NL8004230A

NL8004230A - Electrisch bedienbare klep.

Info

Publication number: NL8004230A
Application number: NL8004230A
Authority: NL
Original assignee: Audi Ag
Priority date: 1979-08-06
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1981-02-10
Also published as: FR2463347A1; DE2931874C2; SU1132798A3; JPS5624269A; IT8023641A0; IT1212442B; GB2056559A; US4437644A; DE2931874A1; GB2056559B

Description

-1 - , <

Electrisch bedienbare klep

De uitvinding heeft betrekking op een electrisch bedienbare klep, in het bijzonder voor brandstofinspuitinrichtingen voor verbrandingsmotoren.

In velerlei toepassingsgebieden v-an de techniek wordt 5 nagestreefd om zeer kleine, doch variabele vloeistofhoeveel-heden toe te dienen. Hiervoor worden in het algemeen elec-tromagnetisch bediende kleppen gebruikt, waarvan de openings-dwarsdoorsnede constant is en waarbij de doorstromingshoeveel-heid door de openingsduur bepaald isjBij brandstofinspuitin-10 richtingen voor verbrandingsmotoren worden bij voorbeeld dergelijke kleppen in de brandstoftoevoerleiding naar de inspui tmonds tukken geplaatst of zelfs als inspuitkleppen uitgevoerd. Electromagnetische kleppen zijn evenwel verhoudingsgewijze traag, zodat zij de opdrachten van een de inspuithoe-15 veelheid in afhankelijkheid van motor- en omgevingsparame-ters bepalende electronische stuuirapparaten slechts met vertraging kunnen volgen. In het bijzonder bij sterk wisselende belastingstoestanden zoals bij voorbeeld bij motorvoertuigen kunnen optreden is een optimaal bedrijf van de verbrandings-20 motor niet gewaarborgd.

Kleppen met in hoofdzaak kortere schakeltijden en een corresponderend geringere traagheid kunnen worden vervaardigd met behulp van piezokeramische of magnetostriktieve inrichtingen, die met het kleplichaam zijn verbonden en brij 25 doorstromen van de brandstofhoeveelheid nagenoeg zonder vertraging inkrimpen en hierdoor een eveneens nagenoeg zonder vertraging oplichten van het kleplichaam van haar klep-zitting bewerkstelligen. De schakelperiode van dergelijke kleppen bedraagt circa 0,05 tot 0,1 ms in tegenstelling 30 tot electromagnetisch bediende kleppen, waarbij de schakelperiode ten minste 1 ms bedraagt. Dergelijke kleppen met magnetostriktieve of piezokeramische inrichtingen stond evenwel een practische toepassing tot nu toe gewoonlijk in de weg doordat bij de’ze kleppen de klepslag bij gangbare 35 afmetingen slechts circa 20 micron bedraagt. Dit betekent, dat temperatuurschommelingen, slijtage en vervaardigings-toleranties de werkzame klepslag en hiermede de door- stroomhoeveelheid blijvend kunnen beïnvloeden.

8004230 * - 2 - %

De uitvinding heeft ten doel om bij dergelijke electromagnet is che kleppen de invloed van temperatuurschommelingen, slijtage en vervaardigingstoleranties op de klepslag in sterke mate te elimineren.

5 Volgens de uitvinding wordt dit oogmerk hierdoor bereikt, dat het kleplichaam via de magnetostriktieve of piezokerami-sche inrichting is verbonden met een beweegbaar en gedempt contraleger, dat zodanig is uitgevoerd, dat zij tijde krachtens de doorstroming plaats vindende kortstondige lengtever-10 andering van de inrichting als stationair contraleger voor het van het ventiellichaam afgekeerde uiteinde van de inrichting werkt.

Met deze maatregel volgens de uitvinding wordt bereikt, dat het kleplichaam onafhankelijk van enigerlei temperatuur-15 schommelingen, vervaardigingstoleranties of slijtage tussen kleplichaam en klepzitting door de veer op de klepzitting wordt gedrukt. Wanneer nu door de inrichting een vloeistof-doorstroming plaats vindt zal het contraleger krachtens haar traagheid tijdens de zeer korte schakeltijd als stationair 20 contraleger werken, zodat de door de constructie bepaalde klepslag steeds over haar volle lengte wordt bereikt.

