DE102007053426A1

DE102007053426A1 - Piezoelectric actuator module

Info

Publication number: DE102007053426A1
Application number: DE102007053426A
Authority: DE
Inventors: Udo Schaich; Dieter Junger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-05-14
Also published as: WO2009059862A1

Abstract

Ein piezoelektrisches Aktormodul (2) für ein Brennstoffeinspritzventil (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 dem Übergangsstück (21) verbunden und umgibt den Aktorkörper (20). Ferner weist das Übergangsstück (21) einen Ausgleichsraum (42) auf, der in einen mit einem Zwischenraum (35) zwischen dem Aktorkörper (20) und dem Wellbalg (31) verbundenen Teil (41) und einen mit der Umgebung verbundenen anderen Teil (42) aufgeteilt ist. In dem mit dem Zwischenraum (35) verbundenen Teil (41) des Ausgleichsraums (40) und dem Zwischenraum (35) ist das Füllmittel (30) vorgesehen, wobei ein Ein- und Ausfließen von Füllmittel (30) aus beziehungsweise in den Zwischenraum (35) ermöglicht wird, so dass eine unzulässige radiale Aufdehnung des Wellbalges (31) verhindert ist. Somit können Beschädigungen des Wellbalges (31) verhindert werden.A piezoelectric actuator module (2) for a fuel injection valve (1) has an actuator body (20) with a plurality of ceramic layers and a plurality of electrode layers arranged between the ceramic layers. For sealing the actuator body (20) with respect to a fuel, a seal of a corrugated bellows (31) and a filler (30) for the corrugated bellows (31) is provided. The bellows (31) is connected to the transition piece (21) and surrounds the actuator body (20). Furthermore, the transition piece (21) has a compensation chamber (42) which is connected to a part (41) connected to a gap (35) between the actuator body (20) and the corrugated bellows (31) and to another part (42 ) is divided. In the portion (41) of the compensation chamber (40) and the intermediate space (35) connected to the intermediate space (35), the filler (30) is provided, with inflow and outflow of filler (30) from or into the intermediate space (35 ) is allowed, so that an impermissible radial expansion of the corrugated bellows (31) is prevented. Thus, damage to the bellows (31) can be prevented.

Description

Stand der TechnikState of the art

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.The The invention relates to a piezoelectric actuator module for a fuel injection valve and a fuel injection valve with such a piezoelectric actuator module. Specially concerned the invention the field of injectors for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.

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 durchflossen ist, ist eine geeignete Abdichtung des Aktors gegenüber Medien, insbesondere Wasser enthaltenden Dieselbrennstoff, erforderlich.From the EP 1 174 615 A2 For example, a fuel injection valve with a piezoelectric actuator is known. The known 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 traversed during operation with high-pressure fuel, a suitable sealing of the actuator to media, in particular water-containing diesel fuel, is required.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

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.The Piezoelectric actuator module according to the invention the features of claim 1 and the invention Have fuel injection valve with the features of claim 12 the advantage that a reliable protection of an actuator body is guaranteed. Specifically, the reliability the piezoelectric actuator module according to the invention and the fuel injection valve according to the invention be improved.

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.By the measures listed in the dependent claims are advantageous developments of specified in claim 1 piezoelectric actuator module and specified in claim 12 Fuel injection valve possible.

