JP2006522251A - 圧電式に制御される燃料噴射弁用のアクチュエータユニット - Google Patents

Abstract

本発明においては、内燃機関用の噴射装置の燃料噴射弁を操作するのに適したアクチュエータユニットが提案されている。アクチュエータユニットはピエゾアクチュエータ１と、ばねとして形成された中空体４とから成っている。中空体４を本発明のように構成することによって、アクチュエータユニットの耐用寿命を改善することができる。

Description

本発明は、ピエゾアクチュエータから成るアクチュエータユニットに関する。

このようなアクチュエータユニット（Aktoreinheit）は、アクチュエータユニットの切換え時間が極めて短いことに基づいて、特に燃料噴射系において、特に燃料噴射弁において使用される。短い切換え時間は、噴射される燃料量のより正確な調量を可能にし、噴射の時間的な経過の改善されたパターンを可能にする。「燃料噴射弁」という集合概念は、本発明との関連において、例えばコモンレール噴射系用のインジェクタ又は汎用の燃料噴射装置の噴射ノズルのような、すべての構造形式の燃料噴射弁を意味する。

燃料噴射弁はピエゾアクチュエータによって次のように操作される。すなわちピエゾアクチュエータに電圧が印加されると、ピエゾアクチュエータはピエゾセラミックの周知の物理的効果に基づいて素早く伸長し、弁閉鎖部材を弁座から持ち上げる。ピエゾアクチュエータは、この際に加速される一定の質量を有している。アクチュエータに印加される電圧が低下されると、アクチュエータは収縮しようとする。これによって、アクチュエータの前に加速された質量の慣性に基づいて、制御速度に関連してアクチュエータ内には引張り力が生じ、このような引張り力は、ピエゾアクチュエータの損傷、特にピエゾアクチュエータの個々の層の間のろう接結合部における亀裂を惹起する。このような損傷を回避するために、ピエゾアクチュエータに、ばねとして形成された中空体を用いて軸方向において予負荷を加えることが、行われている。このような配置構成は、例えば国際公開第００／０８３５３号パンフレット（Siemens）に基づいて公知である。この場合中空体は、平らな金属薄板から曲げられて形成され、この際に生じる第１の継ぎ目において溶接される。この第１の継ぎ目は、中空体の長手方向軸線に対して平行に延びている。

第１の継ぎ目の溶接には、特に以下に記載の欠点がある：溶接によって、溶接シームの直ぐ近くにおいて中空体の組織が通常不都合に変化してしまう。第２の問題としては、溶接時に生じる溶接スパッタ（Schweissspritzer）が挙げられる。この溶接スパッタは、アクチュエータユニットの組立て時に困難をもたらすことがあり、又は運転中に単数又は複数の溶接スパッタが溶けると、燃料噴射弁の機能を損なうおそれがある。第３の問題としては、溶接シームの始端部及び終端部における凹み、並びにこれに起因する切欠き効果及び応力上昇を挙げることができる。

発明の利点
本発明の構成では、中空体内に配置されたピエゾアクチュエータを備えたアクチュエータユニットであって、中空体が弾性的に形成されていて、アクチュエータを予負荷しており、さらに中空体が複数の切欠きを備えていて、長手方向軸線に対して平行に延びる第１の継ぎ目を有している形式のものにおいて、少なくとも中空体の第１の端部に、第１の継ぎ目に向かい合って位置するように配置された第２の継ぎ目が設けられている。

中空体を本発明のように構成すると、第１の継ぎ目の溶接を省くことができる。これによって溶接に起因する問題もなくなる。さらに製造コストも低下する。

中空体に開放した分割継ぎ目を備えたアクチュエータユニットの欠点としては、軸方向における中空体のばね強さが全周にわたって一定ではない、ということが挙げられる。通常、ばね強さは中空体における切欠きによって分割継ぎ目の領域において減じられている。その結果、上側のカバープレート及び下側のカバープレートはアクチュエータユニットの運転時に横方向の力を負荷される。これによって、ピエゾアクチュエータは、不都合な力や曲げモーメントによって不均一に負荷されることになる。

本発明のように、第１の継ぎ目に向かい合って位置するように配置された第２の継ぎ目を中空体に設けることによって、中空体のばね強さは、第１の継ぎ目に向かい合って位置する側においても同様に減じられる。その結果、上側のカバープレート及び下側のカバープレートによってピエゾアクチュエータに導入される予負荷は、ピエゾアクチュエータの長手方向軸線の方向に正確に作用するようになる。このような負荷はピエゾアクチュエータにとって極めて有利であり、これによって、本発明による中空体を備えたアクチュエータユニットの耐用寿命を著しく延ばすことができる。

