WO2009059864A1 - Piezoelektrisches aktormodul - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a piezoelectric actuator module for a fuel injection valve and a fuel injection valve with such a piezoelectric actuator module. Specifically, the invention relates to the field of injectors for fuel injection systems of air compressing, self-igniting internal combustion engines.
- Fuel injection valve is designed as an injector with direct needle control. Since the piezoelectric actuator is arranged in a space of the fuel injection valve, which is flowed through with high-pressure fuel during operation, a suitable sealing of the actuator with respect to media, in particular moisture (diesel, water, RME and other electrically conductive substances) containing diesel fuel, required.
- the piezoelectric actuator module according to the invention with the features of claim 1 and the fuel injection valve according to the invention with the features of claim 12 have the advantage that a reliable protection of an actuator body is ensured. Specifically, the reliability of the piezoelectric actuator module according to the invention and the fuel injection valve according to the invention can be improved.
- the measures listed in the dependent claims advantageous refinements of the specified in claim 1 piezoelectric actuator module and the fuel injection valve specified in claim 12 are possible.
- a corrugated bellows of a metal or a metal alloy, in particular a steel is provided, which is connected to the transition piece and surrounding the actuator body, and that the space between the actuator body and the corrugated bellows and the expansion chamber in the transition piece with a non-rigid filler are filled.
- the filler may be formed from an elastomer or a liquid.
- the compensation chamber is designed as a variable compensation chamber.
- the Transition piece has a cavity in which a
- Balancing bellows is arranged, wherein the balancing bellows forms the variable compensation chamber.
- a variable compensation space can also be configured in other ways.
- a spring element which compresses the compensation chamber. This allows a certain bias to be exerted on the filler, so that a defined pressure load on the filling of the gap between the actuator body and the corrugated bellows is ensured and a preferred direction of movement of the association is present.
- the transition piece has an opening, wherein the opening allows compression of the expansion chamber by means of an ambient pressure.
- the filler can be acted upon from the side of the compensation chamber at least substantially with the ambient pressure, whereby a substantially complete filling of the intermediate space between the actuator body and the corrugated bellows is ensured.
- the compensation space can be formed both by an inner space of the balancing bellows and by the part of the cavity of the transition piece surrounding the balancing bellows. In the latter case, the filler provided in the compensation space is provided outside the balance bellows.
- the balance bellows may be suitably connected to the cavity to divide it, for example by a weld.
- Fig. 2 denoted in Fig. 1 with II section of a
- Fig. 3 shows the detail shown in Fig. 2 a
- Fuel injection valve with a piezoelectric actuator module according to a fourth embodiment of the invention.
- Fig. 1 shows a fuel injection valve 1 with a piezoelectric actuator module 2 in a schematic
- the fuel injection valve 1 can serve, in particular, as an injector for fuel injection systems of mixture-compression, self-igniting internal combustion engines.
- a preferred use of the fuel injection valve 1 is for a fuel injection system with a
- Fuel rail a so-called common rail, the diesel fuel under high pressure to several fuel injection valves 1 leads.
- the piezoelectric actuator module 2 according to the invention is particularly suitable for such a fuel injection valve 1.
- the fuel injection valve 1 according to the invention and the actuator module 2 according to the invention are also suitable for other applications.
- the fuel injection valve 1 has a valve housing 3 and a fuel inlet 4 connected to the valve housing 3.
- a fuel line can be connected to the fuel inlet stub 4 in order to introduce fuel into an actuator chamber 5 provided in the interior of the valve housing 3.
- the actuator chamber 5 is separated by a throttle plate 6 from a likewise provided in the interior of the valve housing 3 Brennstoffhoffm 7.
- In the throttle plate 6 through openings 8, 9 are provided to guide the guided via the fuel inlet 4 in the actuator chamber 5 fuel into the fuel chamber 7.
- valve seat surface 11 is formed, which with a
- Valve-closing body 12 cooperates to a sealing seat.
- the valve closing body 12 is formed integrally with a valve needle 13.
- the valve needle 13 is directly or indirectly in operative connection with a piston 15, which is guided in a sleeve 16.
- the sleeve 16 abuts on the throttle plate 6, so that between the piston 15 and the throttle plate 6, a piston chamber 17 is formed.
- the actuator module 2 has a piezoelectric actuator body 20 and a transition piece 21 consisting of several parts.
- Transition piece 21 is formed in this embodiment as an actuator head. However, the embodiment may also relate to an actuator foot or another transition element.
