DE60125207T2

DE60125207T2 - Ausgleichsvorrichtung mit einem druckventil für einen festkörperaktor eines kraftstoffeinspritzventils

Info

Publication number: DE60125207T2
Application number: DE60125207T
Authority: DE
Inventors: Jack R. Harrisburg LORRAINE; Andreas Kappel; Enrico Ulivieri; Bernhard Gottlieb; Bernhard Fischer
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: DE60125387D1; DE60125387T2; EP1325227B1; US20020139863A1; DE60121352T2; JP3838974B2; DE60121352D1; EP1325224A1; WO2002031345A1; EP1325225A1; US6755353B2; EP1325229A1; US6739528B2; US6676030B2; JP2004511700A; WO2002031346A1; DE60119355T2; WO2002031344A1; WO2002031349A1; DE60129830T2

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein sich in der Länge ändernde elektromechanische Festkörperaktoren wie zum Beispiel einen Aktor auf Basis einer elektrischen oder magnetischen Drossel oder einen Festkörperaktor. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung eine Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe für einen sich in der Länge ändernden Aktor und spezieller eine Vorrichtung und ein Verfahren zum hydraulischen Ausgleich eines piezoelektrisch betätigten Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventils für Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung.
Hintergrund der Erfindung
Ein bekannter Festkörperaktor umfasst eine Keramikstruktur, deren axiale Länge sich durch Anlegen einer Betriebsspannung ändern kann. Es wird davon ausgegangen, dass die axiale Länge sich bei typischen Anwendungen um beispielsweise etwa 0,12% ändern kann. Es wird davon ausgegangen, dass sich bei einer Stapelanordnung die Änderung der axialen Länge als Funktion der Zahl der Aktoren im Festkörperaktorstapel vergrößert. Wegen der Art des Festkörperaktors wird davon ausgegangen, dass das Anlegen einer Spannung zu einer sofortigen Ausdehnung des Aktors und zu einer sofortigen Bewegung jedes Bauteils führt, das mit dem Aktor verbunden ist. Es wird davon ausgegangen, dass im Bereich der Automobilindustrie, insbesondere im Bereich Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung, ein Bedarf besteht, ein Einspritzventilelement präzise zu öffnen und zu schließen, um Kraftstoffstrahl und -verbrennung zu optimieren. Daher wird für Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung davon ausgegangen, dass neuerdings Festkörperaktoren zum präzisen Öffnen und Schließen des Einspritzventilelements eingesetzt werden.
Es wird davon ausgegangen, dass die Bauteile einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung während des Betriebs erheblichen Temperaturschwankungen unterliegen, die zu einer thermischen Ausdehnung oder Kontraktion der Motorbauteile führen. Es wird beispielsweise davon ausgegangen, dass eine Kraftstoffeinspritzventilbaugruppe einen Ventilkörper umfasst, der sich aufgrund der vom Motor erzeugten Wärme während des Betriebs ausdehnen kann. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass ein Ventilelement, das in dem Ventilkörper betätigt wird, sich aufgrund des Kontakts mit relativ kaltem Kraftstoff zusammenziehen könnte. Wenn ein Festkörperaktorstapel für das Öffnen und Schließen eines Einspritzventilelements verwendet wird, wird davon ausgegangen, dass die Temperaturschwankungen zu Bewegungen des Ventilelements führen können, die als ein unzureichender Öffnungshub oder ein unzureichender Schließhub charakterisiert werden können. Es wird davon ausgegangen, dass dies wegen der Eigenschaft der geringen thermischen Ausdehnung des Festkörperaktors im Vergleich zu den thermischen Ausdehnungseigenschaften anderer Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils oder Motors geschieht. Zum Beispiel wird davon ausgegangen, dass eine Differenz zwischen der thermischen Ausdehnung des Gehäuses und des Aktorstapels größer als der Hub des Aktorstapels sein kann. Daher wird davon ausgegangen, dass alle Kontraktionen oder Ausdehnungen eines Ventilelements eine erhebliche Wirkung auf die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils haben können.
Es wird davon ausgegangen, dass herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen, die die temperaturbedingten Änderungen ausgleichen, die sich auf die Funktionsweise des Festkörperaktorstapels auswirken, Nachteile haben, die darin bestehen, dass sie entweder nur annähernd die Längenänderung ausgleichen, dass sie nur einen Längenänderungsausgleich für den Festkörperaktorstapel bieten, oder dass sie nur für einen engen Bereich von Temperaturänderungen die Längenänderung des Festkörperstapels in einer ausreichend genauen Näherung bewirken.
DE 198 58 476 beschreibt ein Übertragungsmodul mit einer Druckkammer zwischen einem Kolbenelement und einem Aufnahmeelement und mit einer Ausgleichskammer, wobei die Verbindung zwischen Druckkammer und Ausgleichskammer von der relativen Position der beiden Elemente abhängt.