本発明による利点をさらに増すために、本発明の別の構成では、中空体の第２の端部にも、第１の継ぎ目に向かい合って位置するように配置された第２の継ぎ目が設けられている。択一的に、第２の継ぎ目が、中空体の第１の端部から第２の端部にまで延びているような構成も可能である。言い換えれば、この実施例では中空体は、ピエゾアクチュエータを取り囲む等しい大きさの２つの半割シェルから成っている。この中空体の半割シェルは、製造技術的にも極めて有利である。

択一的にまた、中空体においてその端部に、第１の継ぎ目に向かい合って位置するように配置された切欠きを設けることも、可能である。これによって中空体のばね強さは、この箇所においても所望のように減じられるので、中空体のばね強さは回転対称的になり、ひいては軸方向における所望の力導入が達成される。

予負荷を中空体からピエゾアクチュエータに可能な限り良好に導入できるようにするために、本発明の別の構成では、中空体がその第１の端部において上側のカバープレート又は調節円板と結合されていて、第２の端部において下側のカバープレート又は調節円板と結合されている。この際の結合は、例えば溶接又は縁曲げによって行うことができる。

中空体の半径方向における固定だけが必要な場合には、中空体はリング溝又は段部によって上側のカバープレート及び／又は下側のカバープレート又は調節円板及びカプラハウジングに固定されることができる。このような構成は例えば、中空体が引張り負荷されるのではなく、押圧負荷される場合に、十分である。このような構成において、リング溝及び段部によって中空体がピエゾアクチュエータ又は液圧式のカプラに対してセンタリングされると、特に有利である。この効果は、リング溝及び段部が、組立て時に中空体を僅かに拡大するように寸法設定されていると、さらに改善することができる。

本発明の特に有利な構成では、中空体内に配置されたピエゾアクチュエータの接触接続が、上側のカバープレートを介して行われるようになっており、しかも上側のカバープレートが２部分から形成されており、上側のカバープレートの２つの部分の間に分割継ぎ目が存在している。

このように構成されていると、アクチュエータユニットのために必要な構造空間及び必要な部材の数が減じられ、さらに、アクチュエータの運動と一緒に少なくとも部分的に運動しなくてはならないピエゾアクチュエータの接触接続部が、上側のカバープレートによって一緒に連行されるようになる。これによって、ピエゾアクチュエータの簡単かつ確実な電気的な接触接続部が生ぜしめられ、この接触接続部は必要な弾性を有している。このような構成によってさらに、ピエゾアクチュエータの運転時に発生する熱は極めて良好に排出され、これにより、ピエゾアクチュエータの運転確実性及び耐用寿命が改善される。

本発明の別の有利な構成では、中空体の第１の継ぎ目と第２の継ぎ目とが、上側のカバープレートの分割継ぎ目に開口している。このように構成されていると、上側のカバープレートの両部分の電気的な分離が、例えばばね鋼から製造可能な中空体によって阻止されなくなる。

付加的に、上側のカバープレートを絶縁体によって、特にセラミック製の絶縁体によって、電気的に絶縁することも可能である。

２部分から成る上側のカバープレートを機械的にまとめることを保証するためには、２部分から成る上側のカバープレートをまとめる固定クランプ又は固定部材を設けることも可能である。

本発明のさらに別の構成では、中空体とピエゾアクチュエータとの間にフレキシブルな結合剤が、特にプラスチック結合された金属又は軟質のろう材が、設けられている。

中空体における切欠きは、公知の骨形状を有することができ、かつ中空体の長手方向軸線に対して横方向に延在することができる。本発明の別の有利な構成では、複数の切欠きが一平面に相前後して配置されており、この平面が中空体の長手方向軸線との間に直角を成している。さらにまた、偶数の切欠きが一平面に設けられていると、有利である。

切欠きを備えた複数の平面が中空体に設けられている場合には、これらの平面が互いに平行に延びており、隣接した２つの平面における切欠きが、互いにずらされて配置されていると、有利である。この場合に特に有利な構成では、隣接した２つの平面における切欠きのずれが、一平面における切欠きの繰り返しもしくは反復（Rapport）の半分の値に等しくなっている。この場合「反復」という概念については、後で図３を参照しながら詳しく述べる。

中空体が円形の横断面又は正多角形の横断面を有していると有利である。

本発明による中空体は、ピエゾアクチュエータが中空体内に配置されており、ピエゾアクチュエータが予負荷された中空体によって押圧負荷されている、アクチュエータユニットにおいて使用することができる。すなわちこの場合中空体自体は引張り負荷される。