Vorteilhaft ist es, dass eine Aktorhülse, insbesondere ein Wellbalg, aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere einem Stahl, vorgesehen ist, die mit dem Übergangsstück verbunden ist und die den Aktorkörper umgibt, und dass der Zwischenraum zwischen dem Aktorkörper und der Aktorhülse und der mit dem Zwischenraum verbundene Teil des Ausgleichsraums in dem Übergangsstück mit einem nicht starren Füllmittel gefüllt sind. Das Füllmittel kann dabei aus einem Elastomer oder einer elektrisch neutralen Flüssigkeit gebildet sein. Im Betrieb kann es in Folge einer Wärmedehnung des zwischen dem Aktorkörper und der Aktorhülse vorgesehenen Füllmittels und/oder in Folge einer Kompressibilität des Füllmittels bei hohen Drucken zu hohen, insbesondere unzulässig hohen, Radialdehnungen der Aktorhülse kommen, wenn keine Ausgleichsmöglichkeit für das Füllmittel vorgesehen ist, so dass die Gefahr von Beschädigungen der Aktorhülse besteht. Durch die elastische Membran zur Begrenzung des mit dem Zwischenraum verbundenen Teils des Ausgleichsraums ist eine Ausgleichsmöglichkeit geschaffen, wodurch unzulässige Radialdehnungen der Aktorhülse verhindert sind. Die Kombination aus dem Füllmittel und der elastischen Membran schützt den Aktorkörper somit sicher vor elektrischen Kurzschlüssen durch den außen befindlichen Brennstoff und verhindert die Diffusion von Wasser beziehungsweise elektrisch leitfähigen Substanzen und ähnlichem aus dem Brennstoff in das piezoelektrische Aktormodul.Advantageous it is that an actuator sleeve, in particular a corrugated bellows, from a metal or a metal alloy, in particular a Steel, which is provided with the transition piece is connected and surrounding the actuator body, and that the gap between the actuator body and the actuator sleeve and the portion of the expansion space connected to the gap in the transition piece with a non-rigid Fillers are filled. The filler can be made of an elastomer or an electrically neutral liquid be formed. In operation, it may be due to a thermal expansion of between the actuator body and the actuator sleeve provided filler and / or as a result of compressibility the filler at high pressures too high, in particular impermissibly high, radial expansions of the actuator sleeve come if no compensation for the Filler is provided, so the risk of damage the Aktorhülse exists. Due to the elastic membrane for Limiting the part of the compensation chamber connected to the intermediate space is a compensatory opportunity created, creating inadmissible Radial expansion of the actuator sleeve are prevented. The combination protects from the filler and the elastic membrane the actuator body thus safe from electrical short circuits through the outside fuel and prevented the diffusion of water or electrically conductive Substances and the like from the fuel into the piezoelectric Actuator module.

Somit besteht auch der Vorteil, dass die Aktorhülse axial sehr elastisch, aber radial sehr steif ausgelegt werden kann, da hohe radiale Verformungen, die eine Bruchgefährdung darstellen, verhindert sind. Beispielsweise kann die Aktorhülse als Wellbalg ausgestaltet sein.Consequently There is also the advantage that the actuator sleeve axially very elastic, but radially very stiff can be designed as high radial deformations which constitute a risk of breakage, are prevented. For example, the actuator sleeve as Wellbalg be configured.

In vorteilhafter Weise ist die elastische Membran als hochdruckdichte Membran ausgestaltet. Ferner ist es vorteilhaft, dass die elastische Membran als dünne Stahlmembran ausgestaltet ist, die an ihrem Umfang mit dem Übergangsstück verschweißt ist. Durch die hochdruckdichte Membran eignet sich das Aktormodul auch zur Anordnung in einem Raum, in dem ein unter hohem Druck stehendes Medium vorgesehen ist. Das Medium wirkt dann zum einen über die Aktorhülse auf das Füllmittel ein. Zum anderen gelangt das Medium in den mit der Umgebung verbundenen Teil des Ausgleichsraums und wirkt damit über die elastische Membran auf das Füllmittel ein. Dadurch ergibt sich zumindest näherungsweise ein Ausgleich, der dafür sorgt, dass unzulässig hohe Beanspruchungen der Aktorhülse in einer radialen Richtung verhindert sind.In Advantageously, the elastic membrane is as high pressure-tight Membrane designed. Furthermore, it is advantageous that the elastic Membrane is designed as a thin steel membrane, the on its periphery is welded to the transition piece. Due to the high pressure-tight membrane, the actuator module is also suitable for placement in a room where a high pressure Medium is provided. The medium then acts on the one hand over the actuator sleeve on the filler. On the other hand the medium enters the part of the environment connected to the environment Compensation space and thus acts on the elastic membrane on the filler. This results at least approximately Compensation, which ensures that unacceptably high loads the Aktorhülse are prevented in a radial direction.

In vorteilhafter Weise umfasst die elastische Membran eine oder mehrere Hubausgleichswellen. Eine solche Hubausgleichswelle kann mit einer im Wesentlichen elliptischen Durchmesseranordnung ausgestaltet sein oder speziell eine im Wesentlichen kreisförmige Durchmesseranordnung aufweisen. Dadurch kann eine gute Elastizität bei einer relativ hohen Druckbeständigkeit erzielt werden. Ferner ermöglicht diese Ausgestaltung den Einsatz von Werkstoffen, die eine hohe Permeationsbeständigkeit aufweisen, wie beispielsweise Metalle, so dass ein zuverlässiger Schutz des Füllmittels gegenüber der Umgebung gewährleistet ist.In Advantageously, the elastic membrane comprises one or more Hubausgleichswellen. Such Hubausgleichswelle can with a be configured substantially elliptical diameter arrangement or specifically a substantially circular diameter arrangement exhibit. This can be a good elasticity at a relatively high pressure resistance can be achieved. Further this embodiment allows the use of materials, which have a high permeation resistance, such as Metals, allowing reliable protection of the filler is guaranteed to the environment.

