WO2008116716A1 - Aktoreinrichtung mit einem piezoelektrischen aktor für ein einspritzventil - Google Patents

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WO2008116716A1
WO2008116716A1 PCT/EP2008/052313 EP2008052313W WO2008116716A1 WO 2008116716 A1 WO2008116716 A1 WO 2008116716A1 EP 2008052313 W EP2008052313 W EP 2008052313W WO 2008116716 A1 WO2008116716 A1 WO 2008116716A1
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WO
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actuator
piezoelectric
housing
actuator device
piezoelectric actuator
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PCT/EP2008/052313
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hellmut Freudenberg
Christoph Hamann
Dejan Jovovic
Richard Pirkl
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • 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
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    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Definitions

  • the invention relates to an actuator device for an injection valve, wherein the actuator device has a piezoelectric actuator, which consists of at least one piezoelectric element and is arranged in an actuator housing.
  • Injection valves with such an actuator device are used, for example, for fuel injection systems of internal combustion engines, for example in common-rail injection systems.
  • Actuators are known from the prior art, in which a piezoelectric actuator is arranged in a steel housing.
  • the piezoceramic of the piezoelectric actuator has a very small temperature coefficient of almost zero. This results in a different thermal expansion in the piezoceramic and the steel housing.
  • the position of the piezoelectric actuator can in this case move with respect to an actuator and thus changed or impaired a corresponding operative connection between the piezoelectric actuator and the actuator.
  • a metering valve with a piezoelectric actuator for a fuel injection system is known.
  • An encapsulated liquid vapor deposition system is provided.
  • the piezoelectric actuator is pretensioned against the actuator housing via a damping piston, a fluid cushion and a damping chamber.
  • the volume of the compensation chamber is changed when a long change of the actuator occurs due to temperature fluctuations.
  • the Langena may be compensated for a fixed travel.
  • such a hydraulic compensator has the disadvantage that the construction of the metering valve is also very complicated. This leads to additional production costs.
  • the hydraulic compensator has disadvantages in terms of precision.
  • an actuator device having the features of patent claim 1, as well as by an injection system for an internal combustion engine with the features of claim 9, which has an actuator device for actuating an injection valve.
  • an actuator device is proposed with an actuator housing, wherein in the Aktorgehause a piezoelectric actuator is arranged with at least one Piezoele- element for actuating an actuator, wherein the Aktorgehause consists of hard metal, and wherein the piezoelectric actuator has a head element and / or a bottom element , wherein the head element and / or the Bodenele- element are designed so as to compensate for the difference between the Langena concerning the Aktorgehauses and the piezoelectric element.
  • the design of the tungsten metal housing means that, on the one hand, it is less expensive, for example compared to Invar, and, moreover, it is considerably harder and more stable in comparison.
  • the housing made of hard metal and the head element or the bottom element, the length change of the piezo element can be easily compensated for temperature changes, without a considerable design effort.
  • the length of the head element or the bottom element is selected such that it can compensate for a longitudinal expansion of the piezoelectric element relative to the Aktorgehause due to temperature changes substantially.
  • the head and / or bottom element is preferably made of steel. This has the advantage that, in combination with the hard metal housing, it is very easy to compensate for temperature differences and thus long extensions of the piezoelectric element.
  • Head element and / or the bottom element at least one section for further attachment.
  • This has the advantage that the head element and the floor element can additionally be used as stable further connection possibilities, in contrast to compensation plates, which can be inserted to compensate for long changes.
  • the head or bottom element is made of a material such as steel, a stable Jerusalemijnlogsmogzier.
  • the head element can for example be firmly connected to the actuator housing or the bottom element with an element to actuate an injection valve.
  • the Aktorge- home made of hard metal, preferably in the form of a tube is formed. This has the advantage that let such a housing is particularly simple and inexpensive to manufacture.
  • the bottom element is designed such that it can form an operative connection with an actuator in order to actuate, for example, an injection valve of an injection system.
  • the actuator device is used in injection valves of injection systems, for example in common rail systems in motor vehicles.
  • the piezoelectric actuator can actuate an injection valve via an actuator.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the actuator device according to the invention
  • the actuator device 10 consists of an actuator housing 12, in which at least one piezoelectric element 14 is arranged as a piezoelectric actuator 16.