- a guided in a sleeve 22 piston 23 is formed on the transition piece 21, which defines a further piston chamber 24 with respect to the throttle plate 6 and the sleeve 22.
- the piston chamber 24 is connected via a formed in the throttle plate 6 throttle 25 with the piston chamber 17.
- the actuator body 20 is connected to electrical lines 26, 27 which are guided by an actuator base 28 to the actuator body 20, wherein a control device or the like via the electrical Lines 26, 27 can control the actuator body 20.
- a control device or the like via the electrical Lines 26, 27 can control the actuator body 20.
- Piston chamber 17 communicates, this leads to a corresponding influence on the pressure of the fuel in the piston chamber 17, so that as a result an actuation of the valve needle 13 takes place. This allows the injection of fuel through a nozzle opening 29 in the region of the valve closing body 12.
- a coupler with hydraulic transmission may be provided in order to realize one-stage or multi-stage translations.
- the invention is also suitable for fuel injection valves 1, in which a direct control of the valve needle 13 via the transition piece 21 takes place.
- the actuator body 20 of the piezoelectric actuator module 2 has a plurality of ceramic layers and a plurality of electrode layers arranged between the ceramic layers.
- the electrode layers are alternating with the electrical
- the actuator body 20 can be loaded or unloaded to achieve an adjustment of the piston 23 with respect to the sleeve 22.
- the actuator body 20 of the actuator module 2 is therefore opposite the provided in the actuator chamber 5 medium, in particular fuel, sealed.
- the seal consists in the illustrated embodiment of a filler 30 and a metallic corrugated bellows 31.
- the corrugated bellows 31 is connected on the one hand to the actuator base 28 by a circumferential weld 32 and on the other hand with the transition piece 21 by a circumferential weld 33.
- a certain wall thickness of the bellows 31 is required. Due to the configuration of the corrugated bellows 31 with a plurality of waves, a relatively high elasticity in an axial direction, that is in the direction of an axis 34 of the actuator module 2, guaranteed to the function of the actuator body 20, that is, the elongation and contraction of the actuator body 20 in the axial Direction, allow. However, the corrugated bellows 31 by the waves in the radial direction, that is, the directions perpendicular to the axis 34, designed rather stiff and thus at risk from breakage in the radial direction.
- a part of the filler 30 is provided in a gap 35 between the actuator body 20 and the corrugated bellows 31.
- this gap 35 is completely filled with the filler 30, in particular, no cavities are present.
- the filler 30 is compressed in the actuator chamber 5 due to the high pressure of the fuel. Depending on which of these effects predominates, the filler 30 can expand or be compressed. However, there is a risk that it is too inadmissible
- the transition piece 21 has parts 36, 37.
- a connecting channel 38 is formed by bores.
- a cavity 39 is provided within the part 37 of the transition piece 21, in which a balancing bellows 40 is arranged.
- An interior 41 of the balancing bellows 40 stands over the Connecting channel 38 with the gap 35 in conjunction.
- the connecting channel 38 and the interior 41 form a compensation chamber 42.
- both the connecting channel 38 and the inner space 41 are completely filled with the filler 30, so that the
- Compensation space 42 is completely filled with the filler 30.
- filler 30 contracts or is compressed
- filler 30 may flow from the equalization space 42 into the gap 35.
- the balance bellows 40 contracts, which is supported by the force of the spring element 43.
- a head piece 45 connected to the balance bellows 40 by welding is provided, which receives one end of the spring member 43, so that a reliable
- balance bellows 40 Alignment of the balance bellows 40 is ensured with respect to the axis 34.
- the balance bellows 40 is also connected by a further weld with the part 36 of the transition piece 21.
- the part 37 of the transition piece 21 at least one transverse bore 46, whereby openings 47, 48 are formed, via which the cavity 39 is connected to the actuator chamber 5.
- the cavity 39 is also filled in the operation of the fuel injection valve 1 with high pressure fuel.
- the pressure of the fuel acts on the one hand via the corrugated bellows 31 on the filler 30 and on the other hand via the Balancing bellows 40, so that when an occurring pressure difference, the filler 30 flows from the intermediate space 35 in the expansion chamber 42 or flows out of this.
- the spring element 43 may also be omitted depending on the design. By the spring element 43, however, there is the advantage that a form in the filler 30 can be adjusted.
- the two parts 36, 37 of the transition piece 21 are connected to one another by a weld seam 49.