Vorteilhaft ist es, dass die elastische Membran eine Federstützfläche aufweist, wobei sich an der Federstützfläche ein Federelement, insbesondere eine Feder, abstützt, um die elastische Membran mit einer gewissen Vorspannung zu beaufschlagen. Dabei kann auch beiderseits ein Federelement vorgesehen sein, um die Membran abzustimmen. Mit Hilfe der Federelemente können beispielsweise Kraftunterschiede zwischen dem Füllmittel und dem Medium der Umgebung oder Strömungsverluste ausgeglichen werden.It is advantageous that the elastic membrane has a spring support surface, wherein a spring element, in particular a spring, is supported on the spring support surface in order to apply a certain prestress to the elastic membrane. It can vorgese on both sides, a spring element hen to tune the membrane. With the help of the spring elements, for example, force differences between the filler and the medium of the environment or flow losses can be compensated.

Zeichnungdrawing

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:preferred Embodiments of the invention are in the following Description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements with matching reference numerals are provided, explained in more detail. It shows:

1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktormodul in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a fuel injection valve with a piezoelectric actuator module in a schematic sectional view according to a first embodiment of the invention;

2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines piezoelektrischen Aktormoduls eines Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 2 the in 1 With II designated section of a piezoelectric actuator module of a fuel injection valve according to a second embodiment of the invention;

3 den in 2 gezeigten Ausschnitt eines piezoelektrischen Aktormoduls eines Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung; 3 the in 2 shown section of a piezoelectric actuator module of a fuel injection valve according to a third embodiment of the invention;

4 den in 3 dargestellten Ausschnitt eines piezoelektrischen Aktormoduls eines Brennstoffeinspritzventils aus der mit IV bezeichneten Blickrichtung und 4 the in 3 shown section of a piezoelectric actuator module of a fuel injection valve from the with IV designated viewing direction and

5 den in 1 mit V bezeichneten Ausschnitt eines piezoelektrischen Aktormoduls eines Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 the in 1 With V designated section of a piezoelectric actuator module of a fuel injection valve according to a fourth embodiment of the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

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. 1 shows a fuel injector 1 with a piezoelectric actuator module 2 in a schematic sectional view according to a first embodiment of the invention. The fuel injector 1 can serve in particular as an injector for fuel injection systems of mixture-compressing, self-igniting internal combustion engines. A preferred use of the fuel injection valve 1 consists of a fuel injection system with a fuel rail, a so-called common rail, the diesel fuel under high pressure to a plurality of fuel injection valves 1 leads. The piezoelectric actuator module according to the invention 2 is particularly suitable for such a fuel injector 1 , The fuel injection valve according to the invention 1 and the actuator module according to the invention 2 However, they are also suitable for other applications.

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 Brennstoffraum 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 Brennstoffraum 7 zu leiten.The fuel injector 1 has a valve housing 3 and one with the valve body 3 connected fuel inlet nozzle 4 on. To the fuel inlet nozzle 4 is a fuel line connectable to fuel in one inside the valve body 3 provided actuator space 5 initiate. The actuator room 5 is through a throttle plate 6 from one also inside the valve body 3 provided fuel space 7 separated. In the throttle plate 6 are passage openings 8th . 9 provided to the over the fuel inlet 4 in the actuator room 5 led fuel into the fuel chamber 7 to lead.

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.At one with the valve housing 3 connected valve seat body 10 is a valve seat surface 11 formed with a valve closing body 12 cooperates to a sealing seat. Here is the valve closing body 12 integral with a valve needle 13 educated. The valve needle 13 is directly or indirectly with a piston 15 in operative connection, in a sleeve 16 is guided. This is the sleeve 16 at the throttle plate 6 on, so that between the piston 15 and the throttle plate 6 a piston chamber 17 is formed.

Das Aktormodul 2 weist einen piezoelektrischen Aktorkörper 20 und ein aus mehreren Teilen 36, 37 bestehendes Übergangsstück 21 auf. 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.The actuator module 2 has a piezoelectric actuator body 20 and one of several parts 36 . 37 existing transition piece 21 on. It is at the transition piece 21 one in a pod 22 guided piston 23 formed in relation to the throttle plate 6 and the sleeve 22 another piston chamber 24 limited. The piston chamber 24 is about one in the throttle plate 6 trained throttle 25 with the piston chamber 17 connected.