Kleppen met een kleplichaam, dat door een veer op haar wordt zittinggedrukt^ zijn uiteraard voldoende bekend. Zonder het volgens de uitvinding verschafte contraleger zou evenwel het 25 kleplichaam niet van haar zitting worden opgelicht wanneer door de inrichting een doorstroming plaats vindt en hiermee de inrichting verkort werd, toch zou door de verkorting enkel een geringe vermindering van de voorspanning van de veer plaats, vinden.

30 Het contraleger kan een zodanige massa hebben, dat zij krachtens haar massatraagheid onder invloed van de veer slechts langzame lengteveranderingen van de inrichting kan volgen zoals optreden als gevolg van slijtage of temperatuurschommelingen. Bij snelle lengtenveranderingen zoals bij de door-35 stroming optreden, blijft het contraleger in rust. Het is • _ gunstig om het contraleger te koppelen met een hydraulische dempingsinrichting, waarbij een hydraulische demperzuiger aanwezig is, die geplaatst is in een in het huis gevormde en met vloeistof gevulde demperkamer. Voor het verschaffen 40 van een eenvoudice afdichting van de demperkamer ten opzichte 8004230 - 3 - 4r van de ruimte, waarin de inrichting en het kleplichaam zijn opgesteld, kan de demperzuiger via een zuigerstang met de inrichting worden verbonden, waarbij de zuigerstang ten opzichte van het huis is afgedicht door middel van een schijf, die 5 enerzijds met glijdende passing op de zuigerstang zit en anderzijds verend op een loodrecht op de bewegingsrichting liggend vlak aan het huis ligt . Door deze maatregel worden dubbele centreringen vermeden.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan 10 de hand van de tekening, waarin bij wijze van voorbeeld enige uitvoeringsvormen van de klepconstructie volgens de uitvinding zijn weergegeven. Hierin toont: fig. 1 een langsdoorsnede van een gunstige uitvoeringsvorm van een inspuitklep volgens de uitvinding; 15 fig. 2 een gewijzigde uitvoeringsvorm van de klep vol gens fig. 1 en fig. 3 een langsdoorsnede overeenkomstig fig. 1, doch met een anders uitgevoerd magnetostriktief element.

De in fig. 1 weergegeven klep volgens de uitvinding is 20 voorzien van een kl'ephuis 1, waarin een kleplichaam 2 is opgenomen, dat samenwerkt met een klepzitting 3. De klepzitting 3 is geplaatst in een inzetstuk 4, dat is ingeschroefd in een schroefdraad 5 aan het onderste uiteinde van het huis 1.

Het kleplichaam 2 is in de langsrichting verschuifbaar 25 in een boring 6 in het inzetstuk 4 gelegerd en aan het ondereinde van een magnetostriktieve staaf 7 aangebracht, die zich door een holle ruimte 8 in het huis 1 in de tekening naar boven uitstrekt. De staaf 7 is met haar boveneinde bevestigd aan de zuigerstang 9 van een demperzuiger 10, die in de 30 langsrichting verschuifbaar is aangebracht in een demperka-mer 11 in het huis 1. De staaf 7 is omgeven door een electri-sche spoel 12, waarvan het ondereinde in electrisch geleidende verbindingstaat met het huis 1, terwijl haar boveneinde via de contactschotel 13 is verbonden met een electrisch aansluit-35 deel 14. Op de demperzuiger' 10 is een schotelveer 15 werkzaam, die steunt tegen een in het huis 1 ge schroefde deksel 16 en dient om het kleplichaam 2 op de klepzitting 3 te drukken. In het huis 1 is een brandstoftoe-voerkanaal 17 gevormd, die een aftakking!8 naar de demper-40 kamer 11 heeft en via een dwarskanaal 19 in verbinding staat 3004230 Λ ’ - 4 - met de holle ruimte 8. Deze holle ruimte 8 is via een boring 20 verbonden met een ruimte 21 in het inzetstuk 4 stroomopwaarts van de klepzitting 3. Het inzetstuk 4 is voorzien van een of meer mondstukopeningen 22. Voor het afdichten van de 5 demperkamer 11 ten opzichte van de holle ruimte 8 is een schijf 23 aangebracht, die met zijdelingse speelruimte in een verlengd deel 25 van de demperkamer 11 en met glijdende passing op de zuigerstantg 3 zit. Deze schijf 23 wordt door een veer 26, die tegen de demperzuiger 10 rust, aangedrukt tegen een 10 ringvormige kraag 27 van het huis 1.

