DE19654771A1 - Device for measuring and atomising fluids for internal combustion engines - Google Patents

Device for measuring and atomising fluids for internal combustion engines

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DE19654771A1
DE19654771A1 DE1996154771 DE19654771A DE19654771A1 DE 19654771 A1 DE19654771 A1 DE 19654771A1 DE 1996154771 DE1996154771 DE 1996154771 DE 19654771 A DE19654771 A DE 19654771A DE 19654771 A1 DE19654771 A1 DE 19654771A1
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
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Abstract

The atomiser contact faces (3) are formed by the atomiser head (2) with the atomiser piston (6) or cylinder and piston and in their rest state without fluid wetting have direct contact or are spaced from each other or with fluid wetting are spaced in the area of the adhesion forces. The drive element (7) acts on the abutment piston (23) which runs through the plate spring (11) and sealing ring (9) protected against explosion. Continuously supplied fuel through its vibrations in the area of the tear-off edge (18) through periodic variation and flow mechanics split into very small individual droplets which are carried along through the negative pressure at the atomiser head curve (4) and piston curve (20) by the passing air stream. The different fluid resistance conditions of the atomiser contact face for the relevant fuel supply systems with their smaller total resistance to the atomiser contact faces produce a suction pump function.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluid Zerstäubereinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege­ benen Art.The invention relates to a fluid atomizer device specified in the preamble of claim 1 type.

Kraftstoffzerstäuber für Brennkraftmaschinen haben eine große Verbreitung erfahren und wer­ den in vielfältigen Technologien eingesetzt.Fuel atomizers for internal combustion engines have been widely used and who used in a variety of technologies.

Kraftstoffzerstäuber der eingangs genannten Art arbeiten mit piezoelektrischen, magnetostrikti­ ven oder elektrostriktiven Aktoren als Antriebselemente, die auf einen Kolben oder eine Membran ein­ wirken, so daß die erforderliche Kraftstoffmenge abgegeben werden kann.Fuel atomizers of the type mentioned initially work with piezoelectric, magnetostricti ven or electrostrictive actuators as drive elements, which on a piston or a membrane act so that the required amount of fuel can be delivered.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kleinbauende, kostengünstige, verschleißarme Vorrichtung mit hoher Leistung und guten dynamischen Eigenschaften, insbesondere auch bei hohen Betriebsfrequenzen, mit exakt steuerbarer, zumeßbarer und reproduzierbarer Abgabe von Kraftstoff für Vergaser- oder Einspritzanlagen von Brennkraftma­ schinen unter Einsatz eines Steuerorgans der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaf­ fen.Based on this prior art, the invention is based on the object small, inexpensive, low-wear device with high performance and good dynamic Properties, especially at high operating frequencies, with precisely controllable, measurable and reproducible delivery of fuel for carburetor or injection systems of internal combustion engines Sheep using a tax body of the type mentioned in the preamble of claim 1 fen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die von diesem Anspruch abhängigen Ansprü­ che gekennzeichnet.This object is achieved by the characterizing features of claim 1 Advantageous developments of the invention are through the claims dependent on this claim marked.

In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbin­ dung mit vier Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention is based on a preferred embodiment in conjunction described with four drawings. It shows:

Fig. 1 den schematischen Aufbau des Fluid Zerstäubers bei dem zum Zwecke besserer Kühlung der gesamte Aktuator explosionsgeschützt in das Ansaugrohr (1) integriert ist. Der Zerstäuberkopf (2) weist eine aerodynamische Form auf und steht über die Zerstäuberkontaktfläche (3) in direktem me­ chanischem Kontakt mit dem Zerstäuberkolben (6). Wird nun über das Ventil (27), den Kraft­ stoffkanal (16) und den Ringkanal (17) unter Druck Kraftstoff zugeführt, so gibt die Tellerfeder (11) nach und die durch das Antriebselement (7) in Richtung der Längsachse hervorgerufenen Schwingungen führen zu einer periodischen Variation der Oberflächenspannung und nach den Gesetzen der Strömungsmechanik zum Zerfall des Fluids an der langen ringförmigen Abrißkante (18), was zu sehr kleinen Tröpfchen führt, die durch die den negativen Druck bildende Geometrie der Zerstäuber­ kopfkurve (4) und Zerstäuberkolbenkurve (20) noch verstärkt wird und so ein frühes Niederschlagen auf die Saugrohrwandung verhindert. Da aufgrund der wirksamen Adhäsionskräfte des Fluids die an­ sonsten auch als Ventil wirkende Zerstäuberkontaktfläche (3) nicht die Ventilzustände "offen" oder "geschlossen" erreicht, sind die Fluidzumessungen linear steuerbar. Fig. 1 shows the schematic structure of the fluid atomizer in which the entire actuator is integrated explosion-proof in the intake pipe ( 1 ) for better cooling. The atomizer head ( 2 ) has an aerodynamic shape and is in direct mechanical contact with the atomizer piston ( 6 ) via the atomizer contact surface ( 3 ). If fuel is now supplied via the valve ( 27 ), the fuel channel ( 16 ) and the annular channel ( 17 ) under pressure, the plate spring ( 11 ) yields and the vibrations caused by the drive element ( 7 ) in the direction of the longitudinal axis lead to a periodic variation of the surface tension and, according to the laws of fluid mechanics, the decay of the fluid at the long annular tear-off edge ( 18 ), which leads to very small droplets, which are caused by the negative pressure-forming geometry of the atomizer head curve ( 4 ) and atomizer piston curve ( 20 ) is intensified and prevents early precipitation on the intake manifold wall. Since, due to the effective adhesive forces of the fluid, the atomizer contact surface ( 3 ), which otherwise also acts as a valve, does not reach the valve states "open" or "closed", the fluid metering can be controlled linearly.

Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der die Kontaktfläche (36) durch die Zerstäuberkopfringnut (30) begrenzt wird. Durch diese Maßnahme werden aufgrund veränderter Adhäsionskräfte eine unterschied­ liche Tröpfchenbildung an der Abrißkante und eine geringere, insbesondere initiale Pumpleistung er­ forderlich. Der Heizung (31) dient, insbesondere während der Kaltstartphase, zur Vorverdampfung eines bestimmten Kraftstoffanteiles. Fig. 2 shows an embodiment in which the contact surface ( 36 ) is limited by the atomizer head ring groove ( 30 ). By this measure, a different droplet formation at the tear-off edge and a lower, in particular initial pumping power, he is required due to changed adhesive forces. The heater ( 31 ) is used, especially during the cold start phase, for pre-evaporation of a certain fuel component.

Fig. 3 eine Ausführungsform, bei der die Abrißkante (38) im Mittelpunkt des Kopfes des Zerstäuber­ zylinders (44) plaziert ist. Dies führt durch die durch den Druckluftkanal (60) zugeführte Druckluft zu einer Bündelung des Fluidstrahles bei hoher Leistung. Fig. 3 shows an embodiment in which the tear-off edge ( 38 ) in the center of the head of the atomizer cylinder ( 44 ) is placed. As a result of the compressed air supplied through the compressed air duct ( 60 ), this leads to a bundling of the fluid jet at high power.

Fig. 4 eine Ausführungsform, bei der die Kontaktfläche (62, 63) durch die Ringnut (61) begrenzt wird. Dies hat Folgen wie bereits unter Fig. 2 beschrieben. Fig. 4 shows an embodiment in which the contact surface ( 62 , 63 ) is limited by the annular groove ( 61 ). This has consequences as already described in FIG. 2.

