用于燃料噴射器的致動(dòng)器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了用于燃料噴射器中的致動(dòng)器裝置（10），該致動(dòng)器裝置包括：具有主體部分（12）的壓電致動(dòng)器，所述主體部分具有第一末端件（14）和第二末端件（16）；包圍末端件之間的主體部分的封裝構(gòu)件（24），所述末端件被固定到封裝構(gòu)件上，其中，灌注材料（34）被裝配在封裝構(gòu)件和主體部分之間，其中，封裝構(gòu)件具有在其整個(gè)長(zhǎng)度上包括多個(gè)褶皺（26）的褶皺波紋管形式，其中，所述第二末端件包括具有中心開(kāi)口（50）的球形接頭（40），該中心開(kāi)口在灌注材料已被引入封裝構(gòu)件中之后被密封。本發(fā)明還公開(kāi)了用于組裝所述致動(dòng)器裝置的方法。
【專利說(shuō)明】用于燃料噴射器的致動(dòng)器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在燃料噴射器中使用的致動(dòng)器裝置，該燃料噴射器是意在用于內(nèi)燃機(jī)的燃料系統(tǒng)的那種類型。更具體地，本發(fā)明涉及蓄能器或共軌型燃料噴射器的致動(dòng)器裝置的封裝，該燃料噴射器是利用壓電致動(dòng)器控制的那種類型。
【背景技術(shù)】
[0002]已知在內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射器中使用壓電致動(dòng)器。這類可壓電操作的燃料噴射器提供對(duì)燃燒循環(huán)中的噴射事件的正時(shí)以及在每個(gè)噴射事件期間遞送的燃料體積的高度控制。這可以改進(jìn)對(duì)燃燒過(guò)程的控制，主要是為了與日益嚴(yán)格的世界環(huán)境法規(guī)保持同步。這類燃料噴射器可以用于壓縮點(diǎn)火(柴油)發(fā)動(dòng)機(jī)或火花點(diǎn)火(汽油)發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0003]被設(shè)計(jì)用于汽車燃料噴射器的典型壓電致動(dòng)器單元具有由交錯(cuò)順序的壓電元件或?qū)雍推矫鎯?nèi)部電極形成的層疊結(jié)構(gòu)。壓電層繼而形成交錯(cuò)順序的相對(duì)極化層，并且內(nèi)部電極形成交錯(cuò)順序的正和負(fù)內(nèi)部電極。正內(nèi)部電極與第一外部電極(在下文中稱作正側(cè)電極)電連接。類似地，負(fù)內(nèi)部電極組與第二外部電極(在下文中稱作負(fù)側(cè)電極)電連接。
[0004]如果在兩個(gè)外部電極之間施加電壓，則在相鄰每對(duì)正和負(fù)內(nèi)部電極之間產(chǎn)生的電場(chǎng)致使每個(gè)壓電層(因此致使壓電層疊結(jié)構(gòu))受到沿其長(zhǎng)度(即沿垂直于每個(gè)內(nèi)部電極的平面的軸線)方向的張力。由于壓電層的極化，因此不僅可以通過(guò)調(diào)節(jié)施加的電壓來(lái)控制張力的大小，還可以通過(guò)切換所施加的電壓的極性來(lái)反轉(zhuǎn)張力的方向。快速改變所施加的電壓的大小和/或極性致使橫跨壓電層的電場(chǎng)的強(qiáng)度和/或方向快速變化，由此使得壓電致動(dòng)器的長(zhǎng)度快速變化。通常，層疊結(jié)構(gòu)的壓電層由諸如鋯鈦酸鉛(PZT)的鐵電材料形成。
[0005]這種致動(dòng)器適合用在燃料噴射器中，例如在本 申請(qǐng)人:的歐洲專利N0.EP0995901中已知的那類燃料噴射器。燃料噴射器被布置為使得致動(dòng)器長(zhǎng)度的變化引起閥針移動(dòng)。由此，通過(guò)控制致動(dòng)器長(zhǎng)度，針可以從閥座升高或下降到閥座上，從而允許一定量的燃料穿過(guò)閥座中設(shè)置的鉆孔。
[0006]在使用時(shí)，這種燃料噴射器的致動(dòng)器被高壓燃料包圍。燃料壓力可以達(dá)到或高于2000巴。為了保護(hù)壓電致動(dòng)器不被損壞且不發(fā)生潛在故障，必須通過(guò)至少一層阻擋材料(這里稱作“封裝構(gòu)件”)將壓電致動(dòng)器與該環(huán)境隔離。已知采用惰性含氟聚合物封裝壓電致動(dòng)器，例如在本 申請(qǐng)人:的已公布PCT專利申請(qǐng)N0.W002/061856A1(EP1356529A)中描述的惰性含氟聚合物，其用于防止液態(tài)燃料、水和溶入水或燃料中的污染物質(zhì)滲透到致動(dòng)器結(jié)構(gòu)中。
[0007]然而，已經(jīng)觀察到仍存在使流體進(jìn)入致動(dòng)器和聚合物套管之間的分界面的入口。這是通過(guò)封裝構(gòu)件的壁或經(jīng)由其末端發(fā)生的。
