DE2433236A1

DE2433236A1 - Mediumdruckgenerator

Info

Publication number: DE2433236A1
Application number: DE19742433236
Authority: DE
Inventors: Boaz Antony Jarrett
Original assignee: CAV Ltd
Current assignee: CAV Ltd
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1974-07-11
Publication date: 1975-01-30
Also published as: FR2257798A1; IT1016375B; GB1477456A; FR2243343B1; FR2257798B1; JPS5033328A; FR2243343A1

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTSBÜRO Ζ- Η ό Ο C. O D

4 DÜSSELDORF SCHUMANN8TR. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER

C.A.V. Limited

Well Street

GB-Birmingham 10. Juli 1974

Mediumdruokgenerat or

Die Erfindung betrifft einen Mediumdruckgenerator, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Generator in einfacher und zweckmäßiger Form zu schaffen.

Ein Mediumgenerator gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, wobei eine Bewegung des Kolbens in eine Richtung so wirkt, daß in dem Zylinder enthaltenes Medium unter Druck gesetzt wird, einen Stoß piezoelektrischer Kristalle, die mechanisch mit dem Kolben gekoppelt sind, wobei der Stoß Kristalle in elektrisch isolierte Partien aufgeteilt ist, und Mittel zum Laden der Partien des Stoßes Kristalle, derart, daß dem Kolben verschiedene Bewegungen verliehen werden und dadurch verschiedene Mediumdrücke im Zylinder erreicht werden.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Pig. 1 eine Darstellung des Generators und des zugehörigen Systems und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen Stoß Kristalle, die einen Teil des Generators bilden.

Das in Fig. 1 gezeigte System ist ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Zuleiten von Kraftstoff zu einem Brennkraftmotor. Wie dargestellt,

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ist ein Zylinder 10 vorgesehen, von dem ein Ende mit einem Auslaß 11 und mit einem Kraftstoffeinlaß 12 in Verbindung steht, wobei der letztere durch ein Einwegeventil 13 mit einer Kraftstoffquelle 14 verbunden ist. Im Zylinder 10 befindet sich ein Verdrängungskolben 15, in dem sich eine Ventilkammer 16 befindet, die den Kopf eines Ventilglieds I7 aufnimmt. Der Körper des Ventilglieds steht über das Ende des Kolbens 15 vor. Das Ventilglied I7 ist durch Federkraft so beaufschlagt, daß dessen Kopf an einem Sitz angreift, der um die Wand der Kammer 16 herum gebildet ist. Die Kammer 16 steht mit dem Auslaß 11 über eine axiale Bohrung in Verbindung, die in das Ventilglied geformt ist, und der Raum unter dem Kopf des Ventilglieds steht über eine Querbohrung im Ventilglied mit einem Abfluß 18 in Verbindung, und zu diesem Zweck ist der Teil des Zylinders, der den Kolben 15 aufnimmt, etwas größer gestaltet.

Ferner ist ein weiterer Zylinder I9 vorgesehen, der koaxial zum Zylinder 10 angeordnet ist, und dieser enthält ein druckmittelbetätigbares Glied 20. Der Zylinder 19 und das druckmittelbetätigbare Glied 20 sind im Durchmeesser größer als der Zylinder 10, ebenso als der Verdrängungskolben 15, und der letztere ist durch eine Schraubendruckfeder 21 beaufschlagt, die so wirkt, daß der Kolben zusammen mit dem Glied 20 in eine Sichtung vom Auslaß 11 weg bewegt wird.

Das andere Ende des Zylinders 19 ist mit einem Kanal 22 verbunden, der über ein erstes Ventil 23 mit einem Kraftsspeicher 24a verbunden werden kann, der Flüssigkeit, vorzugsweise Kraftstoff, unter hohem Druck enthält. Alternativ kann der Kanal 22 über ein Ventil 24 mit einem Abflußkanal 25 verbunden werden.