Zoals vermeld, wordt het kleplichaam 2 door de veer 15 op haar zitting 3 gedrukt. Wanneer door de spoel 12 een stroom gaat zou een stootgewijze kortstondige vergroting van de staaf 7 plaats vinden. Hierbij werkt de demperzuiger 10 15 als stationair contraleger voor de staaf 7, waarbij zij krachtens haar massa, alsmede de in de demperkamer 10 bewaarde vloeistof door de veer 15 niet in de tekening naar onder gedrukt wordt, doch in rust blijft. Derhalve wordt het kleplichaam 2 van haar zitting 3 opgelicht en de brandstof 20 kan door de mondstukopeningen 22 uittreden. De zeer kortstondige pulsen van minder dan 1 ms voor het bekrachtigen van de spoel 12 worden voortgebracht door een bekende, niet nader weergegeven stuurinrichting in afhankelijkheid van de motor- en omgevingsparameters. De slag van het klep-25 lichaam 2 kan door een mechanischeaanslag 28 of door de lengte van het electrische signaal worden begrensd. Wanneer de spoel 12 is bekrachtigd zal de veer 15 het kleplichaam i 2 weer op haar zitting3drukken. Wanneer door de spoel 12 een stroom gaat zal de staaf 7 een zeer geringe verkorting onder-30 gaan, die slechts circa 20 micron bedraagtXborda^enerzijds het kleplichaam 2 door de veer 15 in de ruststand onafhankelijk van onderling verschillende warmteuitzettingen van het huis 1 en de uit het kleplichaam 2, de staaf 7 en de demperzuiger 10 bestaande eenheid steeds op haar klepzitting 3 wordt gedrukt, 35 en anderzijds bij bekrachtigen van de spoel 12 de demperzuiger 10 als vast contraleger voor de staaf 7 dient, zal de genoemde zeer kleine klepslag steeds over haar volle lengte onafhankelijk van temperatuurinvloeden, vervaardigingstoleranties of slijtage tussen kleplichaam en klepzitting ter 40 beschikking staan. Hierdoor is een nauwkeurige en reprodu- 8004230 - 5 - * ceerbare inspuithoeveel gewaarborgd.

Door de dempkamer 11 af te dichten met behulp van de schijf 33 worden dubbele centreringen vermeden, daar deze schijf 23 zoals eerder vermeld met een radiale speelruimte 5 5 in het verlengde deel 25 van de demperkamer 11 is geplaatst. Deze schijf 23 werkt bovendien bij het vullen van het dem-pingssysteem als terugslagklep.

Terwijl in de hierboven beschreven uitvoeringsvorm volgens fig, 1 het kleplichaam 2 vast met de staaf 7 is verbon-10 den, is in de gewijzigde uitvoeringsvorm volgens fig. 2 het kleplichaam 2' alleen in haar sluitrichting vormsluitend, namelijk door aanliggen van haar kopvlak 30 tegen het ondereinde 31 van de staaf 7‘, hiermee verbonden. Wanneer door de spoel 12' een stroom gaat en op de boven beschreven wijze 15 een verkorting ondergaat, kan het kleplichaam 2’ door de op de vlakken 2a werkzame druk v an de in de kamer 21' bewaarde brandstof van haar klepzitting 3’ worden opgelicht, zodat het inspuiten op de bovenbeschreven wijze kan plaats vinden.

Bij deze constructie wordt de holle ruimte 8' in het huis 1' 20 niet door onder druk staande brandstof doorstroomd, doch neemt zij slechts de vanuit de demperkamer 8 afstromende lekvloei-stof op. Hiertoe is in dit geval op de holle ruimte 8' een te-rugloopleiding aangesloten. Deze constructie heeft het voordeel, dat geen trekverbindingen tussen het kleplichaam 2' en 25 de demperzuiger behoeven te worden verschaft. In plaats hiervan wordt zoals vermeld het kleplichaam 2' nadat het door de staaf 7' werd vrijgegeven, door de brandstofdruk in de kamer 21 van haar klepzitting 3' weggedrukt.

