JP2010533812A - 内燃機関の噴射システムのためのアクチュエータユニット - Google Patents

Abstract

本発明は内燃機関の噴射システムに対するアクチュエータユニットに関する。ここで、異なる熱膨張係数に起因する、アクチュエータユニットに作用する温度の変化時の、アクチュエータハウジングに対して異なるピエゾ圧電式アクチュエータの長さ変化が、アクチュエータハウジングに固定部材を配置することによって補償される。この固定部材は、アクチュエータハウジングとは異なる材料から製造されており、従って、アクチュエータハウジングの長さ変化に対向する力を作用させる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載された特徴を有する内燃機関の噴射システムのためのアクチュエータユニットに関する。

ピエゾ圧電式アクチュエータ部材を具備したアクチュエータユニットは例えば、内燃機関の燃焼室内への燃料噴射に用いられる。ピエゾ圧電式アクチュエータ部材は有利にはセラミックから成り、アクチュエータハウジング内に配置されている。このアクチュエータハウジングは例えば、インバーから成る。アクチュエータハウジングおよびピエゾ圧電式アクチュエータ部材の異なる材料は、各熱膨張係数に対して異なる値を有しているので、アクチュエータユニットに作用する温度変化時に、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材およびアクチュエータハウジングの長さ変化が異なることがある。これによって、調整素子に関するピエゾ圧電式アクチュエータ部材の位置がシフトされ、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材と調整素子との間の作用結合に、相応に影響が与えられる。

特許文献ＤＥ１９９０９１０６Ｃ２号において、アクチュエータユニットが開示されている。ここでは、アクチュエータハウジングとピエゾ圧電式アクチュエータ部材の異なる材料に対する異なる熱膨張係数に起因して生じる長さ変化が、次のことによって補償される。すなわち、アクチュエータハウジングが、内部、中間部および外部のスリーブから構成されることによって補償される。ここでは、少なくとも２つのスリーブが、異なる熱膨張係数を有している。スリーブの材料は次のように選択される。すなわち、個々のスリーブの異なる熱膨張係数の結果、アクチュエータハウジングおよびピエゾ圧電式アクチュエータ部材での異なる長さ変化が補償されるように選択される。

本発明の課題は、アクチュエータユニットに対して択一的なソリューションを提供することである。このソリューションによって、アクチュエータハウジングおよびピエゾ圧電式アクチュエータ部材の異なる長さ伸長ができるだけ容易に補償調整される。

上述の課題は本発明と相応に、請求項１に記載されている特徴によって解決される。従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。

本発明によって得られる利点は殊に、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材の既知の熱膨張係数から出発して、アクチュエータハウジングおよびピエゾ圧電式アクチュエータ部材の異なる長さ伸長が軸方向において、アクチュエータハウジングに、力を調整する固定部材が配置されることによって補償される、ということである。これは、アクチュエータハウジングおよび固定部材の熱膨張係数の選択によって次のようにサポートされる。すなわち、材料の１つが、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材の熱膨張係数と比べて大きい熱膨張係数を有しており、他方の材料がピエゾ圧電式アクチュエータ部材の熱膨張係数と比べて小さい熱膨張係数を有しているようにサポートされる。

本発明の有利な発展形態では、固定素子はクランプナット（Spannmutter）として構成されており、アクチュエータハウジング取り付けられているねじ山（Gewinde）に固定される。アクチュエータハウジングにクランプナットを配置することによって、次の利点が得られる。すなわち、アクチュエータハウジングおよびピエゾ圧電式アクチュエータ部材の異なる長さ変化が、アクチュエータユニットの形状変化なしに行われるという利点が得られる。これによって、アクチュエータユニットの低コストかつ迅速な後処理が可能である。

本発明の別の有利な構成では、ねじ山に噛み合っている、クランプナット部分の長さを介して、アクチュエータハウジングおよびピエゾ圧電式アクチュエータ部材の異なる長さ伸長の補償が微細にアライメントされる。アクチュエータハウジングのねじ山に噛み合っているクランプナットの部分の長さは、ピエゾ圧電式部材の熱膨張係数に依存している。従って利点は、アクチュエータハウジングのねじ山に噛み合っているクランプナットの部分の長さの変化のみによって、例えば異なる製造者によって同じ材料が供給された場合に生じ得る同じ材料の異なる長さ変化が回避される。

