專利名稱：用于壓電控制的燃料噴射閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及由壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元。這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元主要用于燃料噴射系統(tǒng)，且尤其用在燃料噴射閥中，因?yàn)檫@種執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元的開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間非常短。短的開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間允許精確測(cè)量所噴射的燃料量并能改善噴射的時(shí)間變化的形狀。對(duì)于“燃料噴射閥“這個(gè)總概念，結(jié)合本發(fā)明可理解為所有結(jié)構(gòu)形式的燃料噴射閥，例如用于共軌噴射系統(tǒng)的噴射器或傳統(tǒng)的燃料噴射裝置的噴射器。這樣地通過(guò)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)操作燃料噴射閥該壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電壓加載，由此，該壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)壓電陶瓷的公知的物理效應(yīng)迅速膨脹并使閥閉合部件從閥座抬起。壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一定的質(zhì)量，該質(zhì)量在此被加速。如果施加在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的電壓下降，則該執(zhí)行機(jī)構(gòu)試圖收縮。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的先前被加速的質(zhì)量的慣性，根據(jù)控制速度在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生一些拉力，這些拉力導(dǎo)致壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的損壞，特別是導(dǎo)致壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各個(gè)層之間的焊接連接部分的斷裂，為了避免這些損壞，人們轉(zhuǎn)而借助一個(gè)構(gòu)造成彈簧的圓柱形的空心體來(lái)在軸向方向上對(duì)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)預(yù)加載。這種裝置例如己由WO 00/08353(西門子)公開(kāi)?？招捏w由平的板材彎成并在在此情況下產(chǎn)生的第一接縫處進(jìn)行焊接。該第一接縫在此相對(duì)空心體的縱向軸線平行地延伸。
第一接縫的焊接此外具有以下缺點(diǎn)焊接造成空心體在焊縫緊旁邊的、通常不期望的組織變化。第二個(gè)問(wèn)題是焊接時(shí)產(chǎn)生的一些焊接飛濺物，這些焊接飛濺物在執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元裝配時(shí)帶來(lái)困難，如果在工作期間一個(gè)或多個(gè)焊接飛濺物脫落，甚至可能導(dǎo)致燃料噴射閥的功能故障。第三個(gè)問(wèn)題是在焊縫開(kāi)始和結(jié)束處的焊縫沉入(焊縫下陷)及由此引起的應(yīng)力集中和應(yīng)力峰值。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元具有一個(gè)空心體和一個(gè)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中該空心體被構(gòu)造得有彈性并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)預(yù)加載；該空心體設(shè)置有一些槽孔和一個(gè)相對(duì)于縱向軸線平行地延伸的接縫；在兩個(gè)相鄰的槽孔之間具有一個(gè)接片；該空心體具有一個(gè)第一端部和一個(gè)第二端部；根據(jù)本發(fā)明提出，與接縫相鄰的槽孔小于其它槽孔。
作為替換方案，也可以根據(jù)本發(fā)明提出在一個(gè)與接縫相鄰的槽孔和一個(gè)與該槽孔相鄰的槽孔之間的接片寬于其它槽孔之間的接片。
帶有其接縫不封閉的空心體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是，彈簧系數(shù)在軸向方向上在其圓周上不恒定。通?？招捏w的彈簧系數(shù)在接縫的區(qū)域中降低。結(jié)果導(dǎo)致空心體將軸向方向上的和徑向方向上的力以及彎曲力矩導(dǎo)入到壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)中。由此導(dǎo)致壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)受到力或彎曲力矩的不平衡負(fù)荷，這是不期望的。