De in fig. 3 weergegeven uitvoeringsvorm onderscheidt 30 zich in hoofdzaak van die volgens fig. 1 en 2 alleen hierin, dat het verbindingselement tussen het kleplichaam 2" en de -* * demperzuiger 10" niet door een.magnetostriktieve staaf wordt gevormd, doch door een magnetostriktief element 7", dat bestaat uit een met de zuigerstang 9" verbonden houder 32, 35 die de spoel 12" opneemt en een bimetaalschijf 33 vasthoudt, die bestaat uit een magnetostriktieve plaat 34 en een hi ermede vast verbonden plaat 35 van neutraal materiaal. Het in de tekening bovenste uiteinde van het kleplichaam 2" is door middel van een kop 36 en een kraag 37 met deze bimetaalschijf 40 33 verbonden. Wanneer door de spoel 12" een stroom gaat 8004230 * - 6 - zal krachtens de radiale verkorting van de plaat 34 een kromming, respektievelijk doorbuiging van de schijf 33 in de tekening naar boven plaats vinden, waardoor het kleplichaam 2" van haar klepzitting 3" wordt opgelicht. In de rusttoestand 5 wordt het kleplichaam 2" op de boven beschreven wijze door de schotelveer 15” over de demperzuiger 10”, de zuigerstang 9”, de houder 32 en de bimetaalschijf 33 op haar klepzitting 3" gedrukt.

In plaats van/magnetostriktieve staaf 7 in fig. 1, res-10 pektievelijk 7' in f ig. 2, kan ook gebruik worden gemaakt van een uit piezokeramische plaatjes bestaande kolom zoals bij voorbeeld in het Amerikaanse octrooischrift 3 055 631 is beschreven.

-Concl usies- 8004230

Claims

1. Electrisch bediende klep, in het bijzonder voor brandstof inspuitinrichtingen voor verbrandingsmotoren, met een huis, dat voorzien is van een klepzitting en waarin een kleplichaam verschuifbaar is, dat door middel van veerkracht 5 op de klepzitting wordt gedrukt en door een bij doorstroming plaats vindende lengteverandering van een magnetostriktieve of piezokeramische inrichting van de klepzitting kan worden afgenomen, met het kenmerk, dat het kleplichaam (2) via de magnetostriktieve of piezokeramische inrichting 10 (7) is verbonden met een beweegbaar en gedempt contraleger (10), dat zodanig is uitgevoerd, dat het bij de krachtens de doorstroming plaats vindende kortstondige lengteveranderingen van de inrichting (7) als stationair contraleger voor het van het ventiellichaam (2) afgekeerde uiteinde van de in-15 richting (7) werkt.

2. Klep volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het contraleger (10) een zodanige massa heeft, dat zij krachtens haar massatraagheid slechts langzame lengteveranderingen van de inrichting (7) kan volgen.

3. Klep volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat het contralger voorzien is van een hydraulische demperzuiger (10), die geplaatst is in een in het huis (1) gevormde, met vloeistof gevulde demperkamer (11).

4. Klep volgens conclusie 3,met het ken- 25. e r k , dat de demperzuiger (10) via een zuigerstang (9) is verbonden met de inrichting (7) en dat de zuigerstang (9) ten opzichte van het huis (1) is afgedicht door middel van een schijf (23) , die enerzijds met glijdende zitting op de zuigerstang zit en anderzijds verend op een loodrecht op 30 de bewegingsrichting gelegen vlak (27) aan het huis (1) ligt.

5. Klep volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het kleplichaam (2') slechts in haar sluitrichting· vormsluitend met de inrichting (7') is verbonden en voorzien is van door het werkmedium in de ope- 35 ningsrichting belaste vlakken (2a). 8004230 - 8 τ »

6. Klep volgens een der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat het magnetostriktieve element (7n) een bimetaalschijf (33) is, die bestaat uit een magneto-striktieve plaat (34) en een hiermede vast verbonden plaat (35) van neutraal materiaal. 800 4 2 30