Es wird davon ausgegangen, dass Bedarf besteht, eine Temperaturausgleichsvorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile herkömmlicher Verfahren überwindet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Kraftstoffeinspritzventil bereit, das einen sich in der Länge ändernden Aktor wie zum Beispiel einen Aktor auf Basis einer elektrischen oder magnetischen Drossel oder einen Festkörperaktor mit einer Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe verwendet, die thermischen Verzug, Kavitätsbildung, Verschleiß und Montageverzug ausgleicht. Die Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe verwendet eine kleinstmögliche Anzahl von Dichtungen aus elastischem Kunststoff, um den Slip-Stick-Effekt derartiger Dichtungen zu reduzieren, wobei zugleich eine kompaktere Anordnung für eine Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe erzielt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kraftstoffeinspritzventil ein Gehäuse, das ein erstes Gehäuseende und ein zweites Gehäuseende umfasst, die entlang einer Längsachse verlaufen, wobei das Gehäuse ein Endelement aufweist, das zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende angeordnet ist, einen sich in der Länge ändernden Aktor, der entlang der Längsachse angeordnet ist, ein Schließelement, das mit dem sich in der Länge ändernden Aktor verbunden ist, wobei das Schließelement beweglich ist zwischen einer ersten Position, die das Einspritzen von Kraftstoff ermöglicht, und einer zweiten Position, die das Einspritzen von Kraftstoff verhindert, sowie eine Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe, die den Festkörperaktor in Reaktion auf Temperaturänderungen relativ zum Körper bewegt. Die Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe umfasst einen Körper mit einem ersten Körperende und einem zweiten Körperende, die entlang einer Längsachse verlaufen. Der Körper weist eine Körperinnenfläche auf, die der Längsachse gegenüberliegt, und einen ersten Kolben, der im Körper in der Nähe von entweder dem ersten Körperende oder dem zweiten Körperende angeordnet ist. Der erste Kolben umfasst eine erste Arbeitsfläche, die mit einem Abstand zu einer ersten Außenfläche angeordnet ist, wobei die Außenfläche mit der Körperinnenfläche zusammenwirkt, um einen ersten Fluidvolumenbereich zu definieren, wobei ein zweiter Kolben im Körper in der Nähe des ersten Kolbens angeordnet ist, wobei der zweite Kolben eine zweite Außenfläche aufweist, die mit einem Abstand zu einer zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, die der ersten Arbeitsfläche gegenüberliegt, wobei ein erstes Dichtelement mit dem zweiten Kolben verbunden und in Kontakt mit der Körperinnenfläche ist, und wobei eine veränderliche Fluidbarriere mit dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben verbunden ist, wobei die veränderliche Fluidbarriere mit der ersten und der zweiten Arbeitsfläche zusammenwirkt, um einen zweiten Fluidvolumenbereich zu definieren.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Ausgleichsvorrichtung bereit, die in einem sich in der Länge ändernden Aktor wie zum Beispiel einem Aktor auf Basis einer elektrischen oder magnetischen Drossel oder einem Festkörperaktor verwendet werden kann, die thermischen Verzug, Verschleiß, Kavitätsbildung und Montageverzug eines Aktors ausgleicht, mit dem die Ausgleichsvorrichtung verbunden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der sich selbst verlängernde Aktor ein erstes und ein zweites Ende auf. Die Ausgleichsvorrichtung umfasst einen Körper mit einem ersten Körperende und einem zweiten Körperende, die entlang einer Längsachse verlaufen. Der Körper weist eine Körperinnenfläche auf, die der Längsachse gegenüberliegt, und einen ersten Kolben, der im Körper in der Nähe von entweder dem ersten Körperende oder dem zweiten Körperende angeordnet ist. Der erste Kolben umfasst eine erste Arbeitsfläche, die mit einem Abstand zu einer ersten Außenfläche angeordnet ist, wobei die Außenfläche mit der Körperinnenfläche zusammenwirkt, um einen ersten Fluidvolumenbereich zu definieren; einen zweiten Kolben, der im Körper in der Nähe des ersten Kolbens angeordnet ist, wobei der zweite Kolben eine zweite Außenfläche aufweist, die mit einem Abstand zu einer zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, die der ersten Arbeitsfläche gegenüberliegt; ein erstes Dichtelement, das mit dem zweiten Kolben verbunden ist und in Kontakt mit der Körperinnenfläche ist, und eine veränderliche Fluidbarriere, die mit dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben verbunden ist, wobei die veränderliche Fluidbarriere mit der ersten und der zweiten Arbeitsfläche zusammenwirkt, um einen zweiten Fluidvolumenbereich zu definieren.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Ausgleich von Verzug eines Kraftstoffeinspritzventils aufgrund von thermischem Verzug, Kavitätsbildung, Verschleiß und Montageverzug bereit. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseende und einem zweiten Gehäuseende, die entlang einer Längsachse verlaufen, wobei das Gehäuse ein Endelement aufweist, das zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende angeordnet ist, einen sich in der Länge ändernden Aktor, der entlang der Längsachse angeordnet ist, ein Schließelement, das mit dem sich in der Länge ändernden Aktor verbunden ist, und eine Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe, die den sich in der Länge ändernden Aktor in Reaktion auf Temperaturänderungen relativ zum Gehäuse bewegt. Die Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe umfasst einen Körper mit einem ersten Körperende und einem zweiten Körperende, die entlang einer Längsachse verlaufen. Der Körper weist eine Körperinnenfläche auf, die der Längsachse gegenüberliegt; einen ersten Kolben, der im Körper in der Nähe von entweder dem ersten Körperende oder dem zweiten Körperende angeordnet ist, wobei der erste Kolben mit der Körperinnenfläche zusammenwirkt, um einen ersten Fluidvolumenbereich zu definieren; einen zweiten Kolben, der im Körper in der Nähe des ersten Kolbens angeordnet ist, wobei der zweite Kolben eine zweite Außenfläche aufweist, die mit einem Abstand zu einer zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, die der ersten Arbeitsfläche gegenüberliegt; ein Element aus elastischem Kunststoff, das mit dem zweiten Kolben verbunden und in Kontakt mit der Körperinnenfläche ist, und eine veränderliche Fluidbarriere, die mit dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben verbunden ist, wobei die veränderliche Fluidbarriere mit der ersten und der zweiten Arbeitsfläche zusammenwirkt, um einen zweiten Fluidvolumenbereich zu definieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren realisiert durch Anordnen einer Fläche des ersten Kolbens gegenüber einer Innenfläche des Körpers, um einen definierten Spalt zwischen dem ersten Kolben und der Körperinnenfläche des ersten Fluidvolumenbereichs auszubilden; In-Eingriff-Bringen des Elements aus elastischem Kunststoff mit einer Fläche des zweiten Kolbens und der Innenfläche des Körpers, um eine Dichtung zwischen diesen auszubilden; Unter-Druck-Setzen des Hydraulikfluids im ersten und im zweiten Fluidvolumenbereich; und vorspannen des sich in der Länge ändernden Aktors mit einem vorgegebenen Kraftvektor, der auf Änderungen des Volumens des Hydraulikfluids beruht, das sich als Funktion der Temperatur im ersten Fluidvolumenbereich befindet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Patentschrift einbezogen sind und einen Bestandteil derselben darstellen, zeigen die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten gegebenen ausführlichen Beschreibung zur Erklärung der Merkmale der Erfindung.
1 ist eine Darstellung im Schnitt einer Kraftstoffeinspritzventilbaugruppe mit einem Festkörperaktorstapel und einer Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe von einer bevorzugten Ausführungsform.
2 ist eine vergrößerte Ansicht der Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe aus 1.
3 ist eine Ansicht des ersten und des zweiten Kolbens vor der Montage im Körper der Ausgleichsvorrichtung aus 2.
