued. Furthermore, the drive piston 51 rests with the back of its essentially cylindrical plate 512 on the attachment 241 of the base plate 24 of the actuator 2, the disc-shaped membrane 6 being clamped with its inner region between the attachment 241 and the plate 512.
  • the receiving element 52 of the transmission module 5 also has an essentially T-shaped cross section and is connected in one piece to a valve piston 31 arranged in the inner bore 11 of the valve housing 1.
  • This valve piston 31 is part of the servo valve 3.
  • the servo valve 3 further comprises a valve mushroom 32 on which the valve piston 23 rests, the valve mushroom 32 being pressed in the idle state by a valve spring 33 onto a valve seat 111 in the valve housing 1.
  • the receiving element 52 has in its essentially cylindrical plate 521 a cylindrical recess 522, the inside diameter of which is somewhat larger than the outside diameter of the drive piston plate 512.
  • the drive piston 51 extends with its plate 512 into the recess in the plate 521 of the Receiving element 52, with a distance ⁇ s between an end face 513 of the drive piston 51 and a stop face 523 is provided in the recess 522 of the receiving element 52.
  • the drive piston 51 and the receiving element 52 form a telescopic arrangement which can be pushed into one another by the distance ⁇ s.
  • Recesses are provided in the end face 513 of the plate 512 in the drive piston 51 and in the stop face 523 of the depression 522 in the receiving element 52, which form a pressure chamber 91.
  • the pressure chamber 91 is preferably radially symmetrical about the longitudinal axis of the transmission module 5.
  • a spring element 53 is arranged in the pressure chamber 91, preferably in the form of a spiral spring, which press the drive piston 51 and the receiving element 52 apart in the axial direction.
  • the spring element 53 has the effect that the valve piston 31 always rests without play both on the drive piston 51 connected to the piezoelectric actuator 2 and also on the valve mushroom 32 of the servo valve 3, regardless of longitudinal tolerances, thermal length changes or wear.
  • a compensation chamber 92 is additionally formed in the inner bore 11 between the transmission module 5 and the valve housing 1, delimited by the membrane 6.
  • both the pressure chamber 91 in the transmission module 5 and the compensation chamber 92 around the transmission module 5 are filled with a hydraulic medium.
  • the hydraulic medium is preferably the fuel for the respective engine. It is not necessary for the hydraulic medium in the compensation chamber 92 to be under an increased pressure.
  • the compensation chamber 92 can therefore, if the hydraulic medium is the fuel, e.g. are connected to an essentially unpressurized fuel return line from the injection valve to a fuel tank of the vehicle.
  • the compensation chamber 92 can also be made by .membrane, sealing washers or the like. be completed externally.
  • the actuator for an injection valve shown in FIG. 1 with the transmission module 5 works as follows: In the idle state, ie when the injection valve is closed and the piezoelectric actuator 2 is not activated, it is Pressure chamber 91 over the distance ⁇ s, which is formed between the end face 513 of the plate 511 in the drive piston 51 and the stop surface 523 of the recess 522 in the receiving element 52, and over a gap, which is between the cylindrical outer wall of the plate 512 in the drive piston 51 and of the cylindrical inner wall of the recess 522 of the receiving part 52 is connected to the compensation chamber 92, so that hydraulic medium can be exchanged between the pressure chamber 91 and the compensation chamber 92. Therefore, in the idle state, the pressure in the pressure chamber 91 is the same as in the compensation chamber 92, a pressure-free state preferably being set.
  • the piezoelectric actuator 2 When the piezoelectric actuator 2 is actuated, the longitudinal expansion of the actuator caused by electrostriction causes the base plate 24 to be pushed into the inner bore 11 of the valve housing 1.
  • the drive piston 51 which is firmly connected to the base plate 24, is also deflected, as a result of which the pressure on the hydraulic medium in the pressure chamber 91 increases. This rise in pressure causes the hydraulic medium to be pressed out of the pressure chamber 91 into the compensation chamber 52 via the space existing between the drive piston 51 and the receiving element 52 in the idle state.
  • this gap which is caused by the distance ⁇ s between the end face 513 of the drive piston plate 512 and the stop surface 523 in the recess 522 of the receiving element plate 521 and the gap between the cylindrical outer wall of the drive piston plate 512 and the cylindrical inner wall of the recess 522 of the receiving element plate 521 is not sufficient to reduce the rapid rise in pressure in the pressure chamber 91 caused by the deflection of the drive piston 51 by flowing out hydraulic medium, this pressure is passed on to the valve piston 31 via the receiving element 52 , so that the drive piston 51, the receiving element 52 and the valve piston 31 move down together, whereby the valve mushroom 32 against the action of the valve spring 33 is removed from the valve seat 111 in the inner bore 11 of the valve housing 1. is raised.
  • This opening of the valve mushroom 32 of the servo valve 3 is then used, for example, to open a nozzle needle in the injection valve and thus trigger the injection process.
  • the gap between the plate 512 of the drive piston 51 and the plate 521 of the receiving element 52 is designed in the idle state so that the pressure rise caused by the deflection of the drive piston 51 of the transmission module 5 always presses some hydraulic medium from the pressure chamber 91 into the compensation chamber 92 . This has the effect that the force transmitted from the piezoelectric actuator 2 to the drive piston 51 is damped and transmitted to the receiving element 52 of the transmission module 5 and thus via the valve piston 31 to the valve mushroom 32 of the servo valve 3.
  • valve mushroom 32 is opened with a time delay from the deflection of the transmission module 5, based on the actuator control, since due to the outflow of the hydraulic medium from the pressure chamber 91 at the beginning of the control process, the drive piston 51 changes from its rest position, in which the End face 513 of its plate 512 is spaced from the stop surface 523 in the recess 522 of the receiving element 51 by the distance ⁇ s, advanced deeper into the recess 512, to a maximum extent until the end surface 513 bears against the stop surface 523.
  • This delayed and damped transmission of the deflection of the piezoelectric actuator 2 via the transmission module 5 to the valve mushroom 32 of the servo valve 3 reduces the dynamics when the valve mushroom 32 is opened, which ensures precise control of the injection valve at the high switching speeds desired in the injection valve .
