专利名称：带有用于补偿热性长度变化的机构的压电执行器以及带有压电执行器的燃料喷射阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的一种压电执行器以及一种燃料喷射阀，这里的内燃机带有与阀体固定相连的执行器单元，且该执行器单元具有至少一个在预载下装入执行器壳体中的压电执行器，其中在压电执行器和执行器壳体的顶板之间设置了一个补偿元件，该补偿元件用于对压电执行器相对于执行器壳体的不同热性长度变化进行补偿。
背景技术：
在EP0869278A1中公开了这样一种喷射阀。
为进行内燃机的燃油供给，现在越来越多地使用高压存储器喷射系统。这种喷射系统作为共轨系统(对柴油发动机而言)以及HPDI-喷射系统(对汽油发动机而言)为人所熟知。对于这种喷射系统，燃料用高压泵抽吸到发动机的所有气缸公用的蓄压器中，并从这个蓄压器中通过喷射阀输送给单个的气缸。可以通过电磁方式或电动方式来控制喷射阀的打开和闭合；在现有情况下使用了电动压电执行器。
在此利用了在操控压电执行器时产生的轴向膨胀，以便通过与阀门的喷射针的直接或间接有效连接对用于喷射燃料的喷射针进行控制，这样做的前提是在压电执行器和喷射阀之间进行比较敏感的调整。因为压电陶瓷和周围材料具有不同的热膨胀系数，从而就产生了这样的问题，对由汽车上必要的很宽的温度工作范围引起的不同的线膨胀需要进行补偿，以避免阀升程的失调。
除了以前常用的液压补偿元件之外，其间还已知用于对压电执行器以及周围的执行器壳体或阀体的线膨胀进行补偿的各种非液压措施。例如由DE19538791C2公开了一种压电控制阀，对其来说，阀体本身是带有轴向前后设置的套筒件的双构件套筒，套筒件由具有不同膨胀系数的不同材料制成。在这种类型的专利中请EP0869278A1中，列举了两种其它的同样彼此独立但可以联合的补偿方案。在一种方案中提出，为包围着执行器的执行器壳体的材料选择一种膨胀系数，此膨胀系数几乎与压电执行器的膨胀系数相同。在另一种方案中提出，使用至少一个设置在压电执行器和执行器壳体的盖板之间的具有比较高的膨胀系数的补偿垫片，此补偿垫片适合用来对压电执行器相对于执行器壳体较低的膨胀系数进行补偿。
由于执行器壳体中压电执行器的必要的预载，这里就出现了所描述的温度补偿的一个特别的难点。因为务必应该避免压电陶瓷执行器材料中的拉应力，所以要借助于弹簧力以规定的方式对未通电流的压电执行器预加载。通上电流的压电执行器因此必须克服这种预载而膨胀。一般为产生这种预载，如同在这种类型的EP0869278A1中所描述的一样，使用一个设置在执行器壳体的底板和所属的压电执行器的端面之间的弹簧，此弹簧将执行器朝着执行器壳体的顶板挤压，并以此方式预加载。在此，同样对将这种预紧弹簧或者一个所属的执行机构通过材料选择用于对不同的线膨胀进行补偿这种方案进行了描述。
但是也已知一些喷射器，对于这些喷射器，压电执行器在一个由钢制成的管状弹簧内被预加载，此弹簧在一侧与顶板、且在对面在预载作用下与一块底板焊接在一起。由这种“壳体”与其中的在预载作用下置入的压电执行器一起形成的执行器单元，其与阀体牢固相连，或者说安装在一个喷射器体中。这种为人熟知的对不同的线膨胀进行补偿的措施在这种设计中不能很容易地加以应用。另一方面，必须在压电执行器和“管状弹簧壳体”之间进行补偿，因为否则会产生取决于温度的预载变化，并且由此产生喷射阀的不期望的取决于温度的响应特性。
发明内容
因此，本发明的任务是，对这种类型的喷射阀以较小的制造开销同样保证产生温度恒定的预载，如果压电执行器在预载作用下装入管状弹簧中。
根据本发明，此任务通过一种根据权利要求1所述的压电执行器和一种根据权利要求9所述的喷射阀得以解决。本发明的优选的结构方案可从从属权利要求2到8中获知。
