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EP1144845B1 - Vorrichtung zum übertragen einer aktorauslenkung auf ein stellglied und einspritzventil mit einer solchen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum übertragen einer aktorauslenkung auf ein stellglied und einspritzventil mit einer solchen vorrichtung Download PDF

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Publication number
EP1144845B1
EP1144845B1 EP99962111A EP99962111A EP1144845B1 EP 1144845 B1 EP1144845 B1 EP 1144845B1 EP 99962111 A EP99962111 A EP 99962111A EP 99962111 A EP99962111 A EP 99962111A EP 1144845 B1 EP1144845 B1 EP 1144845B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
valve
pressure chamber
recess
female element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99962111A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1144845A1 (de
Inventor
Wendelin KLÜGL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1144845A1 publication Critical patent/EP1144845A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1144845B1 publication Critical patent/EP1144845B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • 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
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means

Definitions

  • the invention relates to a device for transmission a movement of an actuator according to the preamble of the claim 1 and in particular an injection valve with a such device.
  • a device - in the further also referred to as a transmission module - is from DE 197 08 304 A1 known.
  • the actuator in the injection valve usually actuates a servo valve that hydraulically presses a nozzle needle controls in the injector.
  • a servo valve that hydraulically presses a nozzle needle controls in the injector.
  • a transmission module that is substantially cylindrical is formed and has a pressure chamber which of a flexible membrane is limited. At this flexible The drive stamp of the servo valve lies against the membrane.
  • the pressure chamber of the transmission module is through a connection hole with throttling effect with another, inside the Transmission module provided compensation chamber connected, the pressure chamber and the compensation chamber with a hydraulic fluid are filled.
  • the in pressure of the hydraulic fluid prevailing in the compensation chamber transferred to the pressure chamber so that the flexible membrane always on the drive stamp of the servo valve, too if due to thermal effects or aging processes Shifts in the arrangement of the individual components in the Injector result.
  • the actuator is actuated the deflection of this actuator via the transmission module in the essentially unchanged on the drive stamp of the servo valve transfer.
  • the connecting hole between the Pressure chamber and the compensation chamber is designed so that due to the activation times in the range of milliseconds essentially no hydraulic fluid from the Pressure chamber can drain.
  • the object of the present invention is a transmission module ready to provide high reliability and long service life and a subdued Transfer of actuator deflection to an actuator allows.
  • the transmission module according to the invention is preferably used in an injection valve for Internal combustion engines applied.
  • a transmission module is distinguished by a piston element and a receiving element, which is telescopic interlock and a pressure chamber with the Enclose hydraulic medium.
  • the piston element and that Receiving elements are designed to be axially displaceable relative to one another, with an actuator deflection from a rest position, where a connection between the pressure chamber and one compensation chamber is completely open, in a second Position in which the connection between the pressure chamber and the compensation chamber is essentially interrupted become.
  • the transmission module according to the invention stands out by a simple structure, with component changes due to manufacturing tolerances, temperature fluctuations and wear effects are reliably balanced and bridged become. Furthermore, the hydraulic medium is in the Transmission module not under an increased pressure, which too a liquid leakage and thus an impairment the functionality of the transmission module.
  • the transmission module according to the invention enables a damped and delayed transmission the actuator deflection on an actuator. This will make the Dynamic of the actuator is reduced when opening, so that e.g. a combustion-technically favorable course when opening of an injection valve can be adjusted.
  • the cross section shown in Fig. 1 by an actuator an injection valve consists essentially of a Valve housing 1 with a step-like inner bore 11, a piezoelectric actuator 2 and a servo valve 3.
  • the piezoelectric actuator 2 is preferred from several stacked piezoelectric Elements built up in a tube spring designed Hollow body 22 are arranged. This hollow body 22 is with a head plate 23 and a bottom plate 24, wherein the piezoelectric actuator 2 with a defined force of preferably 800 to 1000 N is biased.
  • the piezoelectric Actuator 2 is conductive via protruding from the top plate 23 Contact pins connected to an actuator connection 4, voltage across the actuator via the actuator connection Actuator 2 created and so a longitudinal expansion of the piezoelectric Actuator is caused.
  • the piezoelectric actuator 2 is further in an actuator housing 25 arranged at the upper end of the stepped Inner bore 11 firmly clamped in the valve housing 1 is, the actuator housing 25 to an annular circumferential Washer 8 is pressed against a paragraph in the Inner bore 11 of the valve housing 1 is supported.