  • the start of the injection process and the speed at which the injection valve opens can be optimally set, which increases the quality of the combustion process.
  • the additional cutouts are designed as concentric grooves 514 transverse to the direction of flow of the hydraulic medium. Similar grooves can be present in the stop surface 523 of the receiving element 52. However, the grooves 514 are preferably formed in the end face 513 of the drive piston 51.
  • the design of the transmission module 5 ensures a simple structure. Only three simply designed parts are necessary.
  • the drive piston 51 which is fixedly attached to the piezoelectric actuator 2 of the injection valve, and as an alternative to the solution shown in FIG. 1, the drive piston 51 can also be formed in one piece with the base plate 24 of the actuator; the receiving element 52, which is formed in one piece with the valve piston 31 of the servo valve 3, but can alternatively also be connected to the valve piston 31, for example via a screw or adhesive connection; and the spring element 53, which is arranged between the drive piston 51 and the receiving element 52.
  • the pressure chamber 91 formed in the transmission module 5 can - as shown in FIG.
  • 1 - consist of depressions both in the drive piston 51 and in the receiving element 52, but alternatively can also be provided in only one of these two parts.
  • the connection between the pressure chamber 91 and the compensation chamber 92 via an intermediate space between the drive piston 51 and the receiving element 52 and the spring element 53 provided between the drive piston 51 and the receiving element 52 ensures that component tolerances and changes occurring due to thermal and wear effects in the Arrangement of the injection valve components are balanced. Due to the escape of hydraulic medium from the pressure chamber 91 into the compensation chamber 92 at the start of the actuation process of the piezoelectric Electric actuator 2 is also provided for a damped power transmission of the actuator deflection to the servo valve 3 and thus for an optimized opening of the injection valve.

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Abstract

The invention relates to a transmission module (5) for transmitting the displacement of an actuator (2) to a modulator (3). Said transmission module consists of a piston element (51) and a receiving element (52) which intermesh in a telescope-like manner. A pressure chamber (91) is formed between said piston element (51) and said receiving element (52). The piston element (51) and the receiving element (52) can be axially displaced by displacing the actuator from a first resting position, in which the connection between the pressure chamber (91) and a compensating chamber (92) is completely open, into a second position in which the connection between the pressure chamber (91) and the compensating chamber (92) is substantially disrupted.

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung zum Übertragen einer Aktorauslenkung auf ein Stellglied und Einspritzventil mit einer solchen VorrichtungDevice for transmitting an actuator deflection to an actuator and injection valve with such a device
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung eines Aktors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere ein Einspritzventil mit einer solchen Vorrichtung. Eine solche Vorrichtung - im weiteren auch als Übertragungsmodul bezeichnet - ist aus der DE 197 08 304 AI bekannt.The invention relates to a device for transmitting a movement of an actuator according to the preamble of claim 1 and in particular an injection valve with such a device. Such a device - hereinafter also referred to as a transmission module - is known from DE 197 08 304 AI.
In der Kraftfahrzeugtechnik werden zunehmend Speichereinspritzsysteme eingesetzt, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Bei solchen z.B. unter der Bezeichnung "Common-Rail-System" bekannten Einspritzsystemen wird Kraftstoff unter hohem Druck an in den Zylindern angeordneten Einspritzventilen angelegt. Der Einspritzvorgang in die Zylinder wird durch Öffnen und Schließen dieser Einspritzventile ausgelöst, wobei die Einspritzventile über Ak- toren angesteuert werden, die nach dem elektromagnetischen und - um hohe Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen - auch dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten.In automotive engineering, accumulator injection systems are increasingly being used, in which very high injection pressures are used. In such e.g. injection systems known under the name "common rail system", fuel is applied under high pressure to injection valves arranged in the cylinders. The injection process into the cylinders is triggered by opening and closing these injection valves, the injection valves being actuated by actuators which operate on the electromagnetic principle and - in order to achieve high switching speeds - the piezoelectric principle.
Der Aktor im Einspritzventil betätigt dabei in der Regel ein Servoventil, das hydraulisch einen Druck auf eine Düsen- nadel im Einspritzventil steuert. Durch die Zwischenschaltung des Servoventils ist es insbesondere möglich, den zeitlichen Verlauf des Einspritzvorgangs exakt festzulegen und darüber hinaus die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Düsennadel einzustellen. Aus verbrennungstechnischen Gründen ist es insbesondere wünschenswert, die Düsennadel kontrolliert langsam zu öffnen.The actuator in the injection valve usually actuates a servo valve that hydraulically controls pressure on a nozzle needle in the injection valve. By interposing the servo valve, it is in particular possible to precisely define the timing of the injection process and also to set the opening and closing speed of the nozzle needle. For reasons of combustion technology, it is particularly desirable to slowly open the nozzle needle in a controlled manner.
Um die Auslenkung des Aktors auf einen Antriebsstempel des Servoventils zu übertragen, ist aus der DE 197 08 304 AI ein Übertragungsmodul bekannt, das im wesentlichen zylinder- förmig ausgebildet ist und eine Druckkammer aufweist, die von einer flexiblen Membran begrenzt wird. An dieser flexiblen Membran liegt der Antriebsstempel des Servoventils an. Die Druckkammer des Übertragungsmoduls ist über eine Verbindungsbohrung mit Drosselwirkung mit einer weiteren, im Inneren des Übertragungsmoduls vorgesehenen Ausgleichskammer verbunden, wobei die Druckkammer und die Ausgleichskammer mit einer Hy- draulikflüssigkeit gefüllt sind.In order to transfer the deflection of the actuator to a drive ram of the servo valve, a transmission module is known from DE 197 08 304 AI, which is essentially cylindrical and has a pressure chamber which is delimited by a flexible membrane. The drive stamp of the servo valve rests on this flexible membrane. The The pressure chamber of the transmission module is connected via a connecting bore with a throttling effect to a further compensation chamber provided inside the transmission module, the pressure chamber and the compensation chamber being filled with a hydraulic fluid.