- Fig. 2 shows the Fig. 1 designated II section of a fuel injection valve 1 with an actuator module 2 according to a second embodiment of the invention.
- the compensating corrugated bellows 40 is connected to the part 37 of the transition piece 21 by means of a weld 55 in the region of the cavity 39. Further, the parts 36, 37 of the transition piece 21 are connected to each other by means of a press fit and / or some welding points. Furthermore, the
- Connecting channel 38 formed by at least two striking in the region of the axis 34 oblique holes.
- Fig. 3 shows the detail shown in Fig. 2 a
- Fuel injection valve 1 with a piezoelectric actuator module 2 according to a third embodiment of the invention.
- the Ausreteswellbalg 40 is connected on the side of the transverse bore 46 in the region of the cavity 39 with the part 37 of the transition piece 21.
- An interior 41 of the balance bellows 40 is characterized by the openings 47, 48 formed by the transverse bore 46 with the actuator chamber 5 in Connection, so that in the operation of the fuel injection valve
- the filler 30 is provided outside the Ausretewellbalges 40 in this case. Further, at least two connecting channels 38, 38 'are provided, which open away from the axis 34 in the cavity 39 of the portion 37 of the transition piece 21. This prevents that the connecting channels 38, 38 'are closed by the head piece 45, which is connected to the balance bellows 40 by a weld.
- Fig. 4 shows the designated in Fig. 1 with IV section of a fuel injection valve 1 with a piezoelectric actuator module
- the parts 36, 37 of the transition piece 21 can by means of at least a weld point 49 to be interconnected.
- a collar 59 is designed on the part 37 in order to achieve a positioning of the parts 36, 37 of the transition piece 41 to each other.
- the filler 30 can be selected in relation to the particular application.
- the filler 30 may be formed from an elastomer and / or have elastic components.
- the filler 30 may be formed of an oil.
- the configuration of the connecting channel 38 or the connecting channels 38, 38 ' is adapted to the viscosity of the filler 30.
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Abstract
Ein piezoelektrisches Aktormodul (2) für ein Brennstoff einspritzventil (1) weist einen Aktorkörper (20) mit einer Vielzahl von keramischen Schichten und einer Vielzahl von zwischen den keramischen Schichten angeordneten Elektrodenschichten auf. Zur Abdichtung des Aktorkörpers (20) gegenüber einem Brennstoff ist eine Abdichtung aus einem Wellbalg (31) und einem Füllmittel (30) für den Wellbalg (31) vorgesehen. Der Wellbalg (31) ist dabei mit einem Übergangsstück (21) verbunden und umgibt den Aktorkörper (20). Ferner weist das Übergangsstück (21) einen mit dem Zwischenraum (35) verbundenen Ausgleichsraum (42) auf. Sowohl der Ausgleichsraum (42) als auch ein zwischen dem Aktorkörper (20) und dem Wellbalg (31) vorgesehener Zwischenraum sind mit dem Füllmittel (30) aufgefüllt. Der Ausgleichsraum (42) ermöglicht dabei ein Ein- und Ausfließen von Füllmittel (30) aus beziehungsweise in den Zwischenraum (35), so dass eine unzulässige radiale Aufdehnung des Wellbalges (31) verhindert ist. Somit können Beschädigungen des Wellbalges (31) verhindert werden.