  • the actuator housing 25 is also held by a hollow screw 7, the one around the actuator housing 25 Tension ring 26 attacks and screwed to the valve housing 1 is.
  • the bottom plate 24 of the piezoelectric actuator 2 is provided with a preferably circular attachment 241 in the center, on which a disc-shaped membrane 6 is arranged, extending from the base plate 24 to the inner wall of the valve housing 1 extends.
  • the membrane 6 in her Outside area between the support plate 8 and the actuator housing 25 captured.
  • the membrane 6 serves the piezoelectric Actuator 2 before a fuel leak from the injection valve to protect.
  • the deflection of the piezoelectric generated by electrostriction Actuator 2 is operated by a transmission module 5 transferred to the servo valve 3.
  • the transmission module 5 exists essentially from a piston element 51, hereinafter also referred to as a drive piston, and a receiving element 52.
  • the drive piston 51 has essentially in cross section T-shape and is with its foot 511 in a central position in the base plate 24 inner bore screwed in and preferably additionally glued.
  • the drive piston is also located 51 with the back of its substantially cylindrical Plates 512 on top 241 of the base plate 24 of the actuator 2, with the disc-shaped membrane 6 with their interior between the attachment 241 and the plate 512 is clamped.
  • the receiving element 52 of the transmission module 5 has in its cross section is also essentially T-shaped and is in one piece with one in the inner bore 11 of the valve housing 1 arranged valve piston 31 connected.
  • This valve piston 31 is part of the servo valve 3.
  • the servo valve 3 further comprises a valve mushroom 32, on which the valve piston 23 rests, the valve mushroom 32 being at rest by a valve spring 33 pressed onto a valve seat 111 in valve housing 1 becomes.
  • the receiving element 52 essentially has cylindrical plate 521 a cylindrical axial recess 522, the inside diameter of which is somewhat larger is designed as the outer diameter of the drive piston plate 512.
  • the drive piston 51 extends with his plate 512 into the recess in the plate 521 of the receiving element 52, with a distance ⁇ s between an end face 513 of the drive piston 51 and a stop surface 523 is provided in the recess 522 of the receiving element 52.
  • the drive piston 51 and the receiving element 52 form a telescopic arrangement that is pushed together by the distance ⁇ s can be.
  • the one Form pressure chamber 91 In the end face 513 of the plate 512 in the drive piston 51 and in the stop surface 523 of the recess 522 in Recessing element 52, recesses are provided, the one Form pressure chamber 91. Pressure chamber 91 is preferred radially symmetrical about the longitudinal axis of the transmission module 5 educated.
  • a spring element 53 is located in the pressure chamber 91 arranged, preferably in the form of a spiral spring, the Drive piston 51 and the receiving element 52 in the axial direction Press apart. The spring element 53 causes the valve piston 31 even in idle state regardless of longitudinal tolerances, thermal changes in length or wear always backlash-free on both with the piezoelectric actuator 2 connected drive piston 51 as well as on the valve mushroom 32 of the servo valve 3 is present.
  • a compensation chamber 92 is formed in the inner bore 11 between the transmission module 5 and the valve housing 1, delimited by the membrane 6, in addition, a compensation chamber 92 is formed. Operational is both the pressure chamber 91 in the transmission module 5 and the compensation chamber 92 around the transmission module 5 with filled with a hydraulic medium.
  • the hydraulic medium is preferably the fuel for the respective engine. It is not necessary that the hydraulic Medium in the compensation chamber 92 under an increased pressure stands.
  • the compensation chamber 92 can therefore, if the hydraulic Medium is the fuel, e.g. with one essentially unpressurized fuel return line from the injection valve are connected to a vehicle fuel tank.
  • the Compensation chamber 92 can also be through diaphragm, sealing washers etc. be completed externally.
  • the actuator shown in Fig. 1 for an injection valve with the transmission module 5 works as follows:
  • the Pressure chamber 91 At rest, i.e. with the injector closed and not driven piezoelectric actuator 2, is the Pressure chamber 91 over the distance ⁇ s between the end face 513 of the plate 511 in the drive piston 51 and the stop surface 523 of the recess 522 in the receiving element 52 is formed, as well as a gap between the cylindrical Outer wall of plate 512 in drive piston 51 and the cylindrical inner wall of the recess 522 of the Receiving part 52 is formed with the compensation chamber 92nd connected so that hydraulic medium between the pressure chamber 91 and the compensation chamber 92 can be replaced. It is therefore in the idle state in the pressure chamber 91 of the same pressure as in the compensation chamber 92, preferably a depressurized state is set.
