ITRM990348A1 - Valvola di iniezione di carburante per autoveicoli. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Valvola di iniezione di carburante per autoveicoli".

L’invenzione riguarda una valvola di iniezione per sistemi di iniezione di carburante con un involucro di iniettore, in cui sono disposti parecchi elementi piezoelettrici giacenti l’uno dietro l'altro in direzione assiale e con un involucro di valvola collegato con l’involucro di iniettore, in cui un dispositivo di chiusura della valvola è disposto in modo spostabile, un'asta di spinta del dispositivo di chiusura di valvola spostandosi rispetto all’involucro di valvola per liberare aperture di iniezione di carburante, quando viene sollecitata con una tensione di comando.

Dalla pubblicazione DE 195 00 706 Al è nota una valvola di iniezione per motori a combustione interna, in cui , per convertire il percorso di regolazione di un azionatore piezoelettrico ad una forza maggiore di un'asta di spinta o di un ago della valvola del dispositivo di chiusura f è previsto un rinforzo idraulico del percorso. Il rinforzo idraulico del percorso è necessario per rinforzarela piccola espansione che si verifica all'applicazione di una tensione di estensione agli elementi piezoelettrici in misura tale da ottenere uno spostamento sufficiente dell'asta di spinta per liberare le aperture di iniezione. Tuttavia ciò significa che la valvola di iniezione deve essere costruita in modo corrispondentemente dispendioso. La pubblicazione DE 196 16 695 CI descrive un procedimento per la produzione di un azionatore piezoelettrico avente una struttura multistrato monolitica, in cui viene proposto un piezo-azionatore monolitico di un materiale ceramico stechiometrico PZT con una minore dotazione di posto A, che presenta una migliore resistenza meccanica con buone proprietà piezoelettriche. Il procedimento di produzione dovrebbe causare, indipendentemente da una dotazione di costo B, nella ceramica ottimali granulometrie e ottimali proprietà piezoelettriche.

La presente invenzione ha il compito di realizzare una valvola di iniezione del tipo precedentemente menzionato, in cui, senza la necessità di mezzi ausiliari di moltiplicazione idraulici o meccanici,si ottenga un sufficiente percorso di spostamento per liberare aperture di iniezione, dovendo essere variabile all’occorrenza anche la quantità di iniezione rispetto al percorso di apertura dei fori di iniezione.

Secondo l'invenzione questo compito viene risolto mediante le caratteristiche indicate nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Si è sorprendentemente dimostrato che materiali usati per Phase Switcher si prestano bene per valvole di iniezione. Così i materiali per Phase Switcher presentano nel campo di sollecitazione rilevante, ad esempio una estensione all'incirca quattro volte maggiore, il che significa la possibilità di ottenere uno spostamento maggiore dell'asta di spinta e/o una altezza strutturale minore della valvola di iniezione. In particolare non è più necessario di usare all'occorrenza mezzi ausiliari di moltiplicazione meccanici o idraulici per rinforzare il percorso di spostamento.

Inoltre è vantaggioso il fatto che i materiali per Phase Switcher sono in grado di trasmettere forze maggiori, per cui si possono anche usare masse minori per gli elementi piezoelettrici. In modo generale, gli elementi piezoelettrici sono realizzati sotto forma dì dischi, per cui si possono ottenere diametri corrispondentemente minori dei dischi.

In un ulteriore sviluppo, molto vantaggioso dell'invenzione, gli elementi piezoelettrici per Phase Switcher possono essere usati per dispositivi di chiusura, in cui vengono usate sezioni trasversali differenti dei fori di iniezione e/o cosiddetti ugelli di registro, in cui in particolare sono previste almeno due file di aperture di iniezione giacenti l'una dietro l'altra.

Gli inventori hanno infatti constatato che i materiali per Phase Switcher mostrano, all'applicazione di una tensione di estensione, a differenza rispetto ai normali materiali piezoelettrici ceramici con il loro comportamento lineare praticamente una espansione immediata.