[0008]在另一過(guò)程中，提出使用圍繞壓電致動(dòng)器的金屬管。在EP1956229 Al中， 申請(qǐng)人:公開(kāi)了用于封裝壓電致動(dòng)器的這種金屬管，其中，金屬管包括兩種類型的張力補(bǔ)償構(gòu)造，所述構(gòu)造可以平行于縱向軸線延伸并且第二構(gòu)造相對(duì)于壓電致動(dòng)器的縱向軸線橫向向內(nèi)偏轉(zhuǎn)。
[0009]EP1854996描述了一種用于燃料噴射器的壓電致動(dòng)器裝置，該壓電致動(dòng)器裝置包括圍繞壓電堆疊結(jié)構(gòu)并且容納與該堆疊結(jié)構(gòu)接觸的鈍化液體的褶皺金屬包殼。用于以預(yù)定燃料壓力噴射燃料的所述壓電致動(dòng)器具有:包圍致動(dòng)器的內(nèi)部空間的至少橫向變窄的外殼，其具有第一依賴溫度和/或壓力的體積變化；位于內(nèi)部空間中的壓電堆疊結(jié)構(gòu)，其具有第二依賴溫度和/或壓力的體積變化；位于壓電堆疊結(jié)構(gòu)和外殼之間的傳動(dòng)元件，其用于將外殼外側(cè)的燃料壓力傳送到壓電堆疊結(jié)構(gòu)上，其中，傳動(dòng)元件具有鈍化液體，該液體具有第三依賴溫度和/或壓力的體積變化；以及具有第四依賴溫度和/或壓力的體積變化的若干預(yù)成型主體，其中，鈍化液體和預(yù)成型主體之間的關(guān)系被設(shè)定為外殼的第一體積變化基本上對(duì)應(yīng)于具有至少第二、第三和第四體積變化的總的內(nèi)部空間體積變化。
[0010]針對(duì)該【背景技術(shù)】，本發(fā)明的主要目的是提供一種替代的封裝，當(dāng)將其應(yīng)用于壓電致動(dòng)器時(shí)，會(huì)顯著降低燃料(柴油/汽油)和水的滲透并由此增加壓電驅(qū)動(dòng)噴射器的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]該目的通過(guò)用于燃料噴射器中的致動(dòng)器裝置實(shí)現(xiàn)，所述致動(dòng)器裝置包括:具有主體部分的壓電致動(dòng)器，所述主體部分具有第一末端件和第二末端件；包圍末端件之間的主體部分的封裝構(gòu)件，所述末端件被固定到封裝構(gòu)件上，其中，灌注材料被裝配在封裝構(gòu)件和主體部分之間，其中，封裝構(gòu)件具有在其整個(gè)長(zhǎng)度上包括多個(gè)褶皺的波紋管形式，其中，所述第二末端件包括具有中心開(kāi)口的球形接頭，該中心開(kāi)口在灌注材料已被引入封裝構(gòu)件中之后被密封。
[0012]如上所述的用于燃料噴射器中的上述致動(dòng)器裝置降低燃料(柴油/汽油)和水的滲透并由此增加壓電驅(qū)動(dòng)噴射器的壽命，因?yàn)楝F(xiàn)在可以對(duì)包圍主體部分和末端件的封裝構(gòu)件之間的分界面進(jìn)行泄露檢查，所述泄漏可能導(dǎo)致將來(lái)發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題。事實(shí)上，在將灌注材料裝配到封裝構(gòu)件和主體部分之間之前已經(jīng)完成封裝構(gòu)件之間的緊固。此外，上述致動(dòng)器裝
置適于大量生產(chǎn)。
[0013]對(duì)于用于燃料噴射器中的致動(dòng)器裝置，在保持致動(dòng)器裝置顛倒的同時(shí)，將灌注材料從致動(dòng)器裝置的球形接頭末端分配到位于壓電堆疊結(jié)構(gòu)和封裝構(gòu)件之間的致動(dòng)器裝置的腔中，所述球形接頭已經(jīng)被固定到封裝構(gòu)件。通過(guò)球形接頭中的中心開(kāi)口將灌注材料分配到封裝構(gòu)件中。
[0014]本發(fā)明的致動(dòng)器裝置的另一優(yōu)點(diǎn)是，由于灌注材料在球形接頭已經(jīng)固定到封裝構(gòu)件之后通過(guò)球形接頭的中心開(kāi)口被填充到致動(dòng)器裝置中，因此避免固定的分界面被殘留的灌注材料污染。由于不存在可以污染分界表面的殘留灌注材料，因此避免了具有空隙的固定不良的分界面。
[0015]球形接頭優(yōu)選被焊接到所述封裝構(gòu)件。
[0016]優(yōu)選通過(guò)在所述球形接頭的中心開(kāi)口中引入密封塞來(lái)密封球形接頭的中心開(kāi)口。
[0017]密封塞優(yōu)選被壓裝到球形接頭的中心開(kāi)口中。
[0018]在優(yōu)選實(shí)施例中，密封塞包括插在密封塞和填充材料之間的彈性片。
[0019]在替代實(shí)施例中，密封塞包括塞套。
[0020]通過(guò)焊接可以將密封塞額外地焊接到球形接頭中。
[0021 ] 封裝構(gòu)件優(yōu)選包括由鋼、不銹鋼、鎳或它們的合金之一制成的金屬管。