板坯的與接縫相鄰的槽孔構(gòu)造得比板坯的其余槽孔小和/或接片構(gòu)造得在接縫區(qū)域中比在其余板坯部分中寬，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的這些解決方案，空心體在與接縫緊相鄰的區(qū)域中有目的地被加強(qiáng)，使得彈簧系數(shù)在接縫區(qū)域中的降低得到補(bǔ)償。由此可實(shí)現(xiàn)空心體的彈簧系數(shù)在其整個(gè)圓周上被構(gòu)造成恒定的或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，因而由空心體的彈簧力加載的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)僅在軸向方向上受力，而不受橫向力和彎曲力矩。這就使裝備有根據(jù)本發(fā)明的空心體的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元的壽命可明顯提高。被證實(shí)有利的是，與所述接縫相鄰的槽孔和與該槽孔相鄰的槽孔之間的接片的寬度與板坯的其余接片的寬度的比具有在1.3與1.9之間的值、優(yōu)選為1.6的值。這就意味著，與接縫緊相鄰的接片的寬度為板坯的其余接片的寬度乘以一個(gè)系數(shù)1.6。
在某些特殊情況下也可以有益的是，根據(jù)負(fù)載來(lái)對(duì)接片的寬度定尺寸，其中接片的寬度可以以一個(gè)最大為3的系數(shù)而彼此不同。
這些槽孔在板坯中以有利的方式這樣地設(shè)置，使得這些槽孔在該板坯已成形為一個(gè)空心體時(shí)布置在一些平面中，并且這些平面彼此平行地延伸。因而改善了空心體的特性并且簡(jiǎn)化了制造。
特別有利的是，在軸向方向上設(shè)置奇數(shù)個(gè)在其中布置了槽孔的平面。在實(shí)踐中經(jīng)試驗(yàn)的實(shí)施例中例如15或17個(gè)平面是有利的。如果在板坯中存在奇數(shù)個(gè)平面，則保證了不僅最上部的平面而且最下部的平面是相同的，且空心體在其上端部上的特性與空心體在其下端部上的特性相同。該措施還這樣地改善了空心體的特性，使得空心體僅將軸向方向上的彈簧力在其端面上傳遞給壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓耦合器的傳動(dòng)活塞或噴射器的其它組部件。
另外被證實(shí)有利的是，多個(gè)槽孔在一個(gè)平面上依次相繼地設(shè)置，并且該平面與空心體的縱向軸線形成直角。特別有利的是，在一個(gè)平面中設(shè)置偶數(shù)個(gè)槽孔。這種布置使得彈簧系數(shù)在空心體的圓周上恒定且由此沒(méi)有橫向力被導(dǎo)入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中。
出于空心體的制造和耐久性的原因而被證實(shí)有利的是，這些槽孔被構(gòu)造成骨頭狀的且相對(duì)于空心體的縱向軸線橫向地延伸。
槽孔的“骨頭狀”的幾何結(jié)構(gòu)可以這樣地描述槽孔由一個(gè)中間段和兩個(gè)頭部段組成，這些頭部段具有至少一個(gè)第一半徑，該中間段具有一個(gè)第二半徑，槽孔具有一個(gè)的長(zhǎng)度。在不同的研究中，第一半徑(R1)、第二半徑(R2)、長(zhǎng)度(L)這些最重要的尺寸的不同的尺寸比例以及接縫旁的接片的寬度與其余接片的寬度的比例被證實(shí)有利的是在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，一個(gè)與接縫相鄰地設(shè)置的槽孔的半徑R1為其余槽孔的半徑R1乘以系數(shù)0.867。另外，與接縫相鄰地設(shè)置的槽孔的第二半徑R2為板坯的其余槽孔的半徑R2乘以系數(shù)1.317。此外，與接縫相鄰地設(shè)置的槽孔的長(zhǎng)度為其余槽孔的長(zhǎng)度乘以系數(shù)0.984。對(duì)于在接縫旁的接片的寬度為b＞a/2、特別是b＝1.4*a/2。對(duì)所使用尺寸的詳細(xì)描述、特別是對(duì)尺寸“a”和“b”的詳細(xì)描述將在后面借助附圖進(jìn)行。
此外，在另一個(gè)實(shí)施例中被證實(shí)特別有利的是，與接縫相鄰地設(shè)施的槽孔具有以下尺寸R1＝0.35mm～0.43mm，特別是0.39mmR2＝4.0mm～8.9mm，特別是5.0mm或7.9mmL＝3.5mm～4.5mm，特別是4.0mm。
在另一個(gè)實(shí)施形式中，與接縫相鄰地設(shè)置的槽孔具有以下尺寸R1＝0.41mm～0.49mm，特別是0.45mmR2＝5.5mm～6.5mm，特別是6.0mmL＝3.7mm～4.7mm，特別是4.2mm。
對(duì)于不與接縫相鄰地設(shè)置的其余槽孔，以下尺寸被證實(shí)是有利的R1＝0.43mm～0.51mm，特別是0.47mmR2＝4.0mm～4.8mm，特別是4.4mmL＝4.5mm～5.5mm，特別是5.0mm。
在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，不與接縫相鄰地設(shè)置的槽孔具有以下尺寸R1＝0.4mm～0.5mm，特別是0.45mmR2＝5.5mm～6.5mm，特別是6.0mmL＝4.0mm～4.5mm，特別是4.225mm。
也被證實(shí)有利的是，這些與接縫相鄰地設(shè)置的槽孔的頭部段的第一半徑彼此不同，這如在以下借助圖8c所闡述的那樣。
另外有利的是，兩個(gè)相鄰平面的槽孔彼此錯(cuò)位地設(shè)置。在此特別有利的是，兩個(gè)相鄰的平面的槽孔的錯(cuò)位量等于一個(gè)平面的槽孔的節(jié)距的一半?！肮?jié)距”這個(gè)概念在以下還要結(jié)合圖2作具體闡述。特別有利的是，空心體具有圓形的橫截面或空心體的橫截面具有規(guī)則多邊形的形狀。
根據(jù)本發(fā)明還提出空心體在其第一端部和/或第二端部上具有未通過(guò)槽孔打孔的區(qū)域。這使得由空心體傳遞到噴射器的蓋板或其它部件上的彈簧力變得均勻，因?yàn)榭招捏w在其端部的區(qū)域中有目的地被加強(qiáng)。這就意味著，彈簧力在空心體的圓周上的最大值減小且由空心體導(dǎo)入到壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的橫向力的問(wèn)題得到解決。