Description
Beschreibung
Titel
Piezoelektrisches Aktormodul
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Aktormodul für ein Brennstoffeinspritzventil und ein Brennstoffeinspritzventil mit solch einem piezoelektrischen Aktormodul. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Aus der EP 1 174 615 A2 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor bekannt. Das bekannte
Brennstoffeinspritzventil ist dabei als Injektor mit direkter Nadelsteuerung ausgestaltet. Da der piezoelektrische Aktor in einem Raum des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist, der im Betrieb mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff durchflössen ist, ist eine geeignete Abdichtung des Aktors gegenüber Medien, insbesondere Feuchtigkeit (Diesel, Wasser, RME und sonstige elektrisch leitende Substanzen) enthaltenden Dieselbrennstoff, erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße piezoelektrische Aktormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 12 haben den Vorteil, dass ein zuverlässiger Schutz eines Aktorkörpers gewährleistet ist. Speziell kann die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Aktormoduls und des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils verbessert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen piezoelektrischen Aktormoduls und des im Anspruch 12 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhaft ist es, dass ein Wellbalg aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere einem Stahl, vorgesehen ist, der mit dem Übergangsstück verbunden ist und der den Aktorkörper umgibt, und dass der Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper und dem Wellbalg und dem Ausgleichsraum in dem Übergangsstück mit einem nicht starren Füllmittel gefüllt sind. Das Füllmittel kann dabei aus einem Elastomer oder einer Flüssigkeit gebildet sein. Im Betrieb kann es in Folge einer Wärmedehnung des zwischen dem Aktorkörper und dem Wellbalg vorgesehenen Füllmittels und/oder in Folge einer Kompressibilität des Füllmittels bei hohen Drucken zu hohen, insbesondere unzulässig hohen, Radialdehnungen des Wellbalges kommen, wenn keine Ausgleichsmöglichkeit für das Füllmittel vorgesehen ist, so dass die Gefahr von Beschädigungen des Wellbalges besteht. Durch den mit dem Zwischenraum verbundenen Ausgleichsraum ist eine Ausgleichsmöglichkeit geschaffen, wodurch unzulässige Radialdehnungen des Wellbalges verhindert sind. Die Kombination aus dem Füllmittel und dem Wellbalg schützt den Aktorkörper somit sicher vor elektrischen Kurzschlüssen durch den außen befindlichen Brennstoff und verhindert die Diffusion von Wasser und ähnlichem aus dem Brennstoff in das piezoelektrische Aktormodul .
Auf Grund des vorgesehenen Ausgleichsraumes besteht der Vorteil, dass der Wellbalg axial sehr elastisch, aber radial sehr steif ausgelegt werden kann, da hohe radiale Verformungen, die eine Bruchgefährdung darstellen, verhindert sind.
Da die Wärmedehnungen und Kompressionen des Füllmittels in der Regel langsam und nicht allzu häufig auftreten, besteht eine relativ große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich des Ausgleichsraums. Vorzugsweise ist der Ausgleichsraum als variabler Ausgleichsraum ausgestaltet. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das
Übergangsstück einen Hohlraum aufweist, in dem ein
Ausgleichswellbalg angeordnet ist, wobei der Ausgleichswellbalg den variablen Ausgleichsraum bildet. Allerdings kann ein variabler Ausgleichsraum auch auf andere Weise ausgestaltet sein.
In vorteilhafter Weise ist ein Federelement vorgesehen, das den Ausgleichsraum komprimiert. Dadurch kann eine gewisse Vorspannung auf das Füllmittel ausgeübt werden, so dass eine definierte Drucklast auf die Füllung des Zwischenraums zwischen dem Aktorkörper und dem Wellbalg gewährleistet ist und eine Vorzugsbewegungsrichtung des Verbandes vorhanden ist.
Vorteilhaft ist es, dass das Übergangsstück eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung eine Komprimierung des Ausgleichsraums mittels eines Umgebungsdruckes ermöglicht. Dadurch kann das Füllmittel von der Seite des Ausgleichsraumes zumindest im wesentlichen mit dem Umgebungsdruck beaufschlagt werden, wodurch eine im wesentlichen vollständige Füllung des Zwischenraumes zwischen dem Aktorkörper und dem Wellbalg sichergestellt ist.
In dem Fall, dass ein Ausgleichswellbalg vorgesehen ist, kann der Ausgleichsraum sowohl durch einen Innenraum des Ausgleichswellbalges als auch durch den den Ausgleichswellbalg umgebenden Teil des Hohlraums des Übergangsstückes gebildet sein. In dem letzten Fall ist das in dem Ausgleichsraum vorgesehene Füllmittel außerhalb des Ausgleichswellbalges vorgesehen.
Der Ausgleichswellbalg kann durch geeignete Weise mit dem Hohlraum verbunden sein, um diesen zu teilen, beispielsweise durch eine Schweißnaht.
Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktormodul in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines
Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktormodul entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 den in Fig. 2 gezeigten Ausschnitt eines
Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktormodul entsprechendem einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 4 den in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt eines
Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktormodul entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem piezoelektrischen Aktormodul 2 in einer schematischen
Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer
Brennstoffverteilerleiste, einem sogenannten Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße piezoelektrische Aktormodul 2 eignet sich besonders für solch ein Brennstoffeinspritzventil 1. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 und das erfindungsgemäße Aktormodul 2
eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 und einen mit dem Ventilgehäuse 3 verbundenen Brennstoffeinlassstutzen 4 auf. An den Brennstoffeinlassstutzen 4 ist eine Brennstoffleitung anschließbar, um Brennstoff in einen im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen Aktorraum 5 einzuleiten. Der Aktorraum 5 ist durch eine Drosselplatte 6 von einem ebenfalls im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen Brennstoffräum 7 getrennt. In der Drosselplatte 6 sind Durchlassöffnungen 8, 9 vorgesehen, um den über den Brennstoffeinlassstutzen 4 in den Aktorraum 5 geführten Brennstoff in den Brennstoffräum 7 zu leiten.