[0022]封裝構(gòu)件優(yōu)選具有薄的厚度，以獲得最小軸向剛度。該厚度將在0.02至0.2mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為約0.1mm。[0023]為了進(jìn)一步減小封裝構(gòu)件的軸向剛度，將在給定的包裝和可制造限制條件下最大化褶皺的數(shù)量和它們的深度(從峰到谷測(cè)量)。封裝構(gòu)件的褶皺優(yōu)選具有在1.2至0.6mm范圍內(nèi)的從峰到谷的測(cè)量深度。
[0024]封裝構(gòu)件的褶皺優(yōu)選具有在0.8至1.5mm范圍內(nèi)的從峰到峰的測(cè)量長(zhǎng)度。
[0025]通常利用諸如液壓成形的過(guò)程使管塑性變形來(lái)制造封裝構(gòu)件的波紋管，但是也可以通過(guò)電沉積過(guò)程形成封裝構(gòu)件的波紋管。
[0026]灌注材料優(yōu)選地選自由優(yōu)選是硅酮或氟硅橡膠的橡膠、硅酮、優(yōu)選是硅酮樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂的聚合物構(gòu)成的組中。灌注材料優(yōu)選進(jìn)一步包括大于50%w/w (重量百分比)的礦物顆粒。這些礦物顆粒選自由二氧化硅粉末或諸如氧化鋁的金屬氧化物粉末構(gòu)成的組中。
[0027]為了防止加壓燃料導(dǎo)致波紋管塌陷(壓曲)，封裝構(gòu)件和主體部分之間的腔需要被填滿具有相對(duì)高的體積模量的灌注材料。
[0028]已經(jīng)證明填充礦物的環(huán)氧樹(shù)脂適于此目的。
[0029]封裝構(gòu)件的至少一個(gè)褶皺優(yōu)選與所述末端件的邊緣重疊。
[0030]根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及組裝用于燃料噴射器中的致動(dòng)器裝置的過(guò)程，該致動(dòng)器裝置包括:具有主體部分的壓電致動(dòng)器，所述主體部分具有壓電堆疊結(jié)構(gòu)、第一末端件和第二末端件；包圍末端件之間的主體部分的封裝構(gòu)件，所述末端件被固定到封裝構(gòu)件上，其中，灌注材料被裝配在封裝構(gòu)件和主體部分之間，其中，封裝構(gòu)件具有在其整個(gè)長(zhǎng)度上包括多個(gè)褶皺的褶皺波紋管形式，所述第二末端件包括具有中心開(kāi)口的球形接頭，其中，灌注材料通過(guò)所述第二末端件的中心開(kāi)口被填充到封裝構(gòu)件和主體部分之間，并且其中，該中心開(kāi)口在灌注材料已被引入封裝構(gòu)件中之后被密封。
[0031]優(yōu)選地，在保持致動(dòng)器裝置顛倒(即第二末端件面向上且第一末端件面向下)的情況下，在通過(guò)第二末端件的中心開(kāi)口填充灌注材料之前，將球形接頭焊接到所述封裝構(gòu)件。
[0032]在另一優(yōu)選實(shí)施例中，灌注材料通過(guò)第二末端件的中心開(kāi)口和第二末端件中的第一側(cè)孔被引入腔中，而氣體(通常是空氣)從第二末端件中的第二側(cè)孔逸出或排出。優(yōu)選通過(guò)具有彎曲針尖的針頭從加壓儲(chǔ)存器中分配灌注材料，使得彎曲針頭進(jìn)入末端件的第一側(cè)孔中。灌注材料逐漸填充到封裝構(gòu)件和主體部分之間的整個(gè)腔中，而腔中容納的氣體通過(guò)末端件的第二側(cè)孔排出。
[0033]在組裝致動(dòng)器裝置的替代過(guò)程中，通過(guò)產(chǎn)生真空，即通過(guò)從封裝構(gòu)件和主體部分之間的腔中完全地或部分地移除氣體，將灌注材料引入封裝構(gòu)件中。
[0034]在所述替代過(guò)程中，容納灌注材料的加壓儲(chǔ)存器經(jīng)由具有第一閥的第一管與第二末端件的中心開(kāi)口連接，真空泵經(jīng)由具有第二閥的第二管與第二末端件的中心開(kāi)口連接，其中，在第一步，所述第一閥關(guān)閉并且所述第二閥打開(kāi)，并且容納在壓電致動(dòng)器裝置中的氣體從壓電致動(dòng)器裝置中排出，其中，在第二步，所述第二閥關(guān)閉并且所述第一閥打開(kāi)，從而使得容納在所述儲(chǔ)存器中的灌注材料通過(guò)第二末端件中的所述中心開(kāi)口被傳送到位于封裝構(gòu)件和主體部分之間的空間中。
[0035]在組裝致動(dòng)器裝置的另一替代過(guò)程中，所述壓電致動(dòng)器裝置被傳送到隨后被減壓的壓力腔中，灌注材料被分配到封裝構(gòu)件和主體部分之間的壓電致動(dòng)器裝置中，并且其中，壓電致動(dòng)器裝置隨后再次被加壓到大氣壓力并且被傳送到壓力腔之外。