根據(jù)本發(fā)明的空心體可用于這樣一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元中，在這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元中，壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在空心體中，并且壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)被預(yù)加載的空心體加載壓力。這就意味著空心體本身受到拉力負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明的空心體同樣可用于這樣一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，在這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元中，壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在空心體外部，并且壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)被預(yù)加載的空心體加載壓力。在這種情況下空心體通常被加載壓力。
為了將預(yù)加載力從空心體最佳地導(dǎo)入到壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，本發(fā)明提出，空心體在其第一端部上與一個(gè)上蓋板或一個(gè)調(diào)節(jié)盤相連接且在其第二端部上與一個(gè)下蓋板或一個(gè)耦合器殼體相連接。這種連接例如可以通過(guò)焊接或折邊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如果空心體僅需在徑向固定，則這種固定可以通過(guò)在上蓋板和/或下蓋板上的或者在調(diào)節(jié)盤及耦合器殼體中的環(huán)形槽或階臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果空心體不被加載拉力而是僅加載壓力，這種固定是足夠的。在這些實(shí)施例變型中特別有利的是，通過(guò)環(huán)形槽且通過(guò)階臺(tái)使空心體相對(duì)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)或相對(duì)液壓耦合器對(duì)中。如果環(huán)形槽和階臺(tái)這樣地定尺寸，使得它們?cè)谘b配時(shí)使空心體略微地?cái)U(kuò)張，則這種對(duì)中效果還會(huì)進(jìn)一步改善。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和有利構(gòu)型可從以下附圖及其說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)獲得。


附圖表示圖1根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元的第一實(shí)施例，圖2根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元的第二實(shí)施例，圖3板坯的例子，空心體由該板坯彎曲而成，圖4空心體的第一實(shí)施例的透視圖，圖5板坯的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的空心體由該板坯彎曲而成，圖6由根據(jù)圖5的板坯彎曲而成的空心體的透視圖，
圖7用于制造根據(jù)本發(fā)明的空心體的板坯的另一個(gè)實(shí)施例，圖8用于制造根據(jù)本發(fā)明的空心體的板坯的另一個(gè)實(shí)施例，圖9根據(jù)圖8可傳遞給根據(jù)本發(fā)明的空心體的力，圖10用于制造根據(jù)本發(fā)明的空心體的板坯的另一個(gè)實(shí)施例，圖11根據(jù)圖10可傳遞給根據(jù)本發(fā)明的空心體的力，圖12用于制造根據(jù)本發(fā)明空心體的板坯的另一個(gè)實(shí)施例，圖13燃料噴射裝置的示意圖。
實(shí)施例的說(shuō)明圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元的第一實(shí)施例。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元由壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1構(gòu)成，該壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1可由多個(gè)彼此堆疊的單個(gè)壓電元件構(gòu)成(圖中沒(méi)有示出)。壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1通過(guò)一些接觸銷2控制，這些觸銷沿執(zhí)行機(jī)構(gòu)1設(shè)置并與執(zhí)行機(jī)構(gòu)1導(dǎo)電地連接。通過(guò)在這些接觸銷2之間施加一個(gè)電壓使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1產(chǎn)生縱向延伸，這種縱向延伸例如用于控制內(nèi)燃機(jī)中的噴射閥。壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1和接觸銷2設(shè)置在一個(gè)構(gòu)造成管狀彈簧的空心體4中。壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1以其端面各靠置在一個(gè)蓋板5、6上，其中上蓋板6具有一些穿通結(jié)構(gòu)61，接觸銷2穿過(guò)這些穿通結(jié)構(gòu)61延伸。上及下蓋板5、6各形狀配合地和/或構(gòu)成傳力鏈地、優(yōu)選通過(guò)焊接與空心體4連接。上及下蓋板5、6與空心體4之間的焊縫在圖1中沒(méi)有示出。作為替換方案，空心體與這兩個(gè)蓋板5、6之間的連接例如也可借助折邊來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中空心體4的被折邊的上及下邊緣區(qū)域配合到蓋板5、6中(沒(méi)有示出)。
壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1被空心體4和蓋板5、6通過(guò)一個(gè)預(yù)加載力而加載壓力。即空心體4在與上及下蓋板5、6焊接之前被預(yù)加載，然后焊接。
空心體4優(yōu)選由彈簧鋼制加工。為了可在預(yù)先給定的壁厚“s”的情況下調(diào)節(jié)所希望的彈簧系數(shù)，在空心體4中開(kāi)設(shè)多個(gè)槽孔7。為了清楚起見(jiàn)，在圖1中不是所有的槽孔都設(shè)置有參考標(biāo)號(hào)。因?yàn)樗龆鄠€(gè)槽孔7最好通過(guò)沖壓制造，所以空心體4通常由板材加工。由板材首先沖制帶有槽孔7的板坯。接著該板坯被彎，直到它例如具有一個(gè)圓形的橫截面或一個(gè)規(guī)則多邊形形式的橫截面。在被彎的板坯的兩個(gè)端部相遇的部位產(chǎn)生一個(gè)第一接縫(在圖1中沒(méi)有示出)。
圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元的第二實(shí)施例，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元集成在一個(gè)壓電操作的噴射器71中。
因?yàn)楸景l(fā)明主要涉及執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元及其所屬的空心體4，所以對(duì)噴射器71未十分詳細(xì)地描述，而是基本上僅說(shuō)明了執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元在噴射器71上的連接。噴射器71的其它功能對(duì)于噴射技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)已經(jīng)公知，所以不需要作詳細(xì)描述。
噴射器71具有一個(gè)高壓街頭73。噴射器71通過(guò)高壓街頭73被供給處于高壓下的燃料(沒(méi)有示出)。如果要向內(nèi)燃機(jī)的未示出的燃燒室中噴射，噴嘴針75從它的未示出的閥座上抬起并釋放同樣未示出的噴孔。噴嘴針75通過(guò)一個(gè)控制閥77控制，該控制閥通過(guò)一個(gè)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)79操作。在該壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)79與該控制閥77之間設(shè)置有一個(gè)液壓耦合器81，后者在圖2的右側(cè)被放大地表示。
液壓耦合器81基本上由一個(gè)閥活塞83和一個(gè)變換活塞85構(gòu)成，它們?cè)谝粋€(gè)耦合器殼體86中被導(dǎo)向。在閥活塞83與變換活塞85之間設(shè)置有一個(gè)充滿燃料(沒(méi)有示出)的耦合器間隙87。耦合器間隙87之所以是必需的，是因?yàn)閴弘妶?zhí)行機(jī)構(gòu)79的及噴射器71的金屬部件的熱膨脹系數(shù)有很大的不同。
液壓耦合器81通過(guò)其閥活塞83來(lái)操作控制閥77，而變換活塞85通過(guò)一個(gè)突出部89靠置在壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)79上。變換活塞85通過(guò)一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的、被預(yù)加載壓力的空心體4壓在壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)79上，使得該壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)被加載預(yù)壓應(yīng)力。在此情況下，空心體以其第一端部15支撐在耦合器殼體86的階臺(tái)91上?？招捏w4以其第二端部17支撐在一個(gè)調(diào)節(jié)盤93上。空心體4的彈簧力通過(guò)該調(diào)節(jié)盤93傳遞到變換活塞85的突出部89上并由此傳遞到壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)79上。
為了使空心體4相對(duì)液壓耦合器81且由此相對(duì)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)79同心地設(shè)置，階臺(tái)91的直徑D1這樣地與空心體4的內(nèi)直徑相協(xié)調(diào)，使得當(dāng)空心體4被推到階臺(tái)91上時(shí)，該空心體被略微擴(kuò)張。由于根據(jù)本發(fā)明有在空心體4整個(gè)長(zhǎng)度上延伸的第一接縫31(沒(méi)有表示)，空心體4的直徑被相對(duì)地這樣稍微擴(kuò)大，使得它配合到階臺(tái)91上。
就像根據(jù)圖1的實(shí)施例中那樣，如果空心體4被加載預(yù)壓應(yīng)力，則滿足要求的是該空心體可在其端部17和15上在軸向方向上支撐，這如圖1中所示。為了進(jìn)一步改善空心體4的徑向固定，在階臺(tái)91中和/或在調(diào)節(jié)盤93中作為替換或附加地設(shè)置一個(gè)環(huán)形槽(沒(méi)有示出)。
圖3中示出了一個(gè)板坯9，由該板坯可以卷成一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的空心體4。在該板坯9中沖制了多個(gè)槽孔7。為了清楚起見(jiàn)，并不是所有的槽孔7都設(shè)置有參考標(biāo)號(hào)，這些槽孔7在圖2所示實(shí)施例中具有骨頭狀的形式。板坯9為長(zhǎng)方形的，其中板坯9的兩個(gè)彼此位于對(duì)面的邊緣11和13被槽孔7中斷，而另外兩個(gè)彼此位于對(duì)面的邊緣15和17直線地延伸且不被槽孔7中斷。
板坯9被這樣地卷成一個(gè)圓柱形的或多邊形的空心體，使得邊緣15和17形成空心體4的第一端部15和第二端部17(見(jiàn)圖4)。也就是說(shuō)，空心體4的、在圖2中沒(méi)有示出的縱向軸線35(見(jiàn)圖4)相對(duì)邊緣11和13平行地延伸。
