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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf längenveränderliche
elektromechanische Festkörper-Aktuatoren
wie etwa elektrostriktive, magnetostriktive oder Festkörper-Aktuatoren. Speziell bezieht
sie sich auf eine Ausgleichvorrichtung für einen längenveränderlichen Aktuator, und noch
spezieller auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum hydraulischen
Kompensieren eines piezoelektrisch betätigten Hochdruck-Kraftstoffinjektors
für Verbrennungsmotoren.
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Hintergrund der Erfindung
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Man
weiß,
dass ein bekannter Festkörper-Aktuator
eine keramische Struktur enthält,
deren axiale Länge
sich durch das Einwirken einer elektrischen Spannung oder eines
Magnetfeldes verändern kann.
Man weiß,
dass sich die axiale Länge
in typischen Anwendungsfällen
um beispielsweise ungefähr
0,12% ändern
kann. Man weiß,
dass bei einem Festkörper-Aktuator
mit einer gestapelten Anordnung piezoelektrischer Elemente die Änderung
der axialen Länge
in Abhängigkeit
von der Anzahl der im Aktuator vorhandenen Elemente vergrößert wird. Man
weiß,
dass aufgrund der Natur solcher Festkörper-Aktuatoren das Anlegen
einer elektrischen Spannung zu einer sofortigen Ausdehnung des Aktuators und
zu einer sofortigen Bewegung jeder mit dem Aktuator mechanisch verbundenen
Struktur führt.
Man weiß,
dass es im Bereich der Automobiltechnik und dort insbesondere bei
Verbrennungsmotoren die Notwendigkeit gibt, Injektorventilelemente
präzise öffnen und
schließen
zu können,
um das Einspritzen und Verbrennen des Kraftstoffs zu optimieren.
Man weiß, dass
deshalb heute in Verbrennungsmotoren zum präzisen Öffnen und Schließen des
Injektorventilelements Festkörper-Aktuatoren
eingesetzt werden.
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Man
weiß,
dass die Komponenten eines Verbrennungsmotors im Betrieb erheblichen
Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, die zu Wärmeausdehnungen bzw. -schrumpfungen
dieser Komponenten führen.
Man weiß,
dass beispielsweise eine Kraftstoffinjektor-Baugruppe einen Ventilkörper enthält, der
sich im Betrieb wegen der vom Motor erzeugten Wärme möglicherweise ausdehnt. Man
weiß auch,
dass sich ein innerhalb des Ventilkörpers arbeitendes Ventilelement
aufgrund des Kontakts mit relativ kaltem Kraftstoff zusammenziehen
kann. Man weiß,
dass – wenn
zum Öffnen
und Schließen
eines Injektorventilelements ein Festkörper-Aktuator verwendet wird – die thermischen
Schwankungen zu Bewegungen des Ventilelements führen können, die man als ungenügenden Öffnungsweg
oder als ungenügenden
Schließweg
betrachten kann. Man weiß, dass
die Ursache hierfür
die im Vergleich zu anderen Kraftstoffinjektor- oder Motorkomponenten
geringere Wärmeausdehnung
des Festkörper-Aktuators
ist. Man weiß,
dass beispielsweise der Unterschied in den Wärmeausdehnungen des Gehäuses und
des Aktuatorpakets größer sein
kann als der Arbeitshub des Aktuatorpakets. Man weiß, dass
deshalb jede Wärmeschrumpfung
und jede Wärmeausdehnung
eines Ventilelements eine erhebliche Auswirkung auf die Funktion
eines Kraftstoffinjektors haben kann.
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Die
Patentschrift DE-A-19 856 617 (Siemens) beschreibt einen hydraulische
Ausgleichvorrichtung für
einen längenveränderlichen
Aktuator, wobei diese Ausgleichvorrichtung zwei Kolben besitzt,
die einen zwischen ihnen befindlichen, mit einem Fluid gefüllten Raum
einschließen.
Ein zum Füllen
des Raums dienender Spalt ist so dimensioniert, dass ein kurzer
Druckanstieg nicht ausgeglichen wird, wohl aber eine länger andauernde
Druckdifferenz.
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Man
weiß,
dass herkömmliche
Verfahren und Vorrichtungen, welche thermische Änderungen ausgleichen, die
die Funktion eines Festkörper-Aktuators
beeinflussen, Nachteile haben, die darin bestehen, dass sie den
Längenänderungs-Ausgleich
für den
Festkörper-Aktuator
nur angenähert
durchführen,
nur mit einem festen Versatz durchführen oder nur für einen
engen Bereich von Temperaturänderungen
präzise
durchführen.
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Man
weiß,
dass es die Notwendigkeit für
einen thermischen Ausgleich gibt, der die Nachteile der herkömmlichen
Verfahren nicht aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Ausgleichvorrichtung, die in einem
längenveränderlichen
Aktuator verwendet werden kann, beispielsweise in einem elektrostriktiven,
magnetostriktiven oder Festkörper-Aktuator,
um Verwerfung, Abnutzung, Eindruckstellen und Montageverzug des
Aktuators auszugleichen, mit dem die Ausgleichvorrichtung mechanisch
verbunden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der längenveränderliche
Aktuator ein erstes und ein zweites Ende. Die thermische Ausgleichvorrichtung
besteht aus einem Endteil, aus einem Körper mit einem entlang einer
Längsachse liegenden
ersten und zweiten Körperende,
wobei dieser Körper
eine zu der Längsachse
weisende Innenfläche
hat, sowie aus einem ersten Kolben, der mit dem längenveränderlichen
Aktuator verbunden ist und innerhalb des Körpers nahe dem ersten oder dem
zweiten Körperende
sitzt. Der erste Kolben hat eine erste Außenfläche und eine von dieser entfernt befindliche
erste Arbeitsfläche.
Die erste Außenfläche wirkt
mit dem Endteil zusammen, um innerhalb des Körpers ein erstes Fluidreservoir
zu bilden. Ein zweiter Kolben befindet sich nahe dem ersten innerhalb
des Körpers.
Der zweite Kolben hat eine zu einer zweiten Arbeitsfläche entfernt
befindliche zweite Außenfläche, die
der ersten Arbeitsfläche
des ersten Kolbens gegenüberliegt.