  • the piezoelectric element 14 is, for example, on its upper side with a head element 18, here one
  • the head plate and connected at its bottom with a bottom element 20, here a bottom plate.
  • the head element 18 and the bottom element 20 serve on the one hand as further fastening devices, for example in an injection system, and on the other hand as compensation elements in order to compensate for the thermal expansion and the associated longitudinal change of the piezoelectric actuator 14.
  • the same also applies to the Aktorgehause 12, in which the piezoelectric actuator 16 is arranged.
  • the Aktorgehause 12 has a temperature coefficient, for example, between the temperature coefficient of the piezoelectric actuator 16 and that of the head member 18 and the bottom member 20 is located.
  • the piezoceramic of the piezoelectric actuator 16 has, as described above, a very small temperature coefficient, for example, of approximately 0 ppm / K. At appropriate temperatures, the piezoceramic therefore expands slightly, i. it extends in this case. This leads to an error in the absolute position of the piezoceramic. This means that the piezoelectric actuator 16 can deviate from its normal position if the housing 12, in which the piezoelectric actuator 16 is arranged, does not expand correspondingly in order to compensate for the thermal expansion or elongation of the actuator 16.
  • the position of the piezoelectric actuator 16 deviate from an absolute position.
  • the piezoelectric actuator 16 expands longitudinally more than the actuator housing 12, a deviation of the position of the piezoelectric actuator 16 relative to the Aktorgehause 12 occurs, for example, the actuator 16 protrudes from the housing 12, although he normally with the housing 12 flush ends.
  • the absolute position or desired position of the actuator 16 may also be defined inside or outside the housing 12.
  • the actuator 16 deviates from its absolute dimension and forms a projection with respect to the absolute dimension.
  • the actuator housing 12 expands in
  • the actuator 16 In the longitudinal direction stronger than the piezoelectric actuator 16, the actuator 16 has a shelter against the absorber lutexcellent, ie, the actuator 16 is shortened compared to the absolute measure.
  • the actuator housing 12 is preferably made entirely of hard metal, which has a slightly higher temperature coefficient than the piezoceramic.
  • the temperature coefficient for carbide is for example about 5 ppm / K.
  • the Aktorgehause 12 expands at certain temperatures therefore stronger than the piezoceramic of the piezoelectric actuator 16.
  • the head member 18 and the bottom member 20 is preferably made of steel having a temperature coefficient of, for example, about 12 ppm / K.
  • the head element 18 and the bottom element 20 can thereby not only be used, for example, for further attachment, but can additionally be used as compensation elements. This is done by the head element 18 and the bottom element 20 correspondingly expand more at certain temperatures due to their higher temperature coefficient than the piezoelectric actuator 16 and in particular as the Aktorgehause 12th
  • the piezoceramic of the piezoelectric actuator 16 expands less strongly than the actuator housing 12, this difference can be compensated for by the greater extent of the head element 18 and the bottom element 20, and in this way the piezoelectric actuator 16 can be positioned very precisely at different temperatures. so he keeps his absolute measure.
  • carbide has the great advantage over materials like Invar, that it is a relative is cheap material and he is also hard and stable against the soft Invar.
  • the head and bottom element 18, 20 made of the material steel have the advantage that they provide, for example, a particularly stiff washerrivsmogrete.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the actuator device 10 according to the invention.
  • a piezoelectric actuator 16 is arranged in an actuator housing 12 made of hard metal.
  • the Aktorgehause 12 is preferably formed in the form of a tube 22. This has the advantage that an actuator housing 12 thus formed can be produced particularly easily and inexpensively.
  • the piezoelectric actuator 16 is formed with a head element 18, which may for example be designed above in such a way that it can be correspondingly further fastened in an injection system.
  • the head element 18 can for example be accommodated movably in the actuator housing 12 or fixedly connected thereto.
  • the actuator device 10 according to the invention can be connected to an actuator (not shown), for example, via its bottom element 20, or brought into connection when the piezoelectric actuator 16 is charged or expands. Via the actuator, the piezoelectric actuator 16 can actuate an injection needle of an injection valve (not shown), so that, for example, fuel can be injected via the injection valve.