如果板坯9用上述方法彎成圓柱形或多邊形，則邊緣11和13彼此接觸并形成第一接縫31(見(jiàn)圖4和圖5)，后者相對(duì)空心體4的縱向軸線35平行地延伸。
在板坯9中總是在每排彼此相繼地設(shè)置多個(gè)槽孔7。它們通過(guò)槽孔之間的接片19分開(kāi)。為了不影響視圖，不是板坯9的所有接片19都設(shè)置有參考標(biāo)號(hào)。如果將板坯9用上述方式彎成空心體4，則彼此相繼地設(shè)置的槽孔7位于一個(gè)平面中。例如在圖3中，彼此相繼地設(shè)置的槽孔7的排用線20標(biāo)示。在圖3中所示的板坯9的實(shí)施例中，在邊緣15和17之間設(shè)置了16排槽孔7，其中每排中設(shè)置有6個(gè)槽孔。
從圖3可以看出，兩個(gè)相鄰的排的槽孔7彼此錯(cuò)位地布置。在此錯(cuò)位量這樣地選擇，使得該錯(cuò)位量相應(yīng)于槽孔7和接片19的長(zhǎng)度的一半。這個(gè)尺寸在圖3中對(duì)于一個(gè)槽孔和兩個(gè)半個(gè)接片19用雙向箭頭21示范地表示。這個(gè)尺寸也被稱作“節(jié)距”。兩個(gè)相鄰的槽孔排的槽孔7之間的錯(cuò)位量在圖3中用參考標(biāo)號(hào)符號(hào)23標(biāo)示。
如果將板坯9卷成一個(gè)空心體4(見(jiàn)圖4)并且對(duì)該空心體4在其端面上通過(guò)上蓋板6(見(jiàn)圖4)和下蓋板5(見(jiàn)圖1)加載壓力，則在上蓋板6與邊緣15之間起作用的力F在空心體4的圓周上具有通過(guò)線25定性地表示的變化趨勢(shì)(見(jiàn)圖5)。圓周角在邊緣13上以0°開(kāi)始，而在邊緣11上以360°結(jié)束。
從圖中可以看出，總是在接片19“支撐”邊緣15的地方可傳遞用線25的最大值27表示的大的力。存在唯一例外的是在邊緣11和13彼此接觸的地方。在那里被“橫切”成兩個(gè)部分7′和7″的槽孔7使板坯9的結(jié)構(gòu)變?nèi)?，因而在這個(gè)部位在上蓋板6與空心體4之間傳遞的力F較小。這個(gè)事實(shí)在圖3中通過(guò)用于力F、與最大值27相比較明顯較小的值來(lái)表示，即在＝0°和＝360°處的值。
在邊緣17上的情況也類似。從圖3中可以看出，在邊緣17緊旁邊在＝0°和＝360°處存在一個(gè)由部分7′和7″構(gòu)成的、被切開(kāi)的槽孔，而在邊緣15緊旁邊在＝0°和＝360°處存在一個(gè)帶有半部分19′和19″的、被隔開(kāi)的接片19。由此得到在邊緣17的圓周上的略有不同的力分布趨勢(shì)。
從圖3中的下方的F-曲線圖可以看出，存在四個(gè)最大值27和另外兩個(gè)在邊緣11和13附近在＝30°和＝330°處的局部最大值29，這兩個(gè)局部最大值29明顯小于最大值27。
如果空心體4以一個(gè)預(yù)加載力固定在上及下蓋板6、5上，由于一方面在上蓋板6與邊緣15之間的以及另一方面在下蓋板5與邊緣17之間的在圓周上不同的力傳遞，從而產(chǎn)生一個(gè)空心體4的、作用在上蓋板6和下蓋板5上的彎曲力矩。這個(gè)彎曲力矩必然也被傳遞給壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1，這對(duì)其工作可靠性和壽命產(chǎn)生不利的影響。此外這個(gè)彎曲力矩對(duì)于由執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元操作的液壓閥部件也是不期望的。
圖4中示出了由圖3中所示的板坯9加工的空心體4的透視圖。在圖4中沒(méi)有單個(gè)表示的槽孔7的這些排形成了16個(gè)平面E1到E16，它們相對(duì)空心體4的縱向軸線35垂直地延伸。為了清楚地說(shuō)明，在圖4中示意出了一個(gè)平面E2。同樣在圖4中還表示出空心體4的壁厚“s”。
圖5中示出了一個(gè)可以用于制造根據(jù)本發(fā)明空心體4的板坯9。從該板坯9的總體視圖可以看出，總共設(shè)置有17排槽孔7。如果將板坯9成形為空心體，則這17個(gè)排形成17個(gè)平面，槽孔7設(shè)置在這17個(gè)平面內(nèi)。邊緣11和13在空心體的情況下構(gòu)成接縫31。邊緣17和15在成品空心體4的情況下構(gòu)成第一端部和第二端部。因此結(jié)合加工好的空心體4，空心體4的第一端部標(biāo)有參考標(biāo)號(hào)17，空心體4的第二端部標(biāo)有參考標(biāo)號(hào)15。
根據(jù)本發(fā)明對(duì)于板坯9提出，與接縫31相鄰地且由此與邊緣11和13相鄰地設(shè)置的槽孔7a和7b具有相對(duì)其余槽孔7變化了的幾何結(jié)構(gòu)。這些其余的槽孔7沒(méi)有全部都設(shè)置標(biāo)識(shí)線。下面借助板坯9的局部A來(lái)對(duì)槽孔7以及7a和7b的不同的幾何結(jié)構(gòu)作詳細(xì)說(shuō)明。在該實(shí)施例中，槽孔7a和7b具有相同的幾何結(jié)構(gòu)。從圖4可以看出，槽孔7、7a和7b具有“骨頭狀”的輪廓。每個(gè)槽孔7、7a和7b都由一個(gè)中間段37和兩個(gè)與該中間段相連的頭部段39構(gòu)成。參考標(biāo)號(hào)37和39僅示范性地標(biāo)示在一個(gè)槽孔7上。頭部段39通過(guò)第一半徑R1作定量描述，而中間段37通過(guò)第二半徑R2作定量描述。槽孔7、7a和7b的另一個(gè)重要的幾何結(jié)構(gòu)上的尺寸是長(zhǎng)度L。被證實(shí)有利的是，槽孔7a和7b的第一半徑為槽孔7的第一半徑乘以系數(shù)0.867。另外被證實(shí)有利的是，槽孔7a和7b的第二半徑R2(7a，7b)為槽孔7的第二半徑R2乘以系數(shù)1.317，以及槽孔7a和7b的長(zhǎng)度L為槽孔7的長(zhǎng)度乘以系數(shù)0.984。