4 ist eine Ansicht, die den Betrieb des druckempfindlichen Ventils der Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe darstellt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezug auf die 1–4 wird eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. 1 stellt eine bevorzugte Ausführungsform einer Krafstoffeinspritzventilbaugruppe 10 dar, die einen Festkörperaktorstapel 100 und eine Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe 200 aufweist. Die Kraftstoffeinspritzventilbaugruppe 10 umfasst Eintrittsanschlussstück 12, Einspritzventilgehäuse 14 und Ventilkörper 17. Das Eintrittsanschlussstück 12 umfasst einen Kraftstofffilter 16, Kraftstoffkanäle 18, 20 und 22 sowie einen Kraftstoffeintritt 24, der mit einer Kraftstoffquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Das Eintrittsanschlussstück 12 umfasst ferner ein Eintrittsendelement 28 (2) mit einem O-Ring 29. Das Eintrittsendelement weist einen Kanal 30 auf, der verwendet werden kann, um einen Volumenbereich 32 mit einem Fluid 36 zu füllen, nachdem ein Verschlussstopfen 38 entfernt wurde. Der Verschlussstopfen kann mit dem Einspritzventilgehäuse verbunden werden mittels eines geeigneten Verfahrens wie Einschrauben, Verplomben oder unlösbares Fügen des Verschlussstopfens 38 in das (mit dem) Gehäuse. Das Fluid 36 kann ein im Wesentlichen inkompressibles Fluid sein, das auf Temperaturänderungen reagiert, indem es sein Volumen ändert. Vorzugsweise ist das Fluid 36 entweder Silikon- oder eine andere Art von Hydraulikflüssigkeit, die einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als den des Eintrittsanschlussstücks 12, des Gehäuses 14 oder anderer Bauteile des Einspritzventils hat. Vorzugsweise ist der Verschlussstopfen 38 ferner durch eine Schraubverbindung mit dem Gehäuse verbunden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umgibt das Einspritzventilgehäuse 14 den Festkörperaktorstapel 100 und die Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe 200. Ventilkörper 17 ist fest mit dem Einspritzventilgehäuse 14 verbunden und umgibt ein Ventilschließelement 40. Der Festkörperaktorstapel 100 umfasst eine Vielzahl von Festkörperaktoren, die über Kontaktstifte (nicht dargestellt) betätigt werden können, die elektrisch an eine Spannungsquelle angeschlossen sind. Wenn eine Spannung zwischen den Kontaktstiften (nicht dargestellt) angelegt wird, dehnt der Festkörperaktorstapel 100 sich in Längsrichtung aus. Eine typische Ausdehnung des Festkörperaktorstapels 100 kann sich zum Beispiel in einer Größenordnung von etwa 30–50 μm bewegen. Die Längsausdehnung kann genutzt werden, um das Einspritzventilschließelement 40 für die Kraftstoffeinspritzventilbaugruppe 10 zu betätigen.
Festkörperaktorstapel 100 wird mittels Führungen 110 entlang des Gehäuses 14 geführt. Der Festkörperaktorstapel 100 weist ein erstes Ende, das mittels eines Bodenelements 44 in Wirkverbindung mit einem Schließende 42 des Ventilschließelements 40 ist, und ein zweites Ende des Stapels 100 auf, das mittels eines Deckelelements 46 auf eine ein Zusammenwirken ermöglichende Weise mit der Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe 200 verbunden ist.
Die Kraftstoffeinspritzventilbaugruppe 10 umfasst ferner eine Feder 48, eine Tellerfeder 50, ein Halteelement 52, eine Buchse 54, einen Ventilschließelementsitz 56, einen Balg 58 und einen O-Ring 60. O-Ring 60 ist vorzugsweise ein kraftstoffbeständiger O-Ring, der bei niedrigen Umgebungstemperaturen (–40°C oder darunter) und bei Betriebstemperatur (140°C und darüber) funktionsfähig bleibt.
Es wird auf 2 Bezug genommen; eine Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe 200 umfasst einen Körper 210, der einen ersten Kolben 220, einen Kolbenstößel bzw. Fortsatzbereich 230, einen zweiten Kolben 240, einen Balg 250 und ein elastisches Element bzw. eine Feder 260 umgibt. Der Körper 210 kann jede geeignete Querschnittsform aufweisen, die eine kraftschlüssige Verbindung mit dem ersten und dem zweiten Kolben gewährleistet, beispielsweise oval, quadratisch, rechteckig oder jede geeignete Polygonform. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Körpers kreisförmig, wodurch ein zylindrischer Körper ausgebildet wird.
Der Fortsatzbereich 230 ragt vom ersten Kolben 220 hervor, so dass er mittels eines Stößelendes 232 mit dem Deckelelement 46 des piezoelektrischen Stapels 100 verbunden werden kann. Vorzugsweise ist der Fortsatzbereich 230 als Bestandteil des ersten Kolbens 220 ausgeführt. Alternativ kann der Fortsatzbereich separat vom ersten Kolben 220 ausgeführt und mit dem ersten Kolben 220 verbunden sein mittels beispielsweise einer Keilwellenverbindung, eines Kugelgelenks oder sonstiger geeigneter Verbindungen.
Der erste Kolben 220 ist in einer gegenüberliegenden Anordnung zum Eintrittsendelement 28 angeordnet. Eine äußere umlaufende Fläche 228 des ersten Kolbens 220 ist so dimensioniert, dass sie eine Passung mit enger Toleranz mit einer Innenfläche 212 des Körpers ausbildet, d. h. einen definierter Spalt, der eine Schmierung des Kolbens und des Körpers ermöglicht, zugleich jedoch eine hydraulische Dichtung bereitstellt, die die Menge des Fluidleckstroms durch den Spalt definiert. Der Spalt zwischen dem ersten Kolben 220 und dem Körper 210 bietet einen Leckstrompfad vom ersten Fluidvolumenbereich 32 zum zweiten Fluidvolumenbereich 33 und vermindert die Reibung zwischen dem ersten Kolben 220 und dem Körper 210, wodurch die Hysterese in der Bewegung des ersten Kolbens 220 minimiert wird. Es wird davon ausgegangen, dass vom Stapel 100 Seitenkräfte ausgehen, die Reibung und Hysterese vergrößern würden. Demzufolge ist der erste Kolben 220 mit dem Stapel 100 verbunden, vorzugsweise nur in der Richtung entlang der Längsachse A-A, um etwaige Seitenkräfte zu reduzieren oder sogar auszuschalten. Der Körper 210 ist frei beweglich in Relation zum Einspritzventilgehäuse und verhindert somit Verzug. Darüber hinaus werden, da eine Feder in der Kolbenunterbaugruppe vorhanden ist, geringe oder keine Seitenkräfte oder Momente in die Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe 200 eingeleitet.
Um zu ermöglichen, dass Fluid 36 selektiv zwischen einer ersten Fläche 222 des ersten Kolbens 220 und einer zweiten Fläche 224 des ersten Kolbens zirkuliert, verläuft ein Kanal 226 zwischen der ersten und der zweiten Fläche. Ein druckempfindliches Ventil ist im ersten Fluidvolumenbereich 32 angeordnet, das abhängig vom Druckabfall im druckempfindlichen Ventil einen Fluidstrom in eine Richtung ermöglicht. Das druckempfindliche Ventil kann beispielsweise ein Rückschlagventil oder ein Einwegventil sein. Vorzugsweise ist das druckempfindliche Ventil eine elastische Dünnscheiben-Platte 270 mit einer glatten Oberfläche, die oben auf der ersten Fläche 222 angeordnet ist, hier in 4 dargestellt.