  • an actuator not shown
  • the piezoelectric actuator 16 can actuate an injection needle of an injection valve (not shown), so that, for example, fuel can be injected via the injection valve.
  • a variety of embodiments of such injectors are known from the prior art, which can be actuated via an actuator and an actuator connected thereto. It is also possible here for the injection needle to be used directly as an actuator. operated member and is actuated via the piezoelectric actuator 16.
  • a further possibility is to use the actuator device 10 according to the invention, for example in the case of gasoline injectors in conjunction with a closed control function of the injector, instead of a hydraulic compensator for correcting residual errors in temperature
  • the embodiment of the inventive actuator device 10 described above with reference to FIG. 2 is merely exemplary and the invention is not limited to this embodiment.
  • any number of piezo elements can be used, depending on the function and intended purpose.
  • the bottom element 20 or the head element 18 is made of steel, while the other element can also be made of a different material.
  • the Aktorgehause 12 is preferably made of hard metal having a higher temperature coefficient than the piezoceramic of the piezoelectric actuator 16 and wherein the different thermal expansion or elongation of the actuator 16 and the Aktorgehauses 12 is compensated by the fact that the head - And the bottom element 18, 20 is used as a compensation element.
  • the Aktorgehause 12 made of hard metal and the head member 18 and the bottom member 20 are chosen in their length and their temperature coefficient so that they can compensate for different long expansions or set so that the piezoelectric actuator 16 assumes a predetermined position at different temperatures or does not significantly exceed or fall below, so that the function of an associated injection valve is not affected.
  • the piezoceramic described in the embodiments has a very small temperature coefficient, for example of almost 0 ppm / K. Such a piezoceramic expands slightly when heated. In principle, as
  • Piezoelectric elements but also piezoceramics are used, which have a negative coefficient of thermal expansion and therefore do not expand when heated but contract.
  • the lengths of Aktorgehauses and the head and the floor element are adjusted accordingly to compensate for the long change of the piezoceramic suitable.

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Abstract

Die erfindungsgemaße Aktoreinrichtung weist auf : Ein Aktorgehause, wobei in dem Aktorgehause (12) ein piezoelektrischer Aktor (16) mit wenigstens einem Piezoelement (14) angeordnet ist zur Betätigung eines Stellglieds, wobei das Aktorgehause aus Hartmetall besteht, und wobei der piezoelektrische Aktor ein Kopfelement (18) und/oder ein Bodenelement (20) aufweist, wobei das Kopfelement und/oder das Bodenelement derart ausgebildet sind, den Unterschied zwischen der Langenanderung des Aktorgehauses und des Piezoelements auszugleichen.

Description

Beschreibung
Aktoreinrichtung mit einem piezoelektrischen Aktor für ein Einspritzventil
Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung für ein Einspritzventil, wobei die Aktoreinrichtung einen piezoelektrischen Aktor aufweist, der aus wenigstens einem Piezoelement besteht und in einem Aktorgehause angeordnet ist. Einspritz- ventile mit einer solchen Aktoreinrichtung werden beispielsweise für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen eingesetzt, beispielsweise in Common-Rail-Einspritzsystemen .
Aus dem Stand der Technik sind Aktoreinrichtungen bekannt, bei denen ein piezoelektrischer Aktor in einem Stahlgehause angeordnet ist. Die Piezokeramik des piezoelektrischen Aktors weist dabei im Gegensatz zu dem Stahlgehause einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten von nahezu null auf. Dadurch kommt es zu einer unterschiedlichen Warmeausdehnung bei der Piezokeramik und dem Stahlgehause. Die Position des piezoelektrischen Aktors kann sich hierbei in Bezug auf ein Stellglied verschieben und damit eine entsprechende Wirkverbindung zwischen dem piezoelektrischen Aktor und dem Stellglied verändert bzw. beeinträchtigt werden.
