NO852868L - CONTROL FOR PRECISION CONTROL OF VALVES - Google Patents
CONTROL FOR PRECISION CONTROL OF VALVESInfo
- Publication number
- NO852868L NO852868L NO852868A NO852868A NO852868L NO 852868 L NO852868 L NO 852868L NO 852868 A NO852868 A NO 852868A NO 852868 A NO852868 A NO 852868A NO 852868 L NO852868 L NO 852868L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- control
- regulating element
- regulating
- current
- iron
- Prior art date
Links
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 31
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 31
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 27
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910000982 rare earth metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N thulium atom Chemical compound [Tm] FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
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
- F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
- F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
-
- 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
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/166—Selection of particular materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N35/00—Magnetostrictive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N35/00—Magnetostrictive devices
- H10N35/80—Constructional details
- H10N35/85—Magnetostrictive active materials
Description
Foreliggende oppfinnelse angår en kontrollanordning for presisjonsregulering av ventiler av den art som har en gjennomgående åpning som er trinnløst regulerbar ved hjelp av et ventil-legeme som er bevegbart i ventilen. The present invention relates to a control device for precision regulation of valves of the type that has a continuous opening that is steplessly adjustable by means of a valve body that is movable in the valve.
På forskjellige tekniske områder er det ofte nødvendigIn various technical areas it is often necessary
ved hjelp av elektriske styresignaler å avstedkomme nøyaktig, hurtig og fleksibel regulering av ventiler av den forannevnte art, for å styre strømmen av et gassformig eller væskeformig medium til en mottager, f.eks. en kraftmaskin som drives av mediet, eller for å bevirke dosering av mediet i henhold til et forutbestemt program. Som middel for anvendelse til slike formål står det til disposisjon mange forskjellige typer av ventiler på markedet, fra enkle magnetventiler til servo-ventiler med en temmelig komplisert konstruksjon. by means of electrical control signals to produce accurate, fast and flexible regulation of valves of the aforementioned kind, to control the flow of a gaseous or liquid medium to a receiver, e.g. a power machine driven by the medium, or to effect dosing of the medium according to a predetermined program. As means of application for such purposes, many different types of valves are available on the market, from simple solenoid valves to servo valves with a rather complicated construction.
I slike tilfeller hvor den tilsiktede regulering krever hurtig, nøyaktig og fleksibel justering av ventilene, kan de enklere typer av elektrisk styrbare ventiler, f.eks. magnetventiler etc, ikke brukes som følge av utilstrekkelige reguleringskarakteristikker. På grunn av dette er det nødvendig i slike tilfeller å anvende reguleringsventiler med vesentlig mer komplisert konstruksjon, hvilket ofte er tilfellet, f.eks. In such cases where the intended regulation requires quick, accurate and flexible adjustment of the valves, the simpler types of electrically controllable valves, e.g. solenoid valves etc, are not used due to insufficient control characteristics. Because of this, it is necessary in such cases to use control valves with significantly more complicated construction, which is often the case, e.g.
i servo-systemer hvor de elektrisk styrte servo-ventiler kan være overordentlig kompliserte. En ofte anvendt type servo-ventiler kan således omfatte en elektrisk styrt pilotventil som styrer en pilotstrømning som på sin side påvirker ventil- in servo systems where the electrically controlled servo valves can be extremely complicated. A commonly used type of servo valves can thus comprise an electrically controlled pilot valve which controls a pilot flow which in turn affects the valve
legemet i en tilkoblet reguleringsventil som styrer en annen reguleringsstrøm som på sin side påvirker ventil-legemet i hovedventilen avhengig av de elektriske styresignaler som leveres til pilotventilen. Innvirkningen av treghetskrefter, strømnings-motstand og friksjonskrefter som virker på elementene i servo-ventilen setter grenser for de reguleringskarakteristikker som kan bli oppnådd, hvilket ofte gjør det umulig å oppnå slike reguleringskarakteristikker som ellers ville være ønskelige. the body of a connected control valve which controls another control flow which in turn affects the valve body of the main valve depending on the electrical control signals supplied to the pilot valve. The impact of inertial forces, flow resistance and frictional forces acting on the elements of the servo valve sets limits to the control characteristics that can be achieved, which often makes it impossible to achieve such control characteristics as would otherwise be desirable.