Insbesondere fungiert die Platte 270, weil sie eine glatte Oberfläche auf der Seite aufweist, die in Kontakt mit dem ersten Kolben 220 ist und eine Dichtfläche mit der ersten Fläche 222 ausbildet, als druckempfindliches Ventil, das ermöglicht, dass immer, wenn der Druck im ersten Druckvolumenbereich 32 niedriger als der Druck im zweiten Druckvolumenbereich 33 ist, Fluid zwischen einem ersten Fluidvolumenbereich 32 und einem zweiten Fluidvolumenbereich 33 strömt. Das heißt, immer wenn eine Druckdifferenz zwischen den Volumenbereichen besteht, wird die glatte Oberfläche der Platte 270 angehoben, um zu ermöglichen, dass Fluid zu den Kanälen oder Taschen 228a fließt. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass die Platte eine Dichtung zur Verhinderung des Durchflusses als Funktion der Druckdifferenz statt einer Kombination aus Fluiddruck und Federkraft wie bei einem Kugelrückschlagventil ausbildet. Das druckempfindliche Ventil bzw. die Platte 270 umfasst Öffnungen 272a und 272b, die durch ihre Oberfläche verlaufen. Die Öffnungen können zum Beispiel quadratisch, kreisförmig oder mit jeder sonstigen geeigneten Kanalöffnungskontur ausgeführt sein. Vorzugsweise sind zwölf Öffnungen in der Platte ausgebildet, wobei jede Öffnung einen Durchmesser von etwa 1,0 mm aufweist. Ferner weist jeder) der Kanäle bzw. Taschen 228a, 228b vorzugsweise eine Öffnung auf, die etwa dieselbe Form und denselben Querschnitt hat wie jede der Öffnungen 272a und 272b. Die Platte 270 ist vorzugsweise an der ersten Fläche 222 an ungefähr vier oder mehr verschiedenen Stellen 276 am Umfang der Platte 270 angeschweißt.
Weil die Platte 270 eine sehr niedrige Masse hat und elastisch ist, reagiert sie sehr schnell mit dem einströmenden Fluid, indem sie sich zum Eintrittsendelement 28 hin anhebt, so dass Fluid, das nicht durch die Platte hindurchgetreten ist, das Volumen des scheibenförmigen hydraulischen Mediums vergrößert. Die Platte 270 nähert sich der Form eines Kugelabschnitts an, wenn sie ein Fluidvolumen eintreten lässt, das sich noch unter der Platte 270 und im Kanal 226 befindet. Dieses zusätzliche Volumen wird danach dem Volumen des scheibenförmigen Mediums hinzugefügt, dessen zusätzliches Volumen sich allerdings immer noch auf der Seite des ersten Volumenbereichs der Dichtfläche befindet. Einer der vielen Vorteile der Platte 270 besteht darin, dass die Druckpulsationen schnell gedämpft werden durch das zusätzliche Volumen an Hydraulikflüssigkeit, das dem scheibenförmigen hydraulischen Medium im ersten Volumenbereich hinzugefügt wird. Ursache dafür ist, dass die Betätigung des Einspritzventils ein sehr dynamisches Ereignis ist und der Übergang zwischen inaktiv, aktiv und inaktiv Massenkräfte erzeugt, die Druckschwankungen im scheibenförmigen hydraulischen Medium hervorrufen. Das scheibenförmige hydraulische Medium dämpft die Schwingungen schnell, weil für es ein ungehindertes Zuströmen und ein beschränktes Abströmen an Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Fluidvolumenbereich 32 besteht.
Den Kanalbohrungs- oder -öffnungsdurchmesser der Öffnungen 272a oder 272b kann man sich vorstellen als den wirksamen Öffnungsdurchmesser der Platte im Gegensatz zur Hubhöhe der Platte 270, weil die Platte 270 sich der Form eines Kugelabschnitts annähert, wenn sie sich von der ersten Fläche 222 nach oben abhebt. Darüber hinaus bestimmt die Anzahl der Öffnungen und der Durchmesser jeder Öffnung die Steifigkeit der Platte 270, die wesentlich für die Bestimmung des Druckabfalls über der Platte 270 ist. Vorzugsweise sollte der Druckabfall gering sein in Relation zu den Druckpulsationen im ersten Volumenbereich 32 der Ausgleichsvorrichtung. Wenn die Platte 270 sich um ungefähr 0,1 mm angehoben hat, kann davon ausgegangen werden, dass die Platte 270 weit geöffnet ist, wodurch ein ungehindertes Zuströmen in den ersten Volumenbereich 32 erfolgt. Die Möglichkeit, ein ungehindertes Zuströmen in das scheibenförmige hydraulische Medium zuzulassen, verhindert einen erheblichen Druckabfall im Fluid. Es wird davon ausgegangen, dass dies wichtig ist, weil im Fall eines erheblichen Druckabfalls das im Fluid gelöste Gas austritt und sich Blasen bilden. Dies geschieht, weil der Dampfdruck des Gases den reduzierten Fluiddruck übersteigt (d. h. bestimmte Flüssigkeiten nehmen Gas auf wie ein Schwamm Wasser aufnimmt, so dass das Fluid sich wie ein kompressibles Fluid verhält). Die gebildeten Blasen verhalten sich wie kleine Federn, die die Ausgleichsvorrichtung „weich" oder „schwammig" machen. Haben die Blasen sich erst einmal gebildet, ist es schwierig, sie wieder im Fluid zu lösen. Die Ausgleichsvorrichtung arbeitet vorzugsweise konstruktionsbedingt mit einem Druck von etwa 2 bar bis 7 bar und es wird davon ausgegangen, dass der Druck des scheibenförmigen hydraulischen Mediums nicht wesentlich unter den atmosphärischen Druck abfällt. Somit ist das Ausgasen aus dem Fluid und den Ausgleichsvorrichtungskanälen nicht so kritisch wie dies ohne die Platte 270 wäre. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Platte 270 ungefähr 0,1 mm und ihre Oberflächengröße beträgt etwa 110 mm². Um eine gewünschte Elastizität der Platte 270 aufrechtzuerhalten, ist zu bevorzugen, ein Muster mit ungefähr zwölf Öffnungen zu haben, wobei jede Öffnung eine Größe von ca. 0,8 mm² hat und die Dicke der Platte vorzugsweise das Ergebnis der Quadratwurzel der Oberflächengröße dividiert durch ca. 94 ist.