Eine flexible Fluidsperre ist mit dem ersten oder dem zweiten Kolben
sowie mit der Innenfläche
des Körpers
verbunden, um so ein zweites Fluidreservoir zu bilden, das mit dem
ersten Fluidreservoir in kontrollierbarer Fluidverbindung steht.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Kraftstoffinjektor, der einen längenveränderlichen
Aktuator, wie beispielsweise einen elektrostriktiven, einen magnetostriktiven
oder einen Festkörper-Aktuator,
benutzt und eine Ausgleichvorrichtung enthält, die Verwerfungen, Eindruckstellen,
Abnutzung und Montageverzug ausgleicht. Die Ausgleichvorrichtung
verwendet eine minimale Anzahl von Elastomerdichtungen, um den Slip-Stick-Effekt solcher
Dichtungen zu verringern und zugleich die Ausgleichvorrichtung möglichst
kompakt zu gestalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst
der Kraftstoffinjektor Folgendes: ein Gehäuse mit einem ersten und einem
zweiten Gehäuseende,
wobei dieses Gehäuse
eine Längsachse
(A-A) hat und ein zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende
sitzendes Endteil besitzt; einen längenveränderlichen Aktuator, der längs der
Längsachse
angeordnet ist; ein mit dem Aktuator verbundenes Ventilverschlussteil, das
zwischen einer ersten Stellung, in der Kraftstoff eingespritzt werden
kann, und einer zweiten Stellung, in der kein Kraftstoff eingespritzt
werden kann, bewegt werden kann; und eine Ausgleichvorrichtung, die
den Festkörper-Aktuator
in Reaktion auf Temperaturänderungen
relativ zum Körper
bewegt. Die Ausgleichvorrichtung umfasst Folgendes: einen Körper mit
einem ersten Körperende
und einem zweiten Körperende,
wobei dieser Körper
eine Längsachse hat
und eine zu dieser Längsachse
weisende Innenfläche
besitzt; einen ersten Kolben, der mit dem längenveränderlichen Aktuator verbunden
ist und innerhalb des Körpers
zwischen dem ersten und dem zweiten Körperende und nahe einem dieser
Enden angeordnet ist, und wobei dieser erste Kolben eine erste Außenfläche und
eine von dieser entfernt befindliche erste Arbeitsfläche besitzt,
wobei diese erste Außenfläche in Zusammenwirkung
mit dem Endteil des Gehäuses
des Kraftstoffinjektors ein erstes Fluidreservoir in dem Körper bildet;
einen zweiten Kolben, der im Körper
nahe dem ersten Kolben angeordnet ist, wobei dieser zweite Kolben
eine entfernt von einer zweiten Arbeitsfläche befindliche zweite Außenfläche besitzt,
und wobei diese zweite Arbeitsfläche
der ersten Arbeitsfläche
des ersten Kolbens gegenüber
liegt; und eine flexible Fluidsperre, die mit dem ersten oder dem
zweiten Kolben und mit der Innenfläche des Körpers verbunden ist, sodass
ein zweites Fluidreservoir gebildet wird, das mit dem ersten Fluidreservoir
in kontrollierbarer Fluidverbindung steht.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Ausgleichen
von wärmebedingten Verwerfungen,
Eindruckstellen, Abnutzung und Montageverzug bei einem Kraftstoffinjektor.
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Insbesondere
umfasst der Aktuator ein Kraftstoffeinspritzventil oder einen Kraftstoffinjektor, das/der
einen längenveränderlichen
Aktuator wie beispielsweise einen elektrostriktiven, magnetostriktiven,
piezoelektrischen oder Festkörper-Aktuator enthält. Eine
bevorzugte Ausführungsform
des längenveränderlichen
Aktuators umfasst einen Festkörper-Aktuator,
der ein Ventilverschlussteil des Kraftstoffinjektors betätigt. Der
Kraftstoffinjektor umfasst Folgendes: ein Gehäuse mit einem Endteil; einen Körper mit
einem entlang einer Längsachse
liegenden ersten und zweiten Körperende,
wobei dieser Körper
eine zu der Längsachse
weisende Innenfläche
hat; eine thermische Ausgleichvorrichtung, die einen ersten Kolben
besitzt, der mit dem längenveränderlichen
Aktuator verbunden ist und innerhalb des Körpers nahe dem ersten oder
dem zweiten Körperende
angeordnet ist und eine erste Außenfläche und eine von dieser entfernt
befindliche erste Arbeitsfläche
besitzt, wobei diese erste Außenfläche mit dem
Endteil zusammenwirkt, um innerhalb des Körpers ein erstes Fluidreservoir
zu bilden; einen innerhalb des Körpers
nahe dem ersten Kolben angeordneten zweiten Kolben, der eine zu
einer zweiten Arbeitsfläche
entfernt befindliche zweite Außenfläche besitzt,
die der ersten Arbeitsfläche
des ersten Kolbens gegenüberliegt;
und eine flexible Fluidsperre, die mit dem ersten oder dem zweiten
Kolben sowie mit der Innenfläche
des Körpers
verbunden ist, um so ein zweites Fluidreservoir zu bilden, das mit
dem ersten Fluidreservoir in kontrollierbarer Fluidverbindung steht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verfahren Folgendes: Gegenüberstellen einer Fläche des
ersten Kolbens und einer Innenfläche des
Körpers,
sodass ein kontrollierter Freiraum zwischen dem ersten Kolben und
der Innenfläche
des Körpers
entsteht; Anbringen einer flexiblen Fluidsperre zwischen dem ersten
und dem zweiten Kolben, sodass der zweite Kolben und die flexible
Fluidsperre das zweite Fluidreservoir bilden; Unterdrucksetzen des
Hydraulikfluids im ersten und im zweiten Fluidreservoir; und Vorspannen
des längenveränderlichen
Aktuators mit einem vorbestimmten Kraftvektor, der sich aus Veränderungen
des Volumens des im ersten Fluidreservoir befindlichen Fluids in
Abhängigkeit
von der Temperatur ergibt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Abbildungen bilden einen Bestandteil dieser Beschreibung. Sie illustrieren
derzeit bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung, und sie dienen in Verbindung mit der vorstehenden allgemeinen
Beschreibung und der nachstehenden detaillierten Beschreibung dazu,
Merkmale der Erfindung zu erläutern.
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1 zeigt
einen Querschnitt einer Kraftstoffinjektor-Baugruppe, die einen Festkörper-Aktuator und
eine Ausgleichvorrichtung einer bevorzugten Ausführungsform besitzt.
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2A zeigt
eine vergrößerte Ansicht
der thermischen Ausgleichvorrichtung von 1.
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2B zeigt
eine vergrößerte Ansicht
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der thermischen Ausgleichvorrichtung.