Som et eksempel på et teknisk område hvor det har vært et lenge følt behov for raske, nøyaktige og fleksible ventil-reguleringsanordninger, er brennstoffinnsprøytingen i dieselmotorer. Innsprøyting og tenning av brennstoffet i dieselmotorer finner sted før stemplet under kompresjonsslaget har nådd sitt øvre dødpunkt. Dette resulterer i en meget sterk øyeblikkelig økning i trykk, som ikke bare utsetter stempler og lagre for store påkjenninger, men også frembringer et motsatt rettet dreiemoment som reduserer virkningsgraden av motoren. As an example of a technical area where there has been a long-felt need for fast, accurate and flexible valve control devices, is the fuel injection in diesel engines. Injection and ignition of the fuel in diesel engines takes place before the piston during the compression stroke has reached its top dead center. This results in a very strong instantaneous increase in pressure, which not only subjects the pistons and bearings to great stress, but also produces an oppositely directed torque which reduces the efficiency of the engine.
Som følge av dette har det vært et lenge følt ønske å være i stand til å regulere brennstoffinnsprøytingen under innsprøytings-takten slik at til å begynne med blir bare en liten brennstoffmengde innsprøytet, mens hoveddelen av brennstoffet ikke blir innsprøytet før stemplet har nådd sitt øvre dødpunkt. Enda et annet formål i forbindelse med brennstoffinnsprøyting i dieselmotorer som, av tidligere nevnte grunner, hittil har vist seg umulig å oppnå, er evnen til å styre injeksjonstakten i avhengighet av denøyeblikkelige belastning på motoren, for å optimalisere energi-virkningsgraden ved full belastning såvel som ved delvis belastning. As a result, there has been a long felt desire to be able to regulate the fuel injection during the injection stroke so that initially only a small amount of fuel is injected, while the bulk of the fuel is not injected until the piston has reached its top dead center . Yet another purpose in connection with fuel injection in diesel engines which, for previously mentioned reasons, has so far proved impossible to achieve, is the ability to control the injection rate depending on the instantaneous load on the engine, in order to optimize the energy efficiency at full load as well as at partial load.
Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringeThe purpose of the present invention is to provide
en kontrollanordning av den innledningsvis nevnte art, som muliggjør en meget hurtig, eksakt og fleksibel regulering av den gjennomgående åpning i ventiler og trinnløs, ekstremt fin-gradert styring også av meget små bevegelser og hurtige sekven-ser eller forløp, samtidig som det tilveiebringes en ukomplisert konstruksjon som følge av at antallet av reguleringselementer reduseres til et minimum. Et annet formål er å tilveiebringe en kontrollanordning av den nevnte art, hvor innvirkningen av treghetskrefter, strømningsmotatand og friksjonskrefter er eliminert eller vesentlig redusert. a control device of the type mentioned at the outset, which enables a very fast, exact and flexible regulation of the continuous opening in valves and stepless, extremely fine-graded control even of very small movements and rapid sequences or processes, while providing a uncomplicated construction as a result of the number of control elements being reduced to a minimum. Another purpose is to provide a control device of the aforementioned kind, where the influence of inertial forces, flow resistance and frictional forces is eliminated or substantially reduced.
De foran angitte formål blir oppnådd ved hjelp av en anordning som nærmere angitt i patentkravene. The purposes stated above are achieved by means of a device as further specified in the patent claims.
I det følgende skal oppfinnelsen beskrives under henvisning til et utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen, for regulering av brennstoffinnsprøyting i dieselmotorer, og under henvisning til de tilhørende tegninger, hvor: Fig. 1 er et lengdesnitt gjennom en ventil ifølge oppfinnelsen, beregnet for regulering av brennstoffinnsprøytingen i en dieselmotor, og In the following, the invention will be described with reference to an embodiment according to the invention, for regulation of fuel injection in diesel engines, and with reference to the associated drawings, where: Fig. 1 is a longitudinal section through a valve according to the invention, intended for regulation of fuel injection in a diesel engine, and
fig. 2 viser skjematisk et system for regulering av brennstoffinnsprøytingen i en 4-sylindret dieselmotor hvor kontrollanordningen ifølge oppfinnelsen omfatter ventiler av den art som er vist på fig. 1. fig. 2 schematically shows a system for regulating the fuel injection in a 4-cylinder diesel engine where the control device according to the invention comprises valves of the type shown in fig. 1.