  • the space between the plate 512 of the drive piston 51 and the plate 521 of the receiving element 52 is in Hibernate designed so that the deflection of the Drive piston 51 of the transmission module 5 caused Pressure increase always starts with some hydraulic medium the pressure chamber 91 presses into the compensation chamber 92. This causes the piezoelectric actuator 2 on the drive piston 51 transmitted force damped on the receiving element 52 of the transmission module 5 and thus above the valve piston 31 transferred to the valve mushroom 32 of the servo valve 3 becomes.
  • valve mushroom 32 from the deflection of the Transmission module 5 with a time delay, based on the actuator control, opened because of the outflow of the hydraulic medium from the pressure chamber 91 at the beginning the actuation process of the drive piston 51 itself Rest position, in which the face 513 of his plate 512 of the stop surface 523 in the recess 522 of the receiving element 51 is spaced apart by the distance ⁇ s, deeper in the recess 512 is advanced, to the extent that is possible until the end face 513 abuts the stop face 523.
  • the additional recesses are as concentric grooves 514 transverse to the direction of flow of the hydraulic Medium trained. Similar grooves can be found in the stop surface 523 of the receiving element 52 his. However, the grooves 514 are preferably in the end face 513 of the drive piston 51 is formed.
  • the inventive design of the transmission module 5, a simple structure is guaranteed. They are just three simply designed parts necessary.
  • the drive piston 51 which is fixed to the piezoelectric actuator 2 of the injection valve is attached, alternatively to that in Fig. 1 solution shown, the drive piston 51 also in one piece the bottom plate 24 of the actuator can be formed; the receiving element 52, which is integral with the valve piston 31 of the Servo valve 3 is formed, but also alternatively e.g. via a screw or adhesive connection with the valve piston 31 can be connected; and the spring element 53 which between the drive piston 51 and the receiving element 52 is.
  • the pressure chamber 91 formed in the transmission module 5 can - as shown in Fig.

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Abstract

Ein Übertragungsmodul (5) zum Übertragen einer Auslenkung eines Aktors (2) auf ein Stellglied (3) besteht aus einem Kolbenelement (51) und einem Aufnahmeelement (52), die teleskopartig ineinandergreifen, wobei zwischen dem Kolbenelement (51) und dem Aufnahmeelement (52) eine Druckkammer (91) ausgebildet ist und das Kolbenelement (51) und das Aufnahmeelement (52) durch die Auslenkung des Aktors (2) axial zueinander verschiebbar sind aus einer ersten Ruhestellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer (91) und einer Ausgleichskammer (92) völlig offen ist, in eine zweite Stellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer (91) und der Ausgleichskammer (92) im wesentlichen unterbrochen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung eines Aktors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere ein Einspritzventil mit einer solchen Vorrichtung. Eine solche Vorrichtung - im weiteren auch als Übertragungsmodul bezeichnet - ist aus der DE 197 08 304 A1 bekannt.
In der Kraftfahrzeugtechnik werden zunehmend Speichereinspritzsysteme eingesetzt, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Bei solchen z.B. unter der Bezeichnung "Common-Rail-System" bekannten Einspritzsystemen wird Kraftstoff unter hohem Druck an in den Zylindern angeordneten Einspritzventilen angelegt. Der Einspritzvorgang in die Zylinder wird durch Öffnen und Schließen dieser Einspritzventile ausgelöst, wobei die Einspritzventile über Aktoren angesteuert werden, die nach dem elektromagnetischen und - um hohe Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen - auch dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten.
Der Aktor im Einspritzventil betätigt dabei in der Regel ein Servoventil, das hydraulisch einen Druck auf eine Düsennadel im Einspritzventil steuert. Durch die Zwischenschaltung des Servoventils ist es insbesondere möglich, den zeitlichen Verlauf des Einspritzvorgangs exakt festzulegen und darüber hinaus die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Düsennadel einzustellen. Aus verbrennungstechnischen Gründen ist es insbesondere wünschenswert, die Düsennadel kontrolliert langsam zu öffnen.
Um die Auslenkung des Aktors auf einen Antriebsstempel des Servoventils zu übertragen, ist aus der DE 197 08 304 A1 ein Übertragungsmodul bekannt, das im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und eine Druckkammer aufweist, die von einer flexiblen Membran begrenzt wird. An dieser flexiblen Membran liegt der Antriebsstempel des Servoventils an. Die Druckkammer des Übertragungsmoduls ist über eine Verbindungsbohrung mit Drosselwirkung mit einer weiteren, im Inneren des Übertragungsmoduls vorgesehenen Ausgleichskammer verbunden, wobei die Druckkammer und die Ausgleichskammer mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind.
Im Ruhezustand wird über die Verbindungsbohrung der in der Ausgleichskammer herrschende Druck der Hydraulikflüssigkeit auf die Druckkammer übertragen, so daß die flexible Membran immer am Antriebsstempel des Servoventils anliegt, auch wenn sich aufgrund thermischer Effekte oder Alterungsprozesse Verschiebungen in der Anordnung der einzelnen Komponenten im Einspritzventil ergeben. Bei einer Betätigung des Aktors wird die Auslenkung dieses Aktors über das Übertragungsmodul im wesentlichen unverändert auf den Antriebsstempel des Servoventils übertragen. Die Verbindungsbohrung zwischen der Druckkammer und der Ausgleichskammer ist so ausgelegt, daß aufgrund der im Bereich von Millisekunden liegenden Ansteuerzeiten im wesentlichen keine Hydraulikflüssigkeit aus der Druckkammer abfließen kann.
Da bei dem in der DE 197 08 304 A1 verwendeten Übertragungsmodul die Hydraulikflüssigkeit im Übertragungsmodul eingeschlossen ist, besteht die Gefahr, daß durch Flüssigkeitsleckage aufgrund von Undichtigkeiten ein Druckabfall im Übertragungsmodul auftritt, der die Funktionsfähigkeit des Übertragungsmoduls und damit des Einspritzventils beeinträchtigt. Weiterhin wird bei dem bekannten Übertragungsmodul die Auslenkung des Aktors nahezu ungedämpft und zeitlich nicht verzögert auf den Antriebsstempel des Servoventils übertragen. Dies hat wiederum zur Folge, daß das Servoventil ungebremst die Düsennadel im Einspritzventil öffnet, was die Qualität des Verbrennungsprozesses verschlechtert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Übertragungsmodul bereit zu stellen, daß sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer auszeichnet und eine gedämpfte Übertragung der Aktorauslenkung auf ein Stellglied ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Übertragungsmodul wird vorzugsweise in einem Einspritzventil für Verbrennungsmotoren angewendet.
Ein erfindungsgemäße Übertragungsmodul zeichnet sich durch ein Kolbenelement und ein Aufnahmeelement aus, die teleskopartig ineinandergreifen und eine Druckkammer mit dem hydraulischen Medium umschließen. Das Kolbenelement und das Aufnahmeelement sind dabei axial zueinander verschiebbar ausgelegt, wobei sie durch eine Aktorauslenkung aus einer Ruhestellung, bei der eine Verbindung zwischen der Druckkammer und einer Ausgleichskammer völlig offen ist, in eine zweite Stellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Ausgleichskammer im wesentlichen unterbrochen ist, gebracht werden.
Das erfindungsgemäße Übertragungsmodul zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus, wobei Bauteilveränderungen aufgrund von Herstellungstoleranzen, Temperaturschwankungen sowie Abnutzungseffekten zuverlässig ausgeglichen und überbrückt werden. Weiterhin steht das hydraulische Medium im Übertragungsmodul nicht unter einem erhöhten Druck, der zu einer Flüssigkeitsleckage und damit einer Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Übertragungsmoduls führen kann. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Übertragungsmodul eine kraftgedämpfte und zeitlich verzögerte Übertragung der Aktorauslenkung auf ein Stellglied. Hierdurch wird die Dynamik des Stellgliedes beim Öffnen vermindert, so daß sich z.B. ein verbrennungstechnisch günstiger Verlauf beim Öffnen eines Einspritzventils einstellen läßt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind in den einander gegenüberstehenden Berührflächen des Kolbenelements und des Aufnahmeelements quer zur Strömungsrichtung Aussparungen ausgeführt, die aufgrund einer erhöhten Reibung das Ausströmen von hydraulischem Medium aus der Druckkammer über den Zwischenraum zwischen dem Kolbenelement und dem Aufnahmeelement und damit den Dämpfungsverlauf des Übertragungsmoduls beeinflussen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
  • Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Stellantrieb eines Einspritzventils; und
  • Fig. 2 einen Schnitt entlang der A-A Linie in Fig. 1.