[0036]由于封裝阻擋層由通過(guò)焊接或壓裝(兩者都是完善的密封技術(shù))接合的金屬部件制成，因此如上所述的用于燃料噴射器中的致動(dòng)器裝置顯著降低了燃料或水滲透的風(fēng)險(xiǎn)。由于封裝構(gòu)件在灌注之前接合到致動(dòng)器的末端件，因此可以對(duì)焊接結(jié)構(gòu)執(zhí)行泄露檢查并且在早期檢測(cè)任何質(zhì)量問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]通過(guò)參照附圖對(duì)若干非限制性實(shí)施例進(jìn)行的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)，在附圖中:
圖1是已知的壓電致動(dòng)器裝置的側(cè)視圖；
圖2是沿線A-A截取的圖1的壓電致動(dòng)器裝置的截面圖；
圖3是圖1的縱截面，示出了球形接頭；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的壓電致動(dòng)器裝置的縱截面；
圖5是在圖4中使用的球形接頭的立體圖；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的壓電致動(dòng)器裝置的縱向視圖；
圖7是圖6的壓電致動(dòng)器裝置的球形接頭末端的截面圖；
圖8是另一優(yōu)選壓電致動(dòng)器裝置的球形接頭末端的截面圖；
圖9是利用灌注材料填充壓電致動(dòng)器裝置的腔的第一過(guò)程的示意圖；
圖10是利用灌注材料填充壓電致動(dòng)器裝置的腔的第二過(guò)程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]如圖1的側(cè)視圖所示，致動(dòng)器裝置10包括大體圓柱形的主體部分12，主體部分12分別包括容納壓電堆疊結(jié)構(gòu)的中心主體部分、以及第一末端件14和第二末端件16。在主體部分12的第一末端處，末端件14包括具有第一端子20和第二端子22的電連接器18，其用于從電壓源接收電壓。在主體部分12的第二末端處，末端件16包括負(fù)載傳送構(gòu)件，通常稱作球形接頭，其用于與燃料噴射器的控制活塞或閥針(未示出)協(xié)作。
[0039]致動(dòng)器10的壓電堆疊結(jié)構(gòu)和內(nèi)部部件的細(xì)節(jié)以及對(duì)致動(dòng)器如何操作進(jìn)行的描述已經(jīng)在 申請(qǐng)人:的授權(quán)專利EP0995901中全面公開(kāi)，因此這里將不進(jìn)行討論。
[0040]從圖1顯然可以看到存在封裝構(gòu)件24，其封裝主體部分12并且沿主體部分12的長(zhǎng)度從末端件14延伸到末端件16。
[0041]封裝構(gòu)件24在其整個(gè)長(zhǎng)度上(除了與末端件14、16接合處)包括波紋管形式26的褶皺。封裝構(gòu)件24通常由不銹鋼合金制成。如圖所示，波紋管26形成規(guī)則圖案并且不顯示尖銳邊緣。
[0042]第一末端件14包括通過(guò)第一焊接部30固定到封裝構(gòu)件24并且固定到電連接器18的適配器28。適配器與封裝構(gòu)件的密封通過(guò)第一焊接部30完成，與電連接器18的密封通過(guò)例如O形環(huán)等形式的密封件32完成。
[0043]圖2示出沿線A-A截取的圖1的致動(dòng)器裝置10的截面圖。封裝構(gòu)件24的波紋管的橫截面大體為圓形。封裝構(gòu)件24包圍填充材料或灌注材料34以及壓電堆疊結(jié)構(gòu)36。對(duì)于在柴油燃料噴射器的高壓部分中使用的致動(dòng)器10，無(wú)法制造足夠堅(jiān)固以在不塌陷的情況下抵抗壓力且同時(shí)足夠薄以使得致動(dòng)器可以進(jìn)行充分的軸向位移的防滲封裝構(gòu)件24。為此，灌注材料34必須具有高體積模量并且完全填充堆疊結(jié)構(gòu)36和封裝構(gòu)件24之間的空間，從而可以提供抵抗封裝構(gòu)件24的塌陷的反向壓力。然而，問(wèn)題在于合適的填充材料傾向于具有大于壓電堆疊結(jié)構(gòu)36或封裝構(gòu)件24的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。由于常常從塊中滑出，壓電堆疊結(jié)構(gòu)36通常是具有斜截的或磨圓的角38的大體正方形形狀。當(dāng)致動(dòng)器10在使用中被加熱時(shí)，填充材料34膨脹并因此減少或去除壓電堆疊結(jié)構(gòu)的所需壓縮預(yù)加載。為了最小化該問(wèn)題，填充材料34的熱膨脹系數(shù)以及體積必須盡可能小。基礎(chǔ)灌注材料34可以是諸如硅酮或氟硅橡膠的橡膠，或諸如硅酮樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂的聚合物。灌注材料包括由諸如二氧化硅或氧化鋁的礦物顆粒制成的填充材料，以進(jìn)一步最小化其熱膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)，并且增大其導(dǎo)熱率。例如，填充有二氧化硅的環(huán)氧樹(shù)脂已被證明適合用于該目的。