本発明の詳細を、図面に基づいてより詳細に説明する。

アクチュエータユニットの断面図

図１はアクチュエータユニットの断面図を示している。アクチュエータユニット１はピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３を有している。このアクチュエータ部材は、アクチュエータハウジング１４内に配置されている。圧電式アクチュエータ部材１３は、一方の終端部でヘッド部材１１と接続されており、対向する終端部で底部部材１２と接続されている。さらに、アクチュエータハウジング１４には固定部材１０が配置されている。この固定部材１０は、例えば、クランプナットのことである。アクチュエータユニットの有利な実施形態においては、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３はセラミックから成り、アクチュエータハウジング１４はニッケル鋼から成り、固定部材１０は鋼から成る。

ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３およびアクチュエータハウジング１４の材料に対する異なる熱膨張係数が原因で、温度変化時に、アクチュエータユニットのアクチュエータハウジング１４およびピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３の異なる長さ変化が軸方向で生じる。ここではピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３の位置は、図１に示されていない調整部材に関連して変えられる。これによって、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３と、図１に示されていない調整部材との間の作用結合に影響が与えられ、例えば、噴射弁での噴射されるべき燃料量の制御が悪くなる。

アクチュエータユニット１内での温度変化時に、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３とアクチュエータハウジング１４との間で生じる、異なる長さ変化は、固定部材１０によって補償される。固定部材１０によるこの異なる長さ伸長の補償は、固定部材１０によって、力成分が軸方向において、アクチュエータハウジング１４に、アクチュエータハウジング１４の動きに対向して作用する限り、行われる。固定部材１０は例えば、クランプナットとして構成されているので、アクチュエータハウジング１４に作用する力が大きくなればなるほど、アクチュエータハウジング１４のねじ山に噛み合っているクランプナットの部分が長くなる。

固定部材１０、アクチュエータハウジング１４およびピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３は有利にはそれぞれ、異なる熱膨張係数を有している異なる材料から製造されている。アクチュエータハウジング１と固定手段１０との間の異なる長さ変化が、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３の長さ変化に関して補償されるように、固定部材１０の材料とアクチュエータハウジング１の材料は次のように選択される。すなわち、これら２つの材料のうちの１つが、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有しており、他方の材料が、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有しているように選択される。

以下では、固定部材１０の熱膨張係数がピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３の熱膨張係数よりも小さく、同時にアクチュエータハウジング１４の熱膨張係数がピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３の熱膨張係数よりも大きいケースが観察される。従って、アクチュエータハウジング１４の大きい熱膨張係数が原因で、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３と比べて過度に大きく、アクチュエータハウジング１４の長さが伸びる。ピエゾ圧電式アクチュエータ部材１３と比べて過度に大きいこの長さ伸長は、固定部材１０によって補償される。なぜなら、ここで固定部材１０の熱膨張係数は低いので、アクチュエータハウジング１４の軸運動方向に対向する力が、アクチュエータハウジング１４に作用するからである。

Claims (5)

1. ピエゾ圧電式アクチュエータ部材を包囲しているアクチュエータハウジングを備えたアクチュエータユニットであって、
   前記アクチュエータハウジングおよびピエゾ圧電式アクチュエータ部材は、相応する異なる熱膨張係数を有する異なる材料から製造されている形式のものにおいて、
   前記アクチュエータハウジングに固定部材が配置されており、当該固定部材の材料はそれぞれアクチュエータハウジングの材料およびピエゾ圧電式アクチュエータ部材の材料とは、熱膨張係数に関して異なっており、
   前記アクチュエータハウジングおよび固定部材の材料は、材料のうちの１つが、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有しており、他方の材料が、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有しているように選択され、前記固定部材は、アクチュエータハウジングに取り付けられているねじ山に噛み合っている、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
2. 前記固定手段は前記アクチュエータハウジング上に軸方向に緊締されている、請求項１記載のアクチュエータユニット。
3. 前記固定手段はクランプナットとして構成されている、請求項１または２記載のアクチュエータユニット。
4. 前記ねじ山に噛み合っている、クランプナットの部分の長さは、ピエゾ圧電式アクチュエータ部材の熱膨張係数に依存している、請求項３記載のアクチュエータユニット。
5. 前記固定手段は鋼から成り、前記アクチュエータハウジングはインバーから成り、前記ピエゾ圧電式アクチュエータ部材はセラミックから成る、請求項１から４までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。

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