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.The actuator body 20 is with electrical wiring 26 . 27 connected by an actuator foot 28 to the actuator body 20 are guided, wherein a control device or the like via the electrical lines 26 . 27 the actuator body 20 can drive. Upon actuation of the actuator body 20 may vary depending on the design of the fuel injector 1 an increase or decrease in pressure with respect to one in the piston chamber 24 provided fuel. Since the piston chamber 24 over the throttle 25 with the 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 he follows. This allows the injection of fuel through a nozzle opening 29 in the area of the valve closing body 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.Depending on the configuration of the fuel injection valve 1 For example, a coupler with hydraulic transmission may be provided to realize one or more stages of translation. However, the invention is also suitable for fuel injection valves 1 in which a direct control of Ventilna del 13 over the transition piece 21 he follows.

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.The actuator body 20 of the piezoelectric actuator module 2 has a plurality of ceramic layers and a plurality of electrode layers disposed between the ceramic layers. The electrode layers are alternating with the electrical lines 26 . 27 so that one part of the electrode layers forms the positive electrodes and another part forms the negative electrodes. About the electrical wires 26 . 27 can the actuator body 20 be charged or discharged to an adjustment of the piston 23 in relation to the sleeve 22 to reach.

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 einer als metallischer Wellbalg 31 ausgestalteten Aktorhülse. 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.With respect to the electrode layers of the actuator body 20 However, a sufficient insulation from that in the actuator room 5 provided medium to prevent short circuits between the electrode layers. Furthermore, there is a risk that this in the actuator room 5 provided medium the actuator body 20 damaged as a result of chemical attack. The actuator body 20 of the actuator module 2 is therefore opposite to that in the actuator room 5 provided medium, in particular fuel, sealed. The seal consists in the illustrated embodiment of a filler 30 and one as a metallic bellows 31 designed actuator sleeve. The corrugated bellows 31 is on the one hand with the actuator base 28 by a circumferential weld 32 and on the other hand with the transition piece 21 by a circumferential weld 33 connected. Around the welds 32 . 33 form, is a certain wall thickness of the corrugated bellows 31 required. Due to the design of the corrugated bellows 31 with multiple shafts is a relatively high elasticity in an axial direction, that is, in the direction of an axis 34 of the actuator module 2 , ensures the function of the actuator body 20 , that is the elongation and contraction of the actuator body 20 in the axial direction, to allow. However, the bellows is 31 through the waves in the radial direction, that is the directions perpendicular to the axis 34 , rather stiff and thus at risk from breakage in the radial direction.

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.Part of the filler 30 is in a gap 35 between the actuator body 20 and the bellows 31 intended. Here is this gap 35 completely with the filler 30 filled, in particular, no cavities are present. Through the filler 30 and the corrugated bellows 31 is thus a reliable seal against that in the actuator chamber 5 provided medium guaranteed.

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.During operation of the fuel injection valve 1 It comes from the frequent strains and contractions of the actuator body 20 to a certain warming of the filler 30 , In addition, the filler is 30 due to the high pressure of the fuel in the actuator chamber 5 compressed. Depending on which of these effects predominates, the filler can 30 expand or be compressed. However, there is the danger that there will be undue stresses on the corrugated bellows 31 comes in the radial direction.