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3 illustriert die Arbeitsweise des druckempfindlichen
Ventils von 2.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Es
seien nun die 1 bis 3 betrachtet,
dort werden mindestens zwei bevorzugte Ausführungsformen einer thermischen
Ausgleichvorrichtung gezeigt. Im Einzelnen zeigt 1 eine
bevorzugte Ausführungsform
einer Kraftstoffinjektor-Baugruppe 10,
die einen Festkörper-Aktuator
besitzt, der vorzugsweise ein Festkörper-Aktuatorpaket 100 und eine
Ausgleichvorrichtung 200 für dieses Paket 100 besitzt.
Die Kraftstoffinjektor-Baugruppe 10 enthält den Zuführstutzen 12,
das Injektorgehäuse 14 und den
Ventilkörper 17.
Der Zuführstutzen 12 enthält ein Kraftstofffilter 11,
die Kraftstoffkanäle 18, 20 und 22 sowie
den Kraftstoffeinlass 24, der mit einer Kraftstoffquelle
(nicht abgebildet) verbunden ist. Der Zuführstutzen 12 besitzt
außerdem
ein Einlassendteil 28. Das Fluid 36 kann ein im
Wesentlichen inkompressibles Fluid sein, das auf Temperaturänderungen mit Änderungen
seines Volumens reagiert. Vorzugsweise besteht das Fluid 36 entweder
aus Silikon oder anderen Arten von Hydraulikfluid, die einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
haben als das Injektoreinlassteil 16, das Gehäuse 14 oder
andere Komponenten des Kraftstoffinjektors.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
umschließt
das Injektorgehäuse 14 das
Festkörper-Aktuatorpaket 100 und
die Ausgleichvorrichtung 200. Der Ventilkörper 17 ist
starr mit dem Injektorgehäuse 14 verbunden
und umschließt
das Ventilverschlussteil 40. Das Festkörper-Aktuatorpaket 100 besteht aus
mehreren Festkörper-Aktuatoren,
deren Betätigung
mittels Kontaktstiften (nicht abgebildet) erfolgt, die elektrisch
mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Wenn eine Spannung zwischen
den Kontaktstiften (nicht abgebildet) angelegt wird, dehnt sich
das Festkörper-Aktuatorpaket 100 in Längsrichtung
aus, und zwar typischerweise um eine Strecke der Größenordnung
von beispielsweise ungefähr
30–50
Mikrometer. Die Längsausdehnung
kann dazu genutzt werden, das Ventilverschlussteil 40 der
Kraftstoffinjektor-Baugruppe 10 zu betätigen. Dies bedeutet, dass
die Längsausdehnung
des Pakets 100 und das Ventilverschlussteil 40 dazu
genutzt werden können, die
Größe einer Öffnung des
Kraftstoffinjektors festzulegen, wogegen bei einem herkömmlichen
Kraftstoffinjektor eine Öffnung
eines Ventilsitzes oder einer Ventilscheibe genutzt wird.
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Das
Festkörper-Aktuatorpaket 100 wird
mittels Führungen 110 längs im Gehäuse 14 geführt. Das
Festkörper-Aktuatorpaket 100 hat
ein erstes Ende, das mittels des Bodenteils 44 in bewegungsübertragendem
Kontakt mit einem Ventilschließende 42 des
Ventilverschlussteils 40 steht. Ein zweites Ende des Pakets 100 ist
mittels eines Oberteils 46 bewegungsübertragend mit der Ausgleichvorrichtung 200 verbunden.
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Die
Kraftstoffinjektor-Baugruppe 10 enthält außerdem eine Feder 48,
eine Federscheibe 50, einen Sicherungsring 52,
eine Hülse 54,
einen Sitz 56 für
das Ventilverschlussteil, einen Balgen 58 und einen O-Ring 60.
Der O-Ring 60 ist vorzugsweise ein kraftstoffbeständiger O-Ring,
der bei niedrigen Umgebungstemperaturen (–40°C oder darunter) und bei Betriebstemperaturen
(140°C oder
darüber)
funktionsfähig
bleibt.
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In
der vorliegenden Beschreibung sind Elemente mit ähnlichen Merkmalen mit jeweils
gleichen Bezugsnummern bezeichnet und können zwischen 2A und 2B durch
die Notierung mit angefügten,
hochgestellten Strichen unterschieden werden. Es werde nun 2A betrachtet.
Dort enthält die
Ausgleichvorrichtung 200 einen Körper 210, der ein
erstes Körperende 210a und
ein zweites Körperende 210b besitzt.
Das zweite Körperende 210b besitzt
eine Endkappe 214 mit einer Öffnung 216. Die Endkappe 214 kann
ein Teilstück
sein, das quer oder spitzwinklig zur Längsachse A-A von der Innenfläche 213 des
Körpers 210 in
Richtung zur Längsachse
hin reichen kann. Alternativ kann die Endkappe 214 ein separates
Teilstück
sein, das am Körper 210 befestigt ist.
Vorzugsweise ist die Endkappe 214 als Teil des zweiten
Endes 210b des Körpers 210 ausgebildet und
erstreckt sich in Richtung quer zur Längsachse A-A.
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Der
Körper 210 umschließt einen
ersten Kolben 220, ein Stück eines Kolbenschafts oder
eines Verlängerungsteils 230,
einen zweiten Kolben 240, eine flexible Membran 250 und
ein zwischen dem zweiten Kolben 240 und der Endkappe 214 sitzendes elastisches
Teil oder eine Feder 260. Das erste Körperende 210a und
das zweite Körperende 210b können eine
beliebige geeignete Querschnittsform haben, sofern diese zu dem
ersten und zweiten Kolben passt; beispielsweise kann dieser Querschnitt
oval, quadratisch, rechteckig oder ein beliebiges geeignetes Polygon
sein. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Körpers 210 kreisförmig, sodass
ein zylindrischer, längs
der Längsachse
A-A angeordneter Körper
gebildet wird. Der Körper 210 kann
auch durch Verbinden zweier separater Teile gebildet werden (2A),
oder durch Formen aus einem einzigen Stück Material (2B),
wie es hier für
die bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt ist.
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Das
Verlängerungsteil 230 geht
so vom ersten Kolben 220 aus, dass es mittels eines Verlängerungsendes 232 mit
dem Oberteil 46 des piezoelektrischen Pakets 100 verbunden
werden kann. Vorzugsweise ist das Verlängerungsteil als vom ersten Kolben 220 separates
Teil ausgeführt
und mit dem ersten Kolben 220 mittels einer Keilverbindung 232 verbunden.
Um jedes Lecken des Fluids 36 zu verhindern, wird in einer
zwischen dem ersten Kolben 220 und dem Verlängerungsteil 230 gebildeten
Nut eine Dichtung 234 eingebaut. Es können auch andere geeignete
Verbindungen verwendet werden, beispielsweise ein Kugelgelenk, ein
Heim-Gelenk oder jede andere Verbindung, mit der zwei bewegliche
Teile verbunden werden können.