Das Ventil 23 weist ein druckmittelbetätigtes Ventilglied 26 auf, das einen einstückig angeformten Kopf 2^ hat. Der Kopf 27 wird durch eine Schraubendruckfeder 28 in Kontakt mit einem Sitz gespannt, und in dieser Position wird die Zuleitung von Kraftstoff vom Kraftspei eher 24a zum Kanal 22 unterbrochen. Darüber hinaus ist das Ventilglied 26 mit einem druckausgleichenden Element 29 versehen.

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Das zweite Ventil 24 weist ein verschiebbares Ventilglied 30 mit einem Kopf 31 auf, das mit einem Sitz zusammenwirken kann, um einen Durchfluß von Flüssigkeit aus dem Kanal 22 zum Abflußkanal 25 zu verhindern. Das Ventilglied 30 ist in eine Richtung zum Öffnen des Ventils fefederbeaufschlagt, und es wird durch einen Ventilbetätigungskolben 32 in die geschlossene Stellung bewegt. Der Kolben 32 kann einem Mediumdruck ausgesetzt werden, der durch einen Kolben 33 entwickelt wird, der mechanisch mit einem Stoß 34 piezoelektrischer Kristalle gekoppelt ist. Diese werden nachstehend im Zusammenhang mit Pig. 2 beschrieben. Darüber hinaus wird der Kolben 33 ^so bewegt, daß ein Druck bei Erregen des Stoßes Kristalle entsteht, und das hat den Effekt, das Ventil 24 zu schließen und das Ventil 23 zu öffnen. Der vom Kolben 33 eingenommene Zylinder wird zusammen mit den Kammern, die damit in Verbindung stehen, voller Flüssigkeit gehalten, vorzugsweise Kraftstoff, und zwar über ein Einwegeventil 35·

Wie dargestellt, ist der Auslaß 11 mit einer Einspritzdüse 36 verbunden, die ein Differenzventil 37 in der üblichen Ausführung enthält. Dieses Ventil wird in Kontakt mit einem Sitz gedrückt, um einen Durchfluß von Kraftstoff durch Öffnungen 38 in einen Brennraum eiee zugehörigen Motors durch Beaufschlagung mit Mediumdruck vom Speicher 24a zu verhindern.

Im Betrieb nehmen die Ventile 23 und 24 die dargestellte Position ein, während sich das Glied 20 rückwärts bewegt und während der Kolben 15 unter der Wirkung der Feder 21 verlagert wird, ferner auch als Folge der Wirkung von Kraftstoff, der am Einwegeventil I3 vorbeifließt. U ach einer bestimmten Bewegung wird der Stoß Kristalle 34 teilweise erregt, und der Kolben 33 entwickelt ausreichenden Mediumdruck, um nur das Ventil 24 zu schließen, während das Ventil geschlossen bleibt. Wenn ein Einspritzen beginnen soll, wird der Stoß Kristalle voll ereregt, um das Ventil 23 zu öffnen. In dieser Situation geht Druck vom Speicher 24a zum Ende des Glieds 20, und das bewirkt eine Bewegung des Verdrängungskolbens, um den Kraftstoff im Auslaß 11 unter Druck zu setzen. Wenn ein bestimmter Druck erreicht ist, der ersichtlich höher als der Speicherdruck ist, wird

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das Ventilglied der Einspritzdüse 36 hochgehoben, und es erfolgt ein Durchfluß von Kraftstoff durch den Auslaß 11 und durch die Öffnungen 38 in einen Brennraum des Motors. Dieser Durchfluß von Kraftstoff geht weiter, bis das Yentilglied I7 sich gegen das Ende des Zylinders 10 legt, und wenn das geschieht, wird der Kopf des Ventilelem*ents von seinem Sitz abgehoben, um ein Fließen zusätzlichen Kraftstoffs, der durch die Bewegung des Verdrängungskolbens I5 verdrängt worden ist, zum Abfluß 18 zu ermöglichen. Gleichzeitig wird das Ventilglied der Einspritzdüse auf daen Sitz durch den vorherrschenden Druck vom Speicher 24a geschlossen. Es versteht sich natürlich, daß der Druck des Kraftstoffs, der dem Auslaß 11 zugeleitet wird, höher als der Speicherdruck ist, und zwar auf Grund der Tatsache, daß die Fläche des Endes des Glieds 20, das durch den Speicherdruck beaufschlagt wird, größer als die Fläche am Ende des Verdrängungskolbens ist.