本発明による中空体はしかしながらまた同様に、ピエゾアクチュエータが中空体の外側に配置されており、ピエゾアクチュエータが予負荷された中空体によって押圧負荷されている、アクチュエータユニットにおいても使用することができる。後者の場合には中空体は通常押圧負荷される。

本発明の別の構成では、中空体がその第１の端部及び／又は第２の端部に、切欠きによって穿孔されていない領域を有している。このように構成されていると、中空体がその端部領域において所望のように硬化されるので、中空体からカバープレートに又はインジェクタの他の部材に伝達されるばね力が均一化される。すなわちばね力の最高点は中空体の全周にわたって減じられ、中空体からピエゾアクチュエータに導入される横方向力の問題は、さらに弱められる。

次に図面を参照しながら本発明の有利な実施例について述べる。

図面
図１は、本発明によるアクチュエータユニットの第１実施例を示す図であり、
図２は、本発明によるアクチュエータユニットの第２実施例を示す図であり、
図３は、曲げて中空体を形成するブランクの１例を示す図であり、
図４は、長手方向に偶数（ここでは１６）の切欠き列を備えた中空体の第１実施例を示す斜視図であり、
図５は、図４に示された第１実施例を別の視線方向で見た図であり、
図６は、本発明による中空体の第２実施例を斜め下から見た図であり、
図７は、長手方向に奇数（ここでは１７）の切欠き列を備えた本発明による中空体の第３実施例を示す斜視図であり、
図８は、カバープレートに中空体を半径方向で固定するための一例を示す図であり、
図９は、本発明によるアクチュエータユニットの別の実施例を示す部分縦断面図及び断面図であり、
図１０は、本発明による中空体のさらに別の実施例を示す図であり、
図１１は、燃料噴射装置を示す概略図である。

実施例の記載
図１には、本発明によるアクチュエータユニットの第１実施例が示されている。アクチュエータユニットは、互いに上下に積み重ねられた複数の個別圧電エレメント（図示せず）から構成することができる圧電式のアクチュエータつまりピエゾアクチュエータ１から成っている。ピエゾアクチュエータ１はコンタクトピン２を介して制御され、これらのコンタクトピン２はアクチュエータ１の長手方向に配置されていて、アクチュエータ１と導電結合されている。コンタクトピン２の間における電圧の印加によって、ピエゾアクチュエータ１の長さは伸ばされ、この長手方向における伸びは、例えば内燃機関における噴射弁を制御するために使用される。ピエゾアクチュエータ１はコンタクトピン２と共に、管ばね（Rohrfeder）として形成された中空体４内に配置されている。ピエゾアクチュエータ１の端面はそれぞれカバープレート５，６に接触しており、この場合上側のカバープレート６は貫通案内部６１を有していて、この貫通案内部６１を貫いてコンタクトピン２が延びている。上側及び下側のカバープレート５，６はそれぞれ形状結合式（formschluessig）及び／又は摩擦力結合式（kraftschluessig）に、有利には溶接によって、中空体４と結合されている。上側及び下側のカバープレート５，６と中空体４との間における溶接シームは、図１には示されていない。択一的に、中空体４と両カバープレート５，６との間における結合を、例えば縁曲げを用いて行うことも可能であり、この場合中空体４の折り曲げられた上側及び下側の縁部領域はそれぞれ、カバープレート５，６内に係合している（図示せず）。

ピエゾアクチュエータ１は中空体４及びカバープレート５，６によって、予負荷もしくはプレロード（Vorspannkraft）を押圧負荷される。すなわち中空体４は、上側及び下側のカバープレート５，６との溶接前に、予負荷され、それから溶接される。

中空体４は有利にはばね鋼から製造される。所定の壁厚「ｓ」において所望のばね強さを調節できるようにするために、中空体４には多数の切欠き７が設けられている。図面を見易くするために図１においてはすべてではなく、一部の切欠きだけに符号が付けられている。多くの切欠き７は打抜きによって最良に形成することができるので、中空体４は通常金属薄板から製造される。金属薄板からまず初めに、切欠き７を備えたブランク（Platine）が打ち抜かれる。次いでブランクは曲げられるが、この曲げ作業は、ブランクが例えば円形横断面又は規則的な多角形の形の横断面を有するまで、行われる。そして曲げられたブランクの両端部が互いに当接した所に、第１の継ぎ目（図１には図示せず）が生ぜしめられる。