Im Ruhezustand wird über die Verbindungsbohrung der in der Ausgleichskammer herrschende Druck der Hydraulikflüssigkeit auf die Druckkammer übertragen, so daß die flexible Membran immer am Antriebsstempel des Servoventils anliegt, auch wenn sich aufgrund thermischer Effekte oder Alterungsprozesse Verschiebungen in der Anordnung der einzelnen Komponenten im Einspritzventil ergeben. Bei einer Betätigung des Aktors wird die Auslenkung dieses Aktors über das Übertragungsmodul im wesentlichen unverändert auf den Antriebsstempel des Servo- ventils übertragen. Die Verbindungsbohrung zwischen derIn the idle state, the pressure of the hydraulic fluid prevailing in the compensation chamber is transferred to the pressure chamber via the connecting bore, so that the flexible membrane is always in contact with the drive piston of the servo valve, even if there are shifts in the arrangement of the individual components in the injection valve due to thermal effects or aging processes. When the actuator is actuated, the deflection of this actuator is transmitted to the drive stamp of the servo valve essentially unchanged via the transmission module. The connecting hole between the
Druckkammer und der Ausgleichskammer ist so ausgelegt, daß aufgrund der im Bereich von Millisekunden liegenden Ansteuerzeiten im wesentlichen keine Hydraulikflüssigkeit aus der Druckkammer abfließen kann. Da bei dem in der DE 197 08 304 AI verwendeten Übertragungsmodul die Hydraulikflüssigkeit im Übertragungsmodul eingeschlossen ist, besteht die Gefahr, daß durch Flüssigkeitsleckage aufgrund von Undichtigkeiten ein Druckabfall im Übertragungsmodul auftritt, der die Funktionsfähigkeit des Über- tragungsmoduls und damit des Einspritzventils beeinträchtigt. Weiterhin wird bei dem bekannten Übertragungsmodul die Auslenkung des Aktors nahezu ungedämpft und zeitlich nicht verzögert auf den Antriebsstempel des Servoventils übertragen. Dies hat wiederum zur Folge, daß das Servoventil ungebremst die Düsennadel im Einspritzventil öffnet, was die Qualität des Verbrennungsprozesses verschlechtert.The pressure chamber and the compensation chamber are designed in such a way that essentially no hydraulic fluid can flow out of the pressure chamber due to the activation times in the range of milliseconds. Since in the transmission module used in DE 197 08 304 AI, the hydraulic fluid is enclosed in the transmission module, there is a risk that due to leakage due to leaks, a pressure drop will occur in the transmission module which affects the functionality of the transmission module and thus of the injection valve. Furthermore, in the known transmission module, the deflection of the actuator is transmitted almost undamped and not delayed to the drive stamp of the servo valve. This in turn has the consequence that the servo valve opens the nozzle needle in the injection valve without braking, which deteriorates the quality of the combustion process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Übertragungsmodul bereit zu stellen, daß sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer auszeichnet und eine ge- dämpfte Übertragung der Aktorauslenkung auf ein Stellglied ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost. Bevorzugte Ausfuhrungsformen sind in den abhangigen Ansprüchen angegeben. Das erfmdungsgemaße Uber- tragungsmodul wird vorzugsweise in einem Einspritzventil für Verbrennungsmotoren angewendet.The object of the present invention is to provide a transmission module which is distinguished by a high level of reliability and a long service life and which enables damped transmission of the actuator deflection to an actuator. This object is achieved by the features of patent claim 1. Preferred embodiments are specified in the dependent claims. The transmission module according to the invention is preferably used in an injection valve for internal combustion engines.
Ein erfmdungsgemaße Ubertragungsmodul zeichnet sich durch ein Kolbenelement und ein Aufnahmeelement aus, die teleskopartig ineinandergreifen und eine Druckkammer mit dem hydraulischen Medium umschließen. Das Kolbenelement und das Aufnahmeelement sind dabei axial zueinander verschiebbar ausgelegt, wobei sie durch eine Aktorauslenkung aus einer Ruhestellung, bei der eine Verbindung zwischen der Druckkammer und einer Ausgleichskammer völlig offen ist, in eine zweite Stellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Ausgleichskammer im wesentlichen unterbrochen ist, gebracht werden.A transmission module according to the invention is characterized by a piston element and a receiving element, which engage telescopically and enclose a pressure chamber with the hydraulic medium. The piston element and the receiving element are designed to be axially displaceable with respect to one another, with an actuator deflection from a rest position, in which a connection between the pressure chamber and a compensation chamber is completely open, to a second position, in which the connection between the pressure chamber and the compensation chamber is essentially interrupted.
Das erfmdungsgemaße Ubertragungsmodul zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus, wobei Bauteilveranderungen aufgrund von Herstellungstoleranzen, Temperaturschwankungen sowie Abnutzungseffekten zuverlässig ausgeglichen und überbrückt werden. Weiterhin steht das hydraulische Medium im Ubertragungsmodul nicht unter einem erhöhten Druck, der zu einer Flussigkeitsleckage und damit einer Beeinträchtigung der Funktionsfahigkeit des Ubertragungsmoduls fuhren kann. Darüber hinaus ermöglicht das erfmdungsgemaße Ubertragungsmodul eine kraftgedampfte und zeitlich verzögerte Übertragung der Aktorauslenkung auf ein Stellglied. Hierdurch wird die Dynamik des Stellgliedes beim Offnen vermindert, so daß sich z.B. ein verbrennungstechnisch gunstiger Verlauf beim Offnen eines Einspritzventils einstellen laßt.The transmission module according to the invention is characterized by a simple structure, component changes due to manufacturing tolerances, temperature fluctuations and wear effects being reliably compensated for and bridged. Furthermore, the hydraulic medium in the transmission module is not under an increased pressure, which can lead to fluid leakage and thus to an impairment of the functionality of the transmission module. In addition, the transmission module according to the invention enables a force-damped and time-delayed transmission of the actuator deflection to an actuator. This reduces the dynamics of the actuator when it is opened, so that e.g. a combustion-technically favorable course can be set when opening an injection valve.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind in den einander gegenüberstehenden Beruhrflachen des Kolbenelements und des Aufnahmeelements quer zur Stromungsrichtung Aussparungen ausgeführt, die aufgrund einer erhöhten Reibung das Ausstro- men von hydraulischem Medium aus der Druckkammer über denAccording to a preferred embodiment, cutouts are made in the mutually opposite contact surfaces of the piston element and the receiving element transversely to the direction of flow, which due to increased friction cause the outflow of hydraulic medium from the pressure chamber through the
Zwischenraum zwischen dem Kolbenelement und dem Aufnah eele- ment und damit den Dämpfungsverlauf des Übertragungsmoduls beeinflussen.Clearance between the piston element and the receptacle ment and thus influence the damping curve of the transmission module.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Stellantrieb eines Einspritzventils; undAn embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. 1 shows a cross section through an actuator of an injection valve; and
Fig. 2 einen Schnitt entlang der A-A Linie in Fig. 1.FIG. 2 shows a section along the A-A line in FIG. 1.