Alternativ kann das Verlängerungsteil 230 zusammen
mit dem ersten Kolben 220 aus einem einzigen Stück gefertigt
sein.
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Der
erste Kolben 220 ist gegenüber dem Einlassendteil 28 angeordnet.
Eine äußere Umfangsfläche 228 des
ersten Kolbens 220 ist so dimensioniert, dass zwischen
ihr und einer Körper-Innenfläche 212 ein
Passsitz entsteht, d. h. ein genau definierter Zwischenraum, der
das Schmieren des Kolbens und des Körpers ermöglicht und zugleich auch eine
hydraulische Dichtung bildet, die die Menge des durch diesen Zwischenraum
hindurchtretenden Leckfluids bestimmt. Der definierte Zwischenraum
zwischen dem ersten Kolben 220 und dem Körper 210 bildet
einen Weg für
einen definierten Leckstrom vom ersten Fluidreservoir 32 zum
zweiten Fluidreservoir 33 und verringert die Reibung zwischen
dem ersten Kolben 220 und dem Körper 210, wodurch
die Hysterese in der Bewegung des ersten Kolbens 220 klein
gehalten wird. Man weiß,
dass vom Paket 100 verursachte seitliche Belastungen die
Reibung und die Hysterese vergrößern. Genauer
gesagt, ist der erste Kolben 220 mit dem Paket 100 vorzugsweise
nur in einer Richtung parallel zur Längsachse A-A verbunden, um
etwaige seitliche Belastungen zu verringern oder ganz zu vermeiden.
Der Körper 210 ist
vorzugsweise an einem ersten Ende 210a am Injektorgehäuse befestigt, damit
er relativ zum Injektorgehäuse
halbfrei beweglich ist. Alternativ kann man dem Körper 210 im
Injektorgehäuse
ein freies Verschieben in axialer Richtung ermöglichen. Außerdem sind die von der Ausgleichvorrichtung 200 auf
das Injektorgehäuse
aufgebrachten Seitenkräfte
nur gering oder null, wenn man eine Feder innerhalb der Kolben-Unterbaugruppe einsetzt.
Man erkennt also, dass durch diese Merkmale ein Verringern oder
Vermeiden von Verformungen des Injektorgehäuses erreicht wird.
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In
der ersten Stirnfläche 222 können Vertiefungen
oder Rinnen 228a geformt sein, die über den Kanal 226 in
Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidreservoir 33 stehen.
Die Vertiefungen 228a stellen sicher, dass eine kleine
Menge an Fluid 36 auf der ersten Stirnfläche 222 verbleiben
kann, um dort als „hydraulische
Beilagescheibe" zu
wirken, selbst wenn sich zwischen der ersten Stirnfläche 222 und
dem Einlassendteil 28 wenig oder kein Fluid befindet. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
befindet sich an dieser Stelle stets zumindest eine geringe Fluidmenge
im ersten Fluidreservoir 32. Die erste Stirnfläche 222 und
die zweite Stirnfläche 224 können eine
beliebige Form haben, beispielsweise eine kegelzylindrische, eine
kegelstumpfförmige
oder eine ebene Fläche.
Vorzugsweise haben die erste Stirnfläche 222 und die zweite
Stirnfläche 224 die
Form einer zur Längsachse
A-A senkrechten Ebene.
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Damit
das Fluid 36 kontrollierbar zwischen einer ersten Stirnfläche 222 und
einer zweiten Stirnfläche 224 des
ersten Kolbens 220 hin und her fließen kann, gibt es einen Kanal 226 zwischen
der ersten und der zweiten Stirnfläche. Das Fließen des
Fluids 36 zwischen dem Kanal 226 und den Reservoirs wird
durch eine Lücke 219 erleichtert,
die durch einen verkleinerten, sich am äußeren Umfang des Kolbens 220 befindlichen
Teil 227 des ersten Kolbens 220 gebildet wird.
Die Lücke 219 ermöglicht es,
dass das Fluid 36 aus dem Kanal 226 heraus und
in das das zweite Reservoir 33 fließen kann. Im ersten Fluidreservoir 32 befindet
sich ein druckempfindliches Ventil, das ein Fließen des Fluids in einer (1)
Richtung erlaubt, und zwar in Abhängigkeit von der Druckdifferenz
zwischen den beiden Seiten des druckempfindlichen Ventils. Das druckempfindliche
Ventil kann beispielsweise ein Rückschlagventil
oder ein Einwegventil sein. Vorzugsweise besteht das druckempfindliche
Ventil aus einer dünnen,
flexiblen Scheibe 270, die auf der ersten Stirnfläche 222 liegt
und eine glatte Oberfläche
hat.
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Die
Scheibe 270 arbeitet, insbesondere weil sie auf ihrer den
ersten Kolben 220 berührenden
Seite eine glatte Oberfläche hat,
die mit der ersten Stirnfläche 222 eine
abdichtende Oberfläche
bildet, als ein druckempfindliches Ventil, das es ermöglicht, dass
Fluid zwischen einem ersten Fluidreservoir 32 (bzw. 32') und einem
zweiten Fluidreservoir 33 (bzw. 33') fließt, wann immer der Druck im
ersten Fluidreservoir 32 (bzw. 32') geringer als der Druck im zweiten
Reservoir 33 (bzw. 33') ist. Genauer gesagt, immer wenn
eine Druckdifferenz zwischen den Reservoirs vorhanden ist, wird
die glatte Fläche
der Scheibe 270 angehoben, sodass Fluid zu den Kanälen oder
Vertiefungen 228a (bzw. 228a') fließen kann. Hier ist zu beachten,
dass die Scheibe eine Abdichtung bildet, die ein Fließen in Abhängigkeit
von der Druckdifferenz und nicht – wie bei einem Kugelrückschlagventil – von einem
Zusammenwirken von Fluiddruck und Federkraft verhindert. Das druckempfindliche
Ventil oder die Scheibe 270 besitzt durch seine Oberfläche gehende Öffnungen 274.
Die Öffnungen
können
beispielsweise quadratisch, kreisförmig oder von einer beliebigen
anderen geeigneten Form sein und sind durchgehend. Vorzugsweise
besitzt die Scheibe zwölf
Durchgangsöffnungen
mit je ungefähr
1,0 mm Durchmesser. Vorzugsweise besitzt außerdem jede(r) der Kanäle oder
Vertiefungen 228a, 228b eine Öffnung mit ungefähr derselben Form
und ungefähr
demselben Querschnitt wie jede der Öffnungen 272a und 272b.
