EP0204070B1 - Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen Download PDF

Info

Publication number
EP0204070B1
EP0204070B1 EP86102635A EP86102635A EP0204070B1 EP 0204070 B1 EP0204070 B1 EP 0204070B1 EP 86102635 A EP86102635 A EP 86102635A EP 86102635 A EP86102635 A EP 86102635A EP 0204070 B1 EP0204070 B1 EP 0204070B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
oscillator
chamber
injection valve
electrically actuated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP86102635A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0204070A1 (de
Inventor
Jürgen Dr. Lange
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mannesmann VDO AG
Original Assignee
Mannesmann VDO AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann VDO AG filed Critical Mannesmann VDO AG
Priority to AT86102635T priority Critical patent/ATE43154T1/de
Publication of EP0204070A1 publication Critical patent/EP0204070A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0204070B1 publication Critical patent/EP0204070B1/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/04—Pumps peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/041—Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S261/00—Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/48—Sonic vibrators

Definitions

  • the invention relates to an electrically actuated fuel injection valve for internal combustion engines, with an electrode-provided piezoelectric oscillator and with at least one fuel-receiving chamber, which is on the inlet side with a fuel feed path and on the outlet side with an injection opening in fuel-conducting connection and whose volume can be changed by actuating the oscillator is, the fuel supply path is designed such that it forms such a flow resistance when a voltage is applied to the electrodes that the fuel is given a preferential movement through the chamber to the injection opening.
  • Known fuel injection valves are actuated with an electromagnet, the magnet winding of which is arranged in a central bore of a valve housing (DE-C-23 49 584).
  • a soft iron core is inserted into the magnet winding, which is designed outside the valve housing as a connecting piece for the fuel supply.
  • the face of the soft iron core faces an anchor so that an air gap is formed between these two elements.
  • a valve needle is attached to the armature and is guided to be longitudinally displaceable in a tapered end of the valve housing.
  • the valve needle is designed in particular with flat surfaces ground on the valve needle body so that fuel can flow into an annular space in front of a valve seat of the valve needle.
  • an electrical liquid atomizer which has a pressure chamber, one end face of which is provided with a plurality of small cross-sectional outlets and the other end face of which is formed by a membrane which can be vibrated by a piezoelectric oscillator.
  • the oscillating membrane leads to pump movements that increase and decrease the volume of the pressure chamber, through which liquid is sucked into the pressure chamber via a liquid supply path and is conveyed through the outlets from the pressure chamber.
  • a fuel injection valve for internal combustion engines is known from “Patent Abstracts of Japan, Volume 8, No. 43 (M 279), 14 80, 24.02.1984, JP-A-58 200 068.
  • Two piezoelectric radial oscillators provided with electrodes form between them a fuel-receiving chamber which is on the inlet side with a fuel supply path and on the outlet side with an injection opening in a fuel-conducting connection.
  • the radial oscillator When the radial oscillator is energized, the radial oscillator is expanded radially and slots are opened.
  • the radial oscillator thus has the function of opening and closing the ejection opening.
  • a fuel injection valve of the type mentioned is known from US-A-3418 890.
  • a check valve is provided to prevent fuel from flowing back during the pump stroke.
  • the present invention has for its object to provide an electrically actuated fuel injection valve for internal combustion engines, which does not need a movable valve element to be mounted and which is characterized by an uncomplicated structure.
  • the fuel injection valve should not be subject to any significant wear and should be able to be controlled with low electrical power.
  • the principle of the invention is that a piezoelectric component, which is referred to as a piezoelectric oscillator, is designed and arranged in such a way that the fuel injection valve determines the preferred direction of movement of the liquid fuel, namely the direction of injection, without an element that is movable in its entirety, thereby determining the amount of fuel measures and creates the conditions for atomization of the fuel.