An einem mit dem Ventilgehäuse 3 verbundenen Ventilsitzkörper 10 ist eine Ventilsitzfläche 11 ausgebildet, die mit einem
Ventilschließkörper 12 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Ventilschließkörper 12 einstückig mit einer Ventilnadel 13 ausgebildet. Die Ventilnadel 13 steht direkt oder indirekt mit einem Kolben 15 in Wirkverbindung, der in einer Hülse 16 geführt ist. Dabei liegt die Hülse 16 an der Drosselplatte 6 an, so dass zwischen dem Kolben 15 und der Drosselplatte 6 ein Kolbenraum 17 gebildet ist.
Das Aktormodul 2 weist einen piezoelektrischen Aktorkörper 20 und ein aus mehreren Teilen bestehendes Übergangsstück 21 auf. Das
Übergangsstück 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Aktorkopf ausgebildet. Allerdings kann die Ausgestaltung auch einen Aktorfuß oder ein anderes Übergangselement betreffen. Dabei ist an dem Übergangsstück 21 ein in einer Hülse 22 geführter Kolben 23 ausgebildet, der in Bezug auf die Drosselplatte 6 und die Hülse 22 einen weiteren Kolbenraum 24 begrenzt. Der Kolbenraum 24 ist über eine in der Drosselplatte 6 ausgebildete Drossel 25 mit dem Kolbenraum 17 verbunden.
Der Aktorkörper 20 ist mit elektrischen Leitungen 26, 27 verbunden, die durch einen Aktorfuß 28 an den Aktorkörper 20 geführt sind, wobei ein Steuergerät oder dergleichen über die elektrischen
Leitungen 26, 27 den Aktorkörper 20 ansteuern kann. Bei einer Betätigung des Aktorkörpers 20 kann je nach Auslegung des Brennstoffeinspritzventils 1 eine Druckerhöhung oder -absenkung in Bezug auf einen in dem Kolbenraum 24 vorgesehenen Brennstoff erfolgen. Da der Kolbenraum 24 über die Drossel 25 mit dem
Kolbenraum 17 kommuniziert, führt dies zu einer entsprechenden Beeinflussung des Druckes des Brennstoffs im Kolbenraum 17, so dass im Ergebnis eine Betätigung der Ventilnadel 13 erfolgt. Dies ermöglicht die Abspritzung von Brennstoff über eine Düsenöffnung 29 im Bereich des Ventilschließkörpers 12.
Je nach Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1 kann ein Koppler mit hydraulischer Übersetzung vorgesehen sein, um ein- oder mehrstufige Übersetzungen zu realisieren. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für Brennstoffeinspritzventile 1, bei denen eine direkte Ansteuerung der Ventilnadel 13 über das Übergangsstück 21 erfolgt .
Der Aktorkörper 20 des piezoelektrischen Aktormoduls 2 weist eine Vielzahl von keramischen Schichten und eine Vielzahl von zwischen den keramischen Schichten angeordneten Elektrodenschichten auf.
Dabei sind die Elektrodenschichten abwechselnd mit den elektrischen
Leitungen 26, 27 verbunden, so dass ein Teil der
Elektrodenschichten die positiven Elektroden bildet und ein anderer Teil die negativen Elektroden bildet. Über die elektrischen
Leitungen 26, 27 kann der Aktorkörper 20 ge- oder entladen werden, um eine Verstellung des Kolbens 23 in Bezug auf die Hülse 22 zu erreichen .