Die Scheibe 270 ist vorzugsweise an vier oder mehr unterschiedlichen, an
ihrem Rand liegenden Stellen auf die erste Stirnfläche 222 geschweißt.
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Da
die Scheibe 270 eine sehr geringe Masse hat und flexibel
ist, reagiert sie auf einfließendes
Fluid sehr schnell mit Anheben hin in Richtung des Einlassendteils 28,
sodass Fluid, das noch nicht durch die Scheibe geflossen ist, das
Volumen der hydraulischen Beilage vergrößert. Während die Scheibe 270 eine
Fluidmenge ansaugt, die sich noch unterhalb von ihr und im Kanal 226 befindet,
nimmt die Scheibe die ungefähre
Form eines Teils einer Kugelfläche
an. Das Volumen der Beilage vergrößert sich dann um dieses zusätzliche
Volumen, befindet sich aber immer noch auf der dem ersten Reservoir
zugewandten Seite der Dichtfläche.
Einer der vielen Nutzeffekte der Scheibe 270 liegt darin,
dass Druckschwingungen schnell durch das zusätzliche Volumen von Hydraulikfluid
gedämpft
werden, um das die hydraulische Beilage im ersten Reservoir vergrößert wird. Grund
dafür ist,
dass das Aktivieren des Injektors ein sehr dynamischer Vorgang ist,
bei dem durch die Übergänge vom
inaktiven zum aktiven und zurück zum
inaktiven Zustand Trägheitskräfte entstehen,
die Druckschwingungen in der hydraulischen Beilage erzeugen. Die
hydraulische Beilage dämpft
die Schwingungen schnell, da das Fließen des Hydraulikfluids nach
innen ungehindert und nach außen
mit Behinderung erfolgt.
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Den
Durchmesser der mindestens einen Durchgangsöffnung kann man sich statt
als Anhebehöhe
der Scheibe 270 als effektiven Öffnungsdurchmesser dieser Scheibe
vorstellen, da diese Scheibe 270 beim Abheben von der ersten
Stirnfläche 222 die Form
eines Teils einer Kugelfläche
annimmt. Außerdem
bestimmen die Anzahl der Öffnungen
und die Durchmesser jeder der Öffnungen
die Steifheit der Scheibe 270. Diese Steifheit ist wichtig
für das
präzise
Festlegen der Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Scheibe 270.
Vorzugsweise sollte die Druckdifferenz klein sein im Vergleich zu
den Druckschwingungen im ersten Reservoir 32 der thermischen
Ausgleichvorrichtung. Wenn die Scheibe 270 um ungefähr 0,1 mm
angehoben ist, kann man das als „weit geöffnet" ansehen, wobei das Fließen in das erste
Reservoir 32 ungehindert ist. Durch die Möglichkeit,
ein ungehindertes Fließen
in die hydraulische Beilage zuzulassen, wird eine erhebliche Druckdifferenz
im Fluid verhindert. Dies ist wichtig, weil beim Vorhandensein einer
erheblichen Druckdifferenz das im Fluid gelöste Gas im Form von Blasen austritt.
Grund dafür
ist, dass der Dampfdruck des Gases größer als der verringerte Fluiddruck
ist (d. h. einige Fluidarten nehmen Luft auf wie ein Schwamm Wasser aufnimmt,
dadurch verhält
sich das Fluid dann wie ein kompressibles Fluid). Die gebildeten Blasen
wirken wie kleine Federn und machen so die Ausgleichvorrichtung „weich" oder „schwammig". Einmal entstanden,
lassen sich diese Blasen schwer wider im Fluid auflösen. Die
Ausgleichvorrichtung arbeitet, vorzugsweise von ihrer Konstruktion
her, bei Drücken
zwischen ungefähr
2 und 7 bar, und es wird angenommen, dass der Druck der hydraulischen
Beilage nicht wesentlich unter Atmosphärendruck sinkt. Deswegen ist
ein Entgasen des Fluids und der Kanäle der Ausgleichvorrichtung
nicht so wichtig wie es ohne die Scheibe 270 wäre. Vorzugsweise
hat die Scheibe 270 eine Stärke von ungefähr 0,1 mm
und einen Flächeninhalt
von ungefähr
110 mm2. Außerdem ist es zum Aufrechterhalten
der gewünschten Flexibilität der Scheibe 270 vorteilhaft,
wenn sich auf der Scheibe ein Feld aus ungefähr zwölf Öffnungen von je ungefähr 0,8 mm2 befindet, dabei sollte die Scheibenstärke vorzugsweise
der Quadratwurzel der Scheibenfläche,
geteilt durch ungefähr
94 entsprechen.
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Zwischen
dem ersten Kolben 220 und dem Oberteil 46 des
Pakets 100 sitzt ein zweiter Kolben (ringförmig) 240,
der so an dem Verlängerungsteil 230 befestigt
ist, dass er axial in Richtung der Längsachse A-A verschieblich
ist. Der zweite Kolben 240 hat eine der zweiten Stirnfläche 224 gegenüberliegende
dritte Stirnfläche 242.
Außerdem
hat der zweite Kolben 240 eine vierte Stirnfläche 244,
die entfernt befindlich zur dritten Stirnfläche 242 entlang der Längsachse
A-A liegt. Die vierte Stirnfläche 244 besitzt
einen Rückhalte-Vorsprung 246,
der außerdem einen
Teil einer Rückhalteschulter 248 bildet.
Der Rückhalte-Vorsprung 246 wirkt
mit einem Vorsprung 211 (geformt auf einer Fläche des
Körpers 210,
die der Längsachse
A-A zugewandt ist) zusammen, um das Einbauen einer flexiblen Membran 250 zu
erleichtern, nachdem der zweite Kolben 240 in das zweite
Ende 210b des Körpers 210 eingesetzt
worden ist. Vorzugsweise haben der erste Kolben 220 und
der zweite Kolben 240 kreisförmige Querschnitte, doch sind
auch andere Formen wie etwa rechtwinklig oder oval möglich.
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Das
zweite Reservoir 33 wird von einem Raum gebildet, der durch
die flexible Membran 250 abgeschlossen ist. Die Membran 250 sitzt
zwischen der zweiten Stirnfläche 224 des
ersten Kolbens 220 und dem zweiten Kolben 240.
Die flexible Membran 250 kann aus einem einzigen Stück bestehen
oder aber aus zwei oder mehreren Teilen, die durch ein geeignetes
Verfahren miteinander verbunden worden sind, beispielsweise durch
Schweißen,
Bonden, Löten,
Kleben und vorzugsweise durch Laserschweißen. Vorzugsweise besteht die
flexible Membran 250 aus einem ersten Streifen 252 und
einem zweiten Streifen 254, die miteinander verbunden sind.