図２には、本発明によるアクチュエータユニットの第２実施例が示されており、このアクチュエータユニットは圧電操作式のインジェクタ７１に組み込まれている。

本発明は主としてアクチュエータユニットとそれに所属の中空体４とに関するものであるので、以下においてはインジェクタ７１についてすべてを詳細に述べるのではなく、主としてインジェクタ７１へのアクチュエータユニットの取付けについてだけ記載する。インジェクタ７１のその他の機能については、噴射技術の分野における技術者が周知のことなので、これについて詳しく述べることは省く。

インジェクタ７１は高圧接続部７３を有している。この高圧接続部７３を介してインジェクタ７１には、高圧下にある燃料（図示せず）が供給される。内燃機関の燃焼室（図示せず）への噴射を行いたい場合には、ノズルニードル７５が座（図示せず）から持ち上がり、同様に図示されていない噴射孔を開放する。ノズルニードル７５は制御弁７７を介して制御され、この制御弁７７はピエゾアクチュエータ７９を用いて操作される。ピエゾアクチュエータ７９と制御弁７７との間には、油圧増幅部として働く液圧式のカプラ（Koppler）８１が配置されており、このカプラ８１は図２の右側に拡大して示されている。

カプラ８１は主として弁ピストン８３と増幅ピストン８５とから成っており、これらのピストン８３，８５はカプラハウジング８６内において案内される。弁ピストン８３と増幅ピストン８５との間にはカプラ間隙８７が設けられており、このカプラ間隙８７は燃料（図示せず）によって満たされている。カプラ間隙８７は特に次のことのために、すなわちピエゾアクチュエータ７９の温度膨張係数とインジェクタ７１の金属製の部材の温度膨張係数とが互いに強く異なっているために、必要である。

液圧式のカプラ８１の弁ピストン８３が制御弁７７を操作するのに対して、増幅ピストン８５はその突出部８９でピエゾアクチュエータ７９に接触している。増幅ピストン８５は、押圧方向に予負荷されている本発明による中空体４を介して、ピエゾアクチュエータ７９に押し付けられるので、ピエゾアクチュエータ７９には押圧予負荷（Druckvorspannung）が加えられる。この場合中空体４はその第１の端部１５で、カプラハウジング８６の段部９１に支持されている。中空体４は第２の端部１７で調節円板９３に支持されている。調節円板９３を介して中空体４のばね力は、増幅ピストン８５の突出部８９に伝達され、ひいてはピエゾアクチュエータ７９に伝達される。

中空体４を液圧式のカプラ８１に対して同心的に、ひいてはピエゾアクチュエータ７９に対して同心的に配置させるために、段部９１の直径Ｄ_１は次のように、すなわち中空体４が段部９１に被せ嵌められる時に中空体４が容易に拡開されるように、中空体４の内径に合わせられている。本発明による中空体４は、該中空体４の全長にわたって延在する第１の継ぎ目３１（図示せず）を有しているので、中空体４は比較的容易に大きく拡開して、段部９１に嵌る。

図２に示された実施例におけるように、中空体４に押圧予負荷が加えられると、中空体４はその端部１７，１５で軸方向において支持され得るのに、十分である（図２参照）。中空体４の半径方向における固定をさらに改善するために、段部９１及び／又は調節円板９３に、択一的に又は付加的にリング溝（図示せず）が設けられていると有利である。

図３にはブランク９が示されており、このブランク９から本発明による中空体４を巻成することができる。ブランク９には多数の切欠き７が打ち抜かれている。図面を見易くするために、図３に示された実施例において骨形状を有する切欠き７のうちのすべてではなく、一部にだけ符号が付けられている。ブランク９は方形をしており、ブランク９の互いに反対側に位置する２つの縁部１１，１３は切欠き７によって中断されており、これに対して互いに反対側に位置する２つの縁部１５，１７は真っ直ぐに延びていて、切欠き７によって中断されていない。

ブランク９は、縁部１５，１７が中空体４の第１の端部１５及び第２の端部１７を形成するように、巻かれて円筒形又は多角形の中空体４を形成する（図４参照）。つまり、図４及び図５には図示されていない中空体４の長手方向軸線３５は、縁部１１，１３に対して平行に延びている。

ブランク９が上に述べたように円筒体又は多角形体に曲げられると、縁部１１と縁部１３とは互いに接触して、第１の継ぎ目３１（図４及び図５参照）を形成し、この第１の継ぎ目３１は中空体４の長手方向軸線３５に対して平行に延びている。