[0044]圖3示出靠近末端件16的致動(dòng)器末端的放大縱截面。在該特定情形中，末端件16由兩部分制成，球形接頭40和軸環(huán)42。球形接頭40與壓電堆疊結(jié)構(gòu)36接觸并且通過(guò)軸環(huán)42保持就位，軸環(huán)42通過(guò)第二焊接部44被焊接到封裝構(gòu)件24并且通過(guò)第三焊接部46被焊接到球形接頭40。軸環(huán)42被推壓到球形接頭40上直到與填充材料34接觸。軸環(huán)42被裁制為緊密地裝配在球形接頭40上和封裝構(gòu)件24中。軸環(huán)42優(yōu)選被壓裝在球形接頭40上和封裝構(gòu)件24中。
[0045]在圖1的致動(dòng)器裝置10上，在安裝軸環(huán)42之前，在保持致動(dòng)器裝置10顛倒的同時(shí)，將灌注材料34 (通常是包括礦物填充物的環(huán)氧樹(shù)脂)從致動(dòng)器裝置10的第二末端件16分配到壓電堆疊結(jié)構(gòu)36和封裝構(gòu)件24之間的空間中。在熱固化環(huán)氧樹(shù)脂填充材料34之后，將軸環(huán)42按壓在環(huán)氧樹(shù)脂填充材料34的頂部上，隨后形成兩個(gè)焊接部44、46以將末端件16固定到封裝構(gòu)件24。
[0046]由于幾何形狀不匹配，在軸環(huán)42和固化的填充材料34之間仍留下氣穴，這會(huì)導(dǎo)致操作期間的封裝故障。在將軸環(huán)42裝配到球形接頭40上之前，可以在填充材料34和軸環(huán)42之間引入彈性環(huán)(未示出)，以補(bǔ)償軸環(huán)42和填充材料34的彎月形狀之間的幾何形狀不匹配，并因此避免空氣被包含在壓電致動(dòng)器裝置中。
[0047]如圖1所示，在組裝和構(gòu)建致動(dòng)器裝置10期間觀察到的問(wèn)題是焊接部44、46的焊接界面被殘留的環(huán)氧樹(shù)脂填充材料34污染，這導(dǎo)致具有空隙的不良焊接部。即使進(jìn)行大量清洗操作，仍會(huì)發(fā)生焊接問(wèn)題。這類焊接問(wèn)題導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題，更確切地說(shuō)是大量部件在使用期間由于不良的焊接部而快速產(chǎn)生故障。此外，利用現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程順序，無(wú)法對(duì)焊接部30、44、46執(zhí)行泄露檢查，從而不能容易地檢測(cè)到不良焊接部。
[0048]圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的壓電致動(dòng)器裝置10的縱截面。它示出靠近末端件16的致動(dòng)器裝置末端的放大縱截面。末端件16僅由一個(gè)部件(在該特定情形中是球形接頭40)制成，并且被壓裝到封裝構(gòu)件24中。球形接頭40與壓電堆疊結(jié)構(gòu)36接觸，并且通過(guò)單個(gè)焊接部48被焊接到封裝構(gòu)件24。通過(guò)比較圖3和4可見(jiàn)，在圖4的球形接頭40上的焊接部48更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗菀走M(jìn)入和位于封裝構(gòu)件24的外側(cè)上，而圖3的致動(dòng)器裝置的兩個(gè)焊接部44、46位于軸環(huán)42上并且更難以進(jìn)入和難以實(shí)現(xiàn)。
[0049]球形接頭40具有中心開(kāi)口 50，其被壓裝的密封塞(在該特定情形中是球)52塞住。還可以注意到，密封塞52不必一定是球形的，它可以具有任意形式，只要能夠牢固地塞住末端件16中的中心開(kāi)口 50。
[0050]在填充材料34已被引入致動(dòng)器裝置之后，將密封塞52推壓到球形接頭40的中心開(kāi)口 50中，直到與填充材料34接觸。密封塞52被裁制為使得它可以緊密地裝配到球形接頭40的中心開(kāi)口 50中。密封塞52優(yōu)選被壓裝到球形接頭40的中心開(kāi)口 50中。
[0051]對(duì)于圖4的致動(dòng)器裝置10，在球形接頭40已被裝配到封裝構(gòu)件24上并且被焊接到封裝構(gòu)件上之后，在保持致動(dòng)器裝置10顛倒的同時(shí)，通過(guò)致動(dòng)器裝置10的末端件16的中心開(kāi)口 50將灌注材料34 (通常是包括礦物填充物的環(huán)氧樹(shù)脂)分配到壓電堆疊結(jié)構(gòu)36和封裝構(gòu)件24之間的空間中。在熱固化環(huán)氧樹(shù)脂填充材料34之后，將密封塞52按壓到環(huán)氧樹(shù)脂填充材料34的頂部上。