BezugszeichenlisteReference list

Ansaugrohr (Intake pipe (

11

)
Zerstäuberkopf ()
Atomizer head (

22nd

)
Zerstäuberkontaktfläche ()
Atomizer contact surface (

33rd

)
Zerstäuberkopfkurve ()
Atomizer head curve (

44th

)
Leckölkanal ()
Leakage oil duct (

55

)
Zerstäuberkolben ()
Atomizing flask (

66

)
Antriebselement ()
Drive element (

77

)
Kugelscheibenring ()
Spherical disc ring (

88th

)
Dichtring ()
Sealing ring (

99

)
Leckölkanal ()
Leakage oil duct (

1010th

)
Tellerfeder ()
Disc spring (

1111

)
Mutter ()
Mother (

1212th

)
Kontermutter ()
Lock nut (

1313

)
Kabelkanal ()
Cabel Canal (

1414

)
Ansaugrichtung ()
Suction direction (

1515

)
Kraftstoffkanal ()
Fuel channel (

1616

)
Ringkanal ()
Ring channel (

1717th

)
Abrißkante ()
Tear-off edge (

1818th

)
Dichtring ()
Sealing ring (

1919th

)
Zerstäuberkolbenkurve ()
Atomizer piston curve (

2020th

)
Zerstäuberkolbenwandung ()
Atomizer piston wall (

2121

)
Zerstäuberkolbenstange ()
Atomizer piston rod (

2222

)
Widerlagerkolben ()
Abutment piston (

2323

)
Dichtring ()
Sealing ring (

2424th

)
Gewinde ()
Thread (

2525th

)
Kraftstoffzulauf ()
Fuel supply (

2626

)
Ventil ()
Valve (

2727

)
Anschluß ()
Connection (

2828

)
Haltearm ()
Holding arm (

2929

)
Zerstäuberkopfringnut ()
Atomizer head ring groove (

3030th

)
Heizring ()
Heating ring (

3131

)
Haltearm ()
Holding arm (

3232

)
Anschluß ()
Connection (

3333

)
Kabelkanal ()
Cabel Canal (

3434

)
Anschlußarm ()
Connecting arm (

3535

)
Kontaktfläche ()
Contact area (

3636

)
Zerstäuberkolbenkurve ()
Atomizer piston curve (

3737

)
Abrißkante ()
Tear-off edge (

3838

)
Ringkanal ()
Ring channel (

3939

)
Leckölkanal ()
Leakage oil duct (

4040

)
Antriebselement ()
Drive element (

4141

)
Widerlagerkolben ()
Abutment piston (

4242

)
Dichtring ()
Sealing ring (

4343

)
Zerstäuberzylinder ()
Atomizer cylinder (

4444

)
Gewindering ()
Threaded ring (

4545

)
Gewindekonterring ()
Thread lock ring (

4646

)
Leckölkanal ()
Leakage oil duct (

4747

)
Kabelkanal ()
Cabel Canal (

4848

)
Zerstäuberkopfkurve ()
Atomizer head curve (

4949

)
Zerstäuberkontaktfläche ()
Atomizer contact surface (

5050

)
Dichtring ()
Sealing ring (

5151

)
Zerstäuberkolben ()
Atomizing flask (

5252

)
Kugelscheibenring ()
Spherical disc ring (

5353

)
Dichtring ()
Sealing ring (

5454

)
Tellerfeder ()
Disc spring (

5555

)
Gewinde ()
Thread (

5656

)
Zerstäuberkolbenstange ()
Atomizer piston rod (

5757

)
Gewinde ()
Thread (

5858

)
Kraftstoffkanal ()
Fuel channel (

5959

)
Druckluftkanal ()
Compressed air duct (

6060

)
Ringnut ()
Ring groove (

6161

)
Kontaktfläche ()
Contact area (

6262

)
Kontaktfläche ()
Contact area (

6363

).
).