ブランク９には常に複数の切欠き７が、一列において相前後して配置されている。これらの切欠き７は該切欠きの間におけるウェブ１９によって隔てられている。図面を見易くするために、ウェブ１９においても、ブランク９に存在するすべてのウェブに対してではなく、一部のウェブにだけ符号が付けられている。上に述べたように、ブランク９が曲げられて中空体４を形成すると、相前後して配置された切欠き７は一平面に位置する。例えば図３において、相前後して配置された切欠き７の列は、線２０で示されている。図３に示されたブランク９の実施例では、縁部１５と縁部１７との間に、６つの切欠き７から成る列が１６列配置されている。

図３から分かるように、隣接した２つの列の切欠き７は互いにずらされて配置されている。この場合ずれは次のように、すなわちこのずれが切欠き７及びウェブ１９の半分の長さに相当するように選択されている。この値は、図３に例として１つの切欠き及び２つの半分のウェブ１９に対して二重矢印２１で示されている。この値は「繰り返しもしくは反復（Rapport）」とも呼ばれる。互いに隣接する２つの列の切欠き７の間におけるずれは、図３において符号２３で示されている。

ブランク９が中空体４（図４又は図５参照）に巻かれて、この中空体４をその端面において上側のカバープレート５（図１及び図８参照）と下側のカバープレート６（図１及び図８参照）を介して押圧力によって負荷すると、上側のカバープレート５と縁部１５との間において作用する力Ｆは、中空体４の全周にわたって、線２５によって質的（qualitativ）に示された経過を有する。周囲角φは縁部１３において０°で始まり、縁部１１において３６０°で終わっている。

図３から分かるように、ウェブ１９が縁部１５を支持しているところでは常に、線２５の最高点２７によって示されている大きな力Ｆを伝達することができる。ただ１つの例外は、縁部１１と縁部１３とが互いに当接している箇所において存在する。この箇所では、部分７′，７′′を有するいわば「切断された」切欠き７が、ブランク９の構造を弱めており、その結果、当該箇所において上側のカバープレート５と中空体４との間において伝達される力Ｆは小さくなる。この状況は図３において、最高点２７との比較において著しく小さな力Ｆ（φ＝０°及びφ＝３６０°の所）に対する値によって、示されている。

同様な状況は縁部１７においても現れている。図３から分かるように、縁部１７の直ぐ近くにおいてφ＝０°及び３６０°の所には、部分７′と部分７′′とから成る切断された切欠きが存在しており、これに対して縁部１５の直ぐ近くにはφ＝０°及び３６０°の所に、半部１９′と半部１９′′とを備えた分断されたウェブ１９が位置している。これによって縁部１７の全周にわたって幾分異なった力経過が生ぜしめられている。

図３の下側のＦ-φ線図から分かるように、４つの最高点２７と２つの別の局部的な最高点２９とが存在しており、後者の２つの最高点２９は、縁部１１，１３の近傍において角度φ＝３０°及び３３０°の所に位置していて、最高点２７に比べて明らかに低い。

上側のカバープレート６と縁部１５との間及び下側のカバープレート５と縁部１７との間における、全周にわたって不均一なこの力伝達に基づいて、中空体４が予負荷をもって上側及び下側のカバープレート６，５に固定される際に、上側のカバープレート６及び下側のカバープレート５に対して作用する曲げモーメントが中空体４によって生ぜしめられる。この曲げモーメントは当然、ピエゾアクチュエータ１に対しても伝達され、このことは、アクチュエータ１の運転確実性及び耐用寿命に対しても不都合な影響を及ぼす。さらにこの曲げモーメントは、アクチュエータユニットによって操作される液圧式の弁部材においても不都合である。

図４には、図３に示されたブランク９から製造された中空体４が斜視図で示されている。図４には個々に示されていない切欠き７の列は、１６の平面Ｅ_１〜Ｅ_１６を形成しており、これらの平面Ｅ_１〜Ｅ_１６は、中空体４の長手方向軸線３５に対して垂直に延びている。図４には分かり易くするために平面Ｅ_２が示されている。同様に図４には中空体４の壁厚ｓも示されている。

従って本発明によれば、縁部１５，１７には角度φ＝１８０°の所に第２の継ぎ目３３が設けられている。この第２の継ぎ目３３については次に図５以下の図面を参照しながら述べる。これらの図面に示された中空体４は、図１に示されたブランク９が巻かれて形成されたものである。縁部１７は中空体４の第１の端部を形成し、縁部１５は中空体４の第２の端部を形成している。