[0052]圖5示出圖4的球形接頭40的立體圖。
[0053]圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的壓電致動(dòng)器裝置的縱向視圖。在該圖中，圖的下半部和右手側(cè)代表根據(jù)本發(fā)明的壓電致動(dòng)器的優(yōu)選實(shí)施例的截面，而圖的上半部代表壓電致動(dòng)器裝置的外部。
[0054]在代表致動(dòng)器裝置的截面的圖6的下半部中，描繪了第二端子22與壓電堆疊結(jié)構(gòu)36的側(cè)電極54之間的電連接。
[0055]在比較圖1和6的致動(dòng)器裝置10時(shí)，區(qū)別之處主要在于第二末端16，即球形接頭40的末端。
[0056]當(dāng)將圖4和圖7的球形接頭40與圖4的球形接頭末端進(jìn)行比較時(shí)可見(jiàn)，位于球形接頭40的中心開(kāi)口 50中的密封塞52包括塞套58。圖7的左半部示出被壓裝到中心開(kāi)口50中之前的密封塞52，而圖7的右半邊示出被壓裝到中心開(kāi)口 50中之后的密封塞52。在圖7的壓電致動(dòng)器裝置10中使用的塞套58被稱為“科尼格膨脹器塞”并且在EP0364699中被更詳細(xì)地描述。這些膨脹器塞可以從德國(guó)的KVT-Koenig GmbH公司購(gòu)買(mǎi)。通過(guò)將球按壓到塞套58中來(lái)實(shí)現(xiàn)密封塞52在中心開(kāi)口中的膨脹和錨定。
[0057]當(dāng)比較圖8的球形接頭40和圖4的球形接頭末端時(shí)可見(jiàn)，位于球形接頭40的中心開(kāi)口 50中的密封塞52包括彈性片56。該彈性片56被推壓靠在填充材料34的彎月形上表面上，由此消除包含在填充材料34和密封塞52之間的任何空氣，并且補(bǔ)償與密封塞52接觸的填充材料34的表面的不規(guī)則?？梢酝ㄟ^(guò)圍繞密封塞的上部圓周進(jìn)行焊接來(lái)將密封塞52固定到球形接頭。
[0058]圖6、7和8的球形接頭包括在將密封塞52壓裝到球形接頭40的中心開(kāi)口 50中時(shí)用于保持致動(dòng)器裝置的環(huán)形槽60。在這些圖中，壓裝操作期間的推壓和支撐力的位置由字母F表示。因此，環(huán)形槽60可以消除在壓裝操作期間傳送到壓電堆疊結(jié)構(gòu)36的過(guò)大壓力。
[0059]與圖1的壓電致動(dòng)器裝置10相比，在圖4-8中提出的壓電致動(dòng)器裝置10的主要變化在于:1)在球形接頭處僅需形成一個(gè)焊接部，2)在填充環(huán)氧樹(shù)脂之前，即，在第一末端件14處形成焊接部30的同時(shí)，形成焊接部48，3)軸環(huán)被密封塞替代。事實(shí)是可以在一個(gè)過(guò)程步驟，即，同時(shí)形成焊接部30和48，以節(jié)省制造過(guò)程中的時(shí)間和成本。實(shí)際上，對(duì)于圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)配置，必須首先形成在第一末端14處的焊接部30，然后將填充材料34引入壓電致動(dòng)器裝置10，接著僅將第二末端件16的軸環(huán)裝配到壓電致動(dòng)器裝置上并且形成焊接部44、46。根據(jù)圖1的致動(dòng)器裝置必須被帶到焊接站兩次，而圖4-8的致動(dòng)器裝置僅需被帶到焊接站一次。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的球形接頭的另一優(yōu)點(diǎn)是，不可避免地形成在填充材料的上表面上的彎月形表面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的致動(dòng)器中的填充材料的彎月形表面。因此顯著降低空氣存留在填充物和球形接頭之間的風(fēng)險(xiǎn)。
[0061]此外，如果使用塞套58或彈性片56，則可以完全消除密封塞52和填充材料34之間的空氣存留。
[0062]該新結(jié)構(gòu)可以通過(guò)利用可檢測(cè)氣體(例如氦氣)對(duì)內(nèi)側(cè)加壓來(lái)對(duì)已焊接的封裝執(zhí)行泄露檢查。可以通過(guò)對(duì)內(nèi)側(cè)或外側(cè)加壓來(lái)執(zhí)行泄露檢查。所需的是壓力差。可以通過(guò)若干方法完成泄露檢查:監(jiān)控壓降(可以使用氮?dú)?，監(jiān)控質(zhì)量流量(可以使用氮?dú)?或監(jiān)控特定的化學(xué)元素(可以使用氫氣或氦氣)。通過(guò)這樣做，強(qiáng)制性地例如通過(guò)使用O形環(huán)合適地密封第一末端件處的分界面。
[0063]圖9和10示出灌注材料填充過(guò)程的兩種可能情況，其被確定為:在非真空情況下或在真空情況下，即，在填充灌注材料之前通過(guò)減壓去除空氣(真空灌注)。