    • Der in Fig. 1 gezeigte Querschnitt durch einen Stellantrieb eines Einspritzventils besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 1 mit einer stufenartig ausgebildeten Innenbohrung 11, einem piezoelektrischen Aktor 2 und einem Servoventil 3. Der piezoelektrische Aktor 2 ist dabei vorzugsweise aus mehreren übereinandergestapelten piezoelektrischen Elementen aufgebaut, die in einem als Rohrfeder ausgebildeten Hohlkörper 22 angeordnet sind. Dieser Hohlkörper 22 ist mit einer Kopfplatte 23 und einer Bodenplatte 24 versehen, wobei der piezoelektrische Aktor 2 mit einer definierten Kraft von vorzugsweise 800 bis 1000 N vorgespannt wird. Der piezoelektrische Aktor 2 ist leitend über aus der Kopfplatte 23 hervorstehenden Kontaktstiften mit einem Aktoranschluß 4 verbunden, wobei über den Aktoranschluß Spannung an den piezoelektrischen Aktor 2 angelegt und so eine Längsdehnung des piezoelektrischen Aktors hervorgerufen wird.
    Der piezoelektrische Aktor 2 ist weiter in einem Aktorgehäuse 25 angeordnet, das am oberen Ende der stufig ausgebildeten Innenbohrung 11 im Ventilgehäuse 1 fest eingespannt ist, wobei das Aktorgehäuse 25 auf eine ringförmig umlaufende Auflagescheibe 8 gedrückt wird, die gegen einen Absatz in der Innenbohrung 11 des Ventilgehäuses 1 abgestützt ist. Das Aktorgehäuse 25 wird außerdem von einer Hohlschraube 7 festgehalten, die an einen um das Aktorgehäuse 25 umlaufenden Spannring 26 angreift und mit dem Ventilgehäuse 1 verschraubt ist.
    Die Bodenplatte 24 des piezoelektrischen Aktors 2 ist mittig mit einem vorzugsweise kreisrunden Aufsatz 241 versehen, an dem eine scheibenförmige Membran 6 angeordnet ist, die sich von der Bodenplatte 24 bis zur Innenwandung des Ventilgehäuses 1 erstreckt. Dabei wird die Membran 6 in ihrem Außenbereich zwischen der Auflagescheibe 8 und dem Aktorgehäuse 25 festgehalten. Die Membran 6 dient dazu, den piezoelektrischen Aktor 2 vor einer Kraftstoffleckage aus dem Einspritzventil zu schützen.
    Die durch Elektrostriktion erzeugte Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 2 wird von einem Übertragungsmodul 5 auf das Servoventil 3 übertragen. Das Übertragungsmodul 5 besteht im wesentlichen aus einem Kolbenelement 51, im weiteren auch als Antriebskolben bezeichnet, und einem Aufnahmeelement 52. Der Antriebskolben 51 hat im Querschnitt im wesentlichen T-Form und ist mit seinem Fuß 511 in eine zentral in der Bodenplatte 24 ausgeführte Innenbohrung fest eingeschraubt und vorzugsweise zusätzlich verklebt. Weiterhin liegt der Antriebskolben 51 mit der Rückseite seines im wesentlichen zylindrischen Tellers 512 auf dem Aufsatz 241 der Bodenplatte 24 des Aktors 2 auf, wobei die scheibenförmige Membran 6 mit ihrem Innenbereich zwischen dem Aufsatz 241 und dem Teller 512 festgeklemmt ist.
    Das Aufnahmeelement 52 des Übertragungsmoduls 5 hat in seinem Querschnitt auch im wesentlichen T-Form und ist einstückig mit einem in der Innenbohrung 11 des Ventilgehäuses 1 angeordneten Ventilkolben 31 verbunden. Dieser Ventilkolben 31 ist Teil des Servoventils 3. Das Servoventil 3 umfaßt weiterhin einen Ventilpilz 32, auf dem der Ventilkolben 23 anliegt, wobei der Ventilpilz 32 im Ruhezustand von einer Ventilfeder 33 auf einen Ventilsitz 111 im Ventilgehäuse 1 gedrückt wird.