図４及び図５から明らかなように、ブランク９の縁部１１，１３（図３参照）は中空体４において互いに向かい合って位置している。両縁部１１，１３は互いに溶接されていないので、図３を参照しながら記載された変化（横方向力、曲げモーメント）は中空体４の軸方向において、縁部１１，１３によって形成される第１の継ぎ目３１において調節される。

本発明によれば、中空体４には第１の継ぎ目３１に対して１８０°だけずらされて、１つ又は２つの第２の継ぎ目３３が設けられている（図５及び図６参照）。この場合図５及び図６に示された実施例における第２の継ぎ目３３は、１つの切欠き７に達するような長さしか有していない。これによって中空体４は、φ＝１８０°の周囲角の所で同様に弱められ、周囲角φ＝１８０°における最高点２７は明らかに減じられる。このようにすることによって結果として、中空体４からピエゾアクチュエータ１，７９に加えられるばね力はもっぱら軸方向に延びることになる。曲げモーメント又は半径方向における力は、ピエゾアクチュエータ１，７９には導入されない。

図６には本発明による中空体の第２実施例が示されている。第１実施例との大きな違いは、奇数列の切欠き７が、つまり１７列の切欠き７が設けられていることである。従って第１の継ぎ目３１の終端部は縁部１７及び縁部１５において同じである。これによって力の経過は、縁部１７及び縁部１５において同じであり、図３において縁部１７との関連において示された力経過に相当している。中空体４の両縁部１５，１７における力経過は対称的であるので、本発明による中空体４のばね特性はさらに改善される。図６には個々に示されていないが、１７列の切欠き７は、１７の平面Ｅ_１〜Ｅ_１７を形成しており、これらのＥ_１〜Ｅ_１７は中空体４の長手方向軸線３５に対して垂直に延びている。

図７に示された実施例では第２の継ぎ目３３が縁部１７から縁部１５にまで延びているので、中空体４は半円筒形の２つの半割シェル４ａ，４ｂから成っている。これによって縁部１７，１５と上側のカバープレート６及び下側のカバープレート５との間において全周にわたって伝達可能な力が、さらに均一化される。

図８には、図６又は図７に示された中空体を備えたアクチュエータユニットが、簡単化されて部分縦断面図で示されている。半部４ａだけが断面図で示されている中空体４を、半径方向において固定するために、上側のカバープレート６は段部３７を有している。この段部３７によって中空体４は半径方向で固定される。下側のカバープレート５には、中空体４の半径方向における固定のためにリング溝３９が設けられている。もちろん上側のカバープレート６にもリング溝（図示せず）を設けることが可能である。図８に示されたアクチュエータユニットでは、単に２部分から成る中空体４のみならず、例えば図３〜図６に示された本発明による他の中空体４をも組み込むことができる。

図９には、本発明によるアクチュエータユニットの別の実施例が、部分的な断面図と上から見た平面図で示されており、このアクチュエータユニットは２部分から成る中空体４を備えている。この実施例では上側のカバープレート６もまた２部分から形成されている。上側のカバープレート６の２つの部分は、図９において符号６ａと６ｂで示されている。２つのコンタクトピン２はそれぞれ、上側のカバープレート６の各１つの部分６ａ，６ｂと導電結合されている。上側のカバープレート６ａ，６ｂを介してアクチュエータ１は電気的に接続される。アクチュエータ１と上側のカバープレートの部分６ａ，６ｂとの間における電気的な接続部の詳細は、図９には示されていない。しかしながらこの場合の接触接続がどのように行われるかは、電気式のアクチュエータの構造及び製造の分野に係わる専門家にとって自明のことである。図９に示された実施例では中空体４の部分４ａは、上側のカバープレートの部分６ａと溶接されており、これは図９において模様化された溶接シーム４１によって示されている。同様に中空体の部分６ｂもまた、上側のカバープレート６の部分６ａと溶接シーム４１によって結合されている。溶接シーム４１は中空体４ａ，４ｂの半径方向における固定をも引き受けている。

上側のカバープレートの部分６ａと部分６ｂとの間には、有利にはセラミックから製造される絶縁体４３が設けられており、これによってコンタクトピン２と上側のカバープレートの部分６の部分６ａと部分６ｂとを互いに隔てることができる。さらに図９に示された実施例では、固定クランプ（Sicherungsspange）４５が設けられており、この固定クランプは、絶縁体４３と上側のカバープレートの部分６ａ，６ｂとをまとめ合わせるために働く。

中空体４ａ，４ｂとアクチュエータ１との間には、フレキシブルな結合剤４７が設けられており、この結合剤４７は有利には、プラスチック結合された金属又は軟質のろう材から成っている。