In Bezug auf die Elektrodenschichten des Aktorkörpers 20 ist allerdings eine ausreichende Isolierung gegenüber dem in dem Aktorraum 5 vorgesehenen Medium erforderlich, um Kurzschlüsse zwischen den Elektrodenschichten zu verhindern. Ferner besteht die Gefahr, dass das in dem Aktorraum 5 vorgesehene Medium den Aktorkörper 20 in Folge chemischer Einwirkung beschädigt. Der Aktorkörper 20 des Aktormoduls 2 ist daher gegenüber dem im Aktorraum 5 vorgesehenen Medium, insbesondere Brennstoff,
abgedichtet. Die Abdichtung besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Füllmittel 30 und einem metallischen Wellbalg 31. Der Wellbalg 31 ist dabei einerseits mit dem Aktorfuß 28 durch eine umlaufende Schweißnaht 32 und andererseits mit dem Übergangsstück 21 durch eine umlaufende Schweißnaht 33 verbunden.
Um die Schweißnähte 32, 33 auszubilden, ist eine gewisse Wandstärke des Wellbalges 31 erforderlich. Durch die Ausgestaltung des Wellbalges 31 mit mehreren Wellen ist eine relativ hohe Elastizität in einer axialen Richtung, das heißt in Richtung einer Achse 34 des Aktormoduls 2, gewährleistet, um die Funktion des Aktorkörpers 20, das heißt die Dehnung und Kontraktion des Aktorkörpers 20 in axialer Richtung, zu ermöglichen. Allerdings ist der Wellbalg 31 durch die Wellen in radialer Richtung, das heißt den Richtungen senkrecht zur Achse 34, eher steif ausgestaltet und somit bei entsprechenden Belastungen in radialer Richtung bruchgefährdet.
Ein Teil des Füllmittels 30 ist in einem Zwischenraum 35 zwischen dem Aktorkörper 20 und dem Wellbalg 31 vorgesehen. Dabei ist dieser Zwischenraum 35 vollständig mit dem Füllmittel 30 aufgefüllt, insbesondere sind keine Hohlräume vorhanden. Durch das Füllmittel 30 und den Wellbalg 31 ist somit eine zuverlässige Abdichtung gegenüber dem in dem Aktorraum 5 vorgesehenen Medium gewährleistet.
Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 kommt es durch die häufigen Dehnungen und Kontraktionen des Aktorkörpers 20 zu einer gewissen Erwärmung des Füllmittels 30. Außerdem wird das Füllmittel 30 auf Grund des hohen Druckes des Brennstoffs im Aktorraum 5 komprimiert. Je nachdem welcher dieser Effekte überwiegt, kann sich das Füllmittel 30 ausdehnen oder komprimiert werden. Hierbei besteht allerdings die Gefahr, dass es zu unzulässigen
Beanspruchungen des Wellbalges 31 in radialer Richtung kommt.
Das Übergangsstück 21 weist Teile 36, 37 auf. In dem Teil 36 ist durch Bohrungen ein Verbindungskanal 38 ausgebildet. Ferner ist innerhalb des Teils 37 des Übergangsstückes 21 ein Hohlraum 39 vorgesehen, in dem ein Ausgleichswellbalg 40 angeordnet ist. Ein Innenraum 41 des Ausgleichswellbalges 40 steht dabei über den
Verbindungskanal 38 mit dem Zwischenraum 35 in Verbindung. Der Verbindungskanal 38 und der Innenraum 41 bilden einen Ausgleichsraum 42. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl der Verbindungskanal 38 als auch der Innenraum 41 vollständig mit dem Füllmittel 30 gefüllt, so dass der
Ausgleichsraum 42 vollständig mit dem Füllmittel 30 gefüllt ist.
In einem Fall, in dem sich das Füllmittel 30 in dem Zwischenraum 35 ausdehnt, kann ein Teil des Füllmittels 30 aus dem Zwischenraum 35 in den Ausgleichsraum 42 fließen. Dabei dehnt sich der
Ausgleichswellbalg 40 entgegen der Kraft eines als Spiralfeder ausgebildeten Federelements 43 aus, so dass sich der Ausgleichsraum 42 vergrößert, um die Ausdehnung des Füllmittels 30 zumindest teilweise auszugleichen. Dadurch wird eine übermäßige Aufdehnung des Wellbalges 31 in radialer Richtung verhindert.
In einem Fall, in dem sich das Füllmittel 30 zusammenzieht oder komprimiert wird, kann Füllmittel 30 aus dem Ausgleichsraum 42 in den Zwischenraum 35 nachfließen. Dabei zieht sich der Ausgleichswellbalg 40 zusammen, was durch die Kraft des Federelements 43 unterstützt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein mit dem Ausgleichswellbalg 40 durch Schweißen verbundenes Kopfstück 45 vorgesehen, das ein Ende des Federelements 43 aufnimmt, so dass eine zuverlässige
Ausrichtung des Ausgleichswellbalges 40 in Bezug auf die Achse 34 gewährleistet ist. Der Ausgleichswellbalg 40 ist außerdem durch eine weitere Schweißnaht mit dem Teil 36 des Übergangsstücks 21 verbunden .