Aus der DE 35 33 085 ist des Weiteren ein Zumessventil mit einem piezoelektrischen Stellglied für ein Kraftstoff- Einspritzsystem bekannt. Dabei wird ein gekapseltes Flussig- keitsdampfungssystem bereitgestellt. Das piezoelektrische Stellglied wird hierzu über einen Dampfungskolben, ein Flus- sigkeitspolster und einen Dampfungsraum gegen das Aktorgehause vorgespannt. Dabei wird das Volumen des Ausgleichsraums verändert, wenn eine Langenanderung des Aktors aufgrund von Temperaturschwankungen auftritt. Dadurch kann die Langenanderung bezuglich eines festgelegten Stellwegs ausgeglichen werden. Ein solcher hydraulischer Kompensator hat jedoch den Nachteil, dass der Aufbau des Zumessventils ebenfalls sehr kompliziert ist. Dies fuhrt zu zusatzlichen Herstellungskosten. Des Weiteren weist der hydraulische Kompensator Nachteile in Bezug auf die Präzision auf.
Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aktoreinrichtung bereitzustellen, bei der die Temperatureffekte des piezoelektrischen Aktors geeignet kompensiert wer- den können und die kostengünstig in der Herstellung ist.
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe durch eine Aktoreinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelost, sowie durch ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, das zum Betatigen eines Einspritzventils eine Aktoreinrichtung aufweist.
Demgemäß wird erfindungsgemaß eine Aktoreinrichtung vorgeschlagen mit einem Aktorgehause, wobei in dem Aktorgehause ein piezoelektrischer Aktor mit wenigstens einem Piezoele- ment angeordnet ist zur Betätigung eines Stellglieds, wobei das Aktorgehause aus Hartmetall besteht, und wobei der piezoelektrische Aktor ein Kopfelement und/oder ein Bodenelement aufweist, wobei das Kopfelement und/oder das Bodenele- ment derart ausgebildet sind, den Unterschied zwischen der Langenanderung des Aktorgehauses und des Piezoelements auszugleichen .
Vorteilhafterweise ergibt sich durch die Ausbildung des Ak- torgehauses aus Hartmetall, dass dieses einerseits preiswerter beispielsweise gegenüber Invar und außerdem im Vergleich dazu wesentlich harter und stabiler ist. Außerdem kann durch die Kombination des Gehäuses aus Hartmetall und dem Kopfelement bzw. dem Bodenelement die Langenanderung des Piezoele- ments bei Temperaturanderungen leicht kompensiert werden, ohne einen erheblichen konstruktiven Aufwand. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Lange des Kopfelements bzw. des Bodenelements derart gewählt, dass es eine Langsdehnung des Piezoelements gegenüber dem Aktorgehause aufgrund von Temperaturanderungen im Wesentlichen kompensieren kann. Das Kopf- und/oder Bodenele- ment ist dabei vorzugsweise aus Stahl gefertigt. Dies hat den Vorteil, dass in Kombination mit dem Hartmetallgehause sehr einfach Temperaturunterschiede und damit Langendehnun- gen des Piezoelements ausgeglichen werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das
Kopfelement und/oder das Bodenelement wenigstens einen Abschnitt zur Weiterbefestigung auf. Dies hat den Vorteil, dass das Kopfelement und das Bodenelement zusatzlich als stabile Weiterverbindungsmoglichkeiten genutzt werden kon- nen, im Gegensatz zu Kompensationsplattchen, die zum Ausgleichen von Langenanderungen eingelegt werden können. Insbesondere wenn das Kopf- bzw. Bodenelement aus einem Werkstoff wie Stahl hergestellt ist, ergibt sich eine stabile Weiterverbindungsmoglichkeit . Dabei kann das Kopfelement beispielsweise mit dem Aktorgehause fest verbunden werden oder das Bodenelement mit einem Element, um ein Einspritzventil zu betätigen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Aktorge- hause aus Hartmetall, vorzugsweise in Form eines Rohrs, ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass sich ein solches Gehäuse besonders einfach und kostengünstig herstellen lasst.