In altre parole, fino ad una certa tensione di soglia i materiali per Phase Switcher non reagiscono e solo quando una certa tensione viene superata avviene una espansione volumetrica sotto forma di una funzione brusca al passaggio dalla fase antiferro-elettrica alla fase ferro-elettrica, mentre ad un ulteriore aumento della tensione questa espansione aumenta solo in misura ridotta. Questa proprietà viene sfruttata ora, all'impiego di una pluralità di lastre o dischi giacenti assialmente l'uno dietro l'altro, di elementi piezoelettrici per Phase Switcher, in maniera tale che mediante la variazione dello spessore dei singoli strati o dischi piezoelettrici si possa ottenere un comportamento di espansione in funzione della tensione in un prestabilito tempo desiderato .

In caso di impiego in un ugello di registro ciò significa in modo concreto che le singole aperture di registro possono essere controllate in modo mirato con una certa tensione. In caso di uso di dischi piezoelettrici di spessore differente, essi entrano in azione, conformemente all'intensità del campo elettrico, sempre alla stessa intensità, ossia ad una tensione applicata in modo differente, per cui i dischi di spessore differente possono essere fati espandere l'uno dopo l'altro. In altre parole: in un determinato campo di tensione dell'ugello di registro viene aperta ad esempio solo la prima fila di fori di iniezione, mentre in un secondo campo di tensione viene aperta una seconda fila di fori e ad esempio in un terzo campo di tensione viene aperta una terza fila di fori. Con i materiali per Phase Switcher si possono anche regolare in modo corrispondente differenti sezioni trasversali di apertura dei fori di iniezione per variare la quantità di iniezione. Ulteriori sviluppi vantaggiosi e forme di realizzazione vantaggiose dell'invenzione risultano dall’esempio di realizzazione descritto qui di seguito in principio con riferimento al disegno, in cui:

la figura 1 mostra una valvola di iniezione con un dispositivo di chiusura (parzialmente in sezione); e la figura 2 rappresenta un grafico per illustrare l'espansione di elementi piezoelettrici.

La valvola di iniezione dell'esempio di realizzazione è principalmente di struttura nota (vedere ad esempio DE 19500 706 Al), per cui qui di seguito solo per la comprensione è illustrata in sezione la zona anteriore e quella posteriore della valvola di iniezione con gli elementi piezoelettrici e con il dispositivo di chiusura.

In un involucro di iniettore 1 si trovano uno dietro l'altro in direzione assiale parecchi elementi piezoelettrici 2 di materiali usati per Phase Switcher. I materiali per Phase Switcher sono collegati, in un modo non illustrato più da vicino, con un’asta di spinta 3 di un dispositivo di chiusura di valvola 4. Gli elementi piezoelettrici 2 sono realizzati a forma di dischi, che possono presentare spessori differenti, per cui vengono generate diverse tensioni di attivazione.

L'asta di spinta 3 è munita alla sua estremità anteriore di un elemento di valvola 5, che forma una sede di valvola in collegamento con un involucro di valvola 6 circondante l'asta di spinta 3. Nella sede di valvola si trovano uno dietro l'altro in direzione assiale almeno due file di aperture di iniezione 7. Applicando ora ai dischi piezoelettrici 2, che possono essere conformati come azionatori a catasta oppure azionatori multistrato, tensioni di rigonfiamento, allora si verificano espansioni volumetriche e quindi uno spostamento dell'asta di spinta 3, in maniera tale da liberare le aperture di iniezione 7, per cui il combustibile, che si trova sotto alta pressione in uno spazio a fessura 8 tra l'involucro di valvola 6 e l'asta di spinta 3, può essere iniettato in una camera di combustione non illustrata. L'espansione degli elementi piezoelettrici di tipo Phase Switcher avviene mediante una commutazione tra uno stato antiferroelettrico ad uno stato ferro-elettrico.