In diesem Ausführungsbeispiel weist das Übergangsstück 21 zwei Teile 36, 37 auf. In dem Teil 36 sind durch Bohrungen Verbindungskanäle 38, 38' ausgebildet. In dem Übergangsstück 21 ist ein Ausgleichsraum 40 ausgebildet. Dabei ist ein Teil 41 durch eine stufenförmige Sackbohrung in dem Teil 36 des Übergangsstücks 21 gebildet und ein anderer Teil 42 des Ausgleichsraums 40 ist durch eine Sackbohrung in dem Teil 37 des Übergangsstückes 21 gebildet. Der Ausgleichsraum 40 setzt sich somit aus den Teilen 41, 42 zusammen. Durch die zweiteilige Ausgestaltung des Übergangsstückes 21 wird die Herstellung des Ausgleichsraumes 40 erleichtert. Ferner ist zwischen den Teilen 36, 37 des Übergangsstückes 21 eine elastische Membran 45 vorgesehen. Die elastische Membran 45 ist dabei an ihrem Umfang 46 umfänglich mit dem Übergangsstück 21 verschweißt. Die Schweißnaht 47 am Umfang 46 der elastischen Membran 45 verbindet dabei auch die beiden Teile 36, 37 des Übergangsstückes 21. Der Teil 41 des Ausgleichsraumes 40 ist somit durch das Teil 36 des Übergangsstückes 21 und die elastische Membran 45 begrenzt, während der andere Teil 42 des Ausgleichsraumes 40 durch das Teil 37 des Übergangsstückes 21 und die elastische Membran 45 begrenzt ist. Der Teil 41 des Ausgleichsraumes 40 steht über die Verbindungskanäle 38, 38' mit dem Zwischenraum 35 in Verbindung. Ferner steht der andere Teil 42 des Ausgleichsraumes 40 über durch Bohrungen 48, 48' gebildete Öffnungen mit der Umgebung in Verbindung, wobei die Umgebung in diesem Ausführungsbeispiel durch den mit Brennstoff gefüllten Aktorraum 5 gegeben ist.In this embodiment, the transition piece 21 two parts 36 . 37 on. In the part 36 are through holes connecting channels 38 . 38 ' educated. In the transition piece 21 is a compensation room 40 educated. There is a part 41 through a stepped blind hole in the part 36 of the transition piece 21 formed and another part 42 of the equalization room 40 is through a blind hole in the part 37 of the transition piece 21 educated. The compensation room 40 is thus made up of the parts 41 . 42 together. Due to the two-part design of the transition piece 21 will be the preparation of the compensation chamber 40 facilitated. Furthermore, between the parts 36 . 37 of the transition piece 21 an elastic membrane 45 intended. The elastic membrane 45 is at its periphery 46 circumferentially with the transition piece 21 welded. The weld 47 at the extent 46 the elastic membrane 45 It also connects the two parts 36 . 37 of the transition piece 21 , The part 41 of the equalization room 40 is thus through the part 36 of the transition piece 21 and the elastic membrane 45 limited, while the other part 42 of the equalization room 40 through the part 37 of the transition piece 21 and the elastic membrane 45 is limited. The part 41 of the equalization room 40 stands over the connection channels 38 . 38 ' with the gap 35 in connection. Further, the other part stands 42 of the equalization room 40 over through holes 48 . 48 ' formed openings with the environment in connection, the environment in this embodiment by the fuel-filled actuator space 5 given is.

Der mit dem Zwischenraum 35 verbundene Teil 41 des Ausgleichsraumes 40 ist wie der Zwischenraum 35 mit dem Füllmittel 30 gefüllt. Der andere Teil 42 des Ausgleichsraumes 40 ist mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff gefüllt, da der andere Teil 42 des Ausgleichsraumes 40 über die Bohrungen 48, 48' mit der Umgebung verbunden ist. Der unter hohem Druck stehende Brennstoff im Aktorraum 5 wirkt somit zum einen über den Wellbalg 31 auf das Füllmittel 30 ein. Zum anderen wirkt der unter hohem Druck stehende Brennstoff im Aktorraum 5 mittels des im anderen Teil 42 des Ausgleichsraums 40 vorgesehenen Brennstoffs über die elastische Membran 45 auf das Füllmittel 30 ein. Im Ergebnis ist sowohl der Wellbalg 31 als auch die elastische Membran 45 zumindest im Wesentlichen druckausgeglichen. Die elastische Membran 45 ist allerdings vorzugsweise so ausgelegt, dass gegebenenfalls auftretende Ausdehnungen oder Kompressionen des Füllmittels 30 durch elastische Verformungen der elastischen Membran 45 ausgeglichen werden. Die elastische Membran 45 weist dabei mehrere Hubausgleichswellen 50 auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel nur die Ausgleichswelle 50 gekennzeichnet ist.The one with the gap 35 connected part 41 of the equalization room 40 is like the gap 35 with the filler 30 filled. The other part 42 of the equalization room 40 is filled with high pressure fuel, as the other part 42 of the equalization room 40 over the holes 48 . 48 ' connected to the environment. The high pressure fuel in the actuator chamber 5 thus acts on the one hand on the corrugated bellows 31 on the filler 30 one. On the other hand, the fuel under high pressure acts in the actuator chamber 5 by means of the other part 42 of the equalization room 40 provided fuel through the elastic membrane 45 on the filler 30 one. The result is both the bellows 31 as well as the elastic membrane 45 at least essentially pressure-balanced. The elastic membrane 45 However, it is preferably designed so that possibly arise prolonged expansions or compressions of the filler 30 by elastic deformations of the elastic membrane 45 be compensated. The elastic membrane 45 has several Hubausgleichswellen 50 on, in this embodiment, only the balance shaft 50 is marked.