Den innsprøytingsventil som er vist på fig. 1 omfatterThe injection valve shown in fig. 1 includes
et sylindrisk hus 1 hvis ene ende har en fremstikkende utvendig gjenget del 2. Denne del 2 har en plan endevegg 3 i tettsluttende berøring med en tilsvarende plan endevegg 4 på en innsprøytingsdyse 5. Dysen 5 er ved hjelp av en innvendig gjenget mutter 6 festet til den aksielt fremstikkende del 2 på huset 1. Innsprøytingsdysen 5 er på i og for seg kjent måte forsynt med en dyseåpning 7 omgitt av et sete 8 og et ringformet kammer 9. Dysen 5 omfatter også en dysenål 10 som er aksielt forskyvbar i en sylindrisk boring 11 i dysen, hvor dysenålen er trinnløst innstillbar mellom en lukket stilling i tettsluttende anlegg mot setet 8 som omgir dyseåpningen 7, og en fullt åpen stilling for gjennomgående strømning av brennstoff gjennom dyseåpningen 7. Ringkammeret 9 er ved hjelp av en passasje 12 forbundet med et ringformet spor 13 i den øvre plane flate 3 på dysen 5. Dysen 5 tilføres brennstoff gjennom en passasje 14 i den sylindriske vegg på huset 1, hvilken passasje er åpen inn i sporet 13 i den øvre flate 3 på dysen 5. Passasjen 14 strekker seg i lengderetningen av huset 1 og er åpen inn i en tilkoblingsstuss 15 ved den motsatte ende av huset 1. Ved hjelp av en tilførselsledning som ikke er vist på figuren er stussen forbundet med en brennstoffkilde som ikke er vist, for tilførsel av dieselbrennstoff under trykk til dysen. a cylindrical housing 1, one end of which has a protruding externally threaded part 2. This part 2 has a planar end wall 3 in tight contact with a corresponding planar end wall 4 on an injection nozzle 5. The nozzle 5 is attached by means of an internally threaded nut 6 to the axially protruding part 2 on the housing 1. The injection nozzle 5 is provided in a manner known per se with a nozzle opening 7 surrounded by a seat 8 and an annular chamber 9. The nozzle 5 also comprises a nozzle needle 10 which is axially displaceable in a cylindrical bore 11 in the nozzle, where the nozzle needle is steplessly adjustable between a closed position in tight fit against the seat 8 which surrounds the nozzle opening 7, and a fully open position for continuous flow of fuel through the nozzle opening 7. The annular chamber 9 is connected by means of a passage 12 to a annular groove 13 in the upper flat surface 3 of the nozzle 5. The nozzle 5 is supplied with fuel through a passage 14 in the cylindrical wall of the housing 1, which passage is open into the groove 13 in the upper surface 3 of the nozzle 5. The passage 14 extends in the longitudinal direction of the housing 1 and is open into a connection spigot 15 at the opposite end of the housing 1. By means of a supply line which is not shown in the figure, the spigot is connected to a fuel source which is not shown, for supplying diesel fuel under pressure to the nozzle.
I henhold til oppfinnelsen er innsprøytingsnålen 10,According to the invention, the injection needle 10,
som har form som et forskyvbart ventil-legeme, stivt forbundet med den ene ende av et reguleringselement 16 i form av en stav av gigant-magnetostriktivt materiale. Den motsatte ende av reguleringselementet er festet til en stiv bærekonstruksjon, som i den brennstoffinnsprøytingsventil som er vist på fig. 1, består av den øvre endedel av huset 1. Den øvre ende av det stav-lignende reguleringselement 16 er således stivt festet til endeveggen 17 i det sylindriske hus 1, f.eks. ved å være skrudd inn i en gjenget boring i endeveggen 17. Endeveggen 17 er på sin side utvendig gjenget og skrudd inn i den øvre endedel av huset 1, som er forsynt med tilsvarende innvendige gjenger. which has the form of a displaceable valve body, rigidly connected to one end of a control element 16 in the form of a rod of giant magnetostrictive material. The opposite end of the regulating element is attached to a rigid support structure, as in the fuel injection valve shown in fig. 1, consists of the upper end part of the housing 1. The upper end of the rod-like regulating element 16 is thus rigidly attached to the end wall 17 of the cylindrical housing 1, e.g. by being screwed into a threaded bore in the end wall 17. The end wall 17 is, in turn, externally threaded and screwed into the upper end part of the housing 1, which is provided with corresponding internal threads.