根据本发明，对于这种类型的喷射阀，压电执行器设置在一个管状弹簧内。此外，这种补偿元件是设置在一个加长管里面的补偿圆筒。执行器壳体包括一个双构件的由管状弹簧及与其牢固相连的加长管组成的套筒，其加长管一侧的端部与顶板牢固相连，其管状弹簧一侧的端部在对套筒内沿轴向前后设置的部件施加规定预载的情况下与执行器壳体的底板牢固相连。
因此，本发明以这种构思为基础，即将压电执行器和补偿圆筒按顺序安装在一个“执行器壳体”中，并且共同借助于朝“执行器壳体”延长的管状弹簧对其施加预载。这种执行器壳体包括顶板、加长管、管状弹簧以及底板。由此就产生一种结构，在这种结构中，内部部件(压电陶瓷加上补偿圆筒的材料)的热膨胀的总和等于执行器壳体的热膨胀。由此，在安装中调节的对压电陶瓷的预载在温度变化时产生的变化无关紧要。此外，还产生一种稳定的执行器单元结构，此结构尤其可以使其稳定地固定在阀体中。
在本发明的一种实施方式中，如果执行器壳体的部件由钢制成，执行器壳体因此在所有部件中均匀且全部以规定方式膨胀，那么这一点是十分有利的。
而且将执行器壳体的部件在连接部位上彼此焊接在一起，以便执行器壳体的部件之间的连接达到所需要的强度，这一点也很有利。
按照本发明的一种特别优选的实施方式，补偿圆筒由铝制成。这种材料将力求达到的膨胀特性与有利的很高的强度以及很低的重量有机地结合起来。
总体上可以用简单的方式通过在压电执行器和补偿圆筒之间设置一个中间垫片来对内部部件的膨胀特性或者执行器单元的几何形状产生影响。
在加长管的圆周上加工出穿孔，在这些穿孔中分别安装一块弹簧板，使得对于已安装的执行器单元从补偿圆筒到阀体产生热传导，这一做法十分有利。而且弹簧板分别由铜、铜-铍或青铜材料制成也很有好处。
本发明的另一种实施方式的特征是，在执行器壳体的顶板中加工出一个凹槽，以将执行器单元冲制在阀体中。
下面将借助于附图对本发明的一种实施例进行详细说明。附图示出图1示出了执行器单元；图2示出了一个根据图1的执行器单元的纵剖图；图3示出了另外一个根据图1的执行器单元的纵剖图；图4示出了根据图1到3的执行器单元的分解图；图5则示出了一个喷射阀的局部断面图。
具体实施例方式
在图1中示出了已安装完毕的执行器单元，在此，首先可以看出执行器壳体的部件，也就是底板4、焊接在其上的管状弹簧3、焊接在其上的加长管6以及焊接在其上的顶板5。顶板5具有孔，从这些孔中引出了压电执行器1的连接销14。此外，在图1中还示出用于连接执行器壳体的部件5、6、3和4的焊缝11、12和13。在图1中同样示出了在加长管6中加工出的穿孔，在这些穿孔中安装了由铜、铜-铍或青铜制成的弹簧板8。这些弹簧板8负责在内置的(这里看不出来)铝制补偿圆筒和阀体之间进行快速热传导，以便在温度变化时可以最佳地实现长度补偿功能。
此外，在图1中还示出了一个在顶板5中加工出的凹槽10，它用于将执行器单元形状配合地冲制在阀体中。
图2示出了一个执行器单元的横截面(垂直于连接销14的平面。这里尤其可以看出执行器单元的内部结构，在此结构中，压电执行器1、中间垫片7以及铝制补偿圆筒2沿轴向顺序依次安装。这些内部部件1、7和2被执行器壳体所包围，而执行器壳体则包括底板4、管状弹簧3、加长管6和盖板5，而这些部件则最好由彼此焊接在一起的钢制件所构成，以此就会使执行器壳体在总体上产生一种统一的、确定的热线性膨胀。因此，由压电陶瓷1和铝制件2组成的组合物被一个共同的钢制壳体4、3、6和5所包围，其中内部部件1、7和2的总膨胀基本上相应于执行器壳体4、3、6和5的总膨胀，这样即使在温度变化时压电执行器1的预先规定的预载也保持不变。
此外，在图2中还示出了底板4上的一个O型圈9，它方便了执行器单元在喷射器壳体的孔中的定心。
图3示出了执行器单元的横截面(沿着由连接销14所形成的平面)。在图中，可以特别清楚地看出压电执行器1的连接销14，此销穿过顶板5的孔且继续穿进铝制补偿圆筒2的侧槽15(参照图4)中。