Die elastische Membran 45 ist als hochdruckdichte Membran 45 ausgestaltet und über die Schweißnaht 47 hochdruckdicht mit den beiden Teilen 36, 37 des als Aktorkopf ausgestalteten Übergangsstückes 21 verschweißt. Die elastische Membran 45 bewegt sich in axialer Richtung, das heißt entlang der Achse 34 des Aktormoduls 2, entsprechend der Volumenänderung aus der Wärmedehnung des Füllmittels 30 und den Druckschwankungen des Systems. Das Füllmittel 30 ist vorzugsweise als viskoses Füllmittel 30 ausgestaltet und kann im Wesentlichen aus einem Elastomer oder Öl bestehen. Der Wellbalg 31 oder eine anders ausgestaltete Aktorhülse nimmt die Hubbewegungen aus der Aktormodulfunktion über die Balg- oder Wellstruktur beziehungsweise eine andere wegausgleichende Geometrie in axialer Richtung auf. Die elastische Membran 45 gleicht im Wesentlichen die Wärmedehnung des Füllmittels 30 und gegebenenfalls anderer Bauteile aus und verhindert so eine übermäßige radiale Dehnung und somit mögliche Überbeanspruchung des Wellbalges 31 oder einer anders ausgestalteten Aktorhülse. Dabei werden Druckschwankungen innerhalb des Brennstoffeinspritzventils durch die elastische Membran 45 kompensiert, so dass der Wellbalg 31 oder eine anders ausgestaltete Aktorhülse jederzeit druckausgeglichen ist und sich nicht unzulässig verformt.The elastic membrane 45 is as a high-pressure-tight membrane 45 configured and over the weld 47 high pressure-tight with the two parts 36 . 37 designed as an actuator head transition piece 21 welded. The elastic membrane 45 moves in the axial direction, that is along the axis 34 of the actuator module 2 , according to the volume change from the thermal expansion of the filler 30 and the pressure fluctuations of the system. The filler 30 is preferably as a viscous filler 30 configured and may consist essentially of an elastomer or oil. The corrugated bellows 31 or a differently configured actuator sleeve absorbs the strokes from the Aktormodulfunktion on the bellows or corrugated structure or other wegausgleichende geometry in the axial direction. The elastic membrane 45 is essentially the same as the thermal expansion of the filler 30 and possibly other components and thus prevents excessive radial expansion and thus possible overstressing of the corrugated bellows 31 or a differently designed actuator sleeve. In this case, pressure fluctuations within the fuel injection valve through the elastic membrane 45 compensated, so that the corrugated bellows 31 or a differently configured Aktorhülse is pressure balanced at all times and not deformed unduly.

Das Füllmittel 30 dient auch zur Abfuhr der Wärme von dem Aktorkörper 20 über den Wellbalg 31 zur Umgebung, in diesem Falle zum Brennstoff, zur elektrischen Isolation und als Stützelement gegenüber dem Wellbalg 31 unter dem herrschenden Systemdruck von beispielsweise bis zu 250 MPa (2.500 bar). Das System der in das Übergangsstück 21 integrierten Membran 45 gewährleistet den erforderlichen Hub- und Temperaturausgleich am Aktormodul 2 in einem Bereich von beispielsweise etwa –40°C bis etwa 160°C. Dabei ist die Permeation von Feuchtigkeit reduziert oder ganz verhindert.The filler 30 also serves to dissipate the heat from the actuator body 20 over the corrugated bellows 31 to the environment, in this case the fuel, for electrical insulation and as a support element against the bellows 31 under the prevailing system pressure of, for example, up to 250 MPa (2,500 bar). The system in the transition piece 21 integrated membrane 45 ensures the required stroke and temperature compensation on the actuator module 2 in a range of, for example, about -40 ° C to about 160 ° C. The permeation of moisture is reduced or completely prevented.