図９にはさらに、本発明によるアクチュエータユニットがＡ−Ａ線に沿って断面して示されている。

図１０ａ及び図１０ｂには、本発明による中空体４の２つの別の実施形態が斜視図で示されている。この２つの実施形態では、上に述べた実施形態とは異なり、第１の継ぎ目３１に向かい合って位置している側（φ＝ほぼ１８０°）における中空体の横方向力は、そこに切欠き５１を設けることによって、回避されている。この切欠き５１によって、第１の継ぎ目３１に向かい合って位置している側において中空体４は所望のように弱化され、その結果中空体４は、もっぱら軸方向においてピエゾアクチュエータ１，７９に力を加えることになる。図１０ａと図１０ｂに示された実施形態の間におけるただ１つの違いは、切欠き５１の形状である。図１０ａに示された実施形態では切欠き５１は円形セグメントの形状を有しており、これに対して図１０ｂに示された実施形態では切欠き５１は方形に形成されている。これらの切欠き５１の形状及び寸法の正確な設定は、有限要素法による計算（FEM-Berechnung）の分野における専門家にとっては、各使用例に対して難なく決定することができる。

多くの場合には、第１の継ぎ目３１の領域においても切欠き５３を設けると、有利であることが判明している。

図１０ａ及び図１０ｂに示されていない中空体４の第１の端部１５は、第２の端部１７と同様に形成することができる。

次に図１１を参照しながら、本発明による燃料噴射弁１１６が内燃機関の燃料噴射装置１０２にどのように組み込まれているかについて述べる。燃料噴射装置１０２は燃料タンク１０４を有しており、この燃料タンク１０４からは燃料１０６が電気式又は機械式の燃料ポンプ１０８によって搬送される。低圧燃料導管１１０を介して燃料は高圧燃料ポンプ１１１に運ばれる。この高圧燃料ポンプ１１１から燃料１０６は、高圧燃料導管１１２を介してコモンレール１１４に達する。コモンレール１１４には複数の燃料噴射弁１１６が接続されており、これらの燃料噴射弁１１６は燃料１０６を、図示されていない内燃機関の燃焼室１１８に直接噴射する。

本発明によるアクチュエータユニットの第１実施例を示す図である。 本発明によるアクチュエータユニットの第２実施例を示す図である。 曲げて中空体を形成するブランクの１例を示す図である。 長手方向に偶数（ここでは１６）の切欠き列を備えた中空体の第１実施例を示す斜視図である。 図４に示された第１実施例を別の視線方向で見た図である。 本発明による中空体の第２実施例を斜め下から見た図である。 長手方向に奇数（ここでは１７）の切欠き列を備えた本発明による中空体の第３実施例を示す斜視図である。 カバープレートに中空体を半径方向で固定するための一例を示す図である。 本発明によるアクチュエータユニットの別の実施例を示す部分縦断面図及び断面図である。 本発明による中空体のさらに別の実施例を示す図である。 燃料噴射装置を示す概略図である。

Claims (30)