Der in Fig. 1 gezeigte Querschnitt durch einen Stellan- trieb eines Einspritzventils besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 1 mit einer stufenartig ausgebildeten Innenbohrung 11, einem piezoelektrischen Aktor 2 und einem Ser- voventil 3. Der piezoelektrische Aktor 2 ist dabei vorzugsweise aus mehreren übereinandergestapelten piezoelektrischen Elementen aufgebaut, die in einem als Rohrfeder ausgebildeten Hohlkörper 22 angeordnet sind. Dieser Hohlkörper 22 ist mit einer Kopfplatte 23 und einer Bodenplatte 24 versehen, wobei der piezoelektrische Aktor 2 mit einer definierten Kraft von vorzugsweise 800 bis 1000 N vorgespannt wird. Der piezoelek- frische Aktor 2 ist leitend über aus der Kopfplatte 23 hervorstehenden Kontaktstiften mit einem Aktoranschluß 4 verbunden, wobei über den Aktoranschluß Spannung an den piezoelektrischen Aktor 2 angelegt und so eine Längsdehnung des piezoelektrischen Aktors hervorgerufen wird. Der piezoelektrische Aktor 2 ist weiter in einem Aktorgehäuse 25 angeordnet, das am oberen Ende der stufig ausgebildeten Innenbohrung 11 im Ventilgehäuse 1 fest eingespannt ist, wobei das Aktorgehäuse 25 auf eine ringförmig umlaufende Auflagescheibe 8 gedrückt wird, die gegen einen Absatz in der Innenbohrung 11 des Ventilgehäuses 1 abgestützt ist. Das Aktorgehäuse 25 wird außerdem von einer Hohlschraube 7 festgehalten, die an einen um das Aktorgehäuse 25 umlaufenden Spannring 26 angreift und mit dem Ventilgehäuse 1 verschraubt ist. Die Bodenplatte 24 des piezoelektrischen Aktors 2 ist mittig mit einem vorzugsweise kreisrunden Aufsatz 241 versehen, an dem eine scheibenförmige Membran 6 angeordnet ist, die sich von der Bodenplatte 24 bis zur Innenwandung des Ventilgehäuses 1 erstreckt. Dabei wird die Membran 6 in ihrem Außenbereich zwischen der Auflagescheibe 8 und dem Aktorgehäuse 25 festgehalten. Die Membran 6 dient dazu, den piezo- elektrischen Aktor 2 vor einer Kraftstoffleckage aus dem Einspritzventil zu schützen.The cross section shown in FIG. 1 through an actuator of an injection valve essentially consists of a valve housing 1 with a step-like inner bore 11, a piezoelectric actuator 2 and a servo valve 3. The piezoelectric actuator 2 is preferably composed of several stacked piezoelectric actuators Elements constructed, which are arranged in a hollow body 22 formed as a tubular spring. This hollow body 22 is provided with a head plate 23 and a base plate 24, the piezoelectric actuator 2 being prestressed with a defined force of preferably 800 to 1000 N. The piezoelectric actuator 2 is conductively connected to an actuator connection 4 via contact pins protruding from the top plate 23, voltage being applied to the piezoelectric actuator 2 via the actuator connection and thus causing a longitudinal expansion of the piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator 2 is further arranged in an actuator housing 25, which is firmly clamped at the upper end of the stepped inner bore 11 in the valve housing 1, the actuator housing 25 being pressed onto a ring-shaped circumferential washer 8 which presses against a shoulder in the inner bore 11 of the Valve housing 1 is supported. The actuator housing 25 is also held by a hollow screw 7, which engages a clamping ring 26 running around the actuator housing 25 and is screwed to the valve housing 1. The base plate 24 of the piezoelectric actuator 2 is provided in the center with a preferably circular attachment 241, on which a disk-shaped membrane 6 is arranged, which extends from the base plate 24 to the inner wall of the valve housing 1. The membrane 6 is held in its outer area between the support plate 8 and the actuator housing 25. The membrane 6 serves to protect the piezoelectric actuator 2 from fuel leakage from the injection valve.
Die durch Elektrostriktion erzeugte Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 2 wird von einem Übertragungsmodul 5 auf das Servoventil 3 übertragen. Das Übertragungsmodul 5 be- steht im wesentlichen aus einem Kolbenelement 51, im weiteren auch als Antriebskolben bezeichnet, und einem Aufnahmeelement 52. Der Antriebskolben 51 hat im Querschnitt im wesentlichen T-Form und ist mit seinem Fuß 511 in eine zentral in der Bodenplatte 24 ausgeführte Innenbohrung fest eingeschraubt und vorzugsweise zusätzlich verklebt. Weiterhin liegt der Antriebskolben 51 mit der Rückseite seines im wesentlichen zylindrischen Tellers 512 auf dem Aufsatz 241 der Bodenplatte 24 des Aktors 2 auf, wobei die scheibenförmige Membran 6 mit ihrem Innenbereich zwischen dem Aufsatz 241 und dem Teller 512 festgeklemmt ist.The deflection of the piezoelectric actuator 2 generated by electrostriction is transmitted from a transmission module 5 to the servo valve 3. The transmission module 5 essentially consists of a piston element 51, hereinafter also referred to as the drive piston, and a receiving element 52. The drive piston 51 has an essentially T-shaped cross section and its foot 511 is embodied centrally in the base plate 24 Screwed in the inner bore and preferably additionally glued. Furthermore, the drive piston 51 rests with the back of its essentially cylindrical plate 512 on the attachment 241 of the base plate 24 of the actuator 2, the disc-shaped membrane 6 being clamped with its inner region between the attachment 241 and the plate 512.