2 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Aktormoduls 2 eines Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die elastische Membran 45 mehrere Hubausgleichswellen 50, 51, 52 auf. Die Hubausgleichswellen 50, 51, 52 sind jeweils mit einer elliptischen Durchmesseranordnung oder einer kreisförmigen Durchmesseranordnung ausgestaltet, wobei die Durchmesseranordnung konzentrisch ist. Dadurch ergibt sich in axialer Richtung eine relativ hohe Elastizität und ein damit verbundener relativ großer Bereich, in dem Volumenänderungen des Teils 41 des Ausgleichsraumes 40 möglich sind, um Füllmittel 30 in den Teil 41 des Ausgleichsraumes 40 einzuleiten oder aus diesem abzugeben. Ferner weist die elastische Membran 45 in einem mittleren Bereich eine Stützfläche 60 auf, die insbesondere als Federstützfläche 60 dienen kann, wie es anhand der 5 im weiteren Detail beschrieben ist. 2 shows the in 1 With II designated section of an actuator module 2 a fuel injection valve 1 according to a second embodiment of the invention. In this embodiment, the elastic membrane 45 several Hubausgleichswellen 50 . 51 . 52 on. The Hubausgleichswellen 50 . 51 . 52 are each configured with an elliptical diameter arrangement or a circular diameter arrangement, wherein the diameter arrangement is concentric. This results in the axial direction of a relatively high elasticity and a relatively large area associated therewith, in the volume changes of the part 41 of the equalization room 40 are possible to fill 30 in the part 41 of the equalization room 40 initiate or surrender. Furthermore, the elastic membrane 45 in a central area a support surface 60 on, in particular as a spring support surface 60 can serve as it is based on the 5 is described in further detail.

3 zeigt den in 2 dargestellten Ausschnitt eines Aktormoduls eines Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die elastische Membran 45 mehrere Hubausgleichswellen 50, 51, 52 mit variabler Wellengeometrie auf. Im Unterschied zu dem in der 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel, in dem die Hubausgleichswellen 50, 51, 52 abgesehen von ihrem Durchmesser die gleiche Wellengeometrie aufweisen, variiert bei dem in der 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel neben der Amplitude auch die in radialer Richtung, das heißt senkrecht zur Achse 34, betrachtete Breite. Eine solche Ausgestaltung mit variabler Wellengeometrie hat den Vorteil, dass die Hubausnutzung weiter optimiert werden kann. 3 shows the in 2 shown section of an actuator module of a fuel injection valve 1 according to a third embodiment of the invention. In this embodiment, the elastic membrane 45 several Hubausgleichswellen 50 . 51 . 52 with variable shaft geometry. Unlike the one in the 2 illustrated second embodiment in which the Hubausgleichswellen 50 . 51 . 52 have the same wave geometry apart from their diameter, varies in the in the 3 illustrated third embodiment in addition to the amplitude in the radial direction, that is perpendicular to the axis 34 , considered width. Such a configuration with variable shaft geometry has the advantage that the Hubausnutzung can be further optimized.

4 zeigt den in 3 dargestellten Ausschnitt eines Aktormoduls 2 eines Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Darstellung ist die kreisförmige, konzentrische Durchmesseranordnung der Hubausgleichswellen 50, 51, 52 bezüglich der Achse 34 (3) gezeigt. 4 shows the in 3 shown section of an actuator module 2 a fuel injection valve 1 according to the third embodiment of the invention. In this illustration, the circular concentric diameter arrangement of the Hubausgleichswellen 50 . 51 . 52 with respect to the axis 34 ( 3 ).

5 zeigt den in 1 mit V bezeichneten Ausschnitt eines Aktormoduls 2 eines Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Teil 41 des Ausgleichsraums 40 ist über die als Zu- und Abströmbohrungen dienenden Verbindungskanäle 38, 38' mit dem Zwischenraum 35 verbunden, wobei ein blasenfreier Austausch des Füllmittels 30 zwischen dem Zwischenraum 35 und dem Teil 41 des Ausgleichsraums 40 gewährleistet ist. Zur Abstimmung der elastischen Membran 45 sind in diesem Ausführungsbeispiel Federelemente 61, 62 vorgesehen, die sich an beiden Seiten der als Federstützfläche ausgestalteten Stützfläche 60 der elastischen Membran 45 abstützen. Die jeweils auf die elastische Membran 45 ausgeübte Vorspannkraft des Federelements 61 oder des Federelements 62 kann über eine oder mehrere Einstellscheiben 63, 64 eingestellt werden. 5 shows the in 1 With V designated section of an actuator module 2 a fuel injection valve 1 according to a fourth embodiment of the invention. The part 41 of the equalization room 40 is via the serving as inlet and outlet bores connecting channels 38 . 38 ' with the gap 35 connected, with a bubble-free exchange of the filler 30 between the gap 35 and the part 41 of the equalization room 40 is guaranteed. To vote the elastic membrane 45 are spring elements in this embodiment 61 . 62 provided on both sides of the support surface designed as a spring support surface 60 the elastic membrane 45 support. The each on the elastic membrane 45 exerted biasing force of the spring element 61 or the spring element 62 Can have one or more shims 63 . 64 be set.