    Das Aufnahmeelement 52 weist in seinem im wesentlichen zylindrischen Teller 521 eine zylinderförmig ausgestaltete axiale Vertiefung 522 auf, deren Innendurchmesser etwas größer ausgelegt ist als der Außendurchmesser des Antriebskolben-Tellers 512. Der Antriebskolben 51 erstreckt sich mit seinem Teller 512 in die Vertiefung im Teller 521 des Aufnahmeelements 52, wobei ein Abstand Δs zwischen einer Stirnfläche 513 des Antriebskolbens 51 und einer Anschlagfläche 523 in der Vertiefung 522 des Aufnahmeelements 52 vorgesehen ist. Der Antriebskolben 51 und das Aufnahmeelement 52 bilden dabei eine Teleskopanordnung, die um die Strecke Δs ineinandergeschoben werden können.
    In der Stirnfläche 513 des Tellers 512 im Antriebskolbens 51 und in der Anschlagfläche 523 der Vertiefung 522 im Aufnahmeelement 52 sind Aussparungen vorgesehen, die eine Druckkammer 91 bilden. Die Druckkammer 91 ist vorzugsweise radialsymmetrisch um die Längsachse des Übertragungsmoduls 5 ausgebildet. In der Druckkammer 91 ist ein Federelement 53 angeordnet, vorzugsweise in Form einer Spiralfeder, die den Antriebskolben 51 und das Aufnahmeelement 52 in Axialrichtung auseinanderdrücken. Das Federelement 53 bewirkt, daß der Ventilkolben 31 auch im Ruhezustand unabhängig von Längstoleranzen, thermischen Längenänderungen oder Verschleiß immer spielfrei sowohl an dem mit dem piezoelektrischen Aktor 2 verbundenen Antriebskolben 51 als auch an dem Ventilpilz 32 des Servoventils 3 anliegt.
    In der Innenbohrung 11 ist zwischen dem Übertragungsmodul 5 und dem Ventilgehäuse 1, begrenzt durch die Membran 6, zusätzlich eine Ausgleichskammer 92 ausgebildet. Im Betrieb ist sowohl die Druckkammer 91 im Übertragungsmodul 5 als auch die Ausgleichskammer 92 um das Übertragungsmodul 5 herum mit einem hydraulischen Medium gefüllt. Das hydraulische Medium ist dabei vorzugsweise der Kraftstoff für den jeweiligen Motor. Es ist dabei nicht erforderlich, daß das hydraulische Medium in der Ausgleichskammer 92 unter einem erhöhten Druck steht. Die Ausgleichskammer 92 kann daher, wenn das hydraulische Medium der Kraftstoff ist, z.B. mit einer im wesentlichen drucklosen Kraftstoff-Rückleitung vom Einspritzventil zu einem Kraftstofftank des Fahrzeugs in Verbindung stehen. Die Ausgleichskammer 92 kann aber auch durch Membrane, Dichtscheiben o.ä. nach außen abgeschlossen sein.
    Der in Fig. 1 dargestellte Stellantrieb für eine Einspritzventil mit dem Übertragungsmodul 5 arbeitet wie folgt:
    Im Ruhezustand, d.h. bei geschlossenem Einspritzventil und nicht angesteuertem piezoelektrischen Aktor 2, ist die Druckkammer 91 über den Abstand Δs, der zwischen der Stirnfläche 513 des Tellers 511 im Antriebskolben 51 und der Anschlagfläche 523 der Vertiefung 522 im Aufnahmeelement 52 ausgebildet ist, sowie über einen Spalt, der zwischen der zylindrischen Außenwandung des Tellers 512 im Antriebskolben 51 und der zylindrischen Innenwandung der Vertiefung 522 des Aufnahmeteils 52 ausgebildet ist, mit der Ausgleichskammer 92 verbunden, so daß hydraulisches Medium zwischen der Druckkammer 91 und der Ausgleichskammer 92 ausgetauscht werden kann. Es herrscht deshalb im Ruhezustand in der Druckkammer 91 der gleiche Druck wie in der Ausgleichskammer 92, wobei vorzugsweise ein druckloser Zustand eingestellt ist.