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Die
flexible Membran 250 kann mittels eines geeigneten Verfahrens,
wie oben erwähnt,
am ersten Kolben 220 und an einer Innenfläche des
Körpers 210 befestigt
werden. Ein (1) Ende des ersten Streifens 252 ist
am verschlankten Teil 227 des ersten Kolbens 220 befestigt,
ein anderes Ende des zweiten Streifens 254 ist an einer
Innenfläche
des Körpers 210 befestigt.
Falls der Körper 210 aus
einem einzigen Stück
besteht, kann das andere Ende direkt an der Innenfläche des
Körpers 210 befestigt
werden. Vorzugsweise wird das andere Ende des zweiten Streifens 254 – falls
der Körper 210 aus
zwei oder mehr miteinander verbundenen Teilen besteht – an einem
der anderen Teile befestigt, bevor die den Körper 210 bildenden
Teile mittels eines geeigneten Verfahrens verbunden werden.
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Die
Feder 260 ist zwischen der Endkappe 214 und dem
zweiten Kolben 240 eingespannt. Da der zweite Kolben 240 relativ
zur Endkappe 214 beweglich ist, drückt die Feder 260 den
zweiten Kolben 240 gegen die flexible Membran 250.
Der zweite Kolben 240 stößt auf die flexible Membran 250,
die dann eine zweite Arbeitsfläche 248 mit
einem Flächeninhalt
bildet, der kleiner ist als der der ersten Arbeitsfläche. Da
die dritte Stirnfläche 242 gegen
die flexible Membran 250 stößt, kann man sich die Arbeitsfläche 248 so
vorstellen, als habe sie im Wesentlichen denselben Flächeninhalt
wie die dritte Stirnfläche 242.
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Dieses
Stoßen
der dritten Stirnfläche 242 gegen
die Membran 250 verursacht einen Druckanstieg des Fluids 36 im
zweiten Fluidreservoir 33. Ganz zu Anfang wird das Hydraulikfluid 36 unter
Druck gesetzt, wobei dieser Druck sich aus dem Produkt der Federkraft
und des Flächeninhalts
der zweiten Arbeitsfläche 248 ergibt.
Vor irgendeiner Ausdehnung des Fluids im ersten Reservoir 32 wird
dieses Reservoir vorbelastet, um eine hydraulische Beilage zu erzeugen.
Vorzugsweise beträgt
die Kraft der Feder 260 ungefähr 30 bis 70 N.
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Das
Fluid 36, das das Volumen der hydraulischen Beilage bildet,
hat die Tendenz, sich auszudehnen, wenn die Temperatur in der thermischen Ausgleichvorrichtung
und um sie herum ansteigt. Die Volumenvergrößerung der Beilage wirkt direkt
auf die erste Außenfläche oder
erste Stirnfläche 222 des
ersten Kolbens. Da die erste Stirnfläche 222 einen größeren Flächeninhalt
hat als die zweite Arbeitsfläche 248,
hat der erste Kolben die Tendenz, sich in Richtung zum Paket oder
zum Ventilverschlussteil 40 hin zu bewegen. Der Kraftvektor
(d. h. eine Größe mit Richtung
und Betrag) Fout des ersten Kolbens 220, der
sich hin zum Paket bewegt, ist wie folgt definiert: Fout = (FFeder ± FGehäuse)·((ABeilage/AReservoir33) – 1)mit
- Fout
- = Auf das Paket wirkende
Kraft
- FFeder
- = Gesamte Federkraft
- FGehäuse
- = Vom Gehäuse auf
die Membran übertragene
Kraft
- ABeilage
- = π/4·Pd
oder Fläche oberhalb
des Kolbens, wobei Pd der Durchmesser des ersten Kolbens ist (hydraulische
Beilage oder Reservoir 32)
- AReservoir33
- = Fläche des
zweiten Reservoirs 33.
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Hier
ist zu beachten, dass zu den 2A und 2B unterschiedliche
Lastdiagramme gehören,
weil die Membran wegen ihrer unter Druck – d. h. durch die vom Gehäuse auf
die Membran übertragene
Kraft – eintretenden
Verformung eine Kraft ausübt. Allerdings
trägt die
Membran – unter
der Annahme, dass sie ideal elastisch ist – ungefähr die Hälfte der nicht unterstützten Last
zwischen der Membran und der Federscheibe (oder dem Kolben 240),
die die Membran belastet.
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In
Ruhestellung tendieren die jeweiligen Drücke in der hydraulischen Beilage
und im zweiten Fluidreservoir dazu, prinzipiell gleich zu sein.
Wenn allerdings der Festkörper-Aktuator elektrisch
aktiviert wird, steigt der Druck in der hydraulischen Beilage mit
dem Ausdehnen des Pakets, weil das Fluid 36 inkompressibel
ist. Dadurch erhält
das Paket 100 eine starre Abstützbasis und kann das Ventilverschlussteil 40 betätigen, um
Kraftstoff durch den Kraftstoffaustritt 62 zu spritzen.
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Die
Feder 260 ist vorzugsweise eine Spiralfeder. In diesem
Fall hängt
der Druck in den Fluidreservoirs von mindestens einer (1) Federeigenschaft jeder
der Spiralfedern ab. In dieser Patentschrift kann die mindestens
eine Federeigenschaft beispielsweise die Federkonstante, die Feder-Ruhelänge und den
E-Modul der Feder umfassen. Jede der Federeigenschaften kann in
vielfältigen
Kombinationen mit anderen Federeigenschaften verändert werden, um ein gewünschtes
Verhalten der Ausgleichvorrichtung 200 zu erzielen.
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Es
werde nun 2B betrachtet. Dort ist der
zweite Kolben 240' in
einer „geschachtelten" Anordnung der Ausgleichvorrichtung 200' montiert, die sich
von der Kolbenanordnung der Ausgleichvorrichtung 200 von 2A unterscheidet.
In 2B erfordert es die geschachtelte Anordnung, dass
der erste Kolben 220' einen
Kolbenmantel 221 mit ausreichenden Abmessungen für die Aufnahme
einer Feder 260' besitzt
und dass der zweite Kolben 240' in einem Raum eingesetzt wird,
der vom Kolbenmantel 221 begrenzt wird. Die axiale Ausdehnung
des Kolbenmantels 221 in Richtung der Längsachse A-A sollte ausreichend
groß sein,
um eine Feder 262 zusammenzudrücken und innerhalb des Kolbenmantels 221 montieren
zu können,
und zwar ohne dass die Federn oder andere Teile der Kolben klemmen oder
sich gegenseitig im Weg sind. Der erste Kolben 220' besitzt außerdem einen
verlängerten
Teil 223, der es ermöglicht,
den ersten Kolben 220' mittels
einer geeigneten Verbindung mit dem Verlängerungsteil 230' zu verbinden.