Die Werkstoffpaarung der Bauteile des Aktormoduls 2, insbesondere des Wellbalges 31, der Membran 45 und der Übergangsstücke 21, 28 ist im Hinblick auf Festigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizienten so gewählt, dass sich zusätzliche Temperaturbelastungen aus den Bauteilen möglichst kompensieren und nicht aufaddieren.The material combination of the components of the actuator module 2 , in particular of the corrugated bellows 31 , the membrane 45 and the transition pieces 21 . 28 is chosen in terms of strength and thermal expansion coefficient so that additional tempera Compensate for turbocharging from the components as far as possible and not add up.

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 der Verbindungskanäle 38, 38' ist an die Viskosität des Füllmittels 30 angepasst.It should be noted that in the described embodiments, the filler 30 can be chosen in relation to the particular application. In this case, the filler 30 be formed from an elastomer and / or have elastic components. Specifically, the filler 30 be formed from an oil. Especially the design of the connection channels 38 . 38 ' is due to the viscosity of the filler 30 customized.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The Invention is not limited to the described embodiments limited.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1174615 A2 [0002]

Claims

Piezoelectric actuator module ( 2 ), in particular actuator module for fuel injection valves, with an actuator body ( 20 ) and at least one on the actuator body ( 20 ) attached transition piece ( 21 ), characterized in that an actuator sleeve ( 31 ) provided with the transition piece ( 21 ) is connected and the actuator body ( 20 ) surrounds a gap ( 35 ) between the actuator body ( 20 ) and the actuator sleeve ( 31 ) is provided that the transition piece ( 21 ) a compensation room ( 40 ), which by an elastic membrane ( 45 ) is shared that part ( 41 ) of the equalization area ( 40 ) with the space ( 35 ) and another part ( 42 ) of the equalization area ( 40 ) is connected to an environment and that the gap ( 35 ) and the one with the gap ( 35 ) connected part ( 42 ) of the equalization area ( 40 ) at least substantially with a filler ( 30 ) are filled.

Piezoelectric actuator module according to claim 1, characterized in that the elastic membrane ( 45 ) is designed as a high-pressure-tight membrane.

Piezoelectric actuator module according to claim 1 or 2, characterized in that the elastic membrane ( 45 ) at least one Hubausgleichswelle ( 50 . 51 . 52 ) having.

Piezoelectric actuator module according to claim 3, characterized in that the Hubausgleichswelle ( 50 . 51 . 52 ) is configured with an at least substantially elliptical diameter arrangement.

Piezoelectric actuator module according to claim 3, characterized in that the Hubausgleichswelle ( 50 . 51 . 52 ) is configured with an at least substantially circular diameter arrangement.

Piezoelectric actuator module according to claim 4 or 5, characterized in that the diameter arrangement at least one is substantially concentric diameter arrangement.

Piezoelectric actuator module according to one of Claims 3 to 6, characterized in that the elastic membrane ( 45 ) at least two Hubausgleichswellen ( 50 . 51 . 52 ) having different wave geometries.

Piezoelectric actuator module according to claim 7, characterized in that the Hubausgleichswellen ( 50 . 51 . 52 ) have different amplitudes.

Piezoelectric actuator module according to one of Claims 3 to 6, characterized in that the elastic membrane ( 45 ) several Hubausgleichswellen ( 50 . 51 . 52 ) having variable shaft geometry.

Piezoelectric actuator module according to one of claims 1 to 9, characterized in that the elastic membrane ( 45 ) at least one spring support surface ( 60 ) and that in at least one part ( 41 . 42 ) of the equalization area ( 40 ) a spring element ( 61 . 62 ) is arranged, which at the spring support surface ( 60 ) of the elastic membrane ( 45 ) is supported.

Piezoelectric actuator module according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the elastic membrane ( 45 ) is designed as a thin steel membrane, which at its periphery ( 46 ) with the transition piece ( 21 ) is welded.

Fuel Injector ( 1 ), in particular injector for fuel injection valves for air-compressing, self-igniting internal combustion engines, with a piezoelectric actuator module ( 2 ) according to one of claims 1 to 11 and at least indirectly with the actuator module ( 2 ) operable valve closing body ( 12 ), which is provided with a valve seat surface ( 11 ) cooperates to a sealing seat.