La base chimica di materiale ceramico di commutazione di fase è formata, come negli azionatori piezoelettrici convenzionali, dal titanato-zirconato di piombo (PZT). Modificando questo materiale con gli elementi stagno (Sn) e Niobio (Nb) o Lantanio (La) si possono stabilizzare le fasi antiferro-elettrìche entro i campi di temperatura tecnicamente rilevanti. Mediante un campo elettrico, una fase antiferroelettrica può essere trasformata in una fase ferroelettrica. Questa trasformazione di fase è legata con una espansione di volume e forma nel presente caso la base per l'applicazione alle valvole di iniezione. A seconda degli elementi di sostituzione usati, le ceramiche di commutazione di fase sono indicate come PLZST oppure PNZST.

Nella figura 2 è illustrato, in un grafico semplificato, il comportamento di espansione di normali elementi piezoelettrici e di elementi piezoelettrici di commutazione di fase. L'ordinata riguarda l'espansione e 1*ascisse indica la tensione elettrica. Il comportamento di spostamento di un elemento piezoelettrico standard è indicato con la linea a tratteggio 9 e il comportamento di spostamento di un elemento piezoelettrico di commutazione di fase (Phase Switcher) è illustrato con la linea continua 10. Come si può rilevare, in un elemento piezoelettrico standard l'espansione inizia conformemente ad un andamento lineare, in pratica già con l'applicazione di una tensione di espansione, si estende fino ad un punto di espansione massima 11 in corrispondenza a 4000 V/mm e torna quindi con una curva di isteresi di nuovo allo zero.

Il comportamento di spostamento di un elemento piezoelettrico Phase Switcher non mostra invece fino ad una tensione di espansione di circa 3400 Volt nessuna espansione. Nel campo di tensione di 3400 V/mm ha luogo un salto con un forte aumento fino ad un punto di espansione 12 ad una tensione di soglia di 4000 V/mm. In una curva di isteresi l'espansione torna, allontanandosi dalla tensione di soglia, di nuovo allo zero. La curva illustrata nella figura 2 si riferisce ad una pressione normale. Sotto una sollecitazione di pressione si verifica il fattore 4 riguardante una migliore espansione.

All 1occorrenza è però naturalmente anche possibile di prevedere, nonostante l'espansione sensibilmente migliore, da elementi,piezoelettrici Phase Switcher ancora un rinforzo meccanico o idraulico per lo spostamento dell'asta di spinta.

L'invenzione può essere usata naturalmente anche per aghi di ugelli o aste di spinta che si aprono verso l'interno. In questo caso occorre solo prevedere un dispositivo per inversione di direzione dell'espansione generata dagli elementi piezoelettrici di tipo Phase Switch.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola di iniezione per un sistema di iniezione di combustibile con un involucro di iniettori, in cui sono disposti parecchi elementi piezoelettrici giacenti l'uno dietro l'altro in direzione assiale e con un involucro di valvola collegato con l'involucro di iniettore, in cui è dispostò in modo spostabile un dispositivo di chiusura della valvola, in cui alla sollecitazione degli elementi piezoelettrici con una tensione di comando,un'asta di spinta del dispositivo di chiusura della valvola si sposta rispetto all'involucro della valvola per liberare aperture di iniezione di combustibile, caratterizzata dal fatto che come materiali per elementi piezoelettrici sono previsti ossidi di elementi piombo, zirconio, stagno e titanio, che sono modificati con niobio o lantanio· 2. Valvola di iniezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che gli elementi piezoelettrici modificati (2) sono previsti per un dispositivo di chiusura della valvola, le cui aperture di iniezione (7) presentano differenti sezioni trasversali. 3. Valvola di iniezione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che gli elementi piezoelettrici modificati (2) sono previsti in combinazione con un dispositivo di chiusura, che presenta almeno due file di aperture di iniezione (7) disposte assialmente l'una dietro l'altra. 4. Valvola di iniezione secondo la rivendicazione 2 o 3 caratterizzato dal fatto che gli elementi piezoelettrici modificati sono realizzati come dischi (2) di spessore differente.