Ferner weist das Teil 37 des Übergangsstücks 21 zumindest eine Querbohrung 46 auf, wodurch Öffnungen 47, 48 gebildet sind, über die der Hohlraum 39 mit dem Aktorraum 5 verbunden ist. Somit ist der Hohlraum 39 im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 ebenfalls mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff gefüllt. Dadurch wirkt der Druck des Brennstoffes einerseits über den Wellbalg 31 auf das Füllmittel 30 als auch andererseits über den
Ausgleichswellbalg 40, so dass bei einem auftretenden Druckunterschied das Füllmittel 30 aus dem Zwischenraum 35 in den Ausgleichsraum 42 einströmt oder aus diesem ausströmt.
Somit wird ein erhöhter Druck im Zwischenraum 35 und/oder eine
Wärmedehnung des Füllmaterials 30 durch geeignete Längenänderungen des Ausgleichswellbalges 40 kompensiert oder abgebaut, bis überall im wesentlichen der gleiche Druck herrscht.
Es ist anzumerken, dass das Federelement 43 je nach Ausgestaltung auch entfallen kann. Durch das Federelement 43 besteht jedoch der Vorteil, dass ein Vordruck im Füllmittel 30 eingestellt werden kann.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Teile 36, 37 des Übergangsstückes 21 mit einer Schweißnaht 49 miteinander verbunden.
Fig. 2 zeigt den Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1 mit einem Aktormodul 2 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ausgleichswellbalg 40 mittels einer Schweißnaht 55 im Bereich des Hohlraums 39 mit dem Teil 37 des Übergangsstücks 21 verbunden. Ferner sind die Teile 36, 37 des Übergangsstücks 21 mittels eines Presssitzes und/oder einiger Schweißpunkte miteinander verbunden. Ferner ist der
Verbindungskanal 38 durch zumindest zwei sich im Bereich der Achse 34 treffende Schrägbohrungen gebildet.
Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 gezeigten Ausschnitt eines
Brennstoffeinspritzventils 1 mit einem piezoelektrischen Aktormodul 2 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ausgleichswellbalg 40 auf der Seite der Querbohrung 46 im Bereich des Hohlraumes 39 mit dem Teil 37 des Übergangsstückes 21 verbunden. Ein Innenraum 41 des Ausgleichswellbalges 40 steht dadurch über die durch die Querbohrung 46 gebildeten Öffnungen 47, 48 mit dem Aktorraum 5 in
Verbindung, so dass sich im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils
1 im Innenraum 41 unter hohem Druck stehender Brennstoff befindet. Das Füllmittel 30 ist in diesem Fall außerhalb des Ausgleichwellbalges 40 vorgesehen. Ferner sind zumindest zwei Verbindungskanäle 38, 38' vorgesehen, die entfernt von der Achse 34 in den Hohlraum 39 des Teils 37 des Übergangsstücks 21 münden. Dadurch wird verhindert, dass die Verbindungskanäle 38, 38' durch das Kopfstück 45, das mit dem Ausgleichswellbalg 40 durch eine Schweißnaht verbunden ist, verschlossen werden.
Fig. 4 zeigt den in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1 mit einem piezoelektrischen Aktormodul
2 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind in dem Teil 37 des Übergangsstückes 21 parallel zu der Achse 34 des Aktormoduls 2 orientierte
Längsbohrungen 57, 58 vorgesehen, durch die Öffnungen 47, 48 gebildet sind. Durch die Öffnungen 47, 48 ist der Innenraum 41 des Ausgleichswellbalges 40 mit dem Aktorraum 5 verbunden, so dass im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils unter hohem Druck stehender Brennstoff in dem Innenraum 41 des Ausgleichswellbalges 40 vorgesehen ist. Ferner sind in dem Teil 36 des Übergangsstückes 21 Schrägbohrungen vorgesehen, die die Verbindungskanäle 38, 38' bilden. Die Verbindungskanäle 38, 38' münden dabei an einer äußeren Zylinderfläche des Hohlraums 39. Das Füllmittel 30 ist im Bereich des Hohlraums 39 außerhalb des Ausgleichswellbalges 40 vorgesehen. Durch die Ausgestaltung der Verbindungskanäle 38, 38' ist ein Verschließen der Verbindungskanäle 38, 38' durch den Ausgleichswellbalg 40 verhindert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht außerdem der Vorteil, dass nur eine umlaufende Schweißnaht 55 erforderlich ist, um eine Abdichtung des Ausgleichsraums 42 in Bezug auf den mit Brennstoff gefüllten Teil des Hohlraumes 39 des Übergangsstückes 21 zu erreichen. Dadurch ergeben sich geringere Herstellungskosten und eine gegebenenfalls erhöhte Zuverlässigkeit.
