JP2006525654A - 圧電式に制御される燃料噴射弁のためのアクチュエータユニット - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電式のアクチュエータ、いわゆる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。そのようなアクチュエータユニットはとりわけ燃料噴射システムにおいて特に燃料噴射弁内で使用される。それというのも、そのようなアクチュエータユニットの切換時間が極めて短いからである。短い切換時間は、噴射される燃料量の、より正確な調量を許可し、かつ噴射の時間的な経過の、改善された形成を可能にする。「燃料噴射弁」という総称は、本発明との関連で、例えばコモンレール式噴射システムのためのインジェクタまたは従来型の燃料噴射装置の噴射ノズルのような、すべての形式の燃料噴射弁と理解される。ピエゾアクチュエータを備えた燃料噴射弁は、圧電式のアクチュエータに電圧が印加されることにより操作される。これにより、圧電式のアクチュエータは圧電セラミックスの公知の物理的な効果に基づいて迅速に伸長し、弁閉鎖部材を弁座から持ち上げる。圧電式のアクチュエータは、その際に加速される特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減じられると、アクチュエータは収縮しようとする。これにより、アクチュエータの、先に加速された質量の慣性質量に基づいて、起動制御速度に依存して、引張り力がアクチュエータ内に発生する。この引張り力は圧電式のアクチュエータの損傷、特に圧電式のアクチュエータの個々の層間のろう接部の亀裂に至らしめる。この種の損傷を回避するために、圧電式のアクチュエータを、ばねとして形成された円筒状の中空ボディにより軸方向で予圧する、すなわち圧電式のアクチュエータに予備荷重もしくはプリセット荷重を加えるようになっている。そのような装置は例えば国際公開第00/08353号パンフレット(シーメンス社)から公知である。この中空ボディは、平坦な金属薄板から曲げ加工されており、その際に生じる第1の継ぎ目で溶接される。第1の継ぎ目は中空ボディの長手方向軸線に対して平行に経過している。
中空ボディと圧電式のアクチュエータとを備えたアクチュエータユニットであって、中空ボディが弾性的に形成されていて、アクチュエータを予圧するようになっており、その際、中空ボディが切欠きを有しており、かつ長手方向軸線に対して平行に延びる継ぎ目を有しており、隣接する2つの切欠きの間に1つのウェブが存在しており、中空ボディが第1の端部と第2の端部とを有している形式のものにおいて、本発明によれば、継ぎ目に隣接する切欠きが、その他の切欠きよりも小さいようになっている。
R1=0.35mm〜0.43mm、特に0.39mm
R2=4.0mm〜8.9mm、特に5.0mmまたは7.9mm
L=3.5mm〜4.5mm、特に4.0mm
を有していると有利であることが判っている。
R1=0.41mm〜0.49mm、特に0.45mm
R2=5.5mm〜6.5mm、特に6.0mm
L=3.7mm〜4.7mm、特に4.2mm
を有している。
R1=0.43mm〜0.51mm、特に0.47mm
R2=4.0mm〜4.8mm、特に4.4mm
L=4.5mm〜5.5mm、特に5.0mm
が有利であることが判っている。
R1=0.4mm〜0.5mm、特に0.45mm
R2=5.5mm〜6.5mm、特に6.0mm
L=4.0mm〜4.5mm、特に4.255mm
を有している。
図1:本発明によるアクチュエータユニットの第1の実施例を示す図である。
図2:本発明によるアクチュエータユニットの第2の実施例を示す図である。
図3:中空ボディが曲げ加工されるブランクの一例を示す図である。
図4:中空ボディの第1の実施例の斜視図である。
図5:本発明による中空ボディが曲げ加工されるブランクの一実施例を示す図である。
図6:図5に示したブランクから曲げ加工された中空ボディの斜視図である。
図7:本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
図8:本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
図9:図8に示した本発明による中空ボディに伝達可能な力を示す図である。
図10:本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
図11:図10に示した本発明による中空ボディに伝達可能な力を示す図である。
図12:本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
図13:燃料噴射装置の概略図である。