    Bei einer Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 2 bewirkt die durch Elektrostriktion hervorgerufene Längsdehnung des Aktors, daß die Bodenplatte 24 in die Innenbohrung 11 des Ventilgehäuses 1 vorgeschoben wird. Dabei wird der mit der Bodenplatte 24 fest verbundene Antriebskolben 51 ebenfalls ausgelenkt, wodurch der Druck auf das hydraulische Medium in der Druckkammer 91 ansteigt. Dieser Druckanstieg bewirkt, daß das hydraulisches Medium aus der Druckkammer 91 über den zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 im Ruhezustand bestehenden Zwischenraum in die Ausgleichskammer 52 gedrückt wird. Da dieser Zwischenraum, der durch den Abstand Δs zwischen der Stirnfläche 513 des Antriebskolben-Tellers 512 und der Anschlagfläche 523 in der Vertiefung 522 des Aufnahmeelement-Tellers 521 und den Spalt zwischen der zylindrischen Außenwandung des Antriebskolben-Tellers 512 und der zylindrischen Innenwandung der Vertiefung 522 des Aufnahmeelement-Tellers 521 festgelegt ist, nicht ausreicht, durch Ausströmen von hydraulischem Medium den schnellen Druckanstieg in der Druckkammer 91, der durch die Auslenkung des Antriebskolbens 51 bewirkt wird, abzubauen, wird dieser Druck über das Aufnahmeelement 52 an den Ventilkolben 31 weitergegeben, so daß sich der Antriebskolben 51, das Aufnahmeelement 52 und der Ventilkolben 31 zusammen nach unten bewegen, wodurch der Ventilpilz 32 gegen die Wirkung der Ventilfeder 33 vom Ventilsitz 111 in der Innenbohrung 11 des Ventilgehäuses 1 abgehoben wird. Dieses Öffnen des Ventilpilzes 32 des Servoventils 3 wird dann dazu genutzt, um z.B. eine Düsennadel im Einspritzventil zu öffnen und so den Einspritzvorgang auszulösen.
    Der Zwischenraum zwischen dem Teller 512 des Antriebskolbens 51 und den Teller 521 des Aufnahmeelements 52 ist im Ruhezustand so ausgelegt, daß der durch die Auslenkung des Antriebskolbens 51 des Übertragungsmoduls 5 hervorgerufene Druckanstieg zu Beginn immer etwas hydraulisches Medium aus der Druckkammer 91 in die Ausgleichskammer 92 drückt. Dies bewirkt, daß die vom piezoelektrischen Aktor 2 auf den Antriebskolben 51 übertragene Kraft gedämpft auf das Aufnahmeelement 52 des Übertragungsmoduls 5 und damit über dem Ventilkolben 31 auf den Ventilpilz 32 des Servoventils 3 übertragen wird. Weiterhin wird der Ventilpilz 32 von der Auslenkung des Übertragungsmoduls 5 zeitlich verzögert, bezogen auf die Aktoransteuerung, geöffnet, da sich aufgrund des Ausströmens des hydraulischen Mediums aus der Druckkammer 91 zu Beginn des Ansteuerungsvorgangs der Antriebskolben 51 sich aus seiner Ruhestellung, bei der die Stirnfläche 513 seines Tellers 512 von der Anschlagfläche 523 in der Vertiefung 522 des Aufnahmeelements 51 um die Strecke Δs beabstandet ist, tiefer in die Vertiefung 512 vorbewegt, und zwar maximal soweit, bis die Stirnfläche 513 an der Anschlagfläche 523 anliegt. Durch diese zeitlich verzögerte und gedämpfte Übertragung der Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 2 über das Übertragungsmodul 5 auf den Ventilpilz 32 des Servoventils 3 wird die Dynamik beim Öffnen des Ventilpilzes 32 vermindert, was eine präzise Ansteuerung des Einspritzventils bei den im Einspritzventil gewünschten hohen Schaltgeschwindigkeiten gewährleistet. Insbesondere kann der Beginn des Einspritzvorgangs und die Geschwindigkeit, mit der sich das Einspritzventil öffnet, optimal eingestellt werden, was die Qualität des Verbrennungsvorgangs erhöht.
    Um einen optimalen Dämpfungsverlauf zu erreichen, sind entweder in der Stirnfläche 513 im Antriebskolben-Teller 512 oder in der Anschlagfläche 523 der Vertiefung 522 im Aufnahmeelement 51 oder in beiden zusätzliche Aussparungen, vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung, ausgeführt, die die Reibung beim Austritt des hydraulischen Mediums aus der Druckkammer 91 über den Zwischenraum zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 erhöhen.
    Wie Fig. 2 zeigt, sind die zusätzlichen Aussparungen als konzentrische Rillen 514 quer zur Strömungsrichtung des hydraulischen Mediums ausgebildet. Ähnliche Rillen können in der Anschlagfläche 523 des Aufnahmeelements 52 vorhanden sein. Vorzugsweise sind die Rillen 514 aber in der Stirnfläche 513 des Antriebskolbens 51 ausgebildet.
    Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Übertragungsmoduls 5 ist ein einfacher Aufbau gewährleistet. Es sind lediglich drei einfach gestaltete Teile notwendig. Der Antriebskolben 51, der fest am piezoelektrischen Aktor 2 des Einspritzventils angebracht ist, wobei alternativ zu der in Fig. 1 gezeigten Lösung, der Antriebskolben 51 auch einstückig mit der Bodenplatte 24 des Aktors ausgebildet sein kann; das Aufnahmeelement 52, das einstückig mit dem Ventilkolben 31 des Servoventils 3 ausgebildet ist, jedoch auch alternativ z.B. über eine Schraub- oder Klebverbindung mit dem Ventilkolben 31 verbunden sein kann; und das Federelement 53, das zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 angeordnet ist. Die im Übertragungsmodul 5 ausgebildete Druckkammer 91 kann - wie in Fig. 1 gezeigt - aus Vertiefungen sowohl im Antriebskolben 51 als auch im Aufnahmeelement 52 bestehen, jedoch auch alternativ nur in einem dieser beiden Teile vorgesehen sein. Durch die Verbindung zwischen der Druckkammer 91 und der Ausgleichskammer 92 über einen Zwischenraum zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 sowie durch das zwischen dem Antriebskolben 51 und dem Aufnahmeelement 52 vorgesehene Federelement 53 wird gewährleistet, daß Bauteiltoleranzen sowie aufgrund thermischer und Abnutzungseffekte auftretende Veränderungen in der Anordnung der Einspritzventil-Komponenten ausgeglichen werden. Durch das Austreten von hydraulischem Medium aus der Druckkammer 91 in die Ausgleichskammer 92 zu Beginn des Ansteuervorgangs des piezoelektrischen Aktors 2 wird darüber hinaus für eine gedämpfte Kraftübertragung der Aktorauslenkung auf das Servoventil 3 und damit für ein optimiertes Öffnen des Einspritzventils gesorgt.

    Claims (10)

    1. Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines piezoelektrischen Aktors (2) auf ein Stellglied (3) mit
         einem Übertragungsmodul (5), das eine Wirkverbindung zwischen dem Aktor und dem Stellglied herstellt und eine Druckkammer (91) und eine Ausgleichskammer (92) festlegt, die mit einem hydraulischen Medium mindestens teilweise gefüllt und über eine Verbindung miteinander in Kontakt stehen,
         dadurch gekennzeichnet, daß
         das Übertragungsmodul ein Kolbenelement (51) und ein Aufnahmeelement (52) aufweist, die teleskopartig ineinandergreifen, wobei zwischen dem Kolbenelement und dem Aufnahmeelement die Druckkammer (91) ausgebildet ist und das Kolbenelement und das Aufnahmeelement durch die Auslenkung des Aktors axial zueinander verschiebbar sind aus seiner ersten Ruhestellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Ausgleichskammer (92) völlig offen ist, in eine zweite Stellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Ausgleichskammer im wesentlichen unterbrochen ist.
    2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolbenelement (51) und dem Ausnahmeelement (52) ein Federelement (53) angeordnet ist, das das Kolbenelement und das Aufnahmeelement in der ersten Ruhestellung hält.
    3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeelement (52) eine Vertiefung (522) aufweist, in die das Kolbenelement (51) hineinragt, wobei ein Spalt zwischen der Außenwandung des Kolbenelements und der Innenwandung der Vertiefung im Aufnahmeelement vorgesehen ist, und daß das Kolbenelement durch die Auslenkung des Aktors (2) mit einer Stirnfläche (513) auf eine Anschlagfläche (523) in der Vertiefung im Aufnahmeelement zu bewegt wird.
    4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche (513) des Kolbenelements (51) und/oder in der Anschlagfläche (523) der Vertiefung (522) im Aufnahmeelement (52) Aussparungen vorgesehen sind.
    5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Aussparungen als konzentrische Rillen (514) ausgebildet sind.
    6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (91) durch eine Vertiefung in dem Kolbenelement (51) und/oder dem Aufnahmeelement (52) gebildet wird.
    7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenelement (51) fest mit dem Aktor (2) verbunden ist.
    8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeelement (52) mit einem Ventilkolben (31), der auf einen Ventilpilz (32) einwirkt, fest verbunden und einstückig damit ausgebildet ist.
    9. Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfaßt, wobei die Vorrichtung zwischen einem piezoelektrischen Aktor (2) und einem Ventilkolben (31) eines Servoventils (3) angeordnet ist.
    10. Einspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Medium der für den Motor verwendete Kraftstoff ist.
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