[0064]圖9示出在非真空情況下填充壓電致動(dòng)器裝置10的過(guò)程:通過(guò)具有彎曲針尖66的針頭64將填充材料34 (包括礦物填充物的環(huán)氧樹(shù)脂)從加壓儲(chǔ)存器62 (優(yōu)選是注射器? 10巴))分配到球形接頭40的第一側(cè)孔68中。在填充期間，壓電致動(dòng)器裝置10的腔70中的空氣可以經(jīng)由提供排氣功能的第二側(cè)孔72逸出。
[0065]圖10示出在真空情況下填充壓電致動(dòng)器裝置10的過(guò)程的第一選擇:加壓儲(chǔ)存器62經(jīng)由具有第一閥76的第一管74連接到球形接頭40的直徑3mm的中心開(kāi)口 50中。必須經(jīng)由密封適配器76將第一管74密封到球形接頭40。具有第二閥82的第二管80經(jīng)由密封適配器78使壓電致動(dòng)器裝置10的腔70與真空泵84連接。一旦壓電致動(dòng)器裝置10中的腔70的壓力降低，就關(guān)閉第二閥82并打開(kāi)第一閥76，從而迫使灌注材料34從加壓儲(chǔ)存器62通過(guò)第一管74流入腔70。該填充過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)在從大氣加壓儲(chǔ)存器62進(jìn)行填充之前在壓電致動(dòng)器裝置10的腔70內(nèi)產(chǎn)生真空時(shí)，不需要對(duì)分配的灌注材料34進(jìn)行任何體積控制。`
[0066]該過(guò)程的另一優(yōu)點(diǎn)是，允許使用填充過(guò)程的真空/減壓階段來(lái)執(zhí)行封裝構(gòu)件24的泄露檢查。
[0067]第二過(guò)程可以用于在真空情況下利用灌注材料填充壓電致動(dòng)器裝置10的腔70:將壓電致動(dòng)器裝置10安裝在隨后進(jìn)行減壓的壓力腔中，接著將灌注材料分配到壓電致動(dòng)器裝置中，然后對(duì)環(huán)境壓力再次加壓。這種過(guò)程通常用于點(diǎn)火線圈。
[0068]壓裝密封塞52對(duì)任何環(huán)氧樹(shù)脂殘留物的存在不敏感。在壓裝期間，軸向反作用力將傳送通過(guò)壓電堆疊結(jié)構(gòu)。壓電堆疊結(jié)構(gòu)36可以承受該力，只要該力僅僅是軸向的并且大小小于約2kN。必須選擇密封塞52和球形接頭40的過(guò)盈配合尺寸和材料特性，從而使得該力的大小不會(huì)過(guò)大。
[0069]圖6-8描繪的替代方案可以用于設(shè)計(jì)球形接頭件，以便提供支撐按壓操作反作用力的固定裝置。這將避免使任何軸向反作用力傳送通過(guò)壓電堆疊結(jié)構(gòu)36，由此降低密封塞壓裝操作期間的損壞風(fēng)險(xiǎn)。
[0070]附圖標(biāo)記列表:
10致動(dòng)器裝置
12主體部分 14第一末端件16第二末端件18電連接器20第一端子22第二端子24封裝構(gòu)件26波紋管形式的褶皺28適配器30第一焊接部32密封件
34灌注材料,填充材料
36壓電堆疊結(jié)構(gòu)
38壓電堆疊結(jié)構(gòu)的斜截角
40球形接頭
42軸環(huán)
44第二焊接部
46第三焊接部
48單個(gè)焊接部
50中心開(kāi)口
52密封塞
54側(cè)電極
56彈性片
58塞套
60槽
F推壓和支撐力的位置62加壓儲(chǔ)存器64針頭66彎曲的針尖68第一側(cè)孔70腔
72第二側(cè)孔
74第一管76第一閥78密封適配器80第二管82第二閥84真空泵
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃料噴射器中的致動(dòng)器裝置(10)，包括: 具有主體部分(12)的壓電致動(dòng)器，所述主體部分(12)具有壓電堆疊結(jié)構(gòu)(36)、第一末端件(14)和第二末端件(16)； 包圍末端件(14、16)之間的主體部分(12)的封裝構(gòu)件(24)，所述末端件(14、16)被固定到封裝構(gòu)件(24)上，其中，灌注材料(34)被裝配在封裝構(gòu)件(24)和主體部分(12)之間，其中，封裝構(gòu)件(24)具有在其整個(gè)長(zhǎng)度上包括多個(gè)褶皺(26)的褶皺波紋管形式， 其中，所述第二末端件(16)包括具有中心開(kāi)口(50)的球形接頭(40)，該中心開(kāi)口(50)在灌注材料(34)已被引入封裝構(gòu)件(24)中之后被密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，所述球形接頭(40)被焊接到所述封裝構(gòu)件上。