Taschen oder Kanäle 228a und 228b können auf der ersten Fläche 222 ausgebildet werden. Die Taschen 228a und 228b gewährleisten, dass etwas Fluid 36 auf der ersten Fläche 222 verbleiben kann, um als eine hydraulische „Scheibe" zu fungieren, selbst wenn sich wenig oder kein Fluid zwischen der ersten Fläche 222 und dem Eintrittsendelement 28 befindet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist im ersten Volumenbereich stets zumindest ein wenig Fluid vorhanden. Die erste Fläche 222 und die zweite Fläche 224 kann jede geeignete Form wie zum Beispiel eine konische umlaufende Oberfläche aufweisen. Vorzugsweise umfassen die erste Fläche 222 und zweite Fläche 224 eine ebene Fläche quer zur Längsachse A-A.
Angeordnet zwischen dem ersten Kolben 220 und dem Deckelelement 46 des Stapels 100 ist ein ringartiger Kolben oder zweiter Kolben 240, der auf den Fortsatzbereich 230 montiert ist, damit er axial entlang der Längsachse A-A gleiten kann. Der zweite Kolben 240 umfasst ein Dichtelement, vorzugsweise ein elastisches Kunststoffelement 242, das auf einer Nut 245 angeordnet ist, die auf dem äußeren Umfang des zweiten Kolbens 240 angeordnet ist, um allgemein das Austreten von Fluid 36 zum Stapel 100 hin zu verhindern. Vorzugsweise ist das elastische Kunststoffelement 242 ein O-Ring. Alternativ kann das elastische Kunststoffelement 242 ein O-Ringtyp sein, der einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist. Es können auch weitere Arten von Dichtungen aus elastischem Kunststoff verwendet werden wie z. B. eine Labyrinthdichtung.
Der zweite Kolben umfasst eine Fläche 246, die in Verbindung mit einer Fläche 256 des ersten Balgrands 252 eine zweite Arbeitsfläche 248 ausbildet. Hier ist die zweite Arbeitsfläche 248 in einer gegenüberliegenden Anordnung zur ersten Arbeitsfläche angeordnet (d. h. die erste Arbeitsfläche ist die zweite Fläche 224 des ersten Kolbens 220). vorzugsweise haben die Kolben eine kreisförmige Form, obwohl auch andere geeignete Formen, beispielsweise rechteckige oder ovale, für den Kolben 220 verwendet werden können.
Der zweite Kolben 240 ist über Balg 250 und mindestens ein elastisches Element bzw. eine Feder 260 mit dem Fortsatzbereich 230 verbunden. Die Feder 260 ist zwischen einem Flanschbereich 280 und dem zweiten Kolben 240 eingeschlossen. Vorzugsweise kann der Flanschbereich 280 eine Tellerfeder sein, die mit dem Fortsatzbereich verbunden ist mittels eines geeigneten Verfahrens wie zum Beispiel Einschrauben, Schweißen, Fügen, Löten, Kleben und vorzugsweise Laserschweißen. Der Balg 250 umfasst einen ersten Balgrand 252 und einen zweiten Balgrand 254. Der erste Balgrand 252 ist mit der Innenfläche 244 des zweiten Kolbens 240 verbunden. Der zweite Balgrand 254 ist mit dem Flanschbereich 280 verbunden. Beide Balgränder können mittels eines geeigneten Verfahrens wie zum Beispiel Einschrauben, Schweißen, Fügen, Löten, Kleben und vorzugsweise Laserschweißen verbunden werden. An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass der erste Balgrand 252 so angeordnet ist, dass ein Gleitsitz auf dem Fortsatzbereich 230 entsteht. Vorzugsweise weist der erste Balgrand 252 in axial neutralem (nicht vorgespanntem) Zustand bei Raumtemperatur (ca. 20 Grad Celsius) einen Spalt von ca. 300 μm zwischen dem Fortsatzbereich 230 und dem Balgrand 252 auf. von dieser Position aus kann er sich in Abhängigkeit von der Anzahl Arbeitszyklen, die für den Festkörperaktor gewünscht sind, zwischen ca. +/–100 μm und ca. +/–300 μm bewegen. Die Betriebhöchsttemperatur (ca. 140 Grad Celsius oder darüber) könnte diesen Spalt bis auf ca. 400 μm vergrößern. Die Betriebmindesttemperatur (ca. –40 Grad Celsius oder darunter) würde diesen Spalt bis auf ca. 250 μm verkleinern.
Die Feder 260 kann gegen den Flanschbereich 280 drücken, um die zweite Arbeitsfläche 248 zum Eintritt 16 hin zu schieben. Dies erzeugt einen Druckanstieg im Fluid 36, der gegen die erste Fläche 222 und die zweite Fläche 224 des ersten Kolbens 220 wirkt. In einem Anfangszustand wird Hydraulikfluid 36 unter Druck gesetzt als Funktion der Federkraft der Feder 260 und der zweiten Arbeitsfläche 248. Das unter Druck stehende Fluid neigt dazu, in den ersten Volumenbereich 32 und den zweiten Volumenbereich 33 zu fließen und wieder hinaus, wenn der Druck im ersten Fluidvolumenbereich geringer als der Druck im zweiten Volumenbereich ist. In Fällen, in denen der Druck im ersten Volumenbereich 32 geringer als im zweiten Volumenbereich ist, wie etwa in einem Anfangszustand, wird das druckempfindliche Ventil 270 betätigt, um zu ermöglichen, dass Fluid 36 in den ersten Volumenbereich 32 fließt. Vor einer Ausdehnung des Fluids im ersten Volumenbereich 32 wird der erste Volumenbereich durch die zweite Arbeitsfläche 248 und die Federkraft der Feder 260 vorgespannt, um ein scheibenförmiges hydraulisches Medium zu erzeugen.
Vorzugsweise beträgt die Federkraft der Feder 260 ca. 30 Newton bis 70 Newton.