図1には、本発明によるアクチュエータユニットの第1の実施例が示されている。アクチュエータユニットは圧電式のアクチュエータ1、すなわちピエゾアクチュエータから成っている。圧電式のアクチュエータ1は、重なり合わせに積層された複数の圧電式の個別エレメント(図示せず)から構成されていることができる。圧電式のアクチュエータ1はコンタクトピン2を介して起動制御される。コンタクトピン2はアクチュエータ1に沿って配置されており、アクチュエータ1に電気伝導性に接続されている。コンタクトピン2の間で電圧を印加することにより、圧電式のアクチュエータ1の伸張が生ぜしめられる。この伸張は例えば内燃機関に設けられた噴射弁を制御するために使用される。コンタクトピン2を備えた圧電式のアクチュエータ1は、管状ばねとして形成された中空ボディ4内に配置されている。圧電式のアクチュエータ1はその端面でそれぞれカバープレート5,6に当て付けられている。上側のカバープレート6は通し案内部61を有している。通し案内部61を通してコンタクトピン2は延在している。上側のカバープレート6および下側のカバープレート5はそれぞれ形状結合(formschluessig:形状による束縛)式かつ/または摩擦力結合(kraftschluessig:摩擦力による束縛)式に、有利には溶接により、中空ボディ4に結合されている。上側のカバープレート6と中空ボディ4との間の溶接シームおよび下側のカバープレート5と中空ボディ4との間の溶接シームは、図1には示されていない。択一的に、中空ボディと両カバープレート5,6との間の結合は、例えば縁曲げ(フランジ付け)により実施されてもよい。この場合は、中空ボディ4の、縁曲げされた上側の縁部領域および下側の縁部領域がそれぞれカバープレート5,6内に係入する(図示せず)。
Claims (28)
- 中空ボディ(4)と圧電式のアクチュエータ(1)とを備えたアクチュエータユニットであって、中空ボディ(4)が弾性的に形成されていて、アクチュエータ(1)を予圧するようになっており、その際、中空ボディ(4)が切欠きを有しており、かつ長手方向軸線(35)に対して平行に延びる継ぎ目(31)を有しており、隣接する2つの切欠き(7,7a,7b)の間に1つのウェブ(19)が存在しており、中空ボディ(4)が第1の端部(17)と第2の端部(15)とを有している形式のものにおいて、継ぎ目(31)に隣接する切欠き(7a,7b)が、その他の切欠き(7)よりも小さいことを特徴とする、圧電式に制御される燃料噴射弁のためのアクチュエータユニット。
- 中空ボディ(4)と圧電式のアクチュエータ(1)とを備えたアクチュエータユニットであって、中空ボディ(4)が弾性的に形成されていて、アクチュエータ(1)を予圧するようになっており、その際、中空ボディ(4)が切欠きを有しており、かつ長手方向軸線(35)に対して平行に延びる継ぎ目(31)を有しており、隣接する2つの切欠き(7,7a,7b)の間に1つのウェブ(19)が存在している形式のものにおいて、継ぎ目(31)に隣接する切欠き(7a,7b)と、該切欠きに隣接する切欠き(7)との間に設けられたウェブ(19.1)が、その他の切欠き(7)の間に設けられたウェブ(19.2)よりも幅広であることを特徴とする、圧電式に制御される燃料噴射弁のためのアクチュエータユニット。
- 継ぎ目(31)に隣接する切欠き(7a,7b)の間に設けられたウェブ(19.1)の幅の、その他のウェブ(19.2b)の幅に対する比が、1.3〜1.9、ただし有利には1.6の値を有している、請求項2記載のアクチュエータユニット。
- ウェブ(19.1,19.2)の幅が負荷に依存して寸法設定され、かつウェブ(19)の幅(a,a1,a2)が、3までの因数の分だけ互いに異なっている、請求項2記載のアクチュエータユニット。
- 切欠き(7)が複数の平面(Ei)内に配置されており、かつ該平面(Ei)が互いに平行に経過している、請求項1から4までのいずれか1項記載のアクチュエータユニット。
- 奇数個(例えばi=11、13、15または17)の、切欠き(7)が配置されている平面(Ei)が設けられている、請求項5記載のアクチュエータユニット。
- 複数の切欠き(7)が1つの平面(E2)内に相前後して配置されており、かつ該平面(E2)が中空ボディ(4)の長手方向軸線(35)と相俟って直角を形成する、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。
- 偶数個の切欠き(7)が1つの平面(E2)内に存在している、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。
- 切欠き(7)が骨状に形成されており、かつ中空ボディ(4)の長手方向軸線(35)に対して横断方向で経過している、請求項1から8までのいずれか1項記載のアクチュエータユニット。
- 切欠き(7)が1つの中央部分(37)と2つのヘッド部分(39)とから構成されており、ヘッド部分(39)が少なくとも1つの第1の半径(R1)を有しており、中央部分(37)が1つの第2の半径(R2)を有しており、切欠き(7,7a,7b)が長さ(L)を有しており、かつブランクの内部に配置された切欠き(7)の、継ぎ目(31)に隣接配置された切欠き(7a,7b)に対する比に関して:
R1(7a,7b)=0.867×R1(7)
R2(7a,7b)=1.317×R2(7)
L(7a,7b)=0.984×L(7)
半割されたウェブ(41)の、継ぎ目からの幅(b):
b>a/2;特にb=1.4×a/2
が成立する、請求項9記載のアクチュエータユニット。 - 継ぎ目(31)に隣接配置された切欠き(7a,7b)が以下の寸法:
R1(7a,7b)=0.35mm〜0.43mm、特に0.39mm
R2(7a,7b)=4.0mm〜8.9mm、特に5.0mmまたは7.9mm
L(7a,7b)=3.5mm〜4.5mm、特に4.0mm
を有している、請求項9または10記載のアクチュエータユニット。 - 継ぎ目(31)に隣接配置された切欠き(7a,7b)が以下の寸法:
R1(7a,7b)=0.41mm〜0.49mm、特に0.45mm
R2(7a,7b)=5.5mm〜6.5mm、特に6.0mm
L(7a,7b)=3.7mm〜4.7mm、特に4.2mm
を有している、請求項6または7記載のアクチュエータユニット。 - 切欠き(7)が以下の寸法:
R1(7)=0.43mm〜0.51mm、特に0.47mm
R2(7)=4.0mm〜4.8mm、特に4.4mm
L(7)=4.5mm〜5.5mm、特に5.0mm
を有している、請求項9から12までのいずれか1項記載のアクチュエータユニット。 - 切欠き(7)が以下の寸法:
R1(7)=0.4mm〜0.5mm、特に0.45mm
R2(7)=5.5mm〜6.5mm、特に6.0mm
L(7)=4.0mm〜4.5mm、特に4.255mm
を有している、請求項9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。 - 継ぎ目(31)に隣接配置された切欠き(7a,7b)のヘッド部分(39)の第1の半径が互いに異なっている、請求項1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。
- 隣接する2つの平面(E1)の切欠き(7)が互いにずらされて(23)配置されている、請求項1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。
- 隣接する2つの平面の切欠き(7)のずれ(23)が、平面(E1)の切欠き(7)のラポール(21)の半分に等しい、請求項16記載のアクチュエータユニット。
- 中空ボディ(4)が、円形の横断面を有している、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。
- 中空ボディ(4)の横断面が、正多角形の形状を有している、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。
- 中空ボディ(4)がその第1の端部(17)において半径方向で固定される、請求項1から19までのいずれか1項記載のアクチュエータユニット。
- 中空ボディ(4)がその第1の端部(17)において半径方向で、上側のカバープレート(6)または調節ディスク(93)に、特にリング溝(39)または段部により固定される、請求項20記載のアクチュエータユニット。
- 中空ボディ(4)がその第1の端部(17)でもって溶接部(41)により上側のカバープレート(6)に固定されている、請求項20記載のアクチュエータユニット。
- 中空ボディ(4)がその第2の端部(15)において半径方向で固定される、請求項1から22までのいずれか1項記載のアクチュエータユニット。
- 中空ボディ(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)またはカプラケーシング(86)に結合されている、請求項1から23までのいずれか1項記載のアクチュエータユニット。
- 中空ボディ(4)がその第2の端部(15)でもって溶接部(41)により下側のカバープレート(5)またはカプラケーシング(86)に固定されている、請求項24記載のアクチュエータユニット。
- 中空ボディ(4)がその第1の端部(17)および/またはその第2の端部(15)において、切欠き(7,7a,7b)により穿孔されていない領域を有している、請求項1から25までのいずれか1項記載のアクチュエータユニット。
- 圧電式のアクチュエータ(1)が中空ボディ(4)の内部に配置されており、かつ圧電式のアクチュエータ(1)が、予圧された中空ボディ(4)により圧縮負荷される、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。
- 圧電式のアクチュエータ(1)が中空ボディ(4)の外部に配置されており、かつ圧電式のアクチュエータ(1)が、予圧された中空ボディ(4)により圧縮負荷される、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。
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