在兩個(gè)槽孔7之間總存在一個(gè)接片19。位于邊緣17緊旁邊的、槽孔7的第一排由六個(gè)槽孔7組成。該第一排的六個(gè)槽孔在此這樣地設(shè)置，使得一個(gè)槽孔被中斷。這個(gè)槽孔7通過(guò)邊緣11和13劃分成對(duì)稱的兩半。
在第二排中存在四個(gè)槽孔7和各一個(gè)槽孔7a和7b。這些槽孔7a和7b在此這樣地設(shè)置，使得它們位于邊緣11和13的緊旁邊。因?yàn)椴劭?a和7b小于槽孔7，因而空心體4在圓周角為30°和為330°的地方、即在槽孔7a和7b影響空心體4的彈簧系數(shù)的地方彈簧系數(shù)得到加強(qiáng)。在圓周角＝30°和330°的區(qū)域中的這種加強(qiáng)補(bǔ)償了由于邊緣11與13之間存在的接縫31對(duì)空心體4的削弱(見(jiàn)圖4)。這種措施的結(jié)果可以從在板坯9上方示出的F-曲線圖看出。與圖3相比——其中可確定出在圓周角＝30°和330°的區(qū)域中可傳遞的力有明顯下降，從圖5中的F-曲線圖可以看到有六個(gè)最大值27，這六個(gè)最大值都具有相同的數(shù)值。這就意味著，根據(jù)圖5由板坯9制造的空心體4具有一個(gè)在其端面15和17的圓周上的均勻的彈簧系數(shù)，因而由空心體4傳遞到上或下蓋板或者階臺(tái)91或93上的彈簧力僅在軸向方向上起作用，而沒(méi)有在由空心體4的彈簧力加載的一些部件上引起橫向力和彎曲力矩。因此通過(guò)根據(jù)圖5的板坯9可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
對(duì)于接片19的寬度在局部A中用“a”表示，槽孔7a與邊緣11之間的或槽孔7b與邊緣13之間的半個(gè)接片41的寬度用“b”表示，它們之間有以下定量關(guān)系時(shí)被證實(shí)是有利的。所述半各接片41的寬度b應(yīng)大于a/2，特別應(yīng)該是b＝1.4*a/2。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的空心體4的局部透視圖。從這個(gè)視圖可以看到，槽孔7a和7b位于接縫31的緊旁邊。
圖7示出了一個(gè)板坯9和它的細(xì)節(jié)，從中可獲得槽孔7的和整個(gè)板坯9的標(biāo)注尺寸。這個(gè)板坯9僅具有槽孔7，而不具有相比之下不同幾何結(jié)構(gòu)的槽孔(7a和7b)。
圖8a、8b和8c示出了一些板坯9或者該板坯9的部分視圖，其中與接縫31相鄰地設(shè)置的槽孔7a和7b標(biāo)注了尺寸。在這些該實(shí)施例中也可解決根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)，這些實(shí)施例在于，可以實(shí)現(xiàn)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1和79在軸向方向上的無(wú)橫向力的預(yù)加載。
圖8b和8c以局部的方式示出的實(shí)施形式也被證實(shí)是有利的。這里不作詳細(xì)闡述，因?yàn)樯鲜龈綀D中標(biāo)注的尺寸已非常清楚，并且此類板坯9的基本結(jié)構(gòu)借助圖3和圖5已作了詳細(xì)說(shuō)明。
但這里對(duì)圖8c的下側(cè)局部B加以說(shuō)明。這里，在朝著邊緣11或13(沒(méi)有示出)的側(cè)上的槽孔7a和7b的第一半徑R1由三個(gè)圓弧區(qū)段構(gòu)成。在中間具有一個(gè)半徑為0.6mm的第一圓弧區(qū)段，在該第一圓弧區(qū)段兩側(cè)連接著兩個(gè)半徑為0.25mm的第二圓弧區(qū)段45。借助圖8c在其幾何結(jié)構(gòu)方面得到了說(shuō)明的槽孔7a和7b是用于這樣一些槽孔的實(shí)施例，在這些槽孔中，一個(gè)與接縫相鄰地設(shè)置的槽孔7a或7b的頭部段的第一半徑根據(jù)權(quán)利要求7是彼此不同的。
在圖9中示出了一個(gè)由板坯按圖8制作的空心體4在不同的負(fù)載狀態(tài)下的F-曲線圖。這些負(fù)載狀態(tài)由三條與三個(gè)不同的力F1、F2和F3相應(yīng)的線代表。借助圖9可以看出，在不同的負(fù)載狀態(tài)下，空心體4在圓周上的彈簧系數(shù)是恒定的。
圖10示出了一個(gè)用于制造根據(jù)本發(fā)明的空心體4的板坯9的另一個(gè)實(shí)施例。在此，該板坯9與已經(jīng)描述的板坯相比具有以下不同在與空心體4的第二端部和第一端部相對(duì)應(yīng)的邊緣15和17的區(qū)域中板坯9沒(méi)有被打孔。由此使得空心體4在其第一端部17的區(qū)域中及在其第二端部15的區(qū)域中得到加強(qiáng)，這減小了最大值27的大小(見(jiàn)圖3、圖5和圖9)。
用于改進(jìn)空心體4的第二主要措施是接片19的寬度a單獨(dú)與出現(xiàn)的負(fù)載相匹配。因此，在槽孔7排中的位于邊緣11和13緊旁邊的接片19.1比更遠(yuǎn)離邊緣11和13地位于板坯中的接片19.2寬。在該實(shí)施例中，在邊緣11和13旁邊的接片19.1的寬度a1為1.2mm，而其它的接片19.2具有僅0.75mm的寬度a2。視接片寬度a1和a2的尺寸而定，甚至可以對(duì)由于接縫31引起的對(duì)空心體4的削弱進(jìn)行過(guò)補(bǔ)償。這種效果在圖11中用F-曲線圖表示。如果接片間距a1如圖10b中那樣來(lái)選擇，則所有六個(gè)最大值27的數(shù)值相同。這種設(shè)計(jì)在圖10b中通過(guò)“接片間距ai＝1.2”來(lái)示出。如果在邊緣11和13緊旁邊的接片寬度進(jìn)一步提高，空心體在圓周角＝30°和＝330°處的彈簧系數(shù)比在它們之間的角度區(qū)域大。這就導(dǎo)致曲線在圓周角為＝30°和＝330°的區(qū)域中過(guò)高，這在圖11中由線“接片寬度3”表示。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的板坯9的另一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，應(yīng)單獨(dú)地按照負(fù)載狀況來(lái)確定這些接片寬度。板坯8關(guān)于對(duì)稱軸線47對(duì)稱，因此，包括了四分之一板坯9的局部A的尺寸通過(guò)鏡像可以得到整個(gè)板坯9的完整的尺寸。(沒(méi)有示出)。為了不影響在圖12中的視圖，在該圖中參考標(biāo)號(hào)7、R1、R2、L以及19、21和其它更多的參考標(biāo)號(hào)都沒(méi)有標(biāo)示。關(guān)于圖12還能看出，在第一槽孔排中及第15槽孔排中，設(shè)置相同的接片寬度。此外，在第2、4、6、8、10、14槽孔排中接片間距相同。同樣在第3、5、7、9、11、13槽孔排中接片寬度相同。