图4以分解图示出了执行器单元的整体结构。为进行安装，首先可以通过焊缝11将顶板5和加长管6连接起来。而后以焊缝12将管状弹簧3焊到这个加长管6上。现在可以将内置的部件、也就是说压电执行器1连同其接头或者说连接销14、中间垫片7以及带有分别为连接销14而设置的侧槽15的铝制补偿圆筒2安装在由部件3和6所组成的带有早已焊接好的顶板5的套筒中。最后可以借助于焊缝13在对内部部件、尤其是对压电执行器1施加规定的预载的情况下，将底板4与管状弹簧3连接在一起。
根据所选择的实施方式，也可以将管状弹簧3和加长管6设计为一个单件式构件，如图5所示。在图5中示出了喷射阀的壳体16的一部分。在壳体16中，形成了一个燃料孔17，它将燃料导入一个喷嘴针阀中。壳体16最好设置在喷射阀的上部范围内，并且压电执行器1用于操控伺服阀，此阀则对控制室内的压力进行控制。根据控制室内的压力，喷嘴针阀移动到一个打开位置或一个闭合位置中。在打开位置中将燃油送出。根据该实施方式，压电执行器1也可以直接控制喷嘴针阀。
总体来说产生一种按本发明的喷射阀，它具有紧凑的、可稳定固定在喷射器中的驱动单元，此驱动单元的压电执行器具有温度恒定的预载。
权利要求
1.用于燃料喷射阀的压电执行器(1)，它在预载作用下装入执行器壳体中，其中在压电执行器(1)和执行器壳体的顶板(5)之间设置了一个补偿元件，它用于对压电执行器(1)相对于执行器壳体的不同热性长度变化进行补偿，其特征在于-该压电执行器(1)设置在一个管状弹簧(3)内部；-该补偿元件是设置在加长管(6)内部的补偿圆筒(2)；-该执行器壳体包括一个由管状弹簧(3)及与其牢固相连的加长管(6)所组成的套筒(3、6)，其加长管一侧的端部与顶板(5)牢固相连，并且其管状弹簧一侧的端部在向套筒(3、6)内部的轴向依次布置的部件(1、7、2)施加规定的预载的情况下与执行器壳体(4、3、6、5)的底板(4)牢固相连。
2.按权利要求1所述的压电执行器，其特征在于所述执行器壳体(4、3、6、5)的部件由钢制成。
3.按权利要求1或2所述的压电执行器，其特征在于所述执行器壳体(4、3、6、5)的部件在连接部位焊接在一起。
4.按权利要求1到3中任一项所述的压电执行器，其特征在于所述补偿圆筒(2)由铝制成。
5.按权利要求1到4中的任一项所述的压电执行器，其特征在于在压电执行器(1)和补偿圆筒(2)之间设置了一个中间垫片(7)。
6.按权利要求1到5中的任一项所述的压电执行器，其特征在于在所述加长管(6)的圆周中加工出穿孔，在穿孔中分别安装了一块弹簧板(8)，使得在安装好执行器单元的情况下能够从补偿圆筒(2)到喷射阀的壳体(16)产生热传导。
7.按权利要求6所述的压电执行器，其特征在于所述弹簧板(8)分别由材料铜、铜-铍或青铜制成。
8.按权利要求1到7中的任一项所述的压电执行器，其特征在于在所述执行器壳体(4、3、6、5)的顶板(5)中加工出一个凹槽(10)，用于将执行器单元冲制在阀体中。
9.带有一个按照权利要求1到8中的任一项所述的压电执行器(1)的喷射阀。
全文摘要
为了对压电执行器(1)相对于执行器壳体(4、3、6、5)的不同热性长度变化进行补偿，提出为一个执行器单元设计一个补偿元件，它是设置在加长管(6)内部的铝制补偿圆筒(2)，在此执行器单元中，压电执行器(1)在预载作用下设置在一个管状弹簧(3)内部。压电执行器(1)和补偿圆筒(2)依次安装，并且共同借助于穿过加长管(6)延长到执行器壳体的管状弹簧(3)预加载。
文档编号F02M61/16GK1910363SQ200580002230
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月11日 优先权日2004年1月12日
发明者J·迪克, H·李克尔, M·斯默特 申请人:西门子公司