Das Aufnahmeelement 52 des Übertragungsmoduls 5 hat in seinem Querschnitt auch im wesentlichen T-Form und ist einstückig mit einem in der Innenbohrung 11 des Ventilgehäuses 1 angeordneten Ventilkolben 31 verbunden. Dieser Ventilkolben 31 ist Teil des Servoventils 3. Das Servoventil 3 umfaßt weiterhin einen Ventilpilz 32, auf dem der Ventilkolben 23 anliegt, wobei der Ventilpilz 32 im Ruhezustand von einer Ventilfeder 33 auf einen Ventilsitz 111 im Ventilgehäuse 1 gedrückt wird. Das Aufnahmeelement 52 weist in seinem im wesentlichen zylindrischen Teller 521 eine zylinderförmig ausgestaltete axiale Vertiefung 522 auf, deren Innendurchmesser etwas größer ausgelegt ist als der Außendurchmesser des Antriebskolben-Tellers 512. Der Antriebskolben 51 erstreckt sich mit seinem Teller 512 in die Vertiefung im Teller 521 des Aufnahmeelements 52, wobei ein Abstand Δs zwischen einer Stirnfläche 513 des Antriebskolbens 51 und einer Anschlagfläche 523 in der Vertiefung 522 des Aufnahmeelements 52 vorgesehen ist. Der Antriebskolben 51 und das Aufnahmeelement 52 bilden dabei eine Teleskopanordnung, die um die Strecke Δs ineinandergeschoben werden können. In der Stirnfläche 513 des Tellers 512 im Antriebskolbens 51 und in der Anschlagfläche 523 der Vertiefung 522 im Aufnahmeelement 52 sind Aussparungen vorgesehen, die eine Druckkammer 91 bilden. Die Druckkammer 91 ist vorzugsweise radialsymmetrisch um die Längsachse des Übertragungsmoduls 5 ausgebildet. In der Druckkammer 91 ist ein Federelement 53 angeordnet, vorzugsweise in Form einer Spiralfeder, die den Antriebskolben 51 und das Aufnahmeelement 52 in Axialrichtung auseinanderdrücken. Das Federelement 53 bewirkt, daß der Ventilkolben 31 auch im Ruhezustand unabhängig von Längstoleran- zen, thermischen Längenänderungen oder Verschleiß immer spielfrei sowohl an dem mit dem piezoelektrischen Aktor 2 verbundenen Antriebskolben 51 als auch an dem Ventilpilz 32 des Servoventils 3 anliegt.The receiving element 52 of the transmission module 5 also has an essentially T-shaped cross section and is connected in one piece to a valve piston 31 arranged in the inner bore 11 of the valve housing 1. This valve piston 31 is part of the servo valve 3. The servo valve 3 further comprises a valve mushroom 32 on which the valve piston 23 rests, the valve mushroom 32 being pressed in the idle state by a valve spring 33 onto a valve seat 111 in the valve housing 1. The receiving element 52 has in its essentially cylindrical plate 521 a cylindrical recess 522, the inside diameter of which is somewhat larger than the outside diameter of the drive piston plate 512. The drive piston 51 extends with its plate 512 into the recess in the plate 521 of the Receiving element 52, with a distance Δs between an end face 513 of the drive piston 51 and a stop face 523 is provided in the recess 522 of the receiving element 52. The drive piston 51 and the receiving element 52 form a telescopic arrangement which can be pushed into one another by the distance Δs. Recesses are provided in the end face 513 of the plate 512 in the drive piston 51 and in the stop face 523 of the depression 522 in the receiving element 52, which form a pressure chamber 91. The pressure chamber 91 is preferably radially symmetrical about the longitudinal axis of the transmission module 5. A spring element 53 is arranged in the pressure chamber 91, preferably in the form of a spiral spring, which press the drive piston 51 and the receiving element 52 apart in the axial direction. The spring element 53 has the effect that the valve piston 31 always rests without play both on the drive piston 51 connected to the piezoelectric actuator 2 and also on the valve mushroom 32 of the servo valve 3, regardless of longitudinal tolerances, thermal length changes or wear.
In der Innenbohrung 11 ist zwischen dem Übertragungsmo- dul 5 und dem Ventilgehäuse 1, begrenzt durch die Membran 6, zusätzlich eine Ausgleichskammer 92 ausgebildet. Im Betrieb ist sowohl die Druckkammer 91 im Übertragungsmodul 5 als auch die Ausgleichskammer 92 um das Übertragungsmodul 5 herum mit einem hydraulischen Medium gefüllt. Das hydraulische Medium ist dabei vorzugsweise der Kraftstoff für den jeweiligen Motor. Es ist dabei nicht erforderlich, daß das hydraulische Medium in der Ausgleichskammer 92 unter einem erhöhten Druck steht. Die Ausgleichskammer 92 kann daher, wenn das hydraulische Medium der Kraftstoff ist, z.B. mit einer im wesentli- chen drucklosen Kraftstoff-Rückleitung vom Einspritzventil zu einem Kraftstofftank des Fahrzeugs in Verbindung stehen. Die Ausgleichskammer 92 kann aber auch durch .Membrane, Dichtscheiben o.a. nach außen abgeschlossen sein.A compensation chamber 92 is additionally formed in the inner bore 11 between the transmission module 5 and the valve housing 1, delimited by the membrane 6. In operation, both the pressure chamber 91 in the transmission module 5 and the compensation chamber 92 around the transmission module 5 are filled with a hydraulic medium. The hydraulic medium is preferably the fuel for the respective engine. It is not necessary for the hydraulic medium in the compensation chamber 92 to be under an increased pressure. The compensation chamber 92 can therefore, if the hydraulic medium is the fuel, e.g. are connected to an essentially unpressurized fuel return line from the injection valve to a fuel tank of the vehicle. The compensation chamber 92 can also be made by .membrane, sealing washers or the like. be completed externally.