Das Fluid 36, das das scheibenförmige hydraulische Medium bildet, neigt dazu, sich ausdehnen aufgrund eines Anstiegs der Temperatur in der und um die Ausgleichsvorrichtung. Da die erste Fläche 222 eine größere Oberflächengröße als die zweite Arbeitsfläche 248 aufweist, neigt der erste Kolben dazu, sich zum Stapel oder zum Ventilschließelement 40 hin zu bewegen. Der Kraftvektor (d. h. er hat eine Richtung und eine Größe) „F_Aus" des ersten Kolbens 220, der sich zum Stapel 100 hin bewegt, ist folgendermaßen definiert: FAus – FFeder + (FFeder +/– FDichtung)·((Ascheibenf.Medium/A2ter Volumenbereich) – 1)wobei:

F_Aus: = einwirkende Kraft (auf den Piezostapel)
F_Feder: = Federkraft (30 N bis 70 N)
A_{scheibenf.Medium}: = Fläche über dem Kolben (scheibenförmiges hydraulisches Medium)
A_{2ter Volumenbereich}: = Fläche unter dem erstem Kolben (zweiter Fluidvolumenbereich)
F_Dichtung: = Dichtungsreibungskraft (Dichtelement 242)

Unter der Annahme reibungsfreier Dichtungen würde auch folgende mathematische Beziehung gelten: FAus = FFeder·Ascheibenf.Medium·pscheibenf.Medium/(A2ter Volumenbereich·p2ter Volumenbereich)wobei:

F_Aus: = einwirkende Kraft (auf den Piezostapel)
F_Feder: = Federkraft
A_{scheibenf.Medium}: = (Π/4)·d_K ² oder Fläche über dem Kolben, wobei d_K der Durchmesser des ersten Kolbens ist
p_{scheibenf.Medium}: = Druck (scheibenförmiges hydraulisches Medium)
A_{2ter Volumenbereich}: = (Π/4)·(d_K ² – d_hB ²) oder Fläche unter dem erstem Kolben, wobei d_hB der hydraulische Durchmesser des Balgs 250 ist
p_{2ter Volumenbereich}: = Druck (im zweiten Volumenbereich)

Im Ruhezustand haben die jeweiligen Drücke des scheibenförmigen hydraulischen Mediums und des zweiten Fluidvolumenbereichs die Tendenz, im Allgemeinen gleich zu sein. Da die Reibungskraft des Dichtelements 242 sich auf den Druck im scheibenförmigen hydraulischen Medium und im zweiten Fluidvolumenbereich in gleicher Weise auswirkt, wirkt das Dichtelement 242 sich nicht auf die Kraft F_Aus des Kolbens aus. Wenn jedoch der Festkörperaktor erregt wird, steigt der Druck im scheibenförmigen hydraulischen Medium, weil (a) die Platte 270 dicht gegen die Fläche 222 schließt und (b) das Fluid 36 inkompressibel ist, wenn sich der Stapel ausdehnt. Dies ermöglicht, dass der Stapel 100 eine steife Reaktionsbasis aufweist, in der das Ventilschließelement 40 betätigt werden kann, um Kraftstoff durch die Kraftstoffaustrittsöffnung 62 auszustoßen.
Vorzugsweise ist die Feder 260 eine Schraubenfeder. Hier ist der Druck im Fluid mindestens von einer Federcharakteristik der Schraubenfeder abhängig. Wie durchgängig in dieser Offenbarung verwendet, kann die mindestens eine Federcharakteristik zum Beispiel die Federkonstante, die freie Federlänge und den Elastizitätsmodul der Feder umfassen. Jede der Federcharakteristiken kann in verschiedenen Kombinationen mit einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Federcharakteristiken gewählt werden, um eine gewünschte Reaktion der Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe zu erzielen.
Es wird wieder auf 1 Bezug genommen; während des Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils 100 wird Kraftstoff von einer Kraftstoffversorgung (nicht dargestellt) an einem Kraftstoffeintritt 24 eingeleitet. Kraftstoff am Kraftstoffeintritt 24 tritt durch einen Kraftstofffilter 16, durch einen Kanal 18, durch einen Kanal 20, durch einen Kraftstoffkanal 22 und durch eine Kraftstoffaustrittsöffnung 62 aus, wenn das Ventilschließelement 40 in die Position „geöffnet" bewegt wird.
Damit Kraftstoff aus der Kraftstoffaustrittsöffnung 62 austreten kann, wird der Festkörperaktorstapel 100 mit Spannung versorgt, was dazu führt, dass er sich ausdehnt. Die Ausdehnung des Festkörperaktorstapels 100 führt dazu, dass das Bodenelement 44 gegen das Ventilschließelement 40 drückt, was ermöglicht, dass Kraftstoff aus der Kraftstoffaustrittsöffnung 62 austritt. Nachdem Kraftstoff durch die Kraftstoffaustrittsöffnung 62 eingespritzt worden ist, wird die Spannungsversorgung zum Festkörperaktorstapel 100 unterbrochen und das Ventilschließelement 40 wird unter der Vorspannung der Feder 48 zurückgeschoben, um die Kraftstoffaustrittsöffnung 62 zu schließen. Insbesondere zieht der Festkörperaktorstapel 100 sich zusammen, wenn die Spannungsversorgung unterbrochen wird, und die Vorspannung der Feder 48, die das Ventilschließelement 40 in ständigem Kontakt mit dem Bodenelement 44 hält, spannt auch das Ventilschließelement 40 in die Position „geschlossen" vor.
Es wird auf 1 Bezug genommen; wenn das Ventilschließelement 40 sich zusammenzieht, neigt das Bodenelement 44 dazu, sich von seinem Kontaktpunkt am Ventilschließende 42 abzuheben. Der sich in der Länge ändernde Aktorstapel 100, der auf eine ein Zusammenwirken ermöglichende Weise mit der unteren Fläche des ersten Kolbens 220 verbunden ist, wird anfangs nach unten geschoben, weil das Fluid durch die Feder 260 unter Druck gesetzt wird, die mit einer Kraft F_Aus auf den zweiten Kolben einwirkt. Der Temperaturanstieg bewirkt, dass Eintrittsanschlussstück 12, Einspritzventilgehäuse 14 und Ventilkörper 17 sich relativ zum Aktorstapel 100 ausdehnen aufgrund des allgemein größeren thermischen Volumenausdehnungskoeffizienten β der Kraftstoffeinspritzventilbauteile im Vergleich zu demjenigen des Aktorstapels. Diese Bewegung des ersten Kolbens wird durch ein Deckelelement 46 auf den Aktorstapel 100 übertragen, wobei diese Bewegung die Position des Bodenelements 44 des Stapels in Bezug auf das Schließende 42 konstant hält. Zu bemerken ist, dass bei den bevorzugten Ausführungsformen der thermische Ausdehnungskoeffizient β des Hydraulikfluids 36 größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient β des Aktorstapels ist. Hier kann die Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe variiert werden, indem zumindest ein Hydraulikfluid mit einem gewünschten Koeffizienten β gewählt wird und ein vorgegebenes Fluidvolumen im ersten Volumenbereich gewählt wird, so dass ein Unterschied in der Ausdehnungsgröße des Gehäuses des Kraftstoffeinspritzventils und des Aktorstapels 100 durch die Ausdehnung des Hydraulikfluids 36 im ersten Volumenbereich ausgeglichen werden kann.