1. 中空体（４）内に配置されたピエゾアクチュエータ（１）を備えたアクチュエータユニットであって、中空体（４）が弾性的に形成されていて、アクチュエータ（１）を予負荷しており、さらに中空体（４）が複数の切欠きを備えていて、長手方向軸線（３５）に対して平行に延びる第１の継ぎ目（３１）を有している形式のものにおいて、少なくとも中空体（４）の第１の端部（１７）に、第１の継ぎ目（３１）に向かい合って位置するように配置された第２の継ぎ目（３３）が設けられていることを特徴とする、圧電式に制御される燃料噴射弁用のアクチュエータユニット。
2. 中空体（４）の第２の端部（１５）に、第１の継ぎ目（３１）に向かい合って位置するように配置された第２の継ぎ目（３３）が設けられている、請求項１記載のアクチュエータユニット。
3. 第２の継ぎ目（３３）が、中空体（４）の第１の端部（１７）から第２の端部（１５）にまで延びている、請求項２記載のアクチュエータユニット。
4. 中空体（４）内に配置されたピエゾアクチュエータ（１）を備えたアクチュエータユニットであって、中空体（４）が弾性的に形成されていて、アクチュエータ（１）を予負荷しており、さらに中空体（４）が複数の切欠きを備えていて、長手方向軸線（３５）に対して平行に延びる第１の継ぎ目（３１）を有している形式のものにおいて、少なくとも中空体（４）の第１の端部（１７）に、第１の継ぎ目（３１）に向かい合って位置するように配置された第１の切欠き（５１）が設けられていることを特徴とする、圧電式に制御される燃料噴射弁用のアクチュエータユニット。
5. 中空体（４）の第２の端部（１５）に、第１の継ぎ目（３１）に向かい合って位置するように配置された別の切欠き（５１）が設けられている、請求項４記載のアクチュエータユニット。
6. 中空体（４）の第１の端部（１７）及び／又は第２の端部（１５）に、第１の継ぎ目（３１）の領域において各１つの切欠き（５３）が設けられている、請求項４又は５記載のアクチュエータユニット。
7. 中空体（４）がその第１の端部（１７）において、上側のカバープレート（６ａ）又は調節円板（９３）と結合されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
8. 中空体（４）がその第１の端部（１７）で半径方向において固定されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
9. 中空体（４）がその第１の端部（１７）で半径方向において、上側のカバープレート（６）又は調節円板（９３）に、特にリング溝（３９）又は段部（３７）によって固定されている、請求項８記載のアクチュエータユニット。
10. 中空体（４）がその第１の端部（１７）で溶接シーム（４１）によって上側のカバープレート（６）に固定されている、請求項８記載のアクチュエータユニット。
11. 中空体（４）内に配置されたピエゾアクチュエータ（１）の接触接続が、上側のカバープレート（６ａ，６ｂ）を介して行われる、請求項４から１０までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
12. 上側のカバープレート（６）が２部分から形成されており、上側のカバープレート（６）の２つの部分（６ａ，６ｂ）の間に分割継ぎ目が存在している、請求項４から１１までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
13. 第１の継ぎ目（３１）と第２の継ぎ目（３３）とが、上側のカバープレート（６）の分割継ぎ目に開口している、請求項１２記載のアクチュエータユニット。
14. 上側のカバープレート（６，６ａ，６ｂ）が絶縁体（４３）によって、特にセラミック製の絶縁体によって、電気的に絶縁されている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
15. 上側のカバープレート（６，６ａ，６ｂ）が固定クランプ（４５）又は固定カバーによってまとめ合わされる、請求項１１から１４までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
16. 中空体（４）とピエゾアクチュエータ（１）との間にフレキシブルな結合剤（４７）が、特にプラスチック結合された金属又は軟質のろう材が、設けられている、請求項１１から１５までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
17. 中空体（４）がその第２の端部（１５）において半径方向で固定されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
18. 中空体（４）がその第２の端部（１５）において、下側のカバープレート（５）又はカプラハウジング（８６）と結合されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
19. 中空体（４）がその第２の端部（１５）で半径方向において、下側のカバープレート（５）又はカプラハウジング（８６）に、特にリング溝（３９）又は段部（９１）によって固定されている、請求項１８記載のアクチュエータユニット。
20. 中空体（４）がその第２の端部（１５）で溶接シーム（４１）によって下側のカバープレート（５）に固定されている、請求項１８記載のアクチュエータユニット。
21. 切欠き（７）が骨形状に形成されていて、中空体（４）の長手方向軸線（３５）に対して横方向に延びている、請求項１から２０までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
22. 複数の切欠き（７）が一平面（Ｅ_２）に相前後して配置されており、この平面（Ｅ_２）が中空体（４）の長手方向軸線（３５）との間に直角を成している、請求項１から２１までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
23. 偶数の切欠き（７）が一平面（Ｅ_２）に設けられている、請求項２１記載のアクチュエータユニット。
24. 複数の平面（Ｅ_１）に切欠き（７）が設けられており、これらの平面（Ｅ_１）が互いに平行に延びている、請求項２２又は２３記載のアクチュエータユニット。
25. 隣接した２つの平面（Ｅ_１）における切欠き（７）が、互いにずらされて配置されている、請求項１から２４までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
26. 隣接した２つの平面（Ｅ_１）における切欠き（７）のずれが、一平面（Ｅ_１）における切欠き（７）の繰り返しもしくは反復（２１）の半分の値に等しい、請求項２５記載のアクチュエータユニット。
27. 中空体（４）が円形横断面を有している、請求項１から２６までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
28. 中空体（４）の横断面が正多角形の形をしている、請求項１から２７までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
29. ピエゾアクチュエータ（１）が中空体（４）内に配置されており、ピエゾアクチュエータ（１）が予負荷された中空体（４）によって押圧負荷されている、請求項１から２８までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
30. ピエゾアクチュエータ（１）が中空体（４）の外側に配置されており、ピエゾアクチュエータ（１）が予負荷された中空体（４）によって押圧負荷されている、請求項１から２９までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。

Images