ITRM980029A1 - Iniettore piezoelettrico per impianti di iniezione di carburante in motori a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Iniettore piezoelettrico per impianti di iniezione di carburante in motori a combustione interna"

L’invenzione riguarda un iniettore piezoelettrico per impianti di iniezione di carburante in motori a combustione interna, secondo le caratteristiche indicate nel preambolo della rivendicazione 1.

Negli iniettori piezoelettrici, l'espansione termica delle parti dell'involucro del piezoattuatore corrisponde all 'incirca alla corsa di lavoro del piezoattuatore. Tuttavia, l'espansione termica di piezomateriali è all'incirca nulla. Come noto vengono di conseguenza usati -elementi di compensazione idraulici o combinazioni di materiali aventi una differente espansione termica, per l'involucro.

Dal periodico MTZ Motortechnische Zeitschrift 56 (1995) 3, pagg. 142-148, Figura 8 è noto un iniettore piezoelettrico con un piezoattuatore barriforme che chiude un ugello di iniezione perforato quale foro di sede allo stato espanso e quindi caricato. L'alta pressione che si genera continuamente in tal caso viene aggiustata dall'ago dell'ugello allo scarico dell'attuatore. Mediante molle a tazza può essere regolato il precarico del sistema. La forza di precarico deve essere tale che l’ugello si chiuda ermeticamente, con l’attuatore carico, contro l'intera pressione del carburante.

La piccola espansione termica della piezoceramica viene parzialmente compensata mediante una combinazione di idrocarburi a cloruro di fluoro (CFK) e metallo nell'involucro dell'iniettore.

In tali iniettori piezoelettrici, la direzione di movimento del piezoattuatore è opposta all'applicazione della corrente rispetto alle convenzionali valvole magnetiche. L’invenzione si è posta il compito di perfezionare l'iniettore piezoelettrico del tipo in questione e precisamente per quanto riguarda una struttura più semplice, in cui l'involucro della valvola può consistere di materiali come acciaio o alluminio, senza che le espansioni termiche di questo materiale possano esercitare una influenza sfavorevole sulla precisione delle corse della valvola.

Il compito viene risolto mediante le caratteristiche indicate nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Nelle sottorivendicazioni sono indicati inoltre ulteriori sviluppi vantaggiosi dell'invenzione.

Mediante la particolare disposizione e il particolare coordinamento della parte di azionamento nell'iniettore piezoelettrico nonché mediante l'inversione della direzione di movimento del piezoattuatore all'applicazione della corrente, è possibile una realizzazione costruttiva semplice, che non compromette la funzione delle precise corse della valvola,con materiali come acciaio o alluminio, usati convenzionalmente per gli involucri di valvole.

Le espansioni longitudinali, che si verificano inevitabilmente alle sollecitazioni termiche, non esercitano quindi una influenza negativa sulla funzione di chiusura perfetta della valvola.

Inoltre, in caso di un difetto elettrico nell'iniettore non si verificano perdite nell'ugello, che possono causare, particolarmente in caso di sistemi ad alta pressione secondo il principio di "Common-Rail", le distruzioni del motore a causa dell'ugello che non chiude più e si apre o chiude nell'iniettore piezoelettrico in funzione della posizione dell'elemento di chiusura, cooperante con un pistone di controllo sul lato dorsale dell'ago dell'ugello. Il prno di spinta e il piezoattuatore, che presentano la stessa lunghezza e consistono dello stesso materiale ceramico, possono essere realizzati anche di un materiale simile a ceramica, ad esempio Invar.

L'invenzione è illustrata nel disegno e verrà qui di seguito descritta più da vicino con riferimento ad un esempio di realizzazione.

Un iniettore piezoelettrico 1 per impianti di iniezione di carburante in motori a combustione interna, in particolare per sistemi ad alta pressione nella realizzazione come sistemi a "Common-Rail", consiste di un piezoattuatore 3 sollecitato a molla e disposto in un involucro di valvola 2.

Il piezoattuatore 3 è costruito di piezoelementi anulari 4, che formano, sovrapposti l'uno sull'altro, uno spazio cavo centrale passante 5 e creano così posto per un elemento di azionamento 6. Questo elemento di azionamento 6 è costituito da un perno di spinta 7 e da una parte di testa 8, dei quali la parte di testa 8, simile ad un collare esterno, si poggia sul piezoattuatore 3 e il perno di spinta 7 attraversa sull'intera lunghezza il piezoattuatore 3.

Tra il piezoattuatore 3 e una chiusura a forma di coperchio 9 sull'involucro 2 della valvola si trova una molla di pressione pretesa 10, che si poggia sulla parte di testa 8 dell'elemento di azionamento 6 e da un lato spinge il piezoattuatore 3 sulla superficie 11 di una parte d'involucro 12 che si estende verso l'interno all'estremità inferiore dell'involucro 2 della valvola e, dall'altro lato, il perno di pressione 7 che è perfettamente adattato alla superficie 11 dell’involucro, su un elemento di chiusura 13.

Il piezoattuatore 3 e il perno di spinta 7 presentano la stessa lunghezza e lo stesso materiale ceramico.

L'elemento di chiusura 13 è formato da una sfera di valvola 14, che si poggia su una sede di valvola conica 15. La sede di valvola 15 si trova in collegamento, attraverso un foro 16 nella parte d'involucro 12 dell'iniettore 1, con una camera di pressione 17 al di sopra di un pistone di comando 18, che viene sollecitato attraverso un canale 19 e una strozzatura di adduzione 20 con un’alta pressione da un condotto di alimentazione (Rail), non illustrato più da vicino ed agente quale accumulatore di alta pressione per tutti gli iniettori.

La sfera di valvola 15 è assicurata in posizione mediante una incavatura 21, adattata alla forma semisferica.

Tra la chiusura a coperchio 9 dell'involucro di valvola 9 e la parte di testa 7 dell’elemento di azionamento 6 si trova un disco distanziatore 22, attraverso il quale può essere regolato il precarico della molla.

Nella zona della parte ristretta 12 dell'involucro si estendono guide di tensione, conducenti verso il piezoattuatore 3 (e non illustrate), che sono collegate in modo conduttivo con i raccordi di connessione esterni 23, 24.

Eventualmente, il piezo attuatore consistente di piezoelementi anulari 4, può consistere di due attuatori estendentisi in alto e disposti l'uno vicino all'altro ad una certa distanza (e non illustrati), tra i quali si estende il perno di spinta 7, che presenta la stessa lunghezza dei due attuatori. Il perno di spinta può essere collegato mediante un ponte con gli attuatori, al posto di una parte di testa a forma di collare esterno.

Inoltre, tra il piezoattuatore 4 e la superficie 11 della parte 12, ritratta all'interno, dell'involucro può essere inserito un disco distanziatore, non illustrato più da vicino, con il quale può essere regolata la sollecitazione a pressione del perno di spinta 7 allo stato chiuso.

Il modo di funzionamento dell'iniettore piezoelettrico: mediante un segnale di tensione il piezoattuatore preteso 3 viene ad espandersi o ad allungarsi contro la forza della molla di pressione 10. In tale maniera viene aperta la sfera di valvola 14 attraverso il perno di spinta 8, la cui lunghezza non è stata variata e la camera di pressione 17 viene scaricata attraverso il pistone di comando 18. Il pistone di comando 18 può muoversi in alto e liberare un ago di ugello (non illustrato) dalla sua sede di valvola. Per il movimento della sfera di valvola con la corsa x è decisivo il movimento relativo tra il piezoattuatore 3 e il perno di spinta 7 nella zona della superficie 11 della parte radialmente ritratta 12 dell'involucro. Le espansioni termiche,che si verificano alla variazione di temperatura, dell'involucro di valvola oblungo non esercitano alcuna influenza.

In tale maniera mediante gli accorgimenti secondo l'invenzione - indipendentemente da qualsiasi influenza di temperatura - sono possibili corse di valvola precisa e inoltre nella posizione di chiusura della sfera di valvola viene assicurata una impeccabile sede di tenuta.

Inoltre mediante il livello del segnale di azionamento può essere regolata la corsa della valvola, per cui sarebbe realizzabile una strozzatura di deflusso variabile.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Iniettore piezoelettrico per impianti di iniezione di carburante di motori a combustione interna, con un piezoattuatore guidato nell'involucro di valvola sotto una pretensione di molla che spinge attraverso un elemento di azionamento un elemento di chiusura sulla sua sede di valvola, caratterizzato dal fatto che l'elemento di azionamento (6) consiste di un perno di spinta (7), attraversante il piezoattuatore (3), con la parte di testa (8) che si poggia sul piezoattuatore (3), dal fatto che il perno di spinta (7) e il piezoattuatore (3) presentano approssimativamente la stessa lunghezza e consistono di uguale materiale ceramico oppure di un materiale simile a ceramica per quanto riguarda l'espansione termica e dal fatto che l'elemento di chiusura (13) è sollevabile dalla sua sede di valvola (15) mediante il piezoattuatore (3) che si espande allo stato caricato.
2. 2. Iniettore piezoelettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il piezoattuatore (3) è realizzato di piezoelementi anulari (4), in cui è disposto concentricamente il perno di spinta (7) dell'elemento di azionamento (6).
3. 3. Iniettore piezoelettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il piezoattuatore (3) consiste di due attuatori piccoli, disposti l'uno accanto all'altro, tra i quali si estende il perno di spinta di uguale lunghezza, l'accoppiamento del perno di spinta essendo effettuato attraverso un ponte che collega entrambi gli attuatori .
4. 4. Iniettore piezoelettrico secondo le rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il piezoattuatore (3) si poggia sulla superficie inferiore (11) di una parte (12), ritratta all'interno, dell'involucro di valvola (12) e il perno di spinta (7) dell'elemento di azionamento (6) si accoppia, nella zona di questa superficie (11), perfettamente con il piezoattuatore (3) nella posizione di chiusura dell'elemento di chiusura (13).
5. 5. Iniettore piezoelettrico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'elemento di chiusura (13) è realizzato quale sfera di valvola (14) ed è assicurato in posizione in una apertura (21) del perno di spinta (7), adattata all'incirca alla forma semisferica.
6. 6. Iniettore piezoelettrico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la parte di testa (8) dell'elemento di azionamento (6), appoggiata sul piezoattuatore (3) e la chiusura superiore a guisa di coperchio (9) dell'involucro di valvola (2) formano un corpo di appoggio per una molla di pressione
7. 7. Iniettore piezoelettrico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che tra la chiusura a guisa di coperchio (9) e l'estremità superiore della molla di pressione (10) è inserito un definito disco distanziatore (22).