專利名稱：帶有用于補償熱性長度變化的機構(gòu)的壓電執(zhí)行器以及帶有壓電執(zhí)行器的燃料噴射閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機的一種壓電執(zhí)行器以及一種燃料噴射閥，這里的內(nèi)燃機帶有與閥體固定相連的執(zhí)行器單元，且該執(zhí)行器單元具有至少一個在預(yù)載下裝入執(zhí)行器殼體中的壓電執(zhí)行器，其中在壓電執(zhí)行器和執(zhí)行器殼體的頂板之間設(shè)置了一個補償元件，該補償元件用于對壓電執(zhí)行器相對于執(zhí)行器殼體的不同熱性長度變化進行補償。
背景技術(shù)：
在EP0869278A1中公開了這樣一種噴射閥。
為進行內(nèi)燃機的燃油供給，現(xiàn)在越來越多地使用高壓存儲器噴射系統(tǒng)。這種噴射系統(tǒng)作為共軌系統(tǒng)(對柴油發(fā)動機而言)以及HPDI-噴射系統(tǒng)(對汽油發(fā)動機而言)為人所熟知。對于這種噴射系統(tǒng)，燃料用高壓泵抽吸到發(fā)動機的所有氣缸公用的蓄壓器中，并從這個蓄壓器中通過噴射閥輸送給單個的氣缸?？梢酝ㄟ^電磁方式或電動方式來控制噴射閥的打開和閉合；在現(xiàn)有情況下使用了電動壓電執(zhí)行器。
在此利用了在操控壓電執(zhí)行器時產(chǎn)生的軸向膨脹，以便通過與閥門的噴射針的直接或間接有效連接對用于噴射燃料的噴射針進行控制，這樣做的前提是在壓電執(zhí)行器和噴射閥之間進行比較敏感的調(diào)整。因為壓電陶瓷和周圍材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，從而就產(chǎn)生了這樣的問題，對由汽車上必要的很寬的溫度工作范圍引起的不同的線膨脹需要進行補償，以避免閥升程的失調(diào)。
除了以前常用的液壓補償元件之外，其間還已知用于對壓電執(zhí)行器以及周圍的執(zhí)行器殼體或閥體的線膨脹進行補償?shù)母鞣N非液壓措施。例如由DE19538791C2公開了一種壓電控制閥，對其來說，閥體本身是帶有軸向前后設(shè)置的套筒件的雙構(gòu)件套筒，套筒件由具有不同膨脹系數(shù)的不同材料制成。在這種類型的專利中請EP0869278A1中，列舉了兩種其它的同樣彼此獨立但可以聯(lián)合的補償方案。在一種方案中提出，為包圍著執(zhí)行器的執(zhí)行器殼體的材料選擇一種膨脹系數(shù)，此膨脹系數(shù)幾乎與壓電執(zhí)行器的膨脹系數(shù)相同。在另一種方案中提出，使用至少一個設(shè)置在壓電執(zhí)行器和執(zhí)行器殼體的蓋板之間的具有比較高的膨脹系數(shù)的補償墊片，此補償墊片適合用來對壓電執(zhí)行器相對于執(zhí)行器殼體較低的膨脹系數(shù)進行補償。
由于執(zhí)行器殼體中壓電執(zhí)行器的必要的預(yù)載，這里就出現(xiàn)了所描述的溫度補償?shù)囊粋€特別的難點。因為務(wù)必應(yīng)該避免壓電陶瓷執(zhí)行器材料中的拉應(yīng)力，所以要借助于彈簧力以規(guī)定的方式對未通電流的壓電執(zhí)行器預(yù)加載。通上電流的壓電執(zhí)行器因此必須克服這種預(yù)載而膨脹。一般為產(chǎn)生這種預(yù)載，如同在這種類型的EP0869278A1中所描述的一樣，使用一個設(shè)置在執(zhí)行器殼體的底板和所屬的壓電執(zhí)行器的端面之間的彈簧，此彈簧將執(zhí)行器朝著執(zhí)行器殼體的頂板擠壓，并以此方式預(yù)加載。在此，同樣對將這種預(yù)緊彈簧或者一個所屬的執(zhí)行機構(gòu)通過材料選擇用于對不同的線膨脹進行補償這種方案進行了描述。
但是也已知一些噴射器，對于這些噴射器，壓電執(zhí)行器在一個由鋼制成的管狀彈簧內(nèi)被預(yù)加載，此彈簧在一側(cè)與頂板、且在對面在預(yù)載作用下與一塊底板焊接在一起。由這種“殼體”與其中的在預(yù)載作用下置入的壓電執(zhí)行器一起形成的執(zhí)行器單元，其與閥體牢固相連，或者說安裝在一個噴射器體中。這種為人熟知的對不同的線膨脹進行補償?shù)拇胧┰谶@種設(shè)計中不能很容易地加以應(yīng)用。另一方面，必須在壓電執(zhí)行器和“管狀彈簧殼體”之間進行補償，因為否則會產(chǎn)生取決于溫度的預(yù)載變化，并且由此產(chǎn)生噴射閥的不期望的取決于溫度的響應(yīng)特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，對這種類型的噴射閥以較小的制造開銷同樣保證產(chǎn)生溫度恒定的預(yù)載，如果壓電執(zhí)行器在預(yù)載作用下裝入管狀彈簧中。
根據(jù)本發(fā)明，此任務(wù)通過一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電執(zhí)行器和一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的噴射閥得以解決。本發(fā)明的優(yōu)選的結(jié)構(gòu)方案可從從屬權(quán)利要求2到8中獲知。
根據(jù)本發(fā)明，對于這種類型的噴射閥，壓電執(zhí)行器設(shè)置在一個管狀彈簧內(nèi)。此外，這種補償元件是設(shè)置在一個加長管里面的補償圓筒。執(zhí)行器殼體包括一個雙構(gòu)件的由管狀彈簧及與其牢固相連的加長管組成的套筒，其加長管一側(cè)的端部與頂板牢固相連，其管狀彈簧一側(cè)的端部在對套筒內(nèi)沿軸向前后設(shè)置的部件施加規(guī)定預(yù)載的情況下與執(zhí)行器殼體的底板牢固相連。
因此，本發(fā)明以這種構(gòu)思為基礎(chǔ)，即將壓電執(zhí)行器和補償圓筒按順序安裝在一個“執(zhí)行器殼體”中，并且共同借助于朝“執(zhí)行器殼體”延長的管狀彈簧對其施加預(yù)載。這種執(zhí)行器殼體包括頂板、加長管、管狀彈簧以及底板。由此就產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部部件(壓電陶瓷加上補償圓筒的材料)的熱膨脹的總和等于執(zhí)行器殼體的熱膨脹。由此，在安裝中調(diào)節(jié)的對壓電陶瓷的預(yù)載在溫度變化時產(chǎn)生的變化無關(guān)緊要。此外，還產(chǎn)生一種穩(wěn)定的執(zhí)行器單元結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)尤其可以使其穩(wěn)定地固定在閥體中。
在本發(fā)明的一種實施方式中，如果執(zhí)行器殼體的部件由鋼制成，執(zhí)行器殼體因此在所有部件中均勻且全部以規(guī)定方式膨脹，那么這一點是十分有利的。
而且將執(zhí)行器殼體的部件在連接部位上彼此焊接在一起，以便執(zhí)行器殼體的部件之間的連接達到所需要的強度，這一點也很有利。
按照本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實施方式，補償圓筒由鋁制成。這種材料將力求達到的膨脹特性與有利的很高的強度以及很低的重量有機地結(jié)合起來。
總體上可以用簡單的方式通過在壓電執(zhí)行器和補償圓筒之間設(shè)置一個中間墊片來對內(nèi)部部件的膨脹特性或者執(zhí)行器單元的幾何形狀產(chǎn)生影響。
在加長管的圓周上加工出穿孔，在這些穿孔中分別安裝一塊彈簧板，使得對于已安裝的執(zhí)行器單元從補償圓筒到閥體產(chǎn)生熱傳導(dǎo)，這一做法十分有利。而且彈簧板分別由銅、銅-鈹或青銅材料制成也很有好處。
本發(fā)明的另一種實施方式的特征是，在執(zhí)行器殼體的頂板中加工出一個凹槽，以將執(zhí)行器單元沖制在閥體中。


下面將借助于附圖對本發(fā)明的一種實施例進行詳細說明。附圖示出圖1示出了執(zhí)行器單元；圖2示出了一個根據(jù)圖1的執(zhí)行器單元的縱剖圖；圖3示出了另外一個根據(jù)圖1的執(zhí)行器單元的縱剖圖；圖4示出了根據(jù)圖1到3的執(zhí)行器單元的分解圖；圖5則示出了一個噴射閥的局部斷面圖。
具體實施例方式
在圖1中示出了已安裝完畢的執(zhí)行器單元，在此，首先可以看出執(zhí)行器殼體的部件，也就是底板4、焊接在其上的管狀彈簧3、焊接在其上的加長管6以及焊接在其上的頂板5。頂板5具有孔，從這些孔中引出了壓電執(zhí)行器1的連接銷14。此外，在圖1中還示出用于連接執(zhí)行器殼體的部件5、6、3和4的焊縫11、12和13。在圖1中同樣示出了在加長管6中加工出的穿孔，在這些穿孔中安裝了由銅、銅-鈹或青銅制成的彈簧板8。這些彈簧板8負(fù)責(zé)在內(nèi)置的(這里看不出來)鋁制補償圓筒和閥體之間進行快速熱傳導(dǎo)，以便在溫度變化時可以最佳地實現(xiàn)長度補償功能。
此外，在圖1中還示出了一個在頂板5中加工出的凹槽10，它用于將執(zhí)行器單元形狀配合地沖制在閥體中。
圖2示出了一個執(zhí)行器單元的橫截面(垂直于連接銷14的平面。這里尤其可以看出執(zhí)行器單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中，壓電執(zhí)行器1、中間墊片7以及鋁制補償圓筒2沿軸向順序依次安裝。這些內(nèi)部部件1、7和2被執(zhí)行器殼體所包圍，而執(zhí)行器殼體則包括底板4、管狀彈簧3、加長管6和蓋板5，而這些部件則最好由彼此焊接在一起的鋼制件所構(gòu)成，以此就會使執(zhí)行器殼體在總體上產(chǎn)生一種統(tǒng)一的、確定的熱線性膨脹。因此，由壓電陶瓷1和鋁制件2組成的組合物被一個共同的鋼制殼體4、3、6和5所包圍，其中內(nèi)部部件1、7和2的總膨脹基本上相應(yīng)于執(zhí)行器殼體4、3、6和5的總膨脹，這樣即使在溫度變化時壓電執(zhí)行器1的預(yù)先規(guī)定的預(yù)載也保持不變。
此外，在圖2中還示出了底板4上的一個O型圈9，它方便了執(zhí)行器單元在噴射器殼體的孔中的定心。
圖3示出了執(zhí)行器單元的橫截面(沿著由連接銷14所形成的平面)。在圖中，可以特別清楚地看出壓電執(zhí)行器1的連接銷14，此銷穿過頂板5的孔且繼續(xù)穿進鋁制補償圓筒2的側(cè)槽15(參照圖4)中。
圖4以分解圖示出了執(zhí)行器單元的整體結(jié)構(gòu)。為進行安裝，首先可以通過焊縫11將頂板5和加長管6連接起來。而后以焊縫12將管狀彈簧3焊到這個加長管6上?，F(xiàn)在可以將內(nèi)置的部件、也就是說壓電執(zhí)行器1連同其接頭或者說連接銷14、中間墊片7以及帶有分別為連接銷14而設(shè)置的側(cè)槽15的鋁制補償圓筒2安裝在由部件3和6所組成的帶有早已焊接好的頂板5的套筒中。最后可以借助于焊縫13在對內(nèi)部部件、尤其是對壓電執(zhí)行器1施加規(guī)定的預(yù)載的情況下，將底板4與管狀彈簧3連接在一起。
根據(jù)所選擇的實施方式，也可以將管狀彈簧3和加長管6設(shè)計為一個單件式構(gòu)件，如圖5所示。在圖5中示出了噴射閥的殼體16的一部分。在殼體16中，形成了一個燃料孔17，它將燃料導(dǎo)入一個噴嘴針閥中。殼體16最好設(shè)置在噴射閥的上部范圍內(nèi)，并且壓電執(zhí)行器1用于操控伺服閥，此閥則對控制室內(nèi)的壓力進行控制。根據(jù)控制室內(nèi)的壓力，噴嘴針閥移動到一個打開位置或一個閉合位置中。在打開位置中將燃油送出。根據(jù)該實施方式，壓電執(zhí)行器1也可以直接控制噴嘴針閥。
總體來說產(chǎn)生一種按本發(fā)明的噴射閥，它具有緊湊的、可穩(wěn)定固定在噴射器中的驅(qū)動單元，此驅(qū)動單元的壓電執(zhí)行器具有溫度恒定的預(yù)載。
權(quán)利要求
1.用于燃料噴射閥的壓電執(zhí)行器(1)，它在預(yù)載作用下裝入執(zhí)行器殼體中，其中在壓電執(zhí)行器(1)和執(zhí)行器殼體的頂板(5)之間設(shè)置了一個補償元件，它用于對壓電執(zhí)行器(1)相對于執(zhí)行器殼體的不同熱性長度變化進行補償，其特征在于-該壓電執(zhí)行器(1)設(shè)置在一個管狀彈簧(3)內(nèi)部；-該補償元件是設(shè)置在加長管(6)內(nèi)部的補償圓筒(2)；-該執(zhí)行器殼體包括一個由管狀彈簧(3)及與其牢固相連的加長管(6)所組成的套筒(3、6)，其加長管一側(cè)的端部與頂板(5)牢固相連，并且其管狀彈簧一側(cè)的端部在向套筒(3、6)內(nèi)部的軸向依次布置的部件(1、7、2)施加規(guī)定的預(yù)載的情況下與執(zhí)行器殼體(4、3、6、5)的底板(4)牢固相連。
2.按權(quán)利要求1所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于所述執(zhí)行器殼體(4、3、6、5)的部件由鋼制成。
3.按權(quán)利要求1或2所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于所述執(zhí)行器殼體(4、3、6、5)的部件在連接部位焊接在一起。
4.按權(quán)利要求1到3中任一項所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于所述補償圓筒(2)由鋁制成。
5.按權(quán)利要求1到4中的任一項所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于在壓電執(zhí)行器(1)和補償圓筒(2)之間設(shè)置了一個中間墊片(7)。
6.按權(quán)利要求1到5中的任一項所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于在所述加長管(6)的圓周中加工出穿孔，在穿孔中分別安裝了一塊彈簧板(8)，使得在安裝好執(zhí)行器單元的情況下能夠從補償圓筒(2)到噴射閥的殼體(16)產(chǎn)生熱傳導(dǎo)。
7.按權(quán)利要求6所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于所述彈簧板(8)分別由材料銅、銅-鈹或青銅制成。
8.按權(quán)利要求1到7中的任一項所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于在所述執(zhí)行器殼體(4、3、6、5)的頂板(5)中加工出一個凹槽(10)，用于將執(zhí)行器單元沖制在閥體中。
9.帶有一個按照權(quán)利要求1到8中的任一項所述的壓電執(zhí)行器(1)的噴射閥。
全文摘要
為了對壓電執(zhí)行器(1)相對于執(zhí)行器殼體(4、3、6、5)的不同熱性長度變化進行補償，提出為一個執(zhí)行器單元設(shè)計一個補償元件，它是設(shè)置在加長管(6)內(nèi)部的鋁制補償圓筒(2)，在此執(zhí)行器單元中，壓電執(zhí)行器(1)在預(yù)載作用下設(shè)置在一個管狀彈簧(3)內(nèi)部。壓電執(zhí)行器(1)和補償圓筒(2)依次安裝，并且共同借助于穿過加長管(6)延長到執(zhí)行器殼體的管狀彈簧(3)預(yù)加載。
文檔編號F02M61/16GK1910363SQ200580002230
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月12日
發(fā)明者J·迪克, H·李克爾, M·斯默特 申請人:西門子公司