Die Teile 36, 37 des Übergangsstückes 21 können mittels zumindest
eines Schweißpunktes 49 miteinander verbunden sein. Dabei ist ein Bund 59 an dem Teil 37 ausgestaltet, um eine Positionierung der Teile 36, 37 des Übergangsstückes 41 zueinander zu erreichen.
Es ist anzumerken, dass bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen das Füllmittel 30 in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall gewählt werden kann. Dabei kann das Füllmittel 30 aus einem Elastomer gebildet sein und/oder elastische Bestandteile aufweisen. Speziell kann das Füllmittel 30 aus einem Öl gebildet sein. Speziell die Ausgestaltung des Verbindungskanals 38 beziehungsweise der Verbindungskanäle 38, 38' ist an die Viskosität des Füllmittels 30 angepasst.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Claims
1. Piezoelektrisches Aktormodul (2) , insbesondere Aktormodul für Brennstoffeinspritzventile, mit einem Aktorkörper (20) und zumindest einem an den Aktorkörper (20) angefügten Übergangsstück (21) , dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellbalg (31) vorgesehen ist, der mit dem Übergangsstück (21) verbunden ist und der den Aktorkörper (20) umgibt, dass ein Zwischenraum (35) zwischen dem Aktorkörper (20) und dem Wellbalg (31) vorgesehen ist, dass das Übergangsstück (21) einen mit dem Zwischenraum (35) verbundenen Ausgleichsraum (42) aufweist und dass der Zwischenraum (35) und der Ausgleichsraum (42) zumindest im wesentlichen mit einem Füllmittel (30) gefüllt sind.
2. Piezoelektrisches Aktormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel (30) zumindest im wesentlichen aus zumindest einem Elastomer oder einer elektrisch neutralen Flüssigkeit gebildet ist.
3. Piezoelektrisches Aktormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsraum (42) als variabler Ausgleichsraum (42) ausgestaltet ist.
4. Piezoelektrisches Aktormodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Federelement (43) vorgesehen ist, das den Ausgleichsraum (42) komprimiert.
5. Piezoelektrisches Aktormodul nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsstück (21) zumindest eine Öffnung (47, 48) aufweist, wobei die Öffnung (47, 48) eine Komprimierung des Ausgleichsraumes (42) mittels eines Umgebungsdruckes ermöglicht.
6. Piezoelektrisches Aktormodul nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsstück (21) einen Hohlraum (39) aufweist, in dem ein Ausgleichswellbalg (40) angeordnet ist, und dass der Ausgleichswellbalg (40) einen variablen Ausgleichsraum (42) bildet.
7. Piezoelektrisches Aktormodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsraum (42) zumindest teilweise durch einen Innenraum (41) des Ausgleichswellbalges (40) gebildet ist.
8. Piezoelektrisches Aktormodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Übergangsstück (21) ausgebildete Hohlraum (39) durch den Ausgleichswellbalg (40) geteilt ist, wobei das in dem Ausgleichsraum (42) vorgesehene Füllmittel (30) außerhalb des Ausgleichswellbalges (40) vorgesehen ist.
9. Piezoelektrisches Aktormodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichswellbalg (40) durch Schweißen innerhalb des Hohlraumes (39) des Übergangsstückes (21) mit dem Übergangsstück (21) verbunden ist.
10. Piezoelektrisches Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsstück (21) mehrteilig ausgestaltet ist.
11. Piezoelektrisches Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsstück (21) als Aktorkopf ausgestaltet ist.
12. Brennstoffeinspritzventil (1) , insbesondere Injektor für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen Aktormodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einem zumindest mittelbar mit dem Aktormodul (2) betätigbaren Ventilschließkörper (12) , der mit einer Ventilsitzfläche (11) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.
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