Der verlängerte
Teil 223 arbeitet auch mit dem Kolbenmantel 221 zusammen,
um einen Raum zur Aufnahme der Feder 262 zu bilden. Die
Feder 262 kann den zweiten Kolben 240' gegen eine
flexible Membran 250' stoßen. Die
flexible Membran 250' ist
mit einem beliebigen geeigneten Verfahren (wie etwa eines der für die flexible
Membran 250 beschriebenen) am ersten Kolben 220 und
an der Endkappe 214' befestigt.
Vorzugsweise besteht die flexible Membran 250' aus einem einzigen
Stück.
Es ist zu beachten, dass – obwohl
die Ausgleichvorrichtung 200' ähnlich der
Ausgleichvorrichtung 200 arbeitet – einer von vielen Aspekten,
in denen sich die Ausführungsform
von 2B von der Ausführungsform von 2A unterscheidet,
in der Richtung besteht, in der sich der zweite Kolben (240 in 2A und 240' in 2B)
durch die Federkraft bewegt. In 2A bewirkt
die Federkraft eine Bewegung des Kolbens in Richtung zum Einlassende
des Injektors hin, in 2B dagegen bewirkt die Federkraft
eine Bewegung des zweiten Kolbens 240' in Richtung zum Austrittsende
hin. Wie der zweite Kolben 220 von 2A befindet
sich auch der zweite Kolben 220' von 2B vorzugsweise
nicht in physischem Kontakt mit dem Fluid 36. Indem der
zweite Kolben 220' mit
seiner Stirnfläche 242' gegen die flexible Membran 250' (die in physischem
Kontakt mit dem Fluid 36 steht) stößt, bewirkt er, dass die flexible Membran 250' die Federkraft
mittels einer zweiten Arbeitsfläche 248' dieser Membran 250' auf das Fluid 36 überträgt. Ein
anderer Aspekt der Ausgleichvorrichtung 200' ist ihre axiale Gesamtlänge, die
kleiner ist als die der Ausgleichvorrichtung 200.
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Es
werde nun nochmals 1 betrachtet. Im Betrieb des
Kraftstoffinjektors 10 wird von einem Kraftstoffversorgungssystem
(nicht abgebildet) kommender Kraftstoff dem Kraftstoffeinlass 24 zugeführt. Der
dem Kraftstoffeinlass 24 zugeführte Kraftstoff durchläuft ein
Kraftstofffilter 11, einen Kanal 18, einen Kanal 20 und
einen Kraftstoffkanal 22, um am Ende über einen Kraftstoffaustritt 62 auszutreten,
wenn das Ventilverschlussteil 40 in den geöffneten
Zustand bewegt wird.
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Damit
der Kraftstoff am Kraftstoffaustritt 62 austreten kann,
wird eine elektrische Spannung an das Festkörper-Aktuatorpaket 100 angelegt,
wodurch dieses sich ausdehnt. Das Ausdehnen des Festkörper-Aktuatorpakets 100 bewirkt,
dass das Bodenteil 44 gegen das Ventilverschlussteil 40 stößt, sodass
dann Kraftstoff am Kraftstoffaustritt 62 austreten kann.
Nachdem Kraftstoff durch den Kraftstoffaustritt 62 eingespritzt
worden ist, wird die Versorgungsspannung des Festkörper-Aktuatorpakets 100 weggenommen
und kehrt das Ventilverschlussteil 40 unter der Vorspannungskraft
der Feder 48 in die Ruhestellung zurück und verschließt den Kraftstoffaustritt 62.
Genauer gesagt, zieht sich das Festkörper-Aktuatorpaket 100 beim
Wegnehmen der elektrischen Spannung zusammen und drückt die
Vorspannung der Feder 48, die das Ventilverschlussteil 40 in
ständigem
Kontakt mit dem Bodenteil 44 hält, auch das Ventilverschlussteil 40 in
die Schließstellung.
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Bei
laufendem Motor zeigen mit steigender Motortemperatur der Zuführstutzen 12,
das Injektorgehäuse 14 und
der Ventilkörper 17 eine
Wärmeausdehnung,
wogegen das Festkörper-Aktuatorpaket prinzipiell
eine nur unwesentliche Wärmeausdehnung
zeigt. Gleichzeitig kühlt
der durch den Kraftstoffkanal 22 und aus dem Kraftstoffaustritt 62 fließende Kraftstoff
die inneren Komponenten der Kraftstoffinjektor-Baugruppe 10 ab
und bewirkt eine Wärmeschrumpfung
des Ventilverschlussteils 40. Es werde nun 1 betrachtet.
Wenn sich dort das Ventilverschlussteil 40 zusammenzieht,
tendiert das Bodenteil 44 dazu, sich von seinem Berührungspunkt mit
dem Ventilverschlussteil 40 zu lösen. Das Festkörper-Aktuatorpaket 100,
das bewegungsübertragend
mit der unteren Fläche
des ersten Kolbens 220 (bzw. 220') verbunden ist, wird nach unten
gedrückt. Die
Temperaturerhöhung
bewirkt, dass sich der Zuführstutzen 12,
das Injektorgehäuse 14 und
der Ventilkörper 17 relativ
zu dem piezoelektrischen Paket 100 ausdehnen, weil der
Wärmeausdehnungskoeffizient β der Komponenten
des Kraftstoffinjektors grundsätzlich
größer ist
als der des piezoelektrischen Pakets. Weil sich in diesem Fall das
Fluid ausdehnt, muss sich der Druck im ersten Fluidreservoir erhöhen. Da
das Fluid praktisch inkompressibel ist und weil der Flächeninhalt
der zweiten Arbeitsfläche 248 (bzw. 248') kleiner ist,
wird der erste Kolben 220 (bzw. 220') relativ zu dem zweiten Kolben 240 (bzw. 240') in Richtung
zum Austrittsende des Injektors 10 hin bewegt. Diese Bewegung
des ersten Kolbens 220 (bzw. 220') wird mittels des Verlängerungsteils 230 (bzw. 230') auf das piezoelektrischen
Paket 100 übertragen.
Durch diese Bewegung wird die Position des piezoelektrischen Pakets
relativ zu anderen Komponenten des Kraftstoffinjektors – wie etwa
zu der Einlasskappe 12, dem Injektorgehäuse 14 und dem Ventilkörper 17 – unverändert gehalten.