Der Stoß Kristalle 34 wird kurz nach dem Ende der Einspritzung entregt, und die Ventile kehren in die dargestellte Stellung zurück. Darüberhinaus bewegt sich der Verdrängungskolben 15 zusammen mit dem druckmittelbetätigbaren Glied 20 unter der Wirkung der Feder 21, und der Kraftstoff wird über das Einwegeventil 13 zugeleitet. Wenn ein Kolbenpositionsmesser 39 signalisiert, daß ausreichend Kraftstoff unter dem Verdrängungskolben I5 für das nächste Einspritzen gespeichert worden ist, wird der Stoß Kristalle teilweise erregt, um das Ventil 24 zu schließen, wobei das Ventil 23 geschlossen bleibt. Die Meßspule 39 stellt die Position des Verdrängungskolbens fest, und das von dieser Spule entwickelte Signal wird an eine elektronische Steuerschaltung angelegt, die die Funktion des Stoßes 34 Kristalle steuert.

Es ist dafür Sorge getragen, daß die Feder, die das Ventil 24 in die geöffnete Position spannt, scähwächer als die Feder 28 ist, die das Ventil 23 in die geschlossene Position spannt. Ferner ist dafür Sorge getragen, daß der Stoß Kristalle 34 in verschiedenen Stufen erregt werden kann. Der erste Schritt in der Erregung läßt einen aus-

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reichenden Druck durch Bewegung des Kolbens 33 entstehen, um das Ventil 24 zu schließen, jedoch nicht, um das Ventil 23 zu öffnen. Eine Erregung in der zweiten Stufe führt zu einem teilweisen Öffnen des Ventils 23 und ein Fließen von Kraftstoff aus dem Speicher 24a zum Kanal 22 erfolgt damit in gedrosselter Rate, und es erfolgt eine relativ langsame Bewegung des Glieds 20 und des Verdrängungskolbens 15· Da der Verdrängungskolben sich mit langsamer Rate bewegt, liegt die Rate des Einspritzens von Kraftstoff in den Motor bei einer reduzierten Rate. Wenn der Stoß Kristalle 34 voll erregt ist, bewegt sich der Kolben mit seiner maximalen Rate, und es erfolgt die maximale Zuflußrate von Kraftstoff zum Motor.

Wie in Jig. 2 gezeigt ist, weist der Stoß Kristalle 34 eine Anzahl von Kristalleleraenten 40 auf, die zwischen leitenden Platten 4I sitzen. Alternativ liegende Platten 4I sind mit einem Anschluß 42 einer Stromquelle verbunden, und die anderen Platten können mit dem anderen Anschluß 43 einer Stromquelle verbunden werden. Wie in Pig. 2 dargestellt, sind die anderen Platten in Gruppen geschaltet, und durch Erregen einer Gruppe durch einen Schalter 44 erfolgt nur eine Teilfeewegung des Kolbens 33· Wenn beide Gruppen erregt werden, beispielsweise durch Sehließen beider Schalter, erfolgt eine Bewegung des Kolbens 33 voll, und es entsteht der maximale Mediumdruck.

Es versteht sich, daß mehr Kristallelemente 40 vorgesehen sein können, und mitunter kann es wünschenswert sein, den Stoß in mehr als drei Gruppen aufzuteilen, so daß beispielsweise eine Steuerung über die Einspritzrate zum Ende der Einspritzzeit hin geschaffen werden kann.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. Mediumdruckgenerator, gekennzeichnet durch einen in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, wobei eine Bewegung des Kolbens in eine Richtung so wirkt, daß in dem Zylinder enthaltenes Medium unter Druck gesetzt wird, einen Stoß piezoelektrischer Kristalle, die mechanisch mit dem Kolben gekoppelt sind, wobei der Stoß Kristalle in elektrisch isolierte Partien aufgeteilt ist, und Mittel zum Laden der Partien des Stoßes Kristalle, derart, daß dem Kolben verschiedene Bewegungen verliehen werden und dadurch verschiedene Mediumdrücke im Zylinder erreicht warden.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß leitende Platten zwischen aufeinanderfolgenden Kristallen und~an den Enden des Stoßes angeordnet sind, wobei jeweils abwechselnde Platten elektrisch zur Verbindung mit einem Anschluß einer elektrischen Stromquelle miteinander verbunden sind und ausgesuchte Gruppen Kristalle jeweils mit ihren anderen Platten zur Verbindung nach Bedarf mit einem anderen Anschluß der Stromquelle miteinander verbunden sind.

5. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoß Kristalle in zwei Gruppen aufgeteilt ist.

4· Kraftstoffeinspritzsystem für einen Brennkraftmotor, gekennzeichnet durch einen zweiten Zylinder, zwei druckmittelbetätigbare Tentilmittel zur Bestimmung der Zuleitung von unter Druck stehendem Medium zu einem Ende des Zylinders und Ermöglichung des AbfHeßens von Medium aus dem einen Ende des Zylinders, wobei die Ventilmittel bei verschiedenen Drücken arbeiten, einen Druckmediumgenerator nach Anspruch 1, der zum Zuleiten des Mediumdrucke zu den Ventilmitteln dient, einen Betätigungskolben in dem zweiten Zylinder, ein den Betätigungskolben in Richtung auf das eine Ende des Zylinders spannende Federkraft, wobei der Betätigungskiben gegen die Wirkung der Federkraft bewegt wird, wenn Medium unter Druck zu dem einen Ende des Zylinders fließt, und einen Kraftstoffpumpkolben, der zum Verdrän-

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gen von Kraftstoff zu einem Auslaß zur Betätigung durch den Betätigungskolben eingerichtet ist.

5. System nach Anspruch 4» gekennzeichnetdurch eine mit dem Auslaß verbundene Kraftstoffeinspritzdüse.

6. System nach Anspruch 4» gekennzeichnet durch einen dritten Zylinder, in dem der Betätigungskorben sitzt, wobei der zweite und der dritte Zylinder koaxial zueinander liegen und der Betätigungskolben eine Fläche bildet, an der die Federkraft aufbringenden Mittel angreifen, derart, daß sowohl der Betätigungskolben als auch der Kraftstoffpumpkolben durch die die Federkraft aufbringenden Mittel zu dem einen Ende des Zylinders hin gespannt werden.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß mit dem entfernten Ende des dritten Zylinders vom zweiten Zylinder aus gesehen in Yerbindung steht.

8. System nach Anspruch 7> gekennzeichnet durch Ventilmittel, die in Funktion setzbar sind, damit das entfernte Ende des dritten Zylinders in eine Verbindung mit einem Abfluß in einer bestimmten Position während der Bewegung der Kolben zum entfernten Ende des dritten Zylinders hin gelangt.

9· System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel zum Zuleiten von Kraftstoff zu dem entfernten Ende des Zylinders während der Bewegung der Kolben unter der Wirkung der Federmittel.

10. System nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die einen der beiden Ventilmittel, die für ein Entweichen von Medium aus dem einen Ende des zweiten Zylinders sorgen, bei einem niedrigeren Druck als die anderen der beiden Vetilmittel arbeiten.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kenn -

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stichnet, daß die Mediumquelle für das eine Ende des Zylindesrs durch einen Speicher gebildet ist.

12. System nach inepruoh 11, gekennzeichnet durch eine mit dem Auslas verbundene Kraftstoffeinspritzdüse, wobei die Düse ein druokmittelbeätätigbyares Yentilglied aufweist, das durch unter Druck stehendes Medium Ton dem Speicher in eine geschlossene Position gespannt ist.

15* System naoh Inepruoh 12, dadurch gekennzeichnet» daß das Yentilglied der Einspritzdüse eine» kleinere Fläche, die tob Druck am Auslaß beaufschlagt wird, als die Fläche hat, die Tom Speicherdruck beaufschlagt wird, wobei der dritte Kolben eine kleinere Fläche als der «weite Kolben hat.

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