Wenn der Aktor 100 erregt wird, steigt der Druck im ersten Volumenbereich 32 schnell, was dazu führt, dass die Platte 270 dicht gegen die erste Fläche 222 schließt. Dies hindert das Hydraulikfluid 36 daran, aus dem ersten Fluidvolumenbereich zum Kanal 236 zu fließen. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Volumen des scheibenförmigen Mediums während der Erregung des Stapels 100 zu ungefähr dem Zeitpunkt in Relation zum Volumen des Hydraulikfluids des ersten Volumenbereichs steht, zu dem der Aktor 100 erregt wird. Weil das Fluid praktisch inkompressibel ist, entspricht das Fluid 36 im ersten Volumenbereich 32 näherungsweise einer steifen Reaktionsbasis, d. h. einem scheibenförmigen Medium, gegen das der Aktor 100 reagieren kann. Es wird davon ausgegangen, dass die Steifigkeit des scheibenförmigen Mediums teilweise daher rührt, dass das Fluid praktisch inkompressibel ist und dass der Austritt aus dem ersten Volumenbereich 32 durch die Scheibe 270 blockiert wird. Hier dehnt sie sich um etwa 60 μm aus, wenn der Aktorstapel 100 in nicht vorgespanntem Zustand betätigt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der dies umgesetzt wird, wird die eine Hälfte des Ausdehnungsbetrags (ca. 30 μm) von verschiedenen Bauteilen des Kraftstoffeinspritzventils aufgenommen. Die verbleibende Hälfte der Gesamtausdehnung des Stapels 100 (ca. 30 μm) wird genutzt, um das Schließelement 40 auszulenken. Somit wird davon ausgegangen, dass die Auslenkung des Aktorstapels 100 konstant ist, wenn dieser wiederholt erregt wird, wodurch ermöglicht wird, dass die Öffnungsweite des Kraftstoffeinspritzventils gleichbleibend ist.
Wenn der Aktor 100 nicht erregt wird, fließt Fluid 36 zwischen dem ersten Fluidvolumenbereich und dem zweiten Fluidvolumenbereich, wobei dieselbe Vorspannungskraft F_Aus aufrechterhalten wird. Die Kraft F_Aus ist eine Funktion der Feder 260, der von der Dichtung 242 ausgehenden Reibungskraft und der Oberflächengröße der jeweiligen Kolben. Somit wird davon ausgegangen, dass das Bodenelement 44 des Aktorstapels 100 unabhängig von der Ausdehnung oder dem Zusammenziehen der Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils in ständigem Kontakt mit der Kontaktfläche des Ventilschließendes 42 gehalten wird.
Obwohl die Ausgleichseinrichtungsbaugruppe 200 zusammen mit einem piezoelektrischen Aktor für ein Kraftstoffeinspritzventil dargestellt wird, versteht es sich von selbst, dass ein beliebiger, sich in der Länge ändernder Aktor wie zum Beispiel ein Aktor auf Basis einer elektrischen oder magnetischen Drossel oder ein Festkörperaktor zusammen mit der Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe 200 verwendet werden könnte. Hier kann der sich in der Länge ändernde Aktor auch ein im Ruhezustand stromlos geschalteter Aktor sein, dessen Länge vergrößert wird, sobald der Aktor erregt wird. Umgekehrt kann der sich in der Länge ändernde Aktor auch in Fällen eingesetzt werden, in denen der Aktor im Ruhezustand erregt und stromlos geschaltet wird, um eine Kontraktion (statt einer Ausdehnung) der Länge zu bewirken. Darüber hinaus ist zu betonen, dass die Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe 200 und der sich in der Länge ändernde Festkörperaktor nicht auf Anwendungen beschränkt sind, bei denen es um Kraftstoffeinspritzventile geht, sondern auch für andere Anwendungen eingesetzt werden können, die einen entsprechend genauen Aktor erfordern, wie etwa, um einige zu nennen, Schalter, optische Lese-/Schreibaktor- oder medizinische Fluidabgabevorrichtungen.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen offenbart wurde, sind zahlreiche Modifikationen, Varianten oder Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne die Aufgabenstellung und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen zu verlassen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sich auf den uneingeschränkten Schutzbereich erstreckt, der durch den Wortlaut der folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Hydraulische Ausgleichsvorrichtung (200) für einen sich in der Länge ändernden Aktor (100), wobei der sich in der Länge ändernde Aktor ein erstes und ein zweites Ende (44, 46) aufweist, wobei die hydraulische Ausgleichsvorrichtung umfasst: ein Endelement (28); einen Körper (210) mit einem ersten Körperende und einem zweiten Körperende, die entlang einer Längsachse (A-A) verlaufen, wobei der Körper eine Körperinnenfläche aufweist, die der Längsachse gegenüberliegt; einen ersten Kolben (220), der im Körper in der Nähe von entweder dem ersten Körperende oder dem zweiten Körperende angeordnet ist, wobei der erste Kolben eine erste Arbeitsfläche umfasst, die mit einem Abstand zu einer ersten Außenfläche angeordnet ist, wobei die erste Außenfläche (228) mit der Körperinnenfläche (212) zusammenwirkt, um einen ersten Fluidvolumenbereich (32) zu definieren; einen zweiten Kolben (240), der im Körper in der Nähe des ersten Kolbens angeordnet ist, wobei der zweite Kolben eine zweite Außenfläche aufweist, die mit einem Abstand zu einer zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, die der ersten Arbeitsfläche gegenüberliegt; ein erstes Dichtelement, das mit dem zweiten Kolben verbunden und in Kontakt mit der Körperinnenfläche ist; eine veränderliche Fluidbarriere, die mit dem ersten Kolben verbunden ist, wobei die veränderliche Fluidbarriere mit der ersten und der zweiten Arbeitsfläche zusammenwirkt, um einen zweiten Fluidvolumenbereich (33) zu definieren; und einen Fluidkanal (226), der in entweder dem ersten oder dem zweiten Kolben (220, 240) angeordnet ist, um einen Fluidaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidvolumenbereich (32, 33) zu ermöglichen.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Ventil (17) umfasst, das in entweder dem ersten oder dem zweiten Fluidvolumenbereich (32, 33) angeordnet ist, wobei das Ventil entweder auf einen ersten Fluiddruck im ersten Fluidvolumenbereich oder auf einen zweiten Fluiddruck im zweiten Fluidvolumenbereich reagiert, um einen Fluidstrom von entweder dem ersten oder dem zweiten Fluidvolumenbereich zum jeweils anderen, d. h. entweder dem ersten oder dem zweiten Fluidvolumenbereich, zu ermöglichen.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ventil eine Platte (270) umfasst, die eine Vielzahl von darauf ausgebildeten Öffnungen (272a, 272b) umfasst, und wobei die Platte so am ersten Fluidvolumenbereich (32) angeordnet ist, dass die Platte über entweder die erste oder die zweite Außenfläche übersteht, und wobei deren Dicke ungefähr 1/94 der Quadratwurzel der Oberflächengröße von einer Seite der Platte ist.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Kolben (220) eine äußere erste Kolbenfläche aufweist, die der Körperinnenfläche gegenüber angeordnet ist, um einen Fluidstrom zwischen dem ersten Fluidvolumenbereich (32) und dem zweiten Fluidvolumenbereich (33) zu ermöglichen.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Dichtelement einen O-Ring umfasst, der in einer Nut angeordnet ist, die auf einer umlaufenden Fläche des zweiten Kolbens angeordnet ist, so dass der O-Ring in Kontakt mit der Körperinnenfläche ist.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Kolben (240) ein ringförmiges Element umfasst, das um die Längsachse angeordnet ist, wobei das ringförmige Element eine erste Fläche umfasst, die nahe der Längsachse ist, und eine zweite Fläche, die in einem Abstand zur Längsachse angeordnet ist.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 6, die ferner einen Fortsatz (230) umfasst, der durch das ringförmige Element verläuft, wobei der Fortsatz ein erstes Fortsatzende und ein zweites Fortsatzende aufweist, wobei das erste Fortsatzende mit dem ersten Kolben (220) verbunden ist und das zweite Fortsatzende mit dem sich in der Länge ändernden Aktor (100) verbunden ist, wobei das zweite Fortsatzende einen Flanschbereich (280) umfasst.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das zweite Dichtelement (242) einen Balg (250) umfasst, der ein erstes Ende aufweist, das hermetisch dicht mit der ersten Fläche des ringförmigen Elements verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit dem Flanschbereich (280) des zweiten Fortsatzendes verbunden ist.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 8, die ferner ein elastisches Element umfasst, das ein erstes Endelement aufweist, das mit dem Flanschbereich (280) des zweiten Fortsatzendes verbunden ist, und ein zweites Endelement, das in Kontakt mit entweder dem ersten oder dem zweiten Kolben (220, 240) ist, um mit einer Federkraft auf entweder den ersten oder den zweiten Kolben einzuwirken.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Kolben (220) eine erste Oberflächengröße umfasst, die in Kontakt mit dem Fluid ist, und der zweite Kolben (240) eine zweite Oberflächengröße umfasst, die in Kontakt mit dem Fluid (36) ist, so dass eine resultierende Kraft eine Funktion der Federkraft, einer Dichtungsreibungskraft und eines Verhältnisses der ersten Oberflächengröße zur zweiten Oberflächengröße ist.