以下借助圖13說(shuō)明了按本發(fā)明的燃料噴射閥116如何集成在內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射裝置102中的。燃料噴射裝置102包括一個(gè)燃料容器104，從該燃料容器通過(guò)一個(gè)電或機(jī)械的燃料泵108輸送燃料106燃料。經(jīng)過(guò)低壓燃料管路110燃料106被輸送到一個(gè)高壓燃料泵111。燃料106從該高壓燃料泵111經(jīng)過(guò)一個(gè)高壓燃料管路112到達(dá)共軌114。在該共軌上連接有多個(gè)燃料噴射閥116，這些燃料噴射閥將燃料106直接噴射到?jīng)]有示出的內(nèi)燃機(jī)的燃燒室118中。
顯然，這些在說(shuō)明書(shū)、附圖或權(quán)利要求書(shū)中說(shuō)明的特征的每一個(gè)可以單獨(dú)地或與其它特征相組合地成為本發(fā)明的重要內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.具有一個(gè)空心體(4)和一個(gè)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其中，該空心體(4)被構(gòu)造得有彈性并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)預(yù)加載；該空心體(4)設(shè)置有一些槽孔和一個(gè)相對(duì)于一個(gè)縱向軸線(35)平行地延伸的接縫(31)；在兩個(gè)相鄰的槽孔(7，7a，7b)之間具有一個(gè)接片(19)；該空心體(4)具有一個(gè)第一端部(17)和一個(gè)第二端部(15)；其特征在于，與所述接縫(31)相鄰的槽孔(7a，7b)小于其它的槽孔(7)。
2.具有一個(gè)空心體(4)和一個(gè)壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其中，該空心體(4)被構(gòu)造得有彈性并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)預(yù)加載；該空心體(4)設(shè)置有一些槽孔和一個(gè)相對(duì)于一個(gè)縱向軸線(35)平行地延伸的接縫(31)；在兩個(gè)相鄰的槽孔(7，7a，7b)之間具有一個(gè)接片(19)；其特征在于，在一個(gè)與所述接縫(31)相鄰的槽孔(7a，7b)和一個(gè)與該槽孔相鄰的槽孔(7)之間的接片(19.1)寬于在其它槽孔(7)之間的接片(19.2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，在與所述接縫(31)相鄰的槽孔(7a，7b)和與該槽孔相鄰的槽孔之間的接片(19.1)的寬度與所述其余接片(19.2)的寬度的比具有在1.3與1.9之間的值、然而具有優(yōu)選為1.6的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，根據(jù)負(fù)載對(duì)接片(19.1，19.2)的寬度來(lái)定尺寸，并且接片(19)的寬度(a，a1，a2)相互不同，其中一個(gè)可以為另一個(gè)乘以一個(gè)系數(shù)，該系數(shù)可以達(dá)到3。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，這些槽孔(7)布置在多個(gè)平面(Ei)上，并且這些平面(Ei)彼此平行地延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，設(shè)置奇數(shù)(i例如為i＝11，13，15或17)個(gè)在其中布置了槽孔(7)的平面(Ei)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，多個(gè)槽孔(7)在一個(gè)平面(E2)中依次相繼地設(shè)置，并且該平面(E2)與空心體(4)的縱向軸線(35)形成直角。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，在一個(gè)平面(E2)中設(shè)置有偶數(shù)個(gè)槽孔(7)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，槽孔(7)被構(gòu)造成骨頭狀的且相對(duì)于空心體(4)的縱向軸線(35)橫向地延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，槽孔(7)由一個(gè)中間段(37)和兩個(gè)頭部段(39)組成，這些頭部段(39)具有至少一個(gè)第一個(gè)半徑(R1)，該中間段(37)具有一個(gè)第二個(gè)半徑(R2)，槽孔(7，7a，7b)具有一個(gè)長(zhǎng)度(L)，在板坯內(nèi)設(shè)置的槽孔(7)和與接縫(31)相鄰地設(shè)置的槽孔(7a，7b)的比例關(guān)系為R1(7a，7b)＝0.867×R1(7)R2(7a，7b)＝1.327×R2(7)L(7a，7b)＝0.984×L(7)至接縫處的半個(gè)接片(41)的寬度(b)為b＞a/2，特別是b＝1.4×a/2