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist das Boden- element derart ausgebildet, dass es eine Wirkverbindung mit einem Stellglied bilden kann, um beispielsweise ein Einspritzventil eines Einspritzsystems zu betätigen. Dies hat den Vorteil, dass das Bodenelement nicht nur zum Kompensieren von Unterschieden in der Langenanderung verwendet werden kann, sondern gleichzeitig auch so ausgebildet ist, dass darüber ein Stellglied betätigt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Aktoreinrichtung bei Einspritzventilen von Einspritzsystemen, beispielsweise in Common-Rail Systemen bei Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Dabei kann der piezoelektrische Aktor ein Ein- spritzventil über ein Stellglied betätigen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematische Ansicht der erfindungsgema- ßen Aktoreinrichtung;
Fig. 2 ein Beispiel für eine Ausfuhrungsform der er- findungsgemaßen Aktoreinrichtung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht die Aktoreinrichtung 10 gemäß der Erfindung aus einem Aktorgehause 12, in dem wenigstens ein Piezoelement 14 als piezoelektrischer Aktor 16 angeordnet ist. Das Piezoelement 14 ist dabei beispielsweise an seiner Oberseite mit einem Kopfelement 18, hier einer
Kopfplatte, und an seiner Unterseite mit einem Bodenelement 20, hier einer Bodenplatte verbunden. Das Kopfelement 18 und das Bodenelemente 20 dienen dabei einerseits als Weiterbe- festigungseinrichtungen, beispielsweise in einem Einspritz- System, und andererseits als Kompensationselemente, um die Wärmedehnung und die damit verbundene Langenanderung des piezoelektrischen Aktors 14 auszugleichen. Entsprechendes gilt auch für das Aktorgehause 12, in dem der piezoelektrische Aktor 16 angeordnet ist. Das Aktorgehause 12 weist einen Temperaturkoeffizienten auf, der beispielsweise zwischen dem Temperaturkoeffizienten des piezoelektrischen Aktors 16 und dem des Kopfelements 18 und des Bodenelements 20 liegt.
Die Piezokeramik des piezoelektrischen Aktors 16 hat, wie zuvor beschrieben, einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten, beispielsweise von annähernd 0 ppm/K. Bei entsprechen- den Temperaturen dehnt sich die Piezokeramik daher geringfügig aus, d.h. sie verlängert sich in diesem Fall. Dies fuhrt zu einem Fehler in der Absolutlage der Piezokeramik. Das bedeutet, dass der piezoelektrische Aktor 16 von seiner Normalposition abweichen kann, wenn sich das Gehäuse 12, in dem der piezoelektrische Aktor 16 angeordnet ist, nicht entsprechend mit ausdehnt, um die Wärmedehnung bzw. die Langenaus- dehnung des Aktors 16 zu kompensieren.
Wie in Fig. 1 angedeutet ist, kann durch eine unterschiedli- che Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors 16 und seines
Kopfelements 18 und Bodenelements 20, sowie des Aktorgehauses 12 die Position des piezoelektrischen Aktors 16 von einer Absolutlage abweichen. Dehnt sich beispielsweise der piezoelektrische Aktor 16 in Längsrichtung starker aus als das Aktorgehause 12, so tritt eine Abweichung der Position des piezoelektrischen Aktors 16 relativ zu dem Aktorgehause 12 auf, indem der Aktor 16 beispielsweise aus dem Gehäuse 12 vorsteht, obwohl er normalerweise mit dem Gehäuse 12 bundig abschließt. Dies ist jedoch nur beispielhaft, alternativ kann die Absolutlage oder Sollposition des Aktors 16 auch innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 12 festgelegt sein.
Der Aktor 16 weicht in dem zuvor beschriebenen Fall also von seinem Absolutmaß ab und bildet einen Überstand gegenüber dem Absolutmaß. Dehnt sich dagegen das Aktorgehause 12 in
Längsrichtung starker aus als der piezoelektrische Aktor 16, so weist der Aktor 16 einen Unterstand gegenüber dem Abso- lutmaß auf, d.h., der Aktor 16 ist gegenüber dem Absolutmaß verkürzt .
Um solche Wärmedehnungen bzw. die damit verbundenen Langen- anderungen zu kompensieren, wird daher gemäß der Erfindung das Aktorgehause 12 vorzugsweise vollständig aus Hartmetall hergestellt, das einen etwas höheren Temperaturkoeffizienten aufweist als die Piezokeramik. Der Temperaturkoeffizient bei Hartmetall liegt dabei beispielsweise bei ungefähr 5 ppm/K.