Der in Fig. 1 dargestellte Stellantrieb für eine Ein- spritzventil mit dem Übertragungsmodul 5 arbeitet wie folgt: Im Ruhezustand, d.h. bei geschlossenem Einspritzventil und nicht angesteuertem piezoelektrischen Aktor 2, ist die Druckkammer 91 über den Abstand Δs, der zwischen der Stirnfläche 513 des Tellers 511 im Antriebskolben 51 und der Anschlagfläche 523 der Vertiefung 522 im Aufnahmeelement 52 ausgebildet ist, sowie über einen Spalt, der zwischen der zy- lindrischen Außenwandung des Tellers 512 im Antriebskolben 51 und der zylindrischen Innenwandung der Vertiefung 522 des Aufnahmeteils 52 ausgebildet ist, mit der Ausgleichskammer 92 verbunden, so daß hydraulisches Medium zwischen der Druckkammer 91 und der Ausgleichskammer 92 ausgetauscht werden kann. Es herrscht deshalb im Ruhezustand in der Druckkammer 91 der gleiche Druck wie in der Ausgleichskammer 92, wobei vorzugsweise ein druckloser Zustand eingestellt ist.The actuator for an injection valve shown in FIG. 1 with the transmission module 5 works as follows: In the idle state, ie when the injection valve is closed and the piezoelectric actuator 2 is not activated, it is Pressure chamber 91 over the distance Δs, which is formed between the end face 513 of the plate 511 in the drive piston 51 and the stop surface 523 of the recess 522 in the receiving element 52, and over a gap, which is between the cylindrical outer wall of the plate 512 in the drive piston 51 and of the cylindrical inner wall of the recess 522 of the receiving part 52 is connected to the compensation chamber 92, so that hydraulic medium can be exchanged between the pressure chamber 91 and the compensation chamber 92. Therefore, in the idle state, the pressure in the pressure chamber 91 is the same as in the compensation chamber 92, a pressure-free state preferably being set.
Bei einer Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 2 bewirkt die durch Elektrostriktion hervorgerufene Längsdehnung des Aktors, daß die Bodenplatte 24 in die Innenbohrung 11 des Ventilgehäuses 1 vorgeschoben wird. Dabei wird der mit der Bodenplatte 24 fest verbundene Antriebskolben 51 ebenfalls ausgelenkt, wodurch der Druck auf das hydraulische Medium in der Druckkammer 91 ansteigt. Dieser Druckanstieg bewirkt, daß das hydraulisches Medium aus der Druckkammer 91 über den zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 im Ruhezustand bestehenden Zwischenraum in die Ausgleichskammer 52 gedrückt wird. Da dieser Zwischenraum, der durch den Abstand Δs zwischen der Stirnfläche 513 des Antriebskolben-Tellers 512 und der Anschlagfläche 523 in der Vertiefung 522 des Aufnahmeelement-Tellers 521 und den Spalt zwischen der zylindrischen Außenwandung des Antriebskolben-Tellers 512 und der zylindrischen Innenwandung der Vertiefung 522 des Aufnahmeelement-Tellers 521 festgelegt ist, nicht ausreicht, durch Aus- strömen von hydraulischem Medium den schnellen Druckanstieg in der Druckkammer 91, der durch die Auslenkung des Antriebskolbens 51 bewirkt wird, abzubauen, wird dieser Druck über das Aufnahmeelement 52 an den Ventilkolben 31 weitergegeben, so daß sich der Antriebskolben 51, das Aufnahmeelement 52 und der Ventilkolben 31 zusammen nach unten bewegen, wodurch der Ventilpilz 32 gegen die Wirkung der Ventilfeder 33 vom Ventilsitz 111 in der Innenbohrung 11 des Ventilgehäuses 1 abge- hoben wird. Dieses Öffnen des Ventilpilzes 32 des Servoventils 3 wird dann dazu genutzt, um z.B. eine Düsennadel im Einspritzventil zu öffnen und so den Einspritzvorgang auszulösen. Der Zwischenraum zwischen dem Teller 512 des Antriebskolbens 51 und den Teller 521 des Aufnahmeelements 52 ist im Ruhezustand so ausgelegt, daß der durch die Auslenkung des Antriebskolbens 51 des Übertragungsmoduls 5 hervorgerufene Druckanstieg zu Beginn immer etwas hydraulisches Medium aus der Druckkammer 91 in die Ausgleichskammer 92 drückt. Dies bewirkt, daß die vom piezoelektrischen Aktor 2 auf den Antriebskolben 51 übertragene Kraft gedämpft auf das Aufnahmeelement 52 des Übertragungsmoduls 5 und damit über dem Ventilkolben 31 auf den Ventilpilz 32 des Servoventils 3 übertragen wird. Weiterhin wird der Ventilpilz 32 von der Auslenkung des Übertragungsmoduls 5 zeitlich verzögert, bezogen auf die Aktoransteuerung, geöffnet, da sich aufgrund des Ausströmens des hydraulischen Mediums aus der Druckkammer 91 zu Beginn des Ansteuerungsvorgangs der Antriebskolben 51 sich aus sei- ner Ruhestellung, bei der die Stirnfläche 513 seines Tellers 512 von der Anschlagfläche 523 in der Vertiefung 522 des Aufnahmeelements 51 um die Strecke Δs beabstandet ist, tiefer in die Vertiefung 512 vorbewegt, und zwar maximal soweit, bis die Stirnfläche 513 an der Anschlagfläche 523 anliegt. Durch diese zeitlich verzögerte und gedämpfte Übertragung der Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 2 über das Übertragungsmodul 5 auf den Ventilpilz 32 des Servoventils 3 wird die Dynamik beim Öffnen des Ventilpilzes 32 vermindert, was eine präzise Ansteuerung des Einspritzventils bei den im Ein- spritzventil gewünschten hohen Schaltgeschwindigkeiten gewährleistet. Insbesondere