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，通過(guò)在所述球形接頭(40)的中心開(kāi)口(50)中引入密封塞(52)來(lái)密封具有中心開(kāi)口(50)的球形接頭(40)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，所述密封塞(52)被壓裝到球形接頭(40)的中心開(kāi)口(50)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，所述密封塞(52)包括彈性片(56)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，所述密封塞(52 )包括塞套(58 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，通過(guò)焊接將所述密封塞(52)額外地固定在球形接頭(40)中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，所述封裝構(gòu)件(24)包括由鋼、不銹鋼、鎳或它們的合金之一制成的金屬管。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，所述封裝構(gòu)件(24)的厚度在約0.02和0.2mm之間，優(yōu)選為約0.1mm。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，所述灌注材料(34)選自由優(yōu)選是硅酮或氟硅橡膠的橡膠、硅酮、優(yōu)選是硅酮樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂的聚合物構(gòu)成的組。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的致動(dòng)器裝置(10)，其中，所述灌注材料(34)進(jìn)一步包括大于50%重量百分比的礦物顆粒。
12.一種組裝用于燃料噴射器中的致動(dòng)器裝置(10)的方法，該致動(dòng)器裝置包括: 具有主體部分(12)的壓電致動(dòng)器，所述主體部分(12)具有壓電堆疊結(jié)構(gòu)(36)、第一末端件(14)和第二末端件(16)； 包圍末端件(14、16)之間的主體部分(12)的封裝構(gòu)件(24)，所述末端件(14、16)被固定到封裝構(gòu)件(24 )上，其中，封裝構(gòu)件(24 )具有在其整個(gè)長(zhǎng)度上包括多個(gè)褶皺(26 )的褶皺波紋管形式， 所述第二末端件(16)包括具有中心開(kāi)口( 50)的球形接頭(40)， 其中，灌注材料(34)通過(guò)所述第二末端件(16)的中心開(kāi)口(50)被填充到封裝構(gòu)件(24)和主體部分(12)之間，并且 其中，該中心開(kāi)口(50)在灌注材料(34)已被引入封裝構(gòu)件(24)中之后被密封。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述灌注材料(34)通過(guò)第二末端件(16)的中心開(kāi)口(50)和第二末端件(16)中的第一側(cè)孔(68)被引入封裝構(gòu)件(24)和主體部分(12)之間，而氣體從第二末端件(16)中的第二側(cè)孔(72)逸出或排出。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，容納灌注材料(34)的加壓儲(chǔ)存器(62)經(jīng)由具有第一閥(76)的第一管(74)與第二末端件(16)的中心開(kāi)口(50)連接，真空泵(84)經(jīng)由具有第二閥(82)的第二管(80)與第二末端件(16)的中心開(kāi)口(50)連接，其中，在第一步，所述第一閥(76)關(guān)閉并且所述第二閥(80)打開(kāi)，并且容納在壓電致動(dòng)器裝置中的氣體從壓電致動(dòng)器裝置中排出，其中，在第二步，所述第二閥(82)關(guān)閉并且所述第一閥(76)打開(kāi)，從而使容納在所述儲(chǔ)存器(62)中的灌注材料(34)通過(guò)第二末端件(16)中的所述中心開(kāi)口(50)被傳送到位于封裝構(gòu)件(24)和主體部分(12)之間的空間中。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述壓電致動(dòng)器裝置(10)被傳送到隨后被減壓的壓力腔中，灌注材料(34)被分配到封裝構(gòu)件(24)和主體部分(12)之間的壓電致動(dòng)器裝置中，并且其中，壓電致動(dòng)器裝置(10)隨后再次被加壓到大氣壓力并且被傳送到該壓力腔之外。`
【文檔編號(hào)】F02M63/00GK103502628SQ201280013053
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月13日
【發(fā)明者】X·博德里, M·科爾克曼 申請(qǐng)人:德?tīng)柛Ｆ囅到y(tǒng)盧森堡有限公司