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WO2007116007A1 - Piezo-aktor, verfahren zum herstellen eines piezo-aktors und einspritzsystem mit einem solchen - Google Patents

Piezo-aktor, verfahren zum herstellen eines piezo-aktors und einspritzsystem mit einem solchen Download PDF

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Publication number
WO2007116007A1
WO2007116007A1 PCT/EP2007/053346 EP2007053346W WO2007116007A1 WO 2007116007 A1 WO2007116007 A1 WO 2007116007A1 EP 2007053346 W EP2007053346 W EP 2007053346W WO 2007116007 A1 WO2007116007 A1 WO 2007116007A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric actuator
spring
force
nozzle needle
closing
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2007/053346
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hellmut Freudenberg
Richard Pirkl
Udo REILÄNDER
Dejan Jovovic
Maximilian Kronberger
Matthias Wicke
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
Continental Automotive GmbH
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Continental Automotive GmbH
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, Continental Automotive GmbH, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2007116007A1 publication Critical patent/WO2007116007A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased 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
    • 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
    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/02—Fuel-injection apparatus having means for reducing wear
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/26—Fuel-injection apparatus with elastically deformable elements other than coil springs
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/704—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with actuator and actuated element moving in different directions, e.g. in opposite directions
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9015—Elastomeric or plastic materials

Definitions

  • Piezo actuator method for producing a piezo actuator and injection system with such
  • the invention relates to a piezoelectric actuator, a method for producing a piezoelectric actuator and an injection system with a piezoelectric actuator.
  • Injection systems require a control, such as ⁇ example, a piezo actuator in the high pressure chamber.
  • the technical field of the invention relates in particular to piezo-controlled common rail injectors or injection systems without leak oil return with a piezo actuator or a piezo actuator for opening and closing a nozzle by means of a nozzle needle in the high pressure chamber, a hydraulic longitudinal compensation device or return device and a lever translator For actuating the nozzle needle.
  • the return device has a hole in the bottom plate of the
  • a single injection system is known, for example, 101 45 620 B4 be ⁇ from DE.
  • Another disadvantage of conventional injection systems is that, depending on manufacturing tolerances and elastic deformations due to external and internal forces acting on the piezoelectric actuator, a widely varying idle stroke can occur. These idle stroke differences can be compensated, inter alia, by the hydraulic longitudinal compensation device described above.
  • Another object of the present invention is to provide a piezoactuator in which a closing force dependent on the fuel pressure is reduced.
  • the closing force should be reduced at the beginning of the opening of the nozzle.
  • Another task is len a piezo actuator equipstel- in which differences in stroke in successive Actuate the ⁇ the nozzle needle movements are minimized or avoided.
  • a piezoactuator for injecting fuel at a predetermined fuel pressure which comprises:
  • a nozzle needle for opening and closing a nozzle into which the fuel is injected
  • controllable piezo stack which provides a function ei ⁇ nes control signal for actuating a stroke of the nozzle needle in a closing direction or an opening direction
  • a spring device which provides a force depending on the fuel ⁇ pressure, which counteracts at least partially acting on the nozzle needle and acting in the closing direction closing force.
  • the piezoelectric actuator according to the invention is that the force provided by the spring device counteracts the closing force in such a way that the opening of the nozzle is assisted.
  • the spring device thus acts as an energy store for supporting the opening of the nozzle. Overall, therefore, the piezo stack, which performs the lifting of the nozzle needle from the nozzle seat, bring less energy ⁇ . Consequently, the power loss of the piezo actuator is reduced. It is particularly advantageous that the of the
  • the fuel pressure always affects the closing force, but it also controls the closing force ⁇ counteracting force of the spring device according to the invention.
  • the compensated provided by the spring means force ma ⁇ Siert ximal 90%, especially a maximum of 80% of the cross at the nozzle needle to ⁇ and acting in the closing direction of the closing force.
  • the piezoelectric actuator has a restoring device, which is adapted to reset the piezoelectric stack in a predetermined starting position, and which has at least one coupled between the piezo-stack and the nozzle needle piston device, which provided the hub transfers.
  • the restoring device already provides a restoring force for resetting the piezoelectric stack, which is smaller than a minimum force in all operating states of the piezoelectric actuator to the
  • Opening the nozzle is necessary. Thus, an undesirable nozzle needle opening is prevented.
  • the opening of the nozzle is 200602289
  • a lever transmission device for translating the stroke transmitted by the piston device into an enlarged stroke, which has a piezo-side lever, which is coupled to the piston device, and a nozzle needle-side lever, which is coupled to the nozzle needle.
  • the lever translation device has the particular advantage of minimizing the necessary stroke to be provided by the piezo stack and thus the necessary energy to be provided by the piezo stack. Thus, the power loss of the piezo actuator is further minimized.
  • the restoring device comprises at least one return spring and a spring plate, wherein the spring plate is supported on a housing of the piezo stack and / or the return spring between see a bottom plate of the piezo stack and the spring plate is arranged.
  • the return device further comprises the piston device, which engages in a bore of the bottom plate of the piezo stack, and a hydraulic ⁇ cal volume, in particular a fuel volume with the predetermined fuel pressure, between the bottom plate and the coupling device.
  • the spring device between the restoring device and the lever-translating device is arranged such that the force provided by the spring device acts exclusively counter to the closing direction of the closing force.
  • the support of opening the nozzle by the force provided by the spring device is optimal.