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Zumessung und Zerstäubung von Fluiden in einem rotationssymmetrischen Gehäuse aus Metall, nicht ferromagnetischen Metallen, Keramik, Kunststoff oder Verbundwerkstoffen bzw. deren Kombinationen dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberkontaktflächen (3, 36, 50, 62, 63) durch den Zerstäuberkopf (2) mit dem Zerstäuberkolben (6) oder dem Zerstäuber­ zylinder (44) und Zerstäuberkolben (52) gebildet werden und in deren Ruhezustand ohne Fluidbenet­ zung direkten Kontakt haben bzw. voneinander beabstandet sind, oder bei Fluidbenetzung im Bereich der Adhäsionskräfte beabstandet sind, wobei das Antriebselement (7,41) über den Kugelscheibenring (8, 53) auf den Widerlagerkolben (23, 42) wirkt, welcher durch die Tellerfeder (11, 55) und den Dichtring (9, 43) bzw. den Dichtring (24, 54) explosionsgeschützt in der Zerstäuberkolbenwandung (21) bzw. im Zerstäuberzylinder (44) läuft und durch die Mutter (12, 45) mit der notwendigen Vor­ spannung versehen werden kann, so daß unter Druck stehender oder drucklos über den Kraftstoffzu­ lauf (26, 59) kontinuierlich zugeführter Kraftstoff durch dessen Schwingungen im Bereich der Abriß­ kante (18, 38) aufgrund der periodischen Variation und Strömungsmechanik in einzelne sehr kleine Tröpfchen zerfällt, die durch den negativen Druck an der Zerstäuberkopfkurve (4, 49) und der Zer­ stäuberkolbenkurve (20, 37) und durch den vorbeiziehenden Luftstrom mitgerissen werden, wobei durch die unterschiedlichen fluidischen Widerstandsverhältnisse der Zerstäuberkontaktfläche (3, 30, 36, 50, 61, 62, 63) zu den jeweils zugehörigen Kraftstoffzuleitungssystemen mit deren kleinerem Gesamtwiderstand gegenüber den Zerstäuberkontaktflächen, auch eine Saugpumpenfunktion gegeben ist.1. Device for metering and atomizing fluids in a rotationally symmetrical housing made of metal, non-ferromagnetic metals, ceramic, plastic or composite materials or their combinations, characterized in that the atomizer contact surfaces ( 3 , 36 , 50 , 62 , 63 ) through the atomizer head ( 2 ) with the atomizing piston ( 6 ) or the atomizing cylinder ( 44 ) and atomizing piston ( 52 ) are formed and in their idle state without fluid wetting have direct contact or are spaced from one another, or are spaced apart in the case of fluid wetting in the region of the adhesive forces, which Drive element ( 7 , 41 ) via the spherical disc ring ( 8 , 53 ) acts on the abutment piston ( 23 , 42 ), which acts through the plate spring ( 11 , 55 ) and the sealing ring ( 9 , 43 ) or the sealing ring ( 24 , 54 ) explosion-proof in the atomizer piston wall ( 21 ) or in the atomizer cylinder ( 44 ) and through the nut ( 12 , 45 ) with the necessary Before voltage can be provided so that pressurized or unpressurized via the fuel feed ( 26 , 59 ) continuously supplied fuel due to its vibrations in the area of the tear-off edge ( 18 , 38 ) due to the periodic variation and flow mechanics in individual very small droplets decays, which are entrained by the negative pressure at the atomizer head curve ( 4 , 49 ) and the atomizer piston curve ( 20 , 37 ) and by the passing air flow, the different fluidic resistance conditions of the atomizer contact surface ( 3 , 30 , 36 , 50 , 61 , 62 , 63 ) to the respective associated fuel supply systems with their smaller total resistance to the atomizer contact surfaces, there is also a suction pump function. 2. Fluidzerstäuber Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsele­ ment (7, 41) ein ringförmiger oder stabförmiger piezoelektrischer, magnetostriktiver, elektrorheologi­ scher oder elektromagnetischer Aktuator ist, wobei der Piezoaktuator auch als Hoch- oder Niedervolt­ stapel ausgebildet sein kann.2. Fluid atomizer device according to claim 1, characterized in that the Antriebssele element ( 7 , 41 ) is an annular or rod-shaped piezoelectric, magnetostrictive, electrorheological cal or electromagnetic actuator, wherein the piezo actuator can also be designed as a high or low voltage stack. 3. Fluidzerstäuber Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zer­ stäuberkopfkurve (4, 49) und die Zerstäuberkolbenkurve (20, 37) eine Gesamtgeometrie aufweist, die den größtmöglichen negativen Druck auf die an der Abrißkante (18, 38) vorbeiströmenden Luft aus­ übt.3. Fluid atomizer device according to claim 1 and 2, characterized in that the Zer stäuberkopfkurve ( 4 , 49 ) and the atomizer piston curve ( 20 , 37 ) has an overall geometry that the greatest possible negative pressure on the at the tear-off edge ( 18 , 38 ) flowing past Air from exercises. 4. Fluidzerstäuber Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberkontaktfläche (3, 36, 50, 62, 63) gegenüber der Horizontalen positive oder negative Win­ kel aufweist. 4. Fluid atomizer device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the atomizer contact surface ( 3 , 36 , 50 , 62 , 63 ) relative to the horizontal has positive or negative angles. 5. Fluidzerstäuber Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberkolbenwandung (21) und der Zerstäuberzylinder (44) als Faltenbalg ausgebildet ist, der kraft- oder formschlüssig mit der Zerstäuberkolbenstange (22) bzw. der Zerstäuberkolbenstange (57) verbunden ist.5. Fluid atomizer device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the atomizer piston wall ( 21 ) and the atomizer cylinder ( 44 ) is designed as a bellows, which is non-positively or positively with the atomizer piston rod ( 22 ) or the atomizer piston rod ( 57 ) connected is. 6. Fluidzerstäuber Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuberkolben (6) durch eine kraft- oder formschlüssig mit der Zerstäuberkolbenstange (22) verbundenen Membran ersetzt wird.6. Fluid atomizer device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the atomizing piston ( 6 ) is replaced by a non-positively or positively connected to the atomizing piston rod ( 22 ) membrane. 7. Fluidzerstäuber Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftkanal (60), die Zerstäuberkolbenkurve (37) und der Leckölkanal (40) wegfallen, wobei der Zerstäuberkolben (52) auch als Membran form- oder kraftschlüssig in die Wandung des Zerstäuberzylinders (44) integriert sein kann.7. Fluid atomizer device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the compressed air channel ( 60 ), the atomizing piston curve ( 37 ) and the leakage oil channel ( 40 ) are omitted, the atomizing piston ( 52 ) also as a membrane in a positive or non-positive manner Wall of the atomizer cylinder ( 44 ) can be integrated. 8. Fluidzerstäuber Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (3, 36) mit einem Heizring (31) und mit dem Anschlußarm (35) versehen ist.8. Fluid atomizer device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the contact surface ( 3 , 36 ) with a heating ring ( 31 ) and with the connecting arm ( 35 ) is provided.
DE1996154771 1996-12-31 1996-12-31 Device for measuring and atomising fluids for internal combustion engines Withdrawn DE19654771A1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000055494A1 (en) * 1999-03-15 2000-09-21 Giuliano Cozzari Fuel injector device for internal combustion engines and injection method thereof
WO2002025103A1 (en) * 2000-09-14 2002-03-28 Giuliano Cozzari Fluids mixing device and method for mixing fluids thereof

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