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，與接縫(31)相鄰地設(shè)置的槽孔(7a，7b)具有以下尺寸R1(7a，7b)＝0.35mm到0.43mm，特別是0.39mmR2(7a，7b)＝4.0mm到8.9mm，特別是5.0mm或7.9mmL(7a，7b)＝3.5mm到4.5mm，特別是4.0mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求6或7的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，與接縫(31)相鄰地設(shè)置的槽孔(7a，7b)具有以下尺寸R1(7a，7b)＝0.41mm到0.49mm，特別是0.45mmR2(7a，7b)＝5.5mm到6.5mm，特別是6.0mmL(7a，7b)＝3.7mm到4.7mm，特別是4.2mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到12中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，槽孔(7)有以下尺寸R1(7)＝0.43mm到0.51mm，特別是0.47mmR2(7)＝4.0mm到4.8mm，特別是4.4mmL(7)＝4.5mm到5.5mm，特別是5.0mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求9到13中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，槽孔(7)具有以下尺寸R1(7)＝0.4mm到0.5mm，特別是0.45mmR2(7)＝5.5mm到6.5mm，特別是6.0mmL(7)＝4.0mm到4.5mm，特別是4.225mm。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，一個(gè)與接縫(31)相鄰地設(shè)置的槽孔(7a，7b)的頭部段(39)的多個(gè)第一半徑彼此不同。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，兩個(gè)相鄰的平面(Ei)的槽孔(7)彼此錯(cuò)位(23)地設(shè)置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，兩個(gè)相鄰的平面的槽孔(7)的錯(cuò)位量(23)等于一個(gè)平面(Ei)的槽孔(7)的節(jié)距(21)的一半。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)具有一個(gè)圓形的橫截面。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)的橫截面具有一個(gè)規(guī)則多邊形的形狀。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)在其第一端部(17)上徑向被固定。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)在其第一端部(17)上徑向上被固定在上蓋板(6)或一個(gè)調(diào)節(jié)盤(93)中，特別是通過(guò)一個(gè)環(huán)形槽(39)或一個(gè)階臺(tái)固定。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)以其第一端部(17)通過(guò)焊接(41)固定在上蓋板(6)上。
23.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)在其第二端部(15)上在徑向上被固定。
24.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)在其第二端部(15)上與一個(gè)下蓋板(5)或一個(gè)耦合器殼體(86)相連接。
25.根據(jù)權(quán)利要求24執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)以其第二端部(15)通過(guò)焊接(41)固定在下蓋板(5)或耦合器殼體(86)上。
26.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，空心體(4)在其第一端部(17)和/或第二端部(15)上具有未通過(guò)槽孔(7，7a，7b)打孔的區(qū)域。
27.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)設(shè)置在空心體(4)中，并且壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)通過(guò)被預(yù)加載的空心體(4)加載壓力。
28.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)設(shè)置在空心體(4)外部，并且壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)通過(guò)被預(yù)加載的空心體(4)加載壓力。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種適用于操作用于內(nèi)燃機(jī)的噴射裝置的燃料噴射閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元由壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)和一個(gè)構(gòu)造成彈簧的空心體(4)構(gòu)成。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的空心體(4)的構(gòu)型可以提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元的壽命。
文檔編號(hào)F02M47/02GK1784543SQ200480011869
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月2日
發(fā)明者迪特爾·金茨勒, 迪特馬爾·烏爾曼 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司