Das Aktorgehause 12 dehnt sich bei bestimmten Temperaturen daher starker aus als die Piezokeramik des piezoelektrischen Aktors 16. Um nun die Differenz zwischen dem Aktorgehause 12 und dem piezoelektrischen Aktor 16 bzw. dessen Piezokeramik auszugleichen, wird das Kopfelement 18 und das Bodenelement 20 vorzugsweise aus Stahl hergestellt, das einen Temperaturkoeffizienten von beispielsweise ungefähr 12 ppm/K aufweist. Das Kopfelement 18 und das Bodenelement 20 können dadurch nicht nur beispielsweise zur Weiterbefestigung genutzt wer- den, sondern zusatzlich als Kompensationselemente eingesetzt werden. Dies geschieht indem das Kopfelement 18 und das Bodenelement 20 sich aufgrund ihres höheren Temperaturkoeffizienten entsprechend bei bestimmten Temperaturen starker ausdehnen als der piezoelektrische Aktor 16 und insbesondere als das Aktorgehause 12.
Dadurch, dass sich die Piezokeramik des piezoelektrischen Aktors 16 weniger stark ausdehnt wie das Aktorgehause 12, kann durch die stärkere Ausdehnung des Kopfelements 18 und des Bodenelements 20 dieser Unterschied ausgeglichen werden und auf diese Weise der piezoelektrische Aktor 16 sehr exakt bei unterschiedlichen Temperaturen positioniert werden, so dass er sein Absolutmaß halt.
Die Verwendung von Hartmetall hat den großen Vorteil gegenüber Werkstoffen wie Invar, dass es ein verhältnismäßig preiswerter Werkstoff ist und er außerdem hart und stabil ist gegenüber dem weichen Invar.
Des Weiteren haben das Kopf- und Bodenelement 18, 20 aus dem Werkstoff Stahl den Vorteil, dass sie beispielsweise eine besonders steife Weiterverbindungsmoglichkeit schaffen.
In Fig. 2 ist eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Aktoreinrichtung 10 dargestellt. Darin ist ein piezoelektri- scher Aktor 16 in einem Aktorgehause 12 aus Hartmetall angeordnet. Das Aktorgehause 12 ist dabei vorzugsweise in Form eines Rohrs 22 ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein so geformtes Aktorgehause 12 besonders leicht und kostengünstig hergestellt werden kann.
Des Weiteren ist der piezoelektrische Aktor 16 mit einem Kopfelement 18 ausgebildet, das oben beispielsweise derart gestaltet sein kann, dass es entsprechend weiterbefestigt werden kann in einem Einspritzsystem. Das Kopfelement 18 kann dabei je nach Funktion und Einsatzzweck beispielsweise beweglich in dem Aktorgehause 12 aufgenommen oder mit diesem fest verbunden sein.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Einspritz- ventilen und Einspritzsystemen bekannt. Die erfindungsgemaße Aktoreinrichtung 10 kann dabei beispielsweise über ihr Bodenelement 20 mit einem Stellglied (nicht dargestellt) verbunden sein oder in Verbindung gebracht werden, wenn der piezoelektrische Aktor 16 geladen ist bzw. sich ausdehnt. Über das Stellglied kann der piezoelektrische Aktor 16 eine Einspritznadel eines Einspritzventils (nicht dargestellt) betätigen, so dass beispielsweise Kraftstoff über das Einspritzventil eingespritzt werden kann. Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Ausfuhrungsformen solcher Einspritzventile bekannt, die über ein Stellglied und einen damit verbundenen Aktor betätigt werden können. Hierbei ist es auch möglich, dass die Einspritznadel direkt als Stell- glied fungiert und über den piezoelektrischen Aktor 16 betätigt wird. Eine weitere Möglichkeit ist die erfindungsgemaße Aktoreinrichtung 10 beispielsweise bei Gasoline Injektoren in Verbindung mit einer geschlossenen Regelfunktion des In- jektors einzusetzen, statt eines hydraulischen Kompensators , zur Korrektur von Restfehlern im Temperaturausgleich.
Die zuvor mit Bezug auf die Fig. 2 beschriebene Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Aktoreinrichtung 10 ist lediglich beispielhaft und die Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschrankt .
So können statt einem Piezoelement 14 bei dem piezoelektrischen Aktor 16 beliebig viele Piezoelemente verwendet wer- den, je nach Funktion und Einsatzweck.