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Es
ist zu beachten, dass bei den bevorzugten Ausführungsformen der Wärmeausdehnungskoeffizient β des Hydraulikfluids 36 größer als
der des piezoelektrischen Pakets ist. In diesen Fällen kann die
thermische Ausgleichvorrichtung 200 (bzw. 200') konfiguriert
werden, indem man zumindest ein Hydraulikfluid mit einem gewünschten
Wärmeausdehnungskoeffizienten β und ein
vorbestimmtes Volumen von Fluid im ersten Reservoir so wählt, dass eine
Differenz zwischen den Ausdehnungsraten des Gehäuses des Kraftstoffinjektors
und des piezoelektrischen Pakets 100 durch die Ausdehnung
des Hydraulikfluids 36 im ersten Reservoir ausgeglichen werden
kann.
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Während späterer Schwankungen
der Temperatur rund um die Kraftstoffinjektor-Baugruppe 100 bewirkt
eine etwaige weitere Ausdehnung des Zuführstutzens 12, des
Injektorgehäuses 14 oder
des Ventilkörpers 17,
dass sich das Fluid 36 im ersten Reservoir ausdehnt oder
zusammenzieht. Wenn sich das Fluid ausdehnt, wird der erste Kolben 220 (bzw. 220') gezwungen,
sich zum Austrittsende des Kraftstoffinjektors hin zu bewegen, da
die erste Stirnfläche 222a (bzw. 222a') einen größeren Flächeninhalt
hat als die zweite Arbeitsfläche 248 (bzw. 248'). Andererseits
bewirkt jedes Zusammenziehen der Kraftstoffinjektor-Komponenten,
dass das Volumen für
das Hydraulikfluid 36 im ersten Reservoir 32 (bzw. 32') verringert
wird, wodurch der erste Kolben 220 (bzw. 220') zum Einlassende
des Kraftstoffinjektors 10 hin zurückgezogen wird.
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Wenn
an den Aktuator 100 elektrische Spannung gelegt wird, steigt
der Druck im ersten Reservoir 32 sehr schnell, wodurch
die Scheibe 270 gut gegen die erste Stirnfläche 222 abdichtet.
Dadurch wird das Hydraulikfluid 36 daran gehindert, aus
dem ersten Fluidreservoir in den Kanal 226 zu fließen. Es
ist zu beachten, dass das Volumen der Beilage während der Aktivierung des Pakets 100 ungefähr im Moment der
Aktivierung des Aktuators 100 mit dem Volumen des Hydraulikfluids
im ersten Reservoir in Zusammenhang steht. Wegen der praktischen
Inkompressibilität
des Fluids bildet das Fluid 36 im ersten Reservoir 32 eine
fast starre Abstützbasis,
also eine Beilage, auf die sich der Aktuator 100 abstützen kann.
Die Starrheit der Beilage beruht offensichtlich teilweise auf der
praktischen Inkompressibilität
des Fluids und auf dem Blockieren des Ausfließens aus dem ersten Reservoir 32 durch
die Scheibe 270. Wenn hier das Aktuatorpaket 100 in
unbelastetem Zustand aktiviert wird, dehnt es sich um ungefähr 60 Mikrometer
aus. So wie er bei einer bevorzugten Ausführungsform eingebaut ist, wird
die Hälfte
der Ausdehnung (ungefähr
30 Mikrometer) von verschiedenen Komponenten des Kraftstoffinjektors
aufgenommen. Die verbleibende Hälfte
(ungefähr
30 Mikrometer) der gesamten Ausdehnung des Pakets 100 wird
dazu genutzt, das Ventilverschlussteil 40 auszulenken.
Deshalb kann man davon ausgehen, dass die Auslenkung des Aktuatorpakets 100 konstant
bleibt, wenn es immer wieder elektrisch aktiviert wird; dadurch
wird es ermöglicht,
dass das Öffnen
des Kraftstoffinjektors immer gleich erfolgt.
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Wenn
keine elektrische Spannung am Aktuator 100 liegt, fließt das Fluid 36 zwischen
dem ersten Fluidreservoir und dem zweiten Fluidreservoir, wobei
die Vorspannungskraft Fout gleich bleibt.
Die Kraft Fout hängt von der Feder 260 (bzw. 262)
und dem Flächeninhalt
jedes Kolbens ab. Man kann deshalb davon ausgehen, dass das Bodenteil 44 des
Aktuatorpakets 100 in ständigem Kontakt mit der Kontaktfläche des
Ventilschließendes 42 bleibt,
unabhängig
davon, ob sich die Komponenten des Kraftstoffinjektors ausdehnen
oder zusammenziehen.
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Zwar
ist die Ausgleichvorrichtung 200 bzw. 200' im Vorangegangenen
in Kombination mit einem Festkörper-Aktuator
für einen
Kraftstoffinjektor gezeigt worden, doch ist klar, dass jeder längenveränderliche
Aktuator – wie
beispielsweise ein elektrostriktiver, magnetostriktiver oder ein
Festkörper-Aktuator – zusammen
mit der thermischen Ausgleichvorrichtung 200 bzw. 200' verwendet werden
kann. Hier kann der längenveränderliche
Aktuator auch ein Aktuatorelement enthalten, das im Normalzustand
nicht mit Spannung beaufschlagt wird und bei einer solchen Beaufschlagung
seine Länge
vergrößert. Umgekehrt
kann der längenveränderliche
Aktuator auch ein Aktuatorelement enthalten, das im Normalzustand
mit Spannung beaufschlagt wird und bei dem diese Spannung weggenommen
wird, um ein Zusammenziehen (statt einer Ausdehnung) in Längsrichtung
zu bewirken. Außerdem
soll betont werden, dass die thermische Ausgleichvorrichtung 200 bzw. 200' und der längenveränderliche
Aktuator nicht nur auf die Anwendung bei Kraftstoffinjektoren beschränkt sind,
sondern auch für
andere Anwendungen benutzt werden können, bei denen ein geeigneter
präziser
Aktuator benötigt
wird; solche anderen Anwendungen sind beispielsweise, um nur einige
zu nennen, Schalter, optische Lese-/Schreib-Aktuatoren und Flüssigkeitsspender
in der Medizin.
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Die
vorliegende Erfindung wird hier zwar in Form bestimmter bevorzugter
Ausführungsformen beschrieben,
doch sind zahlreiche Modifikationen, Änderungen und Abwandlungen
der beschriebenen Ausführungsformen
möglich,
ohne das Gebiet und den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen,
wie er in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist,
sondern den vollen Bereich umfasst, wie er im Wortlaut der folgenden Ansprüche definiert
ist.