kann der Beginn des Einspritzvorgangs und die Geschwindigkeit, mit der sich das Einspritzventil öffnet, optimal eingestellt werden, was die Qualität des Verbrennungsvorgangs erhöht. Um einen optimalen Dämpfungsverlauf zu erreichen, sind entweder in der Stirnfläche 513 im Antriebskolben-Teller 512 oder in der Anschlagfläche 523 der Vertiefung 522 im Aufnah- meelement 51 oder in beiden zusätzliche Aussparungen, vor¬ zugsweise quer zur Strömungsrichtung, ausgeführt, die die Reibung beim Austritt des hydraulischen Mediums aus der Druckkammer 91 über den Zwischenraum zwischen dem Antriebs- kolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 erhöhen.When the piezoelectric actuator 2 is actuated, the longitudinal expansion of the actuator caused by electrostriction causes the base plate 24 to be pushed into the inner bore 11 of the valve housing 1. In this case, the drive piston 51, which is firmly connected to the base plate 24, is also deflected, as a result of which the pressure on the hydraulic medium in the pressure chamber 91 increases. This rise in pressure causes the hydraulic medium to be pressed out of the pressure chamber 91 into the compensation chamber 52 via the space existing between the drive piston 51 and the receiving element 52 in the idle state. Since this gap, which is caused by the distance Δs between the end face 513 of the drive piston plate 512 and the stop surface 523 in the recess 522 of the receiving element plate 521 and the gap between the cylindrical outer wall of the drive piston plate 512 and the cylindrical inner wall of the recess 522 of the receiving element plate 521 is not sufficient to reduce the rapid rise in pressure in the pressure chamber 91 caused by the deflection of the drive piston 51 by flowing out hydraulic medium, this pressure is passed on to the valve piston 31 via the receiving element 52 , so that the drive piston 51, the receiving element 52 and the valve piston 31 move down together, whereby the valve mushroom 32 against the action of the valve spring 33 is removed from the valve seat 111 in the inner bore 11 of the valve housing 1. is raised. This opening of the valve mushroom 32 of the servo valve 3 is then used, for example, to open a nozzle needle in the injection valve and thus trigger the injection process. The gap between the plate 512 of the drive piston 51 and the plate 521 of the receiving element 52 is designed in the idle state so that the pressure rise caused by the deflection of the drive piston 51 of the transmission module 5 always presses some hydraulic medium from the pressure chamber 91 into the compensation chamber 92 . This has the effect that the force transmitted from the piezoelectric actuator 2 to the drive piston 51 is damped and transmitted to the receiving element 52 of the transmission module 5 and thus via the valve piston 31 to the valve mushroom 32 of the servo valve 3. Furthermore, the valve mushroom 32 is opened with a time delay from the deflection of the transmission module 5, based on the actuator control, since due to the outflow of the hydraulic medium from the pressure chamber 91 at the beginning of the control process, the drive piston 51 changes from its rest position, in which the End face 513 of its plate 512 is spaced from the stop surface 523 in the recess 522 of the receiving element 51 by the distance Δs, advanced deeper into the recess 512, to a maximum extent until the end surface 513 bears against the stop surface 523. This delayed and damped transmission of the deflection of the piezoelectric actuator 2 via the transmission module 5 to the valve mushroom 32 of the servo valve 3 reduces the dynamics when the valve mushroom 32 is opened, which ensures precise control of the injection valve at the high switching speeds desired in the injection valve . In particular, the start of the injection process and the speed at which the injection valve opens can be optimally set, which increases the quality of the combustion process. In order to achieve an optimal damping curve, either in the end face 513 in the drive piston plate 512 or in the stop face 523 of the recess 522 in the receptacle. Measuring element 51 or in both additional recesses, preferably ¬ preferably transverse to the flow direction, which increase the friction when the hydraulic medium exits the pressure chamber 91 via the space between the drive piston 51 and the receiving element 52.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die zusätzlichen Aussparungen als konzentrische Rillen 514 quer zur Strömungsrichtung des hydraulischen Mediums ausgebildet. Ähnliche Rillen können in der Anschlagfläche 523 des Aufnahmeelements 52 vorhanden sein. Vorzugsweise sind die Rillen 514 aber in der Stirnfläche 513 des Antriebskolbens 51 ausgebildet.As FIG. 2 shows, the additional cutouts are designed as concentric grooves 514 transverse to the direction of flow of the hydraulic medium. Similar grooves can be present in the stop surface 523 of the receiving element 52. However, the grooves 514 are preferably formed in the end face 513 of the drive piston 51.
Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Übertragungsmoduls 5 ist ein einfacher Aufbau gewährleistet. Es sind lediglich drei einfach gestaltete Teile notwendig. Der Antriebs- kolben 51, der fest am piezoelektrischen Aktor 2 des Einspritzventils angebracht ist, wobei alternativ zu der in Fig. 1 gezeigten Lösung, der Antriebskolben 51 auch einstückig mit der Bodenplatte 24 des Aktors ausgebildet sein kann; das Aufnahmeelement 52, das einstückig mit dem Ventilkolben 31 des Servoventils 3 ausgebildet ist, jedoch auch alternativ z.B. über eine Schraub- oder Klebverbindung mit dem Ventilkolben 31 verbunden sein kann; und das Federelement 53, das zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 angeordnet ist. Die im Übertragungsmodul 5 ausgebildete Druckkammer 91 kann - wie in Fig. 1 gezeigt - aus Vertiefungen sowohl im Antriebskolben 51 als auch im Aufnahmeelement 52 bestehen, jedoch auch alternativ nur in einem dieser beiden Teile vorgesehen sein. Durch die Verbindung zwischen der Druckkammer 91 und der Ausgleichskammer 92 über einen Zwischenraum zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 sowie durch das zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 vorgesehene Federelement 53 wird gewährleistet, daß Bauteiltoleranzen sowie aufgrund thermischer und Abnutzungseffekte auftretende Veränderungen in der Anordnung der Einspritzven- til-Komponenten ausgeglichen werden. Durch das Austreten von hydraulischem Medium aus der Druckkammer 91 in die Ausgleichskammer 92 zu Beginn des Ansteuervorgangs des piezo- elektrischen Aktors 2 wird darüber hinaus für eine gedämpfte Kraftübertragung der Aktorauslenkung auf das Servoventil 3 und damit für ein optimiertes Öffnen des Einspritzventils gesorgt. The design of the transmission module 5 according to the invention ensures a simple structure. Only three simply designed parts are necessary. The drive piston 51, which is fixedly attached to the piezoelectric actuator 2 of the injection valve, and as an alternative to the solution shown in FIG. 1, the drive piston 51 can also be formed in one piece with the base plate 24 of the actuator; the receiving element 52, which is formed in one piece with the valve piston 31 of the servo valve 3, but can alternatively also be connected to the valve piston 31, for example via a screw or adhesive connection; and the spring element 53, which is arranged between the drive piston 51 and the receiving element 52. The pressure chamber 91 formed in the transmission module 5 can - as shown in FIG. 1 - consist of depressions both in the drive piston 51 and in the receiving element 52, but alternatively can also be provided in only one of these two parts. The connection between the pressure chamber 91 and the compensation chamber 92 via an intermediate space between the drive piston 51 and the receiving element 52 and the spring element 53 provided between the drive piston 51 and the receiving element 52 ensures that component tolerances and changes occurring due to thermal and wear effects in the Arrangement of the injection valve components are balanced. Due to the escape of hydraulic medium from the pressure chamber 91 into the compensation chamber 92 at the start of the actuation process of the piezoelectric Electric actuator 2 is also provided for a damped power transmission of the actuator deflection to the servo valve 3 and thus for an optimized opening of the injection valve.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines piezoelektrischen Aktors (2) auf ein Stellglied (3) mit einem Übertragungsmodul (5) , das eine Wirkverbindung zwischen dem Aktor und dem Stellglied herstellt und eine Druckkammer (91) und eine Ausgleichskammer (92) festlegt, die mit einem hydraulischen Medium mindestens teilweise gefüllt und über eine Verbindung miteinander in Kontakt stehen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Übertragungsmodul ein Kolbenelement (51) und ein Aufnahmeelement (52) aufweist, die teleskopartig ineinandergreifen, wobei zwischen dem Kolbenelement und dem Aufnahmeelement die Druckkammer (91) ausgebildet ist und das Kolbenelement und das Aufnahmeelement durch die Auslenkung des Aktors axial zueinander verschiebbar sind aus seiner ersten Ruhestellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Ausgleichskammer (92) völlig offen ist, in eine zweite Stellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Aus- gleichskammer im wesentlichen unterbrochen ist.1. Device for transmitting a deflection of a piezoelectric actuator (2) to an actuator (3) with a transmission module (5), which establishes an operative connection between the actuator and the actuator and defines a pressure chamber (91) and an equalizing chamber (92), which are at least partially filled with a hydraulic medium and are in contact with one another via a connection, characterized in that the transmission module has a piston element (51) and a receiving element (52) which interlock telescopically, the pressure chamber (91 ) is formed and the piston element and the receiving element are axially displaceable relative to each other by the deflection of the actuator from its first rest position, in which the connection between the pressure chamber and the compensation chamber (92) is completely open, in a second position, in which the connection between the pressure chamber and the compensation skammer is essentially interrupted.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolbenelement (51) und dem Ausnahmeelement (52) ein Federelement (53) angeordnet ist, das das Kolbenelement und das Aufnahmeelement in der ersten Ruhestellung hält.2. Device according to claim 1, characterized in that a spring element (53) is arranged between the piston element (51) and the exception element (52), which holds the piston element and the receiving element in the first rest position.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeelement (52) eine Vertiefung (522) aufweist, in die das Kolbenelement (51) hineinragt, wobei ein Spalt zwischen der Außenwandung des Kolbenelements und der Innenwandung der Vertiefung im Aufnahmeelement vorgesehen ist, und daß das Kolbenelement durch die Auslenkung des Aktors (2) mit einer Stirnfläche (513) auf eine Anschlagfläche (523) in der Vertiefung im Aufnahmeelement zu bewegt wird.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the receiving element (52) has a recess (522) into which the piston element (51) protrudes, a gap being provided between the outer wall of the piston element and the inner wall of the recess in the receiving element and that the piston element is moved by the deflection of the actuator (2) with an end face (513) towards a stop face (523) in the recess in the receiving element.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche (513) des Kolbenelements (51) und/oder in der Anschlagfläche (523) der Vertiefung (522) im Aufnahmeelement (52) Aussparungen vorgesehen sind.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the end face (513) of the piston element (51) and / or in the stop surface (523) of the recess (522) in the receiving element (52) recesses are provided.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Aussparungen als konzentrische Rillen (514) ausgebildet sind.5. The device according to claim 4, characterized in that these recesses are designed as concentric grooves (514).
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (91) durch eine Vertiefung in dem Kolbenelement (51) und/oder dem Aufnahmeelement (52) gebildet wird.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pressure chamber (91) is formed by a recess in the piston element (51) and / or the receiving element (52).
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenelement (51) fest mit dem Aktor (2) verbunden ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the piston element (51) is fixedly connected to the actuator (2).
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeelement (52) mit einem Ventilkolben (31) , der auf einen Ventilpilz (32) einwirkt, fest verbunden und einstückig damit ausgebildet ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the receiving element (52) with a valve piston (31) which acts on a valve mushroom (32), fixedly connected and integrally formed therewith.
9. Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 um- faßt, wobei die Vorrichtung zwischen einem piezoelektrischen Aktor (2) und einem Ventilkolben (31) eines Servoventils (3) angeordnet ist.9. Injection valve for injecting fuel in an internal combustion engine, characterized in that the injection valve comprises a device according to one of claims 1 to 8, the device between a piezoelectric actuator (2) and a valve piston (31) of a servo valve (3rd ) is arranged.
10. Einspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich- net, daß das hydraulische Medium der für den Motor verwendete10. Injector according to claim 9, characterized in that the hydraulic medium used for the engine
Kraftstoff ist. Is fuel.
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