Den mekaniske forbindelse mellom den nedre ende av det stav-lignende reguleringselement 16 og dysenålen omfatter en sylindrisk flens 18 som strekker seg på tvers av og understøtter den ene ende av en trykkfjær 19 som strekker seg koaksialt i forhold til reguleringselementet 16. Den motsatte ende av trykkfjæren 19 understøttes i anlegg mot en skillevegg 20 som strekker seg på tvers inne i huset 1. Skilleveggen 20 er forsynt med en gjennomgående åpning som reguleringselementet 16 strekker seg gjennom, idet dimensjonene av åpningen er valgt slik at det fremkommer en viss klaring mellom det stav-lignende reguleringselement og kantene av åpningen. Trykkfjæren 19 gir opphav til en strekkspenning i reguleringselementet 16, og fjær-karakteristikken bør velges slik at det opprettholdes en i det vesentlige konstant for-spenning i reguleringselementet 16 innenfor dettes tilsiktede bevegelsesområde. Grunnene til denne for-spenning skal omtales mer detaljert senere. The mechanical connection between the lower end of the rod-like regulating element 16 and the nozzle needle comprises a cylindrical flange 18 which extends across and supports one end of a compression spring 19 which extends coaxially with respect to the regulating element 16. The opposite end of the pressure spring 19 is supported in abutment against a partition wall 20 which extends transversely inside the housing 1. The partition wall 20 is provided with a continuous opening through which the regulating element 16 extends, the dimensions of the opening being chosen so that there is a certain clearance between the rod -like regulation element and the edges of the opening. The pressure spring 19 gives rise to a tensile stress in the regulating element 16, and the spring characteristic should be chosen so that an essentially constant pre-tension is maintained in the regulating element 16 within its intended range of movement. The reasons for this bias will be discussed in more detail later.
Det stav-lignende reguleringselement 16 er videre omgitt av en magnetspole 21 anbrakt i huset 1 i det rom som begrenses av den nedre skillevegg 20, den øvre endevegg 17 og ytterveggen på huset 1. Det er anordnet en viss klaring mellom innsiden av magnetspolen 21 og overflaten av reguleringselementet 16. The rod-like regulating element 16 is further surrounded by a magnetic coil 21 placed in the housing 1 in the space limited by the lower partition wall 20, the upper end wall 17 and the outer wall of the housing 1. There is a certain clearance between the inside of the magnetic coil 21 and the surface of the regulating element 16.
De elektriske tilkoblinger 22 til magnetspolen 21 går på tvers gjennom huset 1 ved den øvre del av dette og forbindes med en elektrisk strømkilde som ikke er vist på fig. 1. Strøm-kilden leverer til spolen 21 elektrisk strøm i avhengighet av digitale eller analoge elektriske signaler fra en styre-enhet som ikke er vist på fig. 1, og som styrer tilførselen av strøm til magnetspolen i avhengighet av det forutbestemte program. Den elektriske strømkilde og styreenheten som inngår i anord-ningen er imidlertid indikert i det skjematisk illustrerte system for regulering av brennstoffinnsprøytingen i en 4-sylindret dieselmotor, som er vist på fig. 2. Før systemet i henhold til fig. 2 blir omtalt mer i detalj, skal de spesielle egenskaper ved reguleringselementet i henhold til oppfinnelsen forklares nærmere som følger. The electrical connections 22 to the magnetic coil 21 run transversely through the housing 1 at the upper part thereof and are connected to an electrical current source which is not shown in fig. 1. The current source supplies the coil 21 with electrical current in response to digital or analog electrical signals from a control unit not shown in FIG. 1, and which controls the supply of current to the magnetic coil depending on the predetermined program. The electric current source and the control unit included in the device are, however, indicated in the schematically illustrated system for regulating the fuel injection in a 4-cylinder diesel engine, which is shown in fig. 2. Bring the system according to fig. 2 is discussed in more detail, the special properties of the control element according to the invention shall be explained in more detail as follows.
Et grunnleggende spesielt trekk ved foreliggende oppfinnelse er at reguleringselementet 16 som tidligere nevnt, A fundamental special feature of the present invention is that the control element 16, as previously mentioned,
er laget av et såkalt gigant-magnetostriktivt materiale, f.eks. en legering av sjeldne jordmetaller, såsom samarium (Sm), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), tulium (Tm) og magnetiske overgangsmetaller såsom jern (Fe), kobolt (Co) og nikkel (Ni). Denne gruppe av legeringer har den is made of a so-called giant magnetostrictive material, e.g. an alloy of rare earth metals such as samarium (Sm), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm) and magnetic transition metals such as iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni). This group of alloys has it
største magnetostriksjon som hittil er kjent, f.eks. med den evne at de undergår en dimensjonsendring under innvirkning av et magnetfelt, hvilken dimensjonsendring er proporsjonal til intensiteten av magnetfeltet. Det er funnet at størrelsen av magnetostriksjonen i disse materialer ligger i et helt annet område enn det som er tilfellet med vanlige magnetostriktive materialer, f.eks. jern/nikkel. Som et eksempel kan det således nevnes at for et visst magnetfelt undergår jern/nikkel en lengdeforandring på 20 - 30 ym/m, mens en legering av f.eks. terbium/dysprosium/jern undergår en lengdeforandring på 1700 ym/m. Den lengdeforandring som gigant-magnetostriktive materialer utsettes for under innvