DE19858476B4 - Device for transmitting an Aktorauslenkung on an actuator and injector with such a device - Google Patents

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Abstract

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,
wobei das Übertragungsmodul ein Kolbenelement (51) und ein Aufnahmeelement (52) aufweist, die teleskopartig ineinandergreifen und zwischen denen die Druckkammer (91) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kolbenelement (51) und das Aufnahmeelement (52) durch die Auslenkung des Aktors (2) axial zueinander verschiebbar sind aus seiner ersten Ruhestellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer (91) 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, wobei der Verschiebweg des Kolbenelementes in bezug auf das Aufnahmeelement so ausgelegt ist, dass eine...Device for transmitting a deflection of a piezoelectric actuator (2) to an actuator (3)
a transmission module (5) which establishes an operative connection between the actuator and the actuator and defines a pressure chamber (91) and a compensation chamber (92) which are at least partially filled with a hydraulic medium and in contact with each other via a connection,
wherein the transmission module has a piston element (51) and a receiving element (52) which telescopically engage and between which the pressure chamber (91) is formed,
characterized in that
the piston member (51) and the receiving element (52) by the deflection of the actuator (2) are axially displaceable from its first rest position, in which the connection between the pressure chamber (91) and the compensation chamber (92) is completely open, in a second position in which the connection between the pressure chamber and the compensation chamber is substantially interrupted, wherein the displacement path of the piston element with respect to the receiving element is designed so that a ...

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Figure 00000001

Description

Vorrichtung zum Übertragen einer Aktorauslenkung auf ein Stellglied und Einspritzventil mit einer solchen Vorrichtungcontraption to transfer an Aktorauslenkung on an actuator and injector with such a device

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 195 00 706 A1 bekannt.The invention relates to a device for transmitting a movement of an actuator according to the preamble of patent claim 1 and in particular an injection valve with such a device. Such a device - also referred to as a transfer module - is from the DE 195 00 706 A1 known.

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.In Automotive engineering are increasingly storage injection systems used in which working with very high injection pressures. In such e.g. under the name "common rail system" known injection systems Fuel under high pressure on arranged in the cylinders injectors created. The injection into the cylinder is done by opening and closing this Injectors triggered, where the injectors over Actuators are actuated according to the electromagnetic and - to high Achieve switching speeds - even the piezoelectric Principle work.

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.Of the Actuator actuated in the injector usually a servo valve, which hydraulically pressure on a nozzle needle in the injection valve controls. Through the interposition of the servo valve is it possible in particular to determine the time course of the injection process exactly and about that addition, the opening and closing speed the nozzle needle adjust. For combustion reasons, it is particularly desirable that nozzle needle controlled to open slowly.

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 Verbindungs bohrung mit Drosselwirkung mit einer weiteren, im Inneren des Übertragungsmoduls vorgesehenen Ausgleichskammer verbunden, wobei die Druckkammer und die Ausgleichskammer mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind.To transmit the deflection of the actuator to a drive stamp of the servo valve, is from the DE 197 08 304 A1 a transmission module is known, which is formed substantially cylindrical and having a pressure chamber which is bounded by a flexible membrane. The drive stem of the servo valve is located on this flexible diaphragm. The pressure chamber of the transmission module is connected via a connection bore with throttle effect with another, provided in the interior of the transmission module compensation chamber, wherein the pressure chamber and the compensation chamber are filled with a hydraulic fluid.

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 Uerbindungsbohrung 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.in the Hibernation is over the communication hole of the prevailing pressure in the compensation chamber the hydraulic fluid transferred to the pressure chamber, So that the flexible membrane always bears against the drive stem of the servo valve, even if due to thermal effects or aging processes Shifts in the arrangement of the individual components in the injection valve result. When pressed the actuator is the deflection of this actuator via the transmission module substantially unchanged transferred to the drive stamp of the servo valve. The connection bore between the pressure chamber and the compensation chamber is designed so that due the driving times lying in the range of milliseconds substantially no hydraulic fluid drain from the pressure chamber can.

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.As in the in the DE 197 08 304 A1 used transmission module, the hydraulic fluid is included in the transmission module, there is a risk that liquid leakage due to leaks, a pressure drop occurs in the transmission module, which affects the functioning of the transmission module and thus the injection valve.

Beim Übertragungsmodul gemäß DE 197 08 304 A1 wird 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.According to the transmission module according to DE 197 08 304 A1 the deflection of the actuator is almost unattenuated and not delayed in time. transmit the drive stamp of the servo valve. This in turn means that the servo valve unrestrained opens the nozzle needle in the injection valve, which deteriorates the quality of the combustion process.

Die gattungsgemäße DE 195 00 706 A1 zeigt weiterhin ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem teleskopartigen Übertragungsmodul zur Umsetzung der Aktorbewegung in eine Düsennadelbewegung, wobei ein hydraulischer Spielausgleich vorgesehen ist.The generic DE 195 00 706 A1 further shows a fuel injection valve with a telescopic transmission module to implement the actuator movement in a nozzle needle movement, wherein a hydraulic clearance compensation is provided.

In der US 49 13 106 ist außerdem ein Einspritzventil dargestellt, das nockengesteuert ist und bei dem ein teleskopartiges Dämpfungsglied vorgesehen ist.In the US 49 13 106 In addition, an injection valve is shown, which is cam-controlled and in which a telescopic attenuator is provided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Übertragungsmodul bereit zu stellen, mit dem die Dynamik der Übertragung der Aktorauslenkung auf die Stellgliedbewegung optimal eingestellt werden kann.task According to the present invention, it is a transmission module ready to represent, with which the dynamics of the transfer of Aktorauslenkung can be optimally adjusted to the actuator movement.

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.These The object is solved by the features of claim 1. preferred embodiments are in the dependent claims specified. The transmission module according to the invention is preferably used in an injection valve for internal combustion engines.

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.A transmission module according to the invention is characterized by a piston element and a receiving element, which engage telescopically and a pressure chamber with the hydraulic Enclose medium. The piston member and the receiving element are designed to be axially displaceable relative to each other, being in an actuated position by a Aktorauslenkung from a rest position, in which a connection between the pressure chamber and a compensation chamber is completely open, in a second position, in which the connection between the pressure chamber and the compensation chamber is substantially interrupted, brought.

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.The inventive transmission module records characterized by a simple structure, with component changes due to manufacturing tolerances, temperature fluctuations and wear effects reliable balanced and bridged. Furthermore, the hydraulic medium is not in the transmission module an increased Pressure leading to fluid leakage and thus an impairment the functionality of the transmission module to lead can. About that also allows the transmission module according to the invention a damped one and delayed transmission the Aktorauslenkung on an actuator. This is the dynamics of the actuator when opening diminished, so that e.g. a combustion technology cheaper Course when opening can set an injection valve.

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 Aufnahmeele ment und damit den Dämpfungsverlauf des Übertragungsmoduls beeinflussen.According to one preferred embodiment in the opposite Contact surfaces of the Piston element and the receiving element transversely to the flow direction Cutouts executed, which due to an increased Friction the outflow of hydraulic medium from the pressure chamber across the space between the Piston element and the Aufnahmeele element and thus the damping curve of the transmission module influence.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtA embodiment The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. It shows

1 einen Querschnitt durch einen Stellantrieb eines Einspritzventils; und 1 a cross section through an actuator of an injection valve; and

2 einen Schnitt entlang der A-A Linie in 1. 2 a section along the AA line in 1 ,

Der in 1 gezeigte Querschnitt durch einen Stellantrieb eines Einspritzventils besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 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.The in 1 shown cross section through an actuator of an injection valve consists essentially of a valve housing with a stepped inner bore 11 , a piezoelectric actuator 2 and a servo valve 3 , The piezoelectric actuator 2 is preferably constructed of a plurality of stacked piezoelectric elements, which are formed in a tubular spring as a hollow body 22 are arranged. This hollow body 22 is with a headstock 23 and a bottom plate 24 provided, wherein the piezoelectric actuator 2 with a defined force of preferably 800 to 1000 N is biased. The piezoelectric actuator 2 is conductive over from the top plate 23 projecting pins with an actuator connection 4 connected, wherein via the actuator connection voltage to the piezoelectric actuator 2 applied and so a longitudinal expansion of the piezoelectric actuator is caused.

Der piezoelektrische Aktor 2 ist weiter in einem Aktorgehäuse 25 angeordnet, das am oberen Ende der stufig ausgebildeten Innenbohrung 11 im Ventilgehäuse 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 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 verschraubt ist.The piezoelectric actuator 2 is further in an actuator housing 25 arranged at the upper end of the stepped inner bore 11 is firmly clamped in the valve housing, wherein the actuator housing 25 on an annular circumferential support disc 8th is pressed against a shoulder in the inner bore 11 the valve housing is supported. The actuator housing 25 is also from a banjo bolt 7 held on to the one around the actuator housing 25 circumferential clamping ring 26 engages and is bolted to the valve body.

Die Bodenplatte 24 des piezoelektrischen Aktors 2 ist mittig mit einem vorzugsweise kreisrunden Aufsatz 241 versehen, an dem eine scheibenförmige Membran angeordnet ist, die sich von der Bodenplatte 24 bis zur Innenwandung des Ventilgehäuses erstreckt. Dabei wird die Membran in ihrem Außenbereich zwischen der Auflagescheibe 8 und dem Aktorgehäuse 25 festgehalten. Die Membran dient dazu, den piezoelektrischen Aktor 2 vor einer Kraftstoffleckage aus dem Einspritzventil zu schützen.The bottom plate 24 of the piezoelectric actuator 2 is centered with a preferably circular attachment 241 provided on which a disc-shaped membrane is arranged extending from the bottom plate 24 extends to the inner wall of the valve housing. The membrane is in its outer area between the support disc 8th and the actuator housing 25 recorded. The membrane serves to the piezoelectric actuator 2 to protect against fuel leakage from the injection valve.

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 mit ihrem Innenbereich zwischen dem Aufsatz 241 und dem Teller 512 festgeklemmt ist.The deflection of the piezoelectric actuator generated by electrostriction 2 is from a transmission module 5 on the servo valve 3 transfer. The transmission module 5 consists essentially of a piston element 51 , also referred to as drive piston, and a receiving element 52 , The drive piston 51 has in cross-section substantially T-shape and is with his foot 511 in a central place in the bottom plate 24 executed inner bore firmly screwed and preferably additionally glued. Furthermore, the drive piston is located 51 with the back of its substantially cylindrical plate 512 on the tower 241 the bottom plate 24 of the actor 2 on, with the disk-shaped membrane with its interior between the essay 241 and the plate 512 is clamped.

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 Ventilgehäuse 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 gedrückt wird.The receiving element 52 of the transmission module 5 has in its cross section also substantially T-shape and is integral with one in the inner bore 11 the valve housing 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 is applied, wherein the valve mushroom 32 in peace stood by a valve spring 33 on a valve seat 111 is pressed in the valve housing.

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.The receiving element 52 points in his essentially cylindrical plate 521 a cylindrical axial recess 522 on, whose inner diameter is designed slightly larger than the outer diameter of the drive piston plate 512 , The drive piston 51 extends with his plate 512 into the depression in the plate 521 of the receiving element 52 , wherein a distance Δs between an end face 513 of the drive piston 51 and a stop surface 523 in the depression 522 of the receiving element 52 is provided. The drive piston 51 and the receiving element 52 form a telescopic arrangement, which can be pushed into each other by the distance .DELTA.s.

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 the face 513 of the plate 512 in the drive piston 51 and in the stop area 523 the depression 522 in the receiving element 52 recesses are provided which form a pressure chamber 91 form. The pressure chamber 91 is preferably radially symmetrical about the longitudinal axis of the transmission module 5 educated. In the pressure chamber 91 is a spring element 53 arranged, preferably in the form of a coil spring, the drive piston 51 and the receiving element 52 Press apart in the axial direction. The spring element 53 causes the valve piston 31 Even at rest, regardless of longitudinal tolerances, thermal changes in length or wear always free of play both on the with the piezoelectric actuator 2 connected drive piston 51 as well as on the valve mushroom 32 of the servo valve 3 is applied.

In der Innenbohrung 11 ist zwischen dem Übertragungsmodul 5 und dem Ventilgehäuse begrenzt durch die Membran, 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.In the inner bore 11 is between the transmission module 5 and the valve housing bounded by the membrane, in addition a compensation chamber 92 educated. In operation is both the pressure chamber 91 in the transmission module 5 as well as the compensation chamber 92 around the transmission module 5 filled around 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 is under increased pressure. The compensation chamber 92 Therefore, when the hydraulic medium is the fuel, for example, may be in communication with a substantially unpressurized fuel return from the injector to a fuel tank of the vehicle. The compensation chamber 92 but can also by membrane, gaskets or similar. be completed to the outside.

Der in 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.The in 1 illustrated actuator for an injection valve with the transmission module 5 works as follows:
In the idle state, ie with the injection valve closed and the piezoelectric actuator not actuated 2 , is the pressure chamber 91 about the distance Δs, which is between the end face 513 of the plate 511 in the drive piston 51 and the stop surface 523 the depression 522 in the receiving element 52 is formed, as well as a gap between the cylindrical outer wall of the plate 512 in the drive piston 51 and the cylindrical inner wall of the recess 522 of the receiving part 52 is formed with the compensation chamber 92 connected so that hydraulic medium between the pressure chamber 91 and the compensation chamber 92 can be exchanged. It therefore prevails at rest in the pressure chamber 91 the same pressure as in the compensation chamber 92 , wherein preferably a pressureless state is set.

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 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 abge hoben 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.When driving the piezoelectric actuator 2 causes caused by electrostriction elongation of the actuator that the bottom plate 24 into the inner bore 11 the valve housing is advanced. It is the one with the bottom plate 24 firmly connected drive pistons 51 also deflected, reducing the pressure on the hydraulic medium in the pressure chamber 91 increases. This pressure increase causes the hydraulic medium from the pressure chamber 91 over the between the drive piston 51 and the receiving element 52 at rest existing gap in the compensation chamber 52 is pressed. Because of this gap caused by the distance Δs between the end face 513 of the drive piston plate 512 and the stop surface 523 in the depression 522 of the pickup plate 521 and the gap between the cylindrical outer wall of the drive piston plate 512 and the cylindrical inner wall of the recess 522 of the pickup plate 521 is determined, not sufficient, by flowing hydraulic medium, the rapid increase in pressure in the pressure chamber 91 caused by the deflection of the drive piston 51 causes this pressure to be released via the receiving element 52 to the valve piston 31 passed so that the drive piston 51 , the receiving element 52 and the valve piston 31 move down together, causing the valve fungus 32 against the action of the valve spring 33 from the valve seat 111 in the inner bore 11 the valve housing abge is raised. This opening of the valve mushroom 32 of the servo valve 3 is then used to, for example, to open a nozzle needle in the injector and thus trigger the injection process.

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.The space between the plate 512 of the drive piston 51 and the plate 521 of the receiving element 52 is designed at rest so that the by the deflection of the drive piston 51 of the transmission module 5 caused pressure increase at the beginning always some hydraulic medium from the pressure chamber 91 in the compensation chamber 92 suppressed. 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 on the valve mushroom 32 of the servo valve 3 is transmitted. Furthermore, the valve mushroom 32 from the deflection of the transmission module 5 delayed in time, based on the Aktoransteuerung, opened because due to the outflow of the hydraulic medium from the pressure chamber 91 at the beginning of the driving process of the drive piston 51 from his rest position, at the end face 513 his plate 512 from the stop surface 523 in the depression 522 of the receiving element 51 spaced by the distance Δs, deeper into the depression 512 moved forward, and at most as far as the end face 513 at the stop surface 523 is applied. By this delayed and damped transmission of the deflection of the piezoelectric actuator 2 via the transmission module 5 on the valve mushroom 32 of the servo valve 3 gets the momentum when opening the valve mushroom 32 reduces, which ensures a precise control of the injector at the desired in the injection valve high switching speeds. In particular, the start of the injection process and the speed at which the injection valve opens can be optimally adjusted, which increases the quality of the combustion process.

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 Aufnah meelement 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.To achieve an optimal damping curve, either in the end face 513 in the drive piston plate 512 or in the stop area 523 the depression 522 in the recording element 51 or in both additional recesses, preferably transversely to the flow direction, carried out the friction in the discharge of the hydraulic medium from the pressure chamber 91 over the space between the drive piston 51 and the receiving element 52 increase.

Wie 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.As 2 shows, the additional recesses are concentric grooves 514 formed transversely to the flow direction of the hydraulic medium. Similar grooves can be in the stop surface 523 of the receiving element 52 to be available. Preferably, the grooves 514 but in the face 513 of the drive piston 51 educated.

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 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 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 piezo elektrischen Aktors 2 wird darüber hinaus für eine gedämpfte Kraftübertragung der Aktorauslenkung auf das Servoventil 3 und damit für ein optimiertes Öffnen des Einspritzventils gesorgt.Due to the inventive design of the transmission module 5 is a simple construction guaranteed. There are only three simple parts necessary. The drive piston 51 that is stuck to the piezoelectric actuator 2 the injection valve is mounted, wherein alternatively to the in 1 shown solution, the drive piston 51 also in one piece with the bottom plate 24 the actuator can be formed; the receiving element 52 that is integral with the valve piston 31 of the servo valve 3 is formed, but also alternatively, for example via a screw or adhesive connection with the valve piston 31 can be connected; and the spring element 53 that between the drive piston 51 and the receiving element 52 is arranged. The in the transmission module 5 trained pressure chamber 91 can - as in 1 shown - from recesses both in the drive piston 51 as well as in the receiving element 52 exist, but alternatively be provided only in one of these two parts. Through the connection between the pressure chamber 91 and the compensation chamber 92 via a gap between the drive piston 51 and the receiving element 52 as well as between the drive piston 51 and the receiving element 52 provided spring element 53 It is ensured that component tolerances as well as occurring due to thermal and wear effects changes in the arrangement of the injection valve components are compensated. By the escape of hydraulic medium from the pressure chamber 91 in the compensation chamber 92 at the beginning of the driving process of the piezoelectric actuator 2 In addition, for a damped power transmission of Aktorauslenkung on the servo valve 3 and thus provided for an optimized opening of the injection valve.

Claims (8)

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, wobei das Übertragungsmodul ein Kolbenelement (51) und ein Aufnahmeelement (52) aufweist, die teleskopartig ineinandergreifen und zwischen denen die Druckkammer (91) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenelement (51) und das Aufnahmeelement (52) durch die Auslenkung des Aktors (2) axial zueinander verschiebbar sind aus seiner ersten Ruhestellung, bei der die Verbindung zwischen der Druckkammer (91) 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, wobei der Verschiebweg des Kolbenelementes in bezug auf das Aufnahmeelement so ausgelegt ist, dass eine zeitlich verzögerte und gedämpfte Übertragung der Auslenkung des Aktors (2) auf das Stellglied (3) bewirkt wird und daß in der Stirnfläche (513) des Kolbenelements (51) und/oder in der Anschlagfläche (523) der Vertiefung (522) im Aufnahmeelement (52) als konzentrische Rillen (514) ausgebildete Aussparungen vorgesehen sind.Device for transmitting a deflection of a piezoelectric actuator ( 2 ) on an actuator ( 3 ) with a transmission module ( 5 ), which establishes an operative connection between the actuator and the actuator and a pressure chamber ( 91 ) and a compensation chamber ( 92 ), which are at least partially filled with a hydraulic medium and in contact with each other via a connection, wherein the transmission module is a piston element ( 51 ) and a receiving element ( 52 ) which engage telescopically and between which the pressure chamber ( 91 ), characterized in that the piston element ( 51 ) and the receiving element ( 52 ) by the deflection of the actuator ( 2 ) are axially displaceable to each other from its first rest position, in which the connection between the pressure chamber ( 91 ) and the compensation chamber ( 92 ) is completely open, in a second position in which the connection between the pressure chamber and the compensation chamber is substantially interrupted, wherein the displacement of the piston member is designed with respect to the receiving element so that a delayed and damped transmission of the deflection of the actuator ( 2 ) on the actuator ( 3 ) is effected and that in the end face ( 513 ) of the piston element ( 51 ) and / or in the stop surface ( 523 ) of the depression ( 522 ) in the receiving element ( 52 ) as concentric grooves ( 514 ) formed recesses are provided. 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.Device according to claim 1, characterized in that between the piston element ( 51 ) and the exception element ( 52 ) a spring element ( 53 ) is arranged, which holds the piston member and the receiving element in the first rest position. 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.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the receiving element ( 52 ) a recess ( 522 ) into which the piston element ( 51 ), wherein a gap between the outer wall of the piston element and the inner wall of the recess in the receiving element is provided, and that the piston element by the deflection of the actuator ( 2 ) with an end face ( 513 ) on a stop surface ( 523 ) is moved in the recess in the receiving element to. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (91) durch eine Vertiefung in dem Kolbenelement (51) und/oder dem Aufnahmeelement (52) gebildet wird.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure chamber ( 91 ) through a depression in the piston element ( 51 ) and / or the receiving element ( 52 ) is formed. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenelement (51) fest mit dem Aktor (2) verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the piston element ( 51 ) fixed to the actuator ( 2 ) connected is. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeelement (52) mit einem Ventilkolben (31), der auf einen Ventilpilz (32) einwirkt, fest verbunden und einstückig damit ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the receiving element ( 52 ) with a valve piston ( 31 ) on a valve mushroom ( 32 ), firmly connected and integrally formed therewith. Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfaßt, wobei die Vorrichtung zwischen einem piezoelektrischen Aktor (2) und einem Ventilkolben (31) eines Servoventils (3) angeordnet ist.Injection valve for injecting fuel in an internal combustion engine, characterized in that the injection valve comprises a device according to one of claims 1 to 6, wherein the device between a piezoelectric actuator ( 2 ) and a valve piston ( 31 ) of a servo valve ( 3 ) is arranged. Einspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Medium der für den Motor verwendete Kraftstoff ist.Injection valve according to claim 7, characterized that this hydraulic medium for the Engine is used fuel.
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