Kraftstoffeinspritzventil (10), wobei das Kraftstoffeinspritzventil umfasst: ein Gehäuse (14) mit einem ersten Gehäuseende und einem zweiten Gehäuseende, die entlang einer Längsachse verlaufen, wobei das Gehäuse ein Endelement aufweist, das zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende angeordnet ist; einen sich in der Länge ändernden Aktor (100), der entlang der Längsachse angeordnet ist; ein Schließelement (40), das mit dem sich in der Länge ändernden Aktor verbunden ist, wobei das Schließelement beweglich ist zwischen einer ersten Position, die die Kraftstoffeinspritzung ermöglicht, und einer zweiten Position, die die Kraftstoffeinspritzung verhindert; und eine hydraulische Ausgleichsvorrichtung (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Ausgleich von thermischem Verzug eines Kraftstoffeinspritzventils (10), wobei das Kraftstoffeinspritzventil ein Gehäuse (14) umfasst mit einem ersten Gehäuseende und einem zweiten Gehäuseende, die entlang einer Längsachse verlaufen, wobei das Gehäuse ein Endelement aufweist, das zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende angeordnet ist, einen sich in der Länge ändernden Aktor (100), der entlang der Längsachse angeordnet ist, und ein Schließelement (40), das mit dem sich in der Länge ändernden Aktor verbunden ist, und eine Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe (200), die den sich in der Länge ändernden Aktor in Reaktion auf Temperaturänderungen relativ zum Gehäuse bewegt, wobei die Ausgleichsvorrichtungsbaugruppe einen Körper (210) mit einem ersten Körperende und einem zweiten Körperende umfasst, die entlang einer Längsachse verlaufen, wobei der Körper eine Körperinnenfläche aufweist, die der Längsachse gegenüberliegt, einen ersten Kolben (220), der im Körper in der Nähe von entweder dem ersten Körperende oder dem zweiten Körperende angeordnet ist, wobei erste Kolben mit der Körperinnenfläche zusammenwirkt, um einen ersten Fluidvolumenbereich (32) zu definieren, einen zweiten Kolben, der im Körper in der Nähe des ersten Kolbens angeordnet ist, wobei der zweite Kolben eine zweite Außenfläche aufweist, die mit einem Abstand zu einer zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, die der ersten Arbeitsfläche gegenüberliegt, ein Element aus elastischem Kunststoff, das mit dem zweiten Kolben verbunden und in Kontakt mit der Körperinnenfläche ist, eine veränderliche Fluidbarriere, die mit dem ersten Kolben verbunden ist, wobei die veränderliche Fluidbarriere mit der ersten und der zweiten Arbeitsfläche zusammenwirkt, um einen zweiten Fluidvolumenbereich (33) zu definieren, und einen Fluidkanal (226), der in entweder dem ersten oder dem zweiten Kolben angeordnet ist, um einen Fluidaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidvolumenbereich zu ermöglichen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Anordnen einer Fläche des ersten Kolbens (220) gegenüber einer Innenfläche des Körpers (210), um einen definierten Spalt zwischen dem ersten Kolben und der Körperinnenfläche des ersten Fluidvolumenbereichs auszubilden; In-Eingriff-Bringen des Elements aus elastischem Kunststoff mit einer Fläche des zweiten Kolbens (240) und der Innenfläche des Körpers, um eine Dichtung zwischen diesen auszubilden; Unter-Druck-Setzen des Hydraulikfluids (36) im ersten und im zweiten Fluidvolumenbereich; und Vorspannen des sich in der Länge ändernden Aktors (100) mit einem vorgegebenen Kraftvektor, der auf Änderungen des Volumens des Hydraulikfluids beruht, das sich als Funktion der Temperatur im ersten Fluidvolumenbereich befindet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Vorspannen das Bewegen des sich in der Länge ändernden Aktors (100) in einer ersten Richtung entlang der Längsachse umfasst, wenn die Temperatur über einer vorgegebenen Temperatur liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Vorspannen das Bewegen des sich in der Länge ändernden Aktors (100) in einer zweiten Richtung umfasst, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wenn die Temperatur unter einer vorgegebenen Temperatur liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Vorspannen ferner das Verhindern eines Austauschs von Hydraulikfluid zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidvolumenbereich (32, 33) während der Betätigung des sich in der Länge ändernden Aktors (100) umfasst, um ein Volumen an Hydraulikfluid in entweder dem ersten oder dem zweiten Fluidvolumenbereich zu halten.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verhindern ferner das Abgeben eines Teils des Hydraulikfluids in den einen Fluidvolumenbereich (32) umfasst, um eine Position des Schließelements und eines Teils des sich in der Länge ändernden Aktors (100) relativ zueinander konstant zu halten, wenn der sich in der Länge ändernde Aktor nicht erregt wird.