Des Weiteren ist beispielsweise denkbar, dass nur das Bodenelement 20 oder das Kopfelement 18 aus Stahl gefertigt ist, wahrend das andere Element auch aus einem anderen Material gefertigt sein kann.
Entscheidend ist gemäß der Erfindung, dass das Aktorgehause 12 vorzugsweise aus Hartmetall hergestellt ist, das einen höheren Temperaturkoeffizienten als die Piezokeramik des piezoelektrischen Aktors 16 aufweist und wobei die unterschiedliche Wärmedehnung bzw. Langenausdehnung des Aktors 16 und des Aktorgehauses 12 dadurch ausgeglichen wird, dass das Kopf- bzw. das Bodenelement 18, 20 als Kompensationselement genutzt wird. Das Aktorgehause 12 aus Hartmetall und das Kopfelement 18 bzw. das Bodenelement 20 sind dabei in ihrer Lange und ihrem Temperaturkoeffizienten so gewählt, dass sie unterschiedliche Langenausdehnungen ausgleichen bzw. so einstellen können, dass der piezoelektrische Aktor 16 bei unterschiedlichen Temperaturen eine vorbestimmten Position einnimmt bzw. nicht wesentlich überschreitet oder unterschreitet, so dass die Funktion eines damit verbundenen Einspritzventils nicht beeinträchtigt wird. Die in den Ausfuhrungsformen beschriebene Piezokeramik weist einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten auf, beispielsweise von nahezu 0 ppm/K. Eine solche Piezokeramik dehnt sich bei Warme geringfügig aus. Grundsatzlich können als
Piezoelemente aber auch Piezokeramiken verwendet werden, die einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und sich bei Erwärmung daher nicht ausdehnen sondern zusammenziehen. In einem solchen Fall werden die Langen des Aktorgehauses und des Kopf- und des Bodenelements entsprechend angepasst, um die Langenanderung der Piezokeramik geeignet auszugleichen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der be- vorzugten Ausfuhrungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschrankt, sondern auf vielfaltige Art und Weise modifizierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Aktoreinrichtung (10) mit einem Aktorgehause (12), wobei in dem Aktorgehause (12) ein piezoelektrischer Aktor (16) mit wenigstens einem Piezoelement (14) angeordnet ist zur Betätigung eines Stellglieds, a) wobei das Aktorgehause (12) aus Hartmetall besteht, und b) wobei der piezoelektrische Aktor (16) ein Kopfelement
(18) und/oder ein Bodenelement (20) aufweist, c) wobei das Kopfelement (18) und/oder das Bodenelement
(20) derart ausgebildet sind, den Unterschied zwischen der Langenanderung des Aktorgehauses (12) und des Pie- zoelements (14) auszugleichen.
2. Aktoreinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lange des Kopfelements (18) bzw. des Bodenelements (20) derart gewählt ist, dass es eine Langenanderung des Piezoelements (14) gegenüber dem Aktorgehause (20) aufgrund von Temperaturanderungen im Wesentlichen kompensieren kann.
3. Aktoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kopfelement (18) und/oder das Bodenelement (20) ei- nen Temperaturkoeffizienten von ungefähr 12 ppm/K aufweist.
4. Aktoreinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kopfelement (18) und/oder das Bodenelement (20) aus Stahl ist.
5. Aktoreinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kopfelement (18) und/oder das Bodenelement (20) wenigstens einen Abschnitt zur Weiterbefestigung aufweist.
6. Aktoreinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Aktorgehause (12) einen Temperaturkoeffizienten von ungefähr 5 ppm/K aufweist.
7. Aktoreinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Aktorgehause (12) vorzugsweise rohrformig ausgebildet ist.
8. Aktoreinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bodenelement (20) geeignet ausgebildet ist, eine Wirkverbindung mit dem Stellglied zu bilden, um dieses zu betätigen .
9. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, das zum Betatigen eines Einspritzventils eine Aktoreinrichtung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
10. Einspritzsystem nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der piezoelektrische Aktor (16) der Aktoreinrichtung (10) eine Einspritznadel des Einspritzventils betätigt, wobei der piezoelektrische Aktor (16) mit einem Stellglied ei- ne Wirkverbindung bildet und wobei das Stellglied die Einspritznadel selbst oder ein zusatzliches Stellglied ist.
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