  • the spring device is disc-shaped, wherein the return 200602289
  • the lever translation device and the lever translation device are connected by a hole of the disc-shaped spring device and the disc-shaped spring device is coupled at its Jardinrandbe- rich with the lever translation device.
  • the spring device is designed as a biasing element, which is connected in series with the return spring and is biased by the applied fuel pressure.
  • a particular advantage of the spring device designed as a biasing element is that the force provided by it, which counteracts the closing force, is independent of the stroke of the nozzle needle.
  • the biasing element is annular, wherein the annular biasing element comprises in particular the bottom plate of the piezoelectric stack.
  • the annular biasing member has a cross section which is characterized by a major axis and a minor axis.
  • the cross section is substantially diamond-shaped or substantially elliptical.
  • the annular biasing element is arranged such that the main axis or the minor axis runs parallel to the closing direction . This parallel arrangement results in an opti ⁇ male effect of the provided by the spring device or the biasing force against the closing force.
  • the annular biasing element has a cavity.
  • the cavity is filled with a fluid, a gas, a liquid, a free-flowing material, a polymer and / or an elastomer for adjusting the spring constants of the annular biasing element.
  • the spring constant of the biasing element in particular depending on the predetermined fuel pressure can be adjusted.
  • the piezoelectric actuator is arranged in a high pressure chamber of an injection system, which is designed in particular as a common rail injection system.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of the piezoelectric actuator according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal sectional view of a second exemplary embodiment of the piezoactuator according to the invention
  • Fig. 3 is a cross-section of a first embodiment of the annular biasing member according to the ahead ⁇ invention
  • FIG. 5 shows a cross section of a thirdheldsbei ⁇ game of the annular biasing element according to the present invention.
  • Fig. 6 is a schematic flow diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • the exemplary embodiments of the piezoactuator 1 according to the invention for injecting fuel at a predetermined fuel pressure P have in common that they include a nozzle needle 2 for opening and closing a nozzle 18, into which the fuel is injected, a controllable piezoelectric stack 3, which in response to a control signal (not shown) provides a stroke for actuating the nozzle needle 2 in a closing direction Rl or in an opening direction R2, and a spring device 6 which, depending on the fuel pressure P provides a force which at least partially on the nozzle needle 2 angrei ⁇ fenden and acting in the closing direction Rl closing force counteracted.
  • the piezoelectric actuator 1 preferably has a hydraulic return ⁇ adjusting device 5, which is adapted to reset the piezoelectric stack 3 in a predetermined starting position.
  • the hydraulic return device 5 has a coupled between the piezo-stack 3 and the nozzle needle 2 Kolbenvor ⁇ direction 4, which transmits the provided stroke.
  • the return device 5 generates a restoring force 200602289
  • a lever transmission device 7 is provided for translating the transmitted from the piston device 4 stroke in an enlarged stroke.
  • the lever transmission device 7 has a piezo-side lever 8, which is coupled to the piston device 4, and a nozzle needle-side lever 9, which is coupled to the nozzle needle 2.
  • the nozzle needle 2 is preferably integrated in a nozzle body 19.
  • the return device 5 at least one return spring 10 and a spring plate 11, wherein the spring plate 11 is supported on a housing 12 of the piezo stack 3 and / or the return spring 10 disposed between a bottom plate 13 of the piezo stack 3 and the spring plate 11 is.
  • the return device 5 is insbesonde ⁇ re by the engaging in the bore of the bottom plate 13 of the piezoelectric stack 3 piston device 4, a volume of the
  • Fuel with the predetermined fuel pressure P between the bottom plate 13 and the piston device 4 and the return spring 10 is formed. All volumes within the piezo-actuator 1, which have fuel with the predetermined fuel pressure P are indicated by the reference P.
  • the spring device 6 interim ⁇ rule invention the leverage apparatus 7, and see the hydraulic return device 5 is arranged.
  • the spring device 6 generates a fuel pressure P proportional counterforce on the piezo comparativen lever 8 of the lever translation device 7, because with increasing fuel pressure P, the nozzle needle 2 shortened as a result of closing force increase and the nozzle body 19 extended.
  • the force initiation ⁇ is point 20 of the piezo-sided lever displaced in the direction of the spring device 6. 8
  • reference symbol R3 shows the expansion direction of spring device 6
  • reference symbol R4 shows the compression direction of nozzle needle 2
  • reference symbol R5 denotes the elongation direction of nozzle body 19.
  • the vertical sealing gap D between the piston device 4 and the bottom plate 13 on the piston side a cylindrical or spherical surface with a very shortchonaus ⁇ expansion. Because of the alignment of the piston end face of the piston device 4 by the disk-shaped spring device 6, the piston device 4 is guided in the bore of the bottom plate 13 at a spherical sealing surface of the sealing gap D with small inclinations or a cylindrical sealing surface without jamming.
  • the short sealing surfaces of the Kol ⁇ benvorraum 4 are particularly advantageous for minimizing the moving masses and in the maintenance of close Spieltole- tolerances.
  • the second exemplary embodiment of the piezoactuator 1 according to the invention differs in particular from the first exemplary embodiment according to FIG. 1 in that the spring device 6 is designed as a pretensioning element which is connected in series with the return spring 10.
  • the biasing element 6 is biased by the applied fuel pressure P.
  • the biasing member 6 has the property ⁇ shaft, at higher fuel pressures P bias the return spring 10 more than at smaller fuel pressures P. It is thus adjusted or adjusted by the fuel pressure P and the rail pressure itself.
  • the biasing member 6 is in particular formed as a ring, which comprises the Bodenplat ⁇ te 13 of the piezoelectric stack 3. 200602289
  • FIGS. 3 to 5 show various embodiments of the annular biasing member 6.
  • the annular pre ⁇ clamping element 6 has a cross section 14, 15, which is characterized by a main axis Ll and at least one minor axis L2.
  • the annular biasing member has 6 14.
  • the major axis and the minor axis Ll L2 define a substantially diamond-shaped cross-section while the diamond of the cross-section ⁇ .
  • the biasing element 6 according to FIG. 4 has a cross-section which results from a series connection of two diamond-shaped cross-sections 14.
  • the annular biasing element 6 according to FIG. 5 has an elliptical cross-section 15.
  • the main axis Ll and the minor axis L2 define the dimensions of the ellipse.
  • the annular biasing member is arranged in such a way check that the main axis Ll or the minor axis L2 pa rallel ⁇ extending to the closing direction Rl.
  • the main axis Ll according to the embodiment of FIG. 2 is parallel to the closing direction Rl.
  • the annular biasing member 6 has a cavity 16.
  • the cavity 16 is filled in particular with a fluid, a gas, a liquid, a free-flowing material, a polymer and / or an elastomer for adjusting the spring constant of the annular biasing element 6.
  • Fig. 6 shows a schematic flow diagram of a Favor ⁇ th embodiment of the inventive method for manufacturing a piezoelectric actuator 1 for injecting fuel at a predetermined fuel pressure P.
  • the method of the invention with reference to the block ⁇ diagram in Fig. 6 will be explained.
  • the procedural invention ⁇ ren has the following steps: 200602289
  • a nozzle needle 2 for opening and closing a nozzle 18 into which the fuel is injected.
  • the nozzle needle 2 is coupled to a controllable piezo-stack 3, which provides a stroke for actuating the nozzle needle 2 in a closing direction Rl or in an opening direction R2 in response to a control signal.
  • the spring device 6 is arranged such that it provides a force as a function of the fuel pressure P, which at least partially counteracts a force acting on the nozzle needle 2 ⁇ and acting in the closing direction Rl closing force.

Landscapes

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Abstract

Piezo-Aktor (4), Verfahren zum Herstellen eines Piezo-Aktors und Einspritzsystem mit einem solchen Erfindungsgemäß, wird ein Piezo-Aktor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, der aufweist: eine Düsennadel (2) zum Öffnen und Schließen einer Düse (18), in welche der Kraftstoff eingespritzt wird, einen steuerbaren Piezo-Stapel (3), welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals einen Hub zum Betätigen der Düsennadel (2) in einer Schließrichtung (R1) oder in einer Öffnungsrichtung (R2) bereitstellt, und eine Federvorrichtung (6), welche in Abhängigkeit des Kraftstoffdruckes (8) eine Kraft bereitstellt, die zumindest teilweise einer an der Düsennadel (2) angreifenden und in Schließrichtung (R1) wirkenden Schließkraft entgegenwirkt.

Description

Beschreibung
Piezo-Aktor, Verfahren zum Herstellen eines Piezo-Aktors und Einspritzsystem mit einem solchen
Die Erfindung betrifft einen Piezo-Aktor, ein Verfahren zum Herstellen eines Piezo-Aktors und ein Einspritzsystem mit einem Piezo-Aktor.
Einspritzsysteme und insbesondere lecköllose Common-Rail-
Einspritzsysteme erfordern ein Steuerelement, wie beispiels¬ weise einen Piezo-Aktor im Hochdruckraum. Das technische Gebiet der Erfindung betrifft insbesondere piezogesteuerte Com- mon-Rail-Injektoren oder Einspritzsysteme ohne Leckölrücklauf mit einem Piezo-Aktor oder einem Piezo-Aktuator zum Öffnen und Schließen einer Düse mittels einer Düsennadel im Hochdruckraum, der eine hydraulische Längsausgleichsvorrichtung oder Rückstellvorrichtung und einen Hebelübersetzer zur Betätigung der Düsennadel aufweist. Die Rückstellvorrichtung weist insbesondere einen in die Bohrung der Bodenplatte des
Piezo-Stapels des Piezo-Aktors eingreifenden Kolben, ein hyd¬ raulisches Volumen, beispielsweise ein Kraftstoffvolumen, zwischen der Bodenplatte und dem Kolben und eine Rückstellfe¬ der zum Rückstellen des Piezo-Stapels auf. Ein solches Ein- spritzsystem ist beispielsweise aus der DE 101 45 620 B4 be¬ kannt .
In Folge der Abhängigkeit der Schließkraft, die an der Düsen¬ nadel angreift und in eine Schließrichtung zum Verschließen der Düse wirkt, vom anliegenden Kraftstoffdruck ist die notwendige Energie zum Öffnen der Düse bei hohen Kraftstoffdrü¬ cken verhältnismäßig hoch, was eine entsprechende Baugröße des Piezo-Aktors erfordert. Mit dem Anstieg der notwendigen Betätigungsenergie steigt auch die Verlustleistung des Piezo- Aktors. Insbesondere bei einer Mehrfacheinspritzung und bei einem hohen Einspritzdruck, beispielsweise 2000 bar, reicht eine einfache Anströmung des Steuergeräts oder des Piezo- 200602289
Aktors mit Luft zu dessen Kühlung nicht mehr aus, was einen erheblichen Kostennachteil bedeutet.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Einspritzsysteme besteht darin, dass in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen und e- lastischen Verformungen aufgrund äußerer und innerer Kräfte, die auf den Piezo-Aktor wirken, ein stark variierender Leerhub entstehen kann. Diese Leerhubunterschiede können unter anderem durch die oben beschriebene hydraulische Längsaus- gleichsvorrichtung ausgeglichen werden.
Die Anmelderin hat allerdings in einer Vielzahl von Versuchen festgestellt, dass es bei der Auslegung der hydraulischen Längsausgleichsvorrichtung notwendig ist, den Endeffektor o- der die Bodenplatte des Piezo-Stapels möglichst schnell in seine Ausgangslage zurückzubringen, damit von Betätigung zu Betätigung keine Hubunterschiede entstehen. Insbesondere sollte diese Rückstellung von Einspritzung zu Einspritzung stattfinden. Somit könnten alle Einspritzereignisse unabhän- gig von ihrer Vorgeschichte behandelt werden. Allerdings darf die von der hydraulischen Längsausgleichsvorrichtung bereitgestellte Rückstellkraft die Düsennadel in keinem Betriebszu¬ stand des Piezo-Aktors öffnen. Dies führt dazu, dass die hyd¬ raulische Längsausgleichsvorrichtung nur eine geringe Rück- stellkraft erzeugen darf, da ansonsten bei einem geringen
Kraftstoffdruck oder Raildruck eine Nadelöffnung stattfindet. Eine geringe Rückstellkraft bedingt allerdings nachteiliger¬ weise, dass die Rückstellzeiten bei höheren Kraftstoffdrücken oder Raildrücken und damit höheren Düsennadelkräften zu lang für die dynamischen Anforderungen des Piezo-Aktors sind.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verlustleistung des Piezo-Aktors, insbesondere mit konstruk¬ tiv einfachen und kostengünstigen Mitteln zu minimieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Piezo-Aktor bereitzustellen, bei welchem eine vom Kraftstoffdruck abhängige Schließkraft reduziert ist. Dabei 200602289
soll insbesondere die Schließkraft zu Beginn der Öffnung der Düse reduziert werden.
Eine weitere Aufgabe ist es, einen Piezo-Aktor bereitzustel- len, bei dem Hubunterschiede bei aufeinanderfolgenden Betäti¬ gungen der Düsennadel minimiert bzw. vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser gestellten Aufga¬ ben durch einen Piezo-Aktor mit den Merkmalen des Patentan- spruchs 1 und/oder durch ein Verfahren zum Herstellen eines Piezo-Aktors mit den Merkmalen des Patentanspruch 16 gelöst.
Demnach wird erfindungsgemäß ein Piezo-Aktor zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vor- geschlagen, der aufweist:
- eine Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer Düse, in welche der Kraftstoff eingespritzt wird,
- einen steuerbaren Piezo-Stapel, welcher in Abhängigkeit ei¬ nes Steuersignals einen Hub zum Betätigen der Düsennadel in einer Schließrichtung oder in einer Öffnungsrichtung bereitstellt, und
- eine Federvorrichtung, welche in Abhängigkeit des Kraft¬ stoffdruckes eine Kraft bereitstellt, die zumindest teilweise einer an der Düsennadel angreifenden und in Schließrichtung wirkenden Schließkraft entgegenwirkt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Piezo-Aktors ist es, dass die von der Federvorrichtung bereitgestellte Kraft der Schließkraft derart entgegenwirkt, so dass das Öffnen der Dü- se unterstützt wird. Die Federvorrichtung wirkt somit als E- nergiespeicher zur Unterstützung des Öffnens der Düse. Insgesamt hat damit der Piezo-Stapel, der das Heben der Düsennadel aus dem Düsensitz durchführt, eine geringere Energie aufzu¬ bringen. Folglich wird die Verlustleistung des Piezo-Aktors verringert. Besonders vorteilhaft ist es, dass die von der
Federvorrichtung bereitgestellte Kraft abhängig von dem aktuellen Kraftstoffdruck ist. Folgendes verdeutlicht diesen erfindungsgemäßen Vorteil: Je höher der Kraftstoffdruck ist, 200602289
desto größer wird die von dem Kraftstoffdruck abhängige Schließkraft, desto größer wird allerdings auch die in der Federvorrichtung gespeicherte Energie bzw. die von der Federvorrichtung bereitgestellte, der Schließkraft entgegenwirken- de Kraft. Somit beeinflusst zwar der Kraftstoffdruck stets die Schließkraft, allerdings steuert er auch die der Schlie߬ kraft entgegenwirkende Kraft der erfindungsgemäßen Federvorrichtung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kompen- siert die von der Federvorrichtung bereitgestellte Kraft ma¬ ximal 90%, insbesondere maximal 80% der an der Düsennadel an¬ greifenden und in Schließrichtung wirkenden Schließkraft. Somit wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass infolge der von der Federvorrichtung bereitgestellten Kraft keine uner- wünschte Nadelöffnung erfolgen kann. Somit ist die Dichtheit zwischen Düsennadel und Ventil beispielsweise gegenüber einem Brennraum eines Kraftfahrzeugmotors für jeden Einspritzdruck bzw. Kraftstoffdruck sichergestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Piezo-Aktor eine Rückstellvorrichtung auf, welche dazu geeignet ist, den Piezo-Stapel in eine vorbestimmte Ausgangslage zurückzustellen, und welche zumindest eine zwischen dem Piezo-Stapel und der Düsennadel gekoppelte Kolbenvorrichtung aufweist, welche den bereitgestellten Hub überträgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung stellt die Rückstellvorrichtung eine Rückstellkraft zum Rückstellen des Piezo-Stapels bereits, welche in allen Betriebszuständen des Piezo-Aktors kleiner als eine minimale Kraft ist, die zum
Öffnen der Düse notwendig ist. Somit wird eine unerwünschte Düsennadelöffnung verhindert . Das Öffnen der Düse wird vor- 200602289
nehmlich durch den von dem Piezo-Stapel bereitgestellten Hub durchgeführt .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine He- belübersetzungsvorrichtung zur Übersetzung des von der Kolbenvorrichtung übertragenen Hubes in einen vergrößerten Hub vorgesehen, welcher einen piezoseitigen Hebel, der mit der Kolbenvorrichtung gekoppelt ist, und einen düsennadelseitigen Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist. Die Hebelübersetzungsvorrichtung hat den besonderen Vorteil, den von dem Piezo-Stapel bereitzustellenden, notwendigen Hub und damit die von dem Piezo-Stapel bereitzustellende, notwendige Energie zu minimieren. Somit wird die Verlustleistung des Piezo-Aktors weiter minimiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Rückstellvorrichtung zumindest eine Rückstellfeder und einen Federteller auf, wobei sich der Federteller auf einem Gehäuse des Piezo-Stapels aufstützt und/oder die Rückstellfeder zwi- sehen einer Bodenplatte des Piezo-Stapels und dem Federteller angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Rückstellvorrichtung weiterhin die Kolbenvorrichtung, welche in eine Bohrung der Bodenplatte des Piezo-Stapels eingreift, und ein hydrauli¬ sches Volumen, insbesondere ein Kraftstoffvolumen mit dem vorbestimmten Kraftstoffdruck, zwischen der Bodenplatte und der Koppelvorrichtung auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Federvorrichtung zwischen der Rückstellvorrichtung und der Hebel- Übersetzungsvorrichtung derart angeordnet, dass die von der Federvorrichtung bereitgestellte Kraft ausschließlich entgegen der Schließrichtung der Schließkraft wirkt. Damit ist die Unterstützung des Öffnens der Düse durch die von der Federvorrichtung bereitgestellten Kraft optimal.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Federvorrichtung scheibenförmig ausgebildet, wobei die Rückstell- 200602289
Vorrichtung und die Hebelübersetzungsvorrichtung durch ein Loch der scheibenförmigen Federvorrichtung verbunden sind und die scheibenförmige Federvorrichtung an ihrem Außenrandbe- reich mit der Hebelübersetzungsvorrichtung gekoppelt ist. Durch die einseitige Kopplung der Federvorrichtung an der Hebelübersetzungsvorrichtung, insbesondere an dem piezoseitigen Hebel, wird sichergestellt, dass die von der Federvorrichtung bereitgestellte Kraft ausschließlich in Schließrichtung und nicht in Öffnungsrichtung wirken kann. Damit wird vorteil- hafterweise die Öffnung der Düse nach dem Abklingen der von der Federvorrichtung bereitgestellten Kraft nicht behindert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Federvorrichtung als ein Vorspannelement ausgebildet, welches mit der Rückstellfeder in Serie geschaltet ist und durch den anliegenden Kraftstoffdruck vorgespannt wird. Ein besonderer Vorteil der als Vorspannelement ausgebildeten Federvorrichtung besteht darin, dass die von ihr bereitgestellte Kraft, welcher der Schließkraft entgegenwirkt, unabhängig von dem Hub der Düsennadel ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Vorspannelement ringförmig ausgebildet, wobei das ringförmige Vorspannelement insbesondere die Bodenplatte des Piezo- Stapels umfasst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das ringförmige Vorspannelement einen Querschnitt auf, der durch eine Hauptachse und eine Nebenachse gekennzeichnet ist. Bei- spielsweise ist der Querschnitt im Wesentlichen rautenförmig oder im Wesentlichen ellipsenförmig ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das ringförmige Vorspannelement derart angeordnet, dass die Hauptach- se oder die Nebenachse parallel zu der Schließrichtung ver¬ läuft. Durch diese parallele Anordnung ergibt sich eine opti¬ male Wirkung der von der Federvorrichtung bzw. dem Vorspannelement bereitgestellten Kraft gegenüber der Schließkraft. 200602289
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das ringförmige Vorspannelement einen Hohlraum auf. Vorzugsweise ist der Hohlraum mit einem Fluid, einem Gas, einer Flüssig- keit, einem rieselfähigen Material, einem Polymer und/oder einem Elastomer zur Einstellung der Federkonstanten des ringförmigen Vorspannelements gefüllt. Somit kann abhängig von der Anwendung bzw. dem Einsatz des Piezo-Aktors die Federkonstante des Vorspannelements, insbesondere in Abhängigkeit des vorbestimmten Kraftstoffdrucks eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Piezo-Aktor in einem Hochdruckraum eines Einspritzsystems angeordnet, das insbesondere als Common-Rail- Einspritzsystem ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schemati¬ schen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Piezo- Aktors;
Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Piezo- Aktors;
Fig. 3 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels des ringförmigen Vorspannelementes gemäß der vor¬ liegenden Erfindung;
Fig. 4 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbei¬ spiels des ringförmigen Vorspannelementes gemäß der vorliegenden Erfindung; 200602289
Fig. 5 einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbei¬ spiels des ringförmigen Vorspannelementes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens .
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen -sofern nichts anderes angegeben ist- mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Piezo-Aktors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck P ist gemein, dass er eine Düsennadel 2 zum Öffnen und Schließen einer Düse 18, in welche der Kraftstoff eingespritzt wird, einen steuerbaren Piezo-Stapel 3, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals (nicht gezeigt) einen Hub zum Betätigen der Düsennadel 2 in einer Schließrichtung Rl oder in einer Öffnungsrichtung R2 bereitstellt, und eine Federvorrichtung 6 aufweist, welche in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks P eine Kraft bereitstellt, welche zumindest teilweise eine an der Düsennadel 2 angrei¬ fenden und in Schließrichtung Rl wirkenden Schließkraft ent- gegenwirkt .
Vorzugsweise kompensiert die von der Federvorrichtung 6 be¬ reitgestellte Kraft maximal 90%, insbesondere maximal 80% der an der Düsennadel 2 angreifenden und in Schließrichtung Rl wirkenden Schließkraft.
Der Piezo-Aktor 1 weist vorzugsweise eine hydraulische Rück¬ stellvorrichtung 5 auf, welche dazu geeignet ist, den Piezo- Stapel 3 in eine vorbestimmte Ausgangslage zurückzustellen. Die hydraulische Rückstellvorrichtung 5 weist eine zwischen dem Piezo-Stapel 3 und der Düsennadel 2 gekoppelte Kolbenvor¬ richtung 4 auf, welche den bereitgestellten Hub überträgt. Dabei erzeugt die Rückstellvorrichtung 5 eine Rückstellkraft 200602289
zum Rückstellen des Piezo-Stapels 3 in seine Ausgangslage, welche in allen Betriebszuständen des Piezo-Aktors 1 kleiner als eine minimale Kraft ist, die zum Öffnen der Düse 18 not¬ wendig ist .
Weiterhin ist eine Hebelübersetzungsvorrichtung 7 zur Übersetzung des von der Kolbenvorrichtung 4 übertragenen Hubes in einen vergrößerten Hub vorgesehen. Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 weist einen piezoseitigen Hebel 8, der mit der Kolbenvorrichtung 4 gekoppelt ist, und einen düsennadelseiti- gen Hebel 9 auf, der mit der Düsennadel 2 gekoppelt ist . Die Düsennadel 2 ist dabei vorzugsweise in einem Düsenkörper 19 integriert. Weiter weist die Rückstellvorrichtung 5 zumindest eine Rückstellfeder 10 und einen Federteller 11 auf, wobei sich der Federteller 11 auf einem Gehäuse 12 des Piezo- Stapels 3 aufstützt und/oder die Rückstellfeder 10 zwischen einer Bodenplatte 13 des Piezo-Stapels 3 und dem Federteller 11 angeordnet ist. Die Rückstellvorrichtung 5 ist insbesonde¬ re durch die in die Bohrung der Bodenplatte 13 des Piezo- Stapels 3 eingreifende Kolbenvorrichtung 4, ein Volumen des
Kraftstoffes mit dem vorbestimmten Kraftstoffdruck P zwischen der Bodenplatte 13 und der Kolbenvorrichtung 4 und der Rückstellfeder 10 ausgebildet. Sämtliche Volumen innerhalb des Piezo-Aktors 1, welche Kraftstoff mit dem vorbestimmten Kraftstoffdruck P aufweisen, sind durch das Bezugszeichen P gekennzeichnet .
Gemäß Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Federvorrichtung 6 zwi¬ schen der Hebelübersetzungsvorrichtung 7 und der hydrauli- sehen Rückstellvorrichtung 5 angeordnet. Die Federvorrichtung 6 erzeugt eine dem Kraftstoffdruck P proportionale Gegenkraft auf den piezoseitigen Hebel 8 der Hebelübersetzungsvorrichtung 7, weil sich mit steigendem Kraftstoffdruck P die Düsennadel 2 in Folge der Schließkrafterhöhung verkürzt und der Düsenkörper 19 verlängert. Dadurch wird der Krafteinleitungs¬ punkt 20 des piezoseitigen Hebels 8 in Richtung der Federvorrichtung 6 verlagert. Abhängig von der Federkonstanten der Federvorrichtung 6 wird dadurch eine zu dem Kraftstoffdruck P 200602289
10
proportionale Kraft aufgebaut, die der Schließkraft entgegen¬ wirkt. Somit wird der Piezo-Aktor 1 insbesondere bei Beginn der Düsenöffnung unterstützt. Zur verdeutlichten Veranschaulichung zeigen das Bezugszeichen R3 die Dehnungsrichtung der Federvorrichtung 6, das Bezugszeichen R4 die Stauchungsrichtung der Düsennadel 2 und das Bezugszeichen R5 die Längungs- richtung des Düsenkörpers 19.
Vorzugsweise weist der vertikale Dichtspalt D zwischen der Kolbenvorrichtung 4 und der Bodenplatte 13 kolbenseitig eine zylindrische oder ballige Fläche mit sehr kurzer Längenaus¬ dehnung auf. Wegen der Ausrichtung der Kolbenstirnfläche der Kolbenvorrichtung 4 durch die scheibenförmige Federvorrichtung 6 wird die Kolbenvorrichtung 4 bei balliger Dichtfläche des Dichtspaltes D mit geringen Schrägstellungen oder bei einer zylindrischen Dichtfläche verkantungsfrei in die Bohrung der Bodenplatte 13 geführt. Die kurzen Dichtflächen der Kol¬ benvorrichtung 4 sind besonders vorteilhaft zur Minimierung der bewegten Massen und bei der Einhaltung enger Spieltole- ranzen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Piezo- Aktors 1. Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä- ßen Piezo-Aktors 1 unterscheidet sich insbesondere von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dahingehend, dass die Federvorrichtung 6 als ein Vorspannelement ausgebildet ist, welches mit der Rückstellfeder 10 in Serie geschaltet ist. Das Vorspannelement 6 wird durch den anliegenden Kraftstoff- druck P vorgespannt. Das Vorspannelement 6 hat die Eigen¬ schaft, bei größeren Kraftstoffdrücken P die Rückstellfeder 10 mehr vorzuspannen als bei kleineren Kraftstoffdrücken P. Es wird somit durch den Kraftstoffdruck P bzw. den Raildruck selbst verstellt oder eingestellt. Das Vorspannelement 6 ist insbesondere als ein Ring ausgebildet, welcher die Bodenplat¬ te 13 des Piezo-Stapels 3 umfasst. 200602289
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Die Figuren 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele des ringförmigen Vorspannelementes 6. Das ringförmige Vor¬ spannelement 6 hat einen Querschnitt 14, 15, der durch eine Hauptachse Ll und zumindest eine Nebenachse L2 gekennzeichnet ist. Gemäß Fig. 3 hat das ringförmige Vorspannelement 6 einen im Wesentlichen rautenförmigen Querschnitt 14. Die Hauptachse Ll und die Nebenachse L2 definieren dabei die Raute des Quer¬ schnitts .
Das Vorspannelement 6 gemäß Fig. 4 weist einen Querschnitt auf, der sich aus einer Serienschaltung von zwei rautenförmigen Querschnitten 14 ergibt.
Das ringförmige Vorspannelement 6 gemäß Fig. 5 weist einen ellipsenförmigen Querschnitt 15 auf. Die Hauptachse Ll und die Nebenachse L2 definieren dabei die Abmessungen der Ellipse .
Vorzugsweise wird das ringförmige Vorspannelement derart an- geordnet, dass die Hauptachse Ll oder die Nebenachse L2 pa¬ rallel zu der Schließrichtung Rl verläuft. Beispielsweise verläuft die Hauptachse Ll gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 parallel zu der Schließrichtung Rl.
Vorzugsweise weist das ringförmige Vorspannelement 6 einen Hohlraum 16 auf. Der Hohlraum 16 ist insbesondere mit einem Fluid, einem Gas, einer Flüssigkeit, einem rieselfähigen Material, einem Polymer und/oder einem Elastomer zur Einstellung der Federkonstanten des ringförmigen Vorspannelements 6 gefüllt.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzug¬ ten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Piezo-Aktors 1 zum Einspritzen von Kraft- Stoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck P. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Block¬ schaltbilds in Fig. 6 erläutert. Das erfindungsgemäße Verfah¬ ren weist folgende Verfahrensschritte auf: 200602289
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Verfahrensschritt a:
Es wird eine Düsennadel 2 zum Öffnen und Schließen einer Düse 18 bereitgestellt, in welche der Kraftstoff eingespritzt wird.
Verfahrensschritt b:
Die Düsennadel 2 wird mit einem steuerbaren Piezo-Stapel 3 gekoppelt, welche in Abhängigkeit eines Steuersignals einen Hub zum Betätigen der Düsennadel 2 in eine Schließrichtung Rl oder in eine Öffnungsrichtung R2 bereitstellt.
Verfahrensschritt c:
Die Federvorrichtung 6 wird derart angeordnet, dass sie in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks P eine Kraft bereitstellt, die zumindest teilweise einer an der Düsennadel 2 angreifen¬ den und in Schließrichtung Rl wirkenden Schließkraft entgegenwirkt .
Obwohl die vorliegenden Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Wei¬ se modifizierbar. Beispielsweise ist es denkbar, den Piezo- Aktor als ein offenes System wie in den vorhergehenden Aus- führungsbeispielen beschrieben, oder als ein geschlossenes System auszubilden.

Claims

20060228913Patentansprüche
1. Piezo-Aktor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck (P) mit:
a) einer Düsennadel (2) zum Öffnen und Schließen einer Düse (18), in welche der Kraftstoff eingespritzt wird;
b) einem steuerbaren Piezo-Stapel (3), welcher in Abhängig- keit eines Steuersignals einen Hub zum Betätigen der Düsenna¬ del (2) in einer Schließrichtung (Rl) oder in einer Öffnungsrichtung (R2) bereitstellt; und
c) einer Federvorrichtung (6), welche in Abhängigkeit des Kraftstoffdruckes (P) eine Kraft bereitstellt, die zumindest teilweise einer an der Düsennadel (2) angreifenden und in Schließrichtung (Rl) wirkenden Schließkraft entgegenwirkt.
2. Piezo-Aktor nach Anspruch 1, dadur ch ge ke nn z e i chnet , dass die von der Federvorrichtung (6) bereitgestellte Kraft maximal 90%, insbesondere maximal 80% der an der Düsennadel (2) angreifenden und in Schließrichtung (Rl) wirkenden Schließkraft kompensiert.
3. Piezo-Aktor nach Anspruch 1 oder 2, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Piezo-Aktor (1) eine Rückstellvorrichtung (5) aufweist, welche dazu geeignet ist, den Piezo-Stapel (3) in ei- ne vorbestimmte Ausgangslage zurückzustellen, und welche eine zwischen dem Piezo-Stapel (3) und der Düsennadel (2) gekop¬ pelte Kolbenvorrichtung (4) aufweist, die den bereitgestell¬ ten Hub überträgt.
4. Piezo-Aktor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , 200602289
14
dass die Rückstellvorrichtung (5) eine Rückstellkraft zum Rückstellen des Piezo-Stapels (3) bereitstellt, welche in al¬ len Betriebszuständen des Piezo-Aktors (1) kleiner als eine minimale Kraft ist, die zum Öffnen der Düse (18) notwendig ist.
5. Piezo-Aktor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Hebelübersetzungsvorrichtung (7) zur Übersetzung des von der Kolbenvorrichtung (4) übertragenen Hubes in einen vergrößerten Hub vorgesehen ist, welche einen piezoseitigen Hebel (8), der mit der Kolbenvorrichtung (4) gekoppelt ist, und einen düsennadelseitigen Hebel (9), der mit der Düsenna- del (2) gekoppelt ist, aufweist.
6. Piezo-Aktor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Rückstellvorrichtung (5) eine Rückstellfeder (10) und/oder einen Federteller (11) aufweist, wobei sich der Federteller (11) auf einem Gehäuse (12) des Piezo-Stapels (3) aufstützt und/oder die Rückstellfeder (10) zwischen einer Bodenplatte (13) des Piezo-Stapels (3) und dem Federteller (11) angeordnet ist.
7. Piezo-Aktor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Federvorrichtung (6) zwischen der Rückstellvorrichtung (5) und der Hebelübersetzungsvorrichtung (7) derart angeordnet ist, dass die von der Federvorrichtung (6) bereitge¬ stellte Kraft ausschließlich entgegen der Schließrichtung (Rl) der Schließkraft wirkt.
8 . P ie zo-Aktor nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 200602289
15
dass die Federvorrichtung (6) scheibenförmig ausgebildet ist, wobei die Rückstellvorrichtung (5) und die Hebelübersetzungs¬ vorrichtung (7) durch ein Loch der scheibenförmigen Federvorrichtung (6) verbunden sind und die scheibenförmige Federvor- richtung (6) an ihrem Außenrandbereich (17) mit der Hebelübersetzungsvorrichtung (7) gekoppelt ist.
9. Piezo-Aktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Federvorrichtung (6) als ein Vorspannelement ausge¬ bildet ist, welches mit der Rückstellfeder (10) in Serie ge¬ schaltet ist und durch den anliegenden Kraftstoffdruck (P) vorgespannt wird.
10. Piezo-Aktor nach Anspruch 9, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Vorspannelement (6) ringförmig ausgebildet ist, wo¬ bei das ringförmige Vorspannelement (6) insbesondere die Bo- denplatte (13) des Piezo-Stapels (3) umfasst.
11. Piezo-Aktor nach Anspruch 10, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das ringförmige Vorspannelement (6) einen Querschnitt (14, 15) aufweist, der durch eine Hauptachse (Ll) und eine Nebenachse (L2) gekennzeichnet ist.
12. Piezo-Aktor nach Anspruch 10 oder 11, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das ringförmige Vorspannelement (6) einen im Wesentli¬ chen rautenförmigen Querschnitt (14) oder einen im Wesentlichen ellipsenförmigen Querschnitt (15) aufweist.
13. Piezo-Aktor nach Anspruch 11 oder 12, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das ringförmige Vorspannelement (6) derart angeordnet ist, dass die Hauptachse (Ll) oder die Nebenachse (L2) paral¬ lel zu der Schließrichtung (Rl) verläuft. 200602289
16
14. Piezo-Aktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet , dass das ringförmige Vorspannelement (6) einen Hohlraum (16) aufweist .
15 . Pie zo-Akt or nach An spruch 14 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hohlraum (16) mit einem Fluid, einem Gas, einer Flüssigkeit, einem rieselfähigen Material, einem Polymer und/oder einem Elastomer zur Einstellung der Federkonstanten des ringförmigen Vorspannelementes (6) gefüllt ist.
16. Verfahren zum Herstellen eines Piezo-Aktors (1) zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck (P) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 15 mit den Schritten:
a) Bereitstellen einer Düsennadel (2) zum Öffnen und Schließen einer Düse (18), in welche der Kraftstoff eingespritzt wird;
b) Koppeln der Düsennadel (2) mit einem steuerbaren Piezo- Stapel (3), welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals einen Hub zum Betätigen der Düsennadel (2) in einer Schließrichtung (Rl) oder einer Öffnungsrichtung (R2) bereitstellt; und
c) Anordnen einer Federvorrichtung (6) derart, dass sie in Abhängigkeit des Kraftstoffdruckes (P) eine Kraft bereit¬ stellt, die zumindest teilweise einer an der Düsennadel (2) angreifenden und in Schließrichtung (Rl) wirkenden Schließkraft entgegenwirkt.
17. Einspritzsystem mit einem Piezo-Aktor (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Piezo-Aktor (1) in einem Hochdruckraum des Einspritzsystems, welcher Kraftstoff 200602289
17
mit dem vorbestimmten Kraftstoffdruck (P) aufweist, angeordnet ist.
18. Einspritzsystem nach Anspruch 17, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Einspritzsystem als ein Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet ist.
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