  • a piezoelectric component which is referred to as a piezoelectric oscillator
  • the direction of advance of the fuel is determined in that the piezoelectric oscillator is designed as a radial oscillator, that the fuel-receiving chamber penetrates the oscillator transversely to the direction of oscillation, and the fuel supply path is designed as an inlet-side narrowing of the chamber that is open on the outlet side is. The fuel is sprayed out on the side opposite the constriction of the chamber.
  • the fuel injection valve is constructed such that the piezoelectric oscillator is designed as a radial oscillator and the fuel-receiving chamber penetrates the oscillator transversely to the direction of oscillation, that the chamber in the oscillator is designed as a continuous bore of constant diameter that at one end of the bore
  • a constant volume chamber is arranged with a fuel inflow and outflow opening, the area of which is small compared to the area of the rigid constant volume chamber wall and that the volume of the constant volume chamber is large compared to the volume of the chamber in the oscillator.
  • an orifice unaffected by the radial oscillator and having a smaller bore than the chamber diameter can additionally be provided as the injection opening of the chamber on one side.
  • the manufacture can be simplified overall.
  • the bore in the diaphragm can have a very small diameter, which is difficult to make in the oscillator made of piezoelectric material.
  • the chamber in the transducer has a larger diameter. A fine atomization of the injected fuel can also be achieved in this way.
  • the piezoelectric vibrator is hollow cylindrical, with a number of chambers housed in its wall parallel and concentric to its longitudinal axis.
  • the individual chamber volumes of the chambers housed in the wall can be activated jointly depending on the intended use, in particular the amount of fuel to be injected - Claim 5 -, or can be activated successively by applying a localized electrical field - Claim 6. In the latter case, at least one extends
  • the electrode is not continuous over an outer wall or inner wall, but is divided into corresponding surface segments in the chambers. The opposite electrode, however, can extend as a continuous surface over the assigned wall.
  • the individually activatable chambers in a hollow cylindrical radial oscillator can have different volumes from one another or can be closed on one side with an annular diaphragm with holes of different sizes, so that the metered amount of fuel can be varied depending on which chamber is activated. It is also possible to hold individual of the chambers in the radial oscillator in reserve in the event that one or more of the other chambers fail.
  • a plurality of such radial oscillators with staggered outer diameters can also be arranged concentrically one inside the other. - Despite the higher volume throughput, the volume occupied by the entire transducer need not be increased significantly.
  • the orifice which determines the droplet size of the fuel with bores, is expediently shaped as a ring orifice for the hollow cylindrical radial oscillator, which bores have reduced bores compared to the associated chamber diameters.
  • This separate ring diaphragm can in turn be manufactured more cheaply than chambers of different, in particular very small, diameters in the piezoelectric material of the radial oscillator.
  • Piezoceramic material is preferably provided as the material for producing the vibrators.
  • the piezoelectric transducers can be produced from this in such a way that extremely precise metering and atomization of the fuel is achieved over a long operating period.
  • an electrical voltage must be made available.
  • the piezoelectric vibrator can take on both capacitive, inductive and ohmic character, which can have a favorable effect on the power loss implemented in the injection valve.
  • the fuel injection valve is shown greatly enlarged in all figures.
  • a thickness transducer made of piezoelectric material is designated 1. He is in essentially cubic and covered with electrodes 2 and 3 on two opposite sides.
  • a fuel-absorbing chamber 4 is recessed in the interior of the cube and merges into a one-sided narrowing 5 on the upper side.
  • the one-sided constriction lies in a fuel feed path to the fuel-receiving chamber 4.
  • the chamber and the one-sided constriction are rotationally symmetrical in relation to a longitudinal axis 6 and pass through the entire thickness transducer.
  • the dimensions of the thickness transducer change, u. a. as indicated by the direction of arrow 7. This is accompanied by changes in volume in the fuel-receiving chamber 4. As a result of the one-sided narrowing 5, the fuel is injected in the preferred direction of movement 8 into the volume surrounding the thickness transducer 1.
  • the size of the droplets during atomization can be adjusted by means of an additional screen 9 attached to the thickness transducer at the bottom, corresponding to the open cross-sectional area of a bore 10 in the screen.
  • FIGS. 2 and 3 An essential part of a second embodiment of the fuel injection valve according to FIGS. 2 and 3 is a hollow cylindrical radial oscillator 11 made of piezoelectric material.
  • the fuel-receiving chambers are located in the neutral fiber 13 of the radial oscillator and are designed as continuous, ie open at the top and bottom bores with a constant diameter. They run parallel and concentric to the longitudinal axis 19.
  • the inner wall and the outer wall of the radial oscillator are each covered with an electrode, which is only indicated by the supply line 14 or 15 in FIG. 2.
  • the lower side of the fuel-receiving chambers 12, 12 ' is opposed by an annular diaphragm 16 which has holes 17, 17' which are aligned with the chambers 12, 12 'and determine the droplet size.
  • the radial oscillator and the ring diaphragm are mounted in a bracket 18 so that the ring diaphragm 16 with the bores 17, 17 'or the chambers of the radial oscillator 11 can spray fuel downward.
  • the fuel feed path to the ring oscillator is arranged in the upper part of the rigid block which is rotationally symmetrical about a longitudinal axis 19 and which preferably consists of metal.
  • the fuel feed path essentially consists of an annular constant volume chamber 20, into which a fuel inlet connection 21 and a fuel outlet connection 22 open.
  • the free cross sections of the connecting pieces 21 and 22 are small compared to the surface of the inner wall of the constant volume chamber.
  • the radial oscillator 11 is inserted in an annular recess 23 of the block 18 with seals 24-26 sealed.
  • the volume of the chambers 12, 12 'in the ring oscillator changes.
  • the fuel flowing into these fuel receiving chambers from the constant volume chamber 20 is essentially injected downwards through the bores 17, 17 'of the ring diaphragm 16 into the volume surrounding the fuel injection valve.
  • the preferred direction of movement 27 of the fuel thus runs as indicated by the arrow marked accordingly.
  • the fuel-absorbing chambers 12, 12 'can therefore be designed as a through hole for ease of production.
  • the leads 14, 15 are led out of the block 18 to a plug connection, not shown, via which a controlled electrical voltage can thus be supplied to the radial oscillator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrisch betätigbares Kraftstoff-Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem mit Elektroden versehenen piezoelektrischen Schwinger und mit wenigstens einer Kraftstoff aufnehmenden Kammer, die einlaßseitig mit einem Kraftstoffzuleitungsweg und auslaßseitig mit einer Einspritzöffnung in Kraftstoff leitender Verbindung steht und deren Volumen durch Ansteuerung des Schwingers veränderbar ist, wobei der Kraftstoffzuleitungsweg derart gestaltet ist, daß er beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden einen solchen Strömungswiderstand bildet, daß dem Kraftstoff eine Vorzugsbewegung durch die Kammer zu der Einspritzöffnung erteilt wird.
  • Bekannte Kraftstoffeinspritzventile werden mit einem Elektromagneten betätigt, dessen Magnetwicklung in einer Zentralbohrung eines Ventilgehäuses angeordnet ist (DE-C-23 49 584). In die Magnetwicklung ist ein Weicheisenkern eingesetzt, der außerhalb des Ventilgehäuses als Anschlußstutzen für die Kraftstoffzufuhr ausgebildet ist. Der Stirnseite des Weicheisenkerns steht ein Anker so gegenüber, daß zwischen diesen beiden Elementen ein Luftspalt gebildet wird. An dem Anker ist eine Ventilnadel angebracht, die in einem verjüngten Ende des Ventilgehäuses längs verschiebbar geführt ist. Die Ventilnadel ist dabei insbesondere mit an den Ventilnadelkörper angeschliffenen Planflächen so ausgebildet, daß Kraftstoff in einen Ringraum vor einem Ventilsitz der Ventilnadel strömen kann. Wenn der Elektromagnet erregt wird, zieht, der Anker die Ventilnadel an, die damit den Ventilsitz freigibt. Durch einen dann freigegebenen Zumeßspalt wird unter Druck stehender Kraftstoff in die Brennkraftmaschinen eingespritzt. - Die Fertigung eines derartigen Kraftstoffeinspritzventils mit einer längs verschiebbaren Ventilnadel ist aufwendig, da das Kraftstoffeinspritzventil aus vielen Elementen besteht, die zum Teil mit hoher Präzision zu fertigen und anschließend zu montieren sind.
  • Ferner unterliegen die längs verschiebbare Ventilnadel und ihre Lagerung einem Verschleiß, wodurch die gewünschte Zumessung verfälscht werden kann. Die Betätigung dieses elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils erfordert eine nennenswerte elektrische Leistung, für die entsprechend dimensionierte Bauelemente vorzusehen sind.
  • Aus der EP-A-0 049 636 ist ein elektrischer Flüssigkeitszerstäuber bekannt, der eine Druckkammer aufweist, deren eine Stirnseite mit einer Vielzahl von Auslässen geringen Querschnitts versehen ist und deren andere Stirnseite durch eine von einem piezoelektrischen Schwinger zu Schwingungen anregbare Membran gebildet ist. Die schwingende Membran führt zu das Volumen der Druckkammer vergrößernden und verkleindernden Pumpbewegungen, durch die über eine Flüssigkeitszuleitungsweg Flüssigkeit in die Druckkammer eingesaugt sowie durch die Auslässe aus der Druckkammer gefördert wird.
  • Aus « Patent Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 43 (M 279), 14 80, 24.02.1984, JP-A-58 200 068 ist ein Kraftstoff-Einspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt. Zwei mit Elektroden versehene piezoelektrische Radialschwinger bilden zwischen sich eine Kraftstoff aufnehmende Kammer, die einlaßseitig mit einem Kraftstoffzuleitungsweg und auslaßseitig mit einer Einspritzöffnung in Kraftstoff leitender Verbindung steht. Durch Energiebeaufschlagung des Radialschwingers kommt es zu einem radialen Erweitern des Radialschwingers und Öffnen von Schlitzen. Der Radialschwinger hat dadurch die Funktion, die Ausspritzöffnung zu öffnen und zu schließen.
  • Ein Kraftstoff-Einspritzventil der eingangs genannten Art ist aus der US-A-3418 890 bekannt. Zur Verhinderung eines Zurückstömens des Kraftstoffs während des Pumpenhubs ist ein Rückschlagventil vorhanden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch betätigbares kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen zu schaffen, welches ohne verschiebbar zu lagernde bewegte Ventilelement auskommt und das sich durch einen unkomplizierten Aufbau auszeichnet. Das Kraftstoffeinspritzventil soll keinem nennenswerten Verschleiß unterliegen und mit geringer elektrischer Leistung angesteuert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Das Prinzip der Erfindung besteht darin, daß ein piezoelektrisches Bauelement, welches als piezoelektrischer Schwinger bezeichnet wird, so ausgebildet und angeordnet wird, daß das Kraftstoffeinspritzventil ohne ein in seiner Gesamtheit bewegliches Element die Vorzugsbewegungsrichtung des flüssigen Brennkraftstoffes, nämlich die Einspritzrichtung, bestimmt, dabei die Kraftstoffmenge zumißt und die Voraussetzung für eine Zerstäubung des Brennkraftstoffs schafft. Dies wird dadurch erreicht, daß durch das elektrische Feld bei Anlegen von elektrischer Spannung an die Elektroden des piezoelektrischen Schwingers dieser sich zusammenzieht oder ausdehnt, damit das Volumen einer Kraftstoff aufnehmenden Kammer verändert, und daß bei einer Volumenverringerung der Kammer der Brennkraftstoff im wesentlichen aus der Einspritzöffnung austritt, während der Kraftstoffrückfluß durch den Kraftstoffzuleitungsweg wesentlich gedrosselt ist.
  • In einer Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils wird die Voruzgsbewegungsrichtung des Brennkraftstoffs dadurch bestimmt, daß der piezoelektrische Schwinger als Radialschwinger ausgebildet ist, daß die den Kraftstoff aufnehmende Kammer den Schwinger quer zur Schwingungsrichtung durchdringt und der Kraftstoffzuleitungsweg als einlaßseitige Verengung der auf der Austrittsseite offenen Kammer ausgebildet ist. Der Kraftstoff wird dabei auf der der Verengung der Kammer gegenüberliegenden Seite ausgespritzt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Kraftstoffeinspritzventil so aufgebaut, daß der piezoelektrische Schwinger als Radialschwinger ausgebildet ist und die Kraftstoff aufnehmende kammer den Schwinger quer zur Schwingungsrichtung durchdringt, daß die Kammer in dem Schwinger als durchgehende Bohrung konstanten Durchmessers ausgebildet ist, daß an einem Ende der Bohrung in dem Kraftzstoffzuleitungsweg eine Konstantvolumen-Kammer mit einer Kraftstoffzuflußöffnung und -abflußöffnung angeordnet ist, deren Fläche klein gegenüber der Fläche der unnachgiebigen Konstantvolumen-Kammerwand ist und daß das Volumen der Konstant-Volumen-Kammer groß gegenüber dem Volumen der Kammer im Schwinger ist.
  • Bei Volumenänderungen der Kammern in dem piezoelektrischen Schwinger fließt Kraftstoff aus den aktivierten Kammern nur zu einem geringen Teil in die Konstantvolumen-Kammern zurück, da die Konstantvolumen-Kammerwände im wesentlichen unnachgiebig sind und der Kraftstoff nicht kompressibel ist.
  • Weitere ein solches Kraftstoffeinspritzventil betreffende Merkmale sind in den prioritätsgteichen Anmeldungen EP-A-02 04 068 und EP-A-02 03 274 enthalten.
  • Zur Bemessung der Einspritzmenge kann nach Anspruch 3 zusätzlich als Einspritzöffnung der Kammer an deren einen Seite eine von dem Radialschwinger unbeeinflußte Blende mit einer gegenüber dem Kammerdurchmesser kleineren Bohrung angoerdnet sein. - Dadurch, daß die relativ kleine Bohrung in einer gesonderten Blende auszuführen ist, die aus leichter zu bearbeitendem Material als der piezoelektrische Schwinger besteht, kann die Herstellung insgesamt vereinfacht werden. Beispielsweise kann die Bohrung in der Blende eine sehr kleinen Durchmesser aufweisen, die in dem aus piezoelektrischen Material bestehenden Schwinger nur schwer anzubringen ist. Die Kammer in dem Schwinger hat dagegen einen größeren Durchmesser. Damit kann auch eine feine Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs erreicht werden.
  • In einer anderen Ausführungsform des Kraftstoffventils nach Anspruch 4 ist der piezoelektrische Schwinger hohlzylindrische ausgebildet, wobei in seiner Wand eine Reihe von Kammern parallel und konzentrisch zu seiner Längsachse untergebracht sind. - Die einzeilnen Kammervolumina der in der Wand untergebrachten Kammern können je nach Verwendungszweck, insbesondere einzuspritzender Kraftstoffmenge, gemeinsam aktiviert werden - Anspruch 5 -, oder aber nacheinander durch Anlegen eines örtlich begrenzten elektrischen Feldes aktiviert werden - Anspruch 6. Im letztgenannten Fall erstreckt sich zumindest eine Elektrode nicht durchgehend über eine Außenwand oder Innenwand, sondern ist in den Kammern entsprechende, Flächensegmente unterteilt. Die gegenüberliegende Elektrode kann sich hingegen als eine durchgehende Fläche über die zugeordnete Wand erstrecken. - Die individuell aktivierbaren Kammern in einem hohlzylindrischen Radialschwinger können untereinander verschiedene Volumina aufweisen oder mit einer Ringblende mit verschieden großen Bohrungen einseitig abgeschlossen sein, so daß je nach dem, welche Kammer aktiviert wird, die zugemessene Kraftstoffmenge variiert werden kann. Es ist auch möglich, einzelne der Kammern in dem Radialschwinger für den Fall umschaltbar in Reserve zu halten, daß eine oder mehrere der anderen Kammern ausfallen.
  • Zur Erhöhung des Mengendurchsatzes des Kraftstoffes bei gleichzeitiger Betätigung sämtlicher in dem hohlzylindrischen Radialschwinger vorgesehener Kammern können weiterhin mehrere solcher Radialschwinger mit gestaffelten Außendurchmessern konzentrisch ineinander angeordnet werden. - Trotz höheren Mengendurchsatzes braucht somit das von dem gesamten Schwinger eingenommene Volumen nicht wesentlich erhöht zu werden.
  • Die Blende, die mit Bohrungen die Tröpfchengröße des Kraftstoffs bestimmt, ist für den hohlzylindrischen Radialschwinger zweckmäßig als Ringblende geformt, die gegenüber den zugehörigen Kammerdurchmessern reduzierte Bohrungen aufweist. Diese separate Ringblende kann wiederum fertigungsgünstiger hergestellt werden als Kammern unterschiedlicher, insbesondere sehr geringer Durchmesser in dem piezoelektrischen Material des Radialschwingers.
  • Als Werkstoff zur Herstellung der Schwinger ist nach Anspruch 9 vorzugsweise piezokeramisches Material vorgesehen.
  • Daraus lassen sich die piezoelektrischen Schwinger so herstellen, daß eine äußerst präzise Zumessung und Zerstäubung des Kraftstoffs über einen langen Betriebszeitraum hinweg erreicht ist. Zum Erzeugen des elektrischen Feldes, welches die Wandstärkeveränderungen des piezoelektrischen Schwingers bewirkt, ist eine elektrische Spannung zur Verfügung zu stellen. Je nach Arbeitsfrequenz kann der piezoelektrische Schwinger sowohl kapazitiven, induktiven als auch ohmschen Charakter annehmen, was sich günstig auf die in dem Einspritz ventil umgesetzte Verlustleistung auswirken kann.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung mit drei Figuren erläutert. Es zeigen :
    • Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils mit einem Dickenschwinger im Längsschnitt und einer angesetzten Blende in grob schematischer Darstellung ;
    • Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzventils, mit einem Radialschwinger im Längsschnitt und
    • Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Radialschwingers nach Fig. 2.
  • In sämtlichen Figuren ist das Kraftstoffeinspritzventil stark vergrößert dargestellt.
  • In Fig. 1 ist ein Dickenschwinger aus piezoelektrischem Material mit 1 bezeichnet. Er ist im wesentlichen kubusförmig ausgebildet und an zwei gegenüberliegenden Seiten mit Elektroden 2 und 3 belegt.
  • Im Innern des Kubus ist eine Kraftstoff aufnehmende Kammer 4 ausgespart, die an der oberen Seite in eine einseitige Verengung 5 übergeht. Die einseitige Verengung liegt in einem Kraftstoffzuleitungsweg zu der Kraftstoff aufnehmenden Kammer 4. Die Kammer und die einseitige Verengung sind rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 6 geformt und gehen durch den gesamten Dickenschwinger hindurch.
  • Wenn an die Elektroden 2 und 3 Spannung gelegt wird, verändern sich die Dimensionen des Dickenschwingers, u. a. wie mit Richtung des Pfeils 7 angedeutet. Damit gehen Volumenänderungen in der Kraftstoff aufnehmenden Kammer 4 einher. Infolge der einseitigen Verengung 5 wird der Kraftstoff in der Vorzugsbewegungsrichtung 8 in das den Dickenschwinger 1 umgebende Volumen gespritzt.
  • Die Tröpfchengröße bei der Zerstäubung kann durch eine zusätzliche, unten an den Dickenschwinger angesetzte Blende 9 entsprechend der offenen Querschnittsfläche einer Bohrung 10 in der Blende eingestellt werden.
  • Wesentlicher Teil einer zweiten Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils nach den Fig. 2 und 3 ist ein hohlzylindrischer Radialschwinger 11 aus piezoelektrischem Material. Wie aus Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 2 ersichtlich, sind in dem hohlzylindrischen Radialschwinger zwischen dessen Innenwand mit dem Radius r1 und der Außenwand mit dem Radius r2 eine Reihe von Kraftstoff aufnehmenden Kammern 12, 12' angeordnet. Die Kraftstoff aufnehmenden Kammern liegen in der neutralen Faser 13 des Radialschwingers und sind als durchgehende, also oben und unten offene Bohrungen mit konstantem Durchmesser ausgebildet. Sie verlaufen parallel und konzentrisch zur Längsache 19.
  • Die Innenwand und die Außenwand des Radialschwingers ist jeweils mit einer Elektrode belegt, die lediglich durch die Zuleitung 14 bzw. 15 in Fig. 2 angedeutet ist.
  • Der unteren Seite der Kraftstoff aufnehmenden Kammern 12, 12' steht eine Ringblende 16 gegenüber, welche mit den Kammern 12,12' fluchtende, die Tröpfchengröße bestimmende Bohrungen 17, 17' aufweist.
  • Der Radialschwinger und die Ringblende sind in einem Bock 18 montiert, so daß die Ringblende 16 mit den Bohrungen 17, 17' bzw. die Kammern des Radialschwingers 11 nach unten Kraftstoff ausspritzen können.
  • In dem oberen Teil des um eine Längsachse 19 rotationssymmetrischen, steifen Blocks, der vorzugsweise aus Metall besteht, ist der Kraftstoffzuleitungsweg zu dem Ringschwinger angeordnet. Der Kraftstoffzuleitungsweg besteht im wesentlichen aus einer ringförmigen Konstantvolumen- Kammer 20, in die ein Kraftstoffzuflußstutzen 21 und ein Kraftstoffabflußstutzen 22 münden. Die freien Querschnitte der Stutzen 21 und 22 sind klein gegenüber der Fläche der Innenwand der Konstantvolumen-Kammer.
  • Der Radialschwinger 11 ist in einer ringförmigen Ausnehmung 23 des Blocks 18 mit Dichtungen 24-26 abgedichtet eingesetzt.
  • Bei Anlegen von Hochspannung an die Zuleitungen 14, 15 und das dementsprechend zwischen der Innenwand und die Außenwand des Radialschwingers gebildete elektrische Feld erfolgt eine Volumenänderung der Kammern 12, 12' in dem Ringschwinger. Der in diese Kraftstoff aufnehmende Kammern von der Konstantvolumen-Kammer 20 einströmende Kraftstoff wird im wesentlichen nach unten durch die Bohrungen 17,17' der Ringblende 16 in das das Kraftstoffeinspritzventil umgebende Volumen eingespritzt. Die Vorzugsbewegungsrichtung 27 des Kraftstoffs verläuft somit wie mit dem entsprechend gekennzeichneten Pfeil angedeutet. Nach oben kann hingegen der Kraftstoff aus den Kammern 12, 12' nicht nennenswert in die Konstantvolumen-Kammer 20 zurückströmen, da diese mit einem großen Volumen im wesentlichen nicht kompressiblen Kraftstoffs gefüllt ist. Die den Kraftstoff aufnehmenden Kammern 12, 12' können daher fertigungsgünstig als durchgehende Bohrung ausgebildet sein.
  • Die Zuleitungen 14, 15 sind aus dem Block 18 heraus zu einer nicht dargestellten Steckverbindung geführt, über die somit dem Radialschwinger eine gesteuerte elektrische Spannung zugeführt werden kann.

Claims (10)

1. Elektrisch betätigbares Kraftstoff-Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem mit Elektroden (2, 3) versehenen piezoelektrischen Schwinger (1) und mit wenigstens einer Kraftstoff aufnehmenden Kammer (4), die einlaßseitig mit einem Kraftstoffzuleitungsweg (5) und auslaßseitig mit einer Einspritzöffnung (10) in Kraftstoff leitender Verbindung steht und deren Volumen durch Ansteuerung des Schwingers (1) veränderbar ist, wobei der Kraftstoffzuleitungsweg (5) derart gestaltet ist, daß er beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden (2, 3) einen solchen Strömungswiderstand bildet, daß dem Kraftstoff eine Vorzugsbewegung (8) durch die Kammer zu der Einspritzöffnung erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Schwinger als Radialschwinger (1) ausgebildet ist, daß die den Kraftstoff aufnehmende Kammer (4) den Schwinger quer zur Schwingungsrichtung (Pfeil 7) durchdringt und der Kraftstoffzuleitungsweg als einlaßseitige Verengung (5) im Schwinger der auf der Austrittsseite im Schwinger offenen Kammer (4) ausgebildet ist.
2. Elektrisch betätigbares Kraftstoff-Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem mit Elektroden (14, 15) versehenen piezoelektrischen Schwinger (11) und mit wenigstens einer Kraftstoff aufnehmenden Kammer (12, 12'), die einlaßseitig mit einem kraftstoffzuleitungsweg (20) und auslaßseitig mit einer Einspritzöffnung in Krafstoff leitender Verbindung steht und deren Volumen durch Ansteuerung des Schwingers (11) veränderbar ist, wobei der Kraftstoffzuleitungsweg (20) derart gestaltet ist, daß er beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden (14, 15) einen solchen Strömungswiderstand bildet, daß dem Kraftstoff eine Vorzugsbewegung (17, 17') durch die Kammer zu der Einspritzöffnung erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Schwinger als Radialschwinger (11) ausgebildet ist und die Kraftstoff aufnehmende Kammer (12, 12') den Schwinger quer zur Schwingungsrichtung durchdringt, daß die Kammer (12, 12') in dem Schwinger (11) als mindestens eine durchgehende Bohrung konstanten Durchmessers ausgebildet ist, daß an einem Ende der Bohrung oder der Bohrungen in dem kraftstoffzuleitungsweg eine Konstantvolumen-Kammer (20) mit einer Kraftstoffzuflußöffnung (21) und -abflußöffnung (22) angeordnet ist, deren Fläche klein gegenüber der Fläche der unnachgiebigen Konstantvolumen-Kammerwand ist und daß das Volumen der Konstantvolumen-Kammer (20) groß gegenüber dem Volumen der Kammer (12, 12') im Schwinger ist.
3. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einspritzöffnung der Kammer an deren einen Seite eine von dem Radialschwinger (1, 11) unbeeinflußte Blende (9, 16) mit einer gegenüber dem Kammerdurchmesser kleineren Bohrung (10, 17) bzw. Bohrungen angeordnet ist.
4. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Schwinger hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei in seiner Wand eine Reihe von Kraftstoff aufnehmenden Kammern (12, 12') parallel und konzentrisch zu seiner Längsachse (19) untergebracht sind.
5. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenwand (an r1) und eine Außenwand (an r2) des hohlzylindrischen Radialschwingers (11) im wesentlichen über deren gesamter Fläche mit Spannung beaufschlagbar sind und alle Kammervolumina gleichzeitig und in dem gleichen Sinne veränderbar sind.
6. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Abschnitte einer Innenwand (an r1) oder einer Außenwand (an r2) des hohlzylindrischen Radialschwingers (11) mit Spannung beaufschlagbar sind, so daß die Kammervolumina individuell insbesondere nacheinander aktivierbar sind.
7. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine konzentrische Anordnung mehrerer ineinandergesetzter hohlzylindrischer Radialschwinger.
8. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialschwinger (11) auf seiner Ausspritzseite mit einer von dem Radialschwinger unbeeinflußten Ringblende (16) versehen ist, die gegenüber den Kammerdurchmessern reduzierte Bohrungen (17, 17') aufweist.
9. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger aus piezokeramischem Werkstoff besteht.
10. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Schwinger in einem Block (18) montiert ist, aus dem die Konstantvolumenkammer ausgeformt ist, die mit der (den) Kraftstoff aufnehmenden Bohrung(en) in Verbindung steht.
EP86102635A 1985-05-13 1986-02-28 Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen Expired EP0204070B1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT86102635T ATE43154T1 (de) 1985-05-13 1986-02-28 Elektrisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil fuer brennkraftmaschinen.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19853517242 DE3517242A1 (de) 1985-05-13 1985-05-13 Elektrisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil fuer brennkraftmaschinen
DE3517242 1985-05-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0204070A1 EP0204070A1 (de) 1986-12-10
EP0204070B1 true EP0204070B1 (de) 1989-05-17

Family

ID=6270633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP86102635A Expired EP0204070B1 (de) 1985-05-13 1986-02-28 Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4725003A (de)
EP (1) EP0204070B1 (de)
JP (1) JPS61261657A (de)
AT (1) ATE43154T1 (de)
DE (2) DE3517242A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3517258A1 (de) * 1985-05-13 1987-01-15 Vdo Schindling Elektrisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil fuer brennkraftmaschinen
EP0322767A3 (de) * 1987-12-29 1990-05-02 Polska Akademia Nauk Instytut Podstawowych Problemow Techniki Vorrichtung für die Brennstoffzufuhr für Ottobrennkraftmaschinen
US7259499B2 (en) * 2004-12-23 2007-08-21 Askew Andy R Piezoelectric bimorph actuator and method of manufacturing thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2908443A (en) * 1949-06-07 1959-10-13 Fruengel Frank Ultrasonic carburetor
US2907648A (en) * 1955-09-30 1959-10-06 Nordberg Manufacturing Co Method of vaporizing a fuel
US3194162A (en) * 1962-11-15 1965-07-13 Clevite Corp Piezoelectric fuel injector
US3418980A (en) * 1965-09-01 1968-12-31 Physics Internat Company Fuel injector-ignitor system for internal combustion engines
DE1542093C3 (de) * 1966-05-12 1975-02-06 Deutsche Forschungs- Und Versuchsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V., 5300 Bonn Verfahren zur periodischen Erzeugung kleiner Flüssigkeitströpfchen
GB1500908A (en) * 1974-06-05 1978-02-15 Ici Ltd Process for production of drop streams
US4372491A (en) * 1979-02-26 1983-02-08 Fishgal Semyon I Fuel-feed system
US4465234A (en) * 1980-10-06 1984-08-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Liquid atomizer including vibrator

Also Published As

Publication number Publication date
US4725003A (en) 1988-02-16
ATE43154T1 (de) 1989-06-15
EP0204070A1 (de) 1986-12-10
DE3517242A1 (de) 1986-11-13
DE3663383D1 (en) 1989-06-22
JPS61261657A (ja) 1986-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2954686C2 (de)
DE3013694C2 (de)
DE10049518B4 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE3723698C2 (de) Kraftstoffeinspritzventil sowie Verfahren zu dessen Einstellung
DE69203197T2 (de) Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffzerstäubungs- und Dosierventil für eine Kraftstoffansaugvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
DE2645594A1 (de) Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmaschinen
DE2910441C2 (de)
EP0310819A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil
EP0900332A1 (de) Ventil zum steuern von flüssigkeiten
DE19812092A1 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung und damit ausgerüsteter Verbrennungsmotor
DE68905502T2 (de) Brennstoffeinspritzventil.
DE10118164B4 (de) Brennstoffeinspritzventil
WO2000028205A1 (de) Brennstoffeinspritzventil für verbrennungskraftmaschinen
DE2943155C2 (de)
EP1395749B1 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE2935850A1 (de) Treibstoff-einspritzventil
DE19958126B4 (de) Kraftstoffeinspritzdüse
EP1633973B1 (de) Brennstoffeinspritzventil
EP0204070B1 (de) Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
WO2002006663A1 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE10059420A1 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE3517257A1 (de) Elektrisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil fuer brennkraftmaschinen
DE10050752B4 (de) Brennstoffeinspritzventil mit einem drallerzeugenden Element
DE19735232A1 (de) Verfahren zur Dämpfung eines Brennstoffeinspritzventiles und Brennstoffeinspritzventil
WO2002061265A1 (de) Ventil zum steuern von flüssigkeiten

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT DE FR GB IT NL SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19861030

17Q First examination report despatched

Effective date: 19870423

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT DE FR GB IT NL SE

REF Corresponds to:

Ref document number: 43154

Country of ref document: AT

Date of ref document: 19890615

Kind code of ref document: T

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)
REF Corresponds to:

Ref document number: 3663383

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19890622

ET Fr: translation filed
ITF It: translation for a ep patent filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 19900212

Year of fee payment: 5

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 19900216

Year of fee payment: 5

ITTA It: last paid annual fee
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Effective date: 19900228

Ref country code: AT

Effective date: 19900228

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 19900228

Year of fee payment: 5

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Effective date: 19910301

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Effective date: 19910901

NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Effective date: 19911031

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 19920107

Year of fee payment: 7

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Effective date: 19931103

EUG Se: european patent has lapsed

Ref document number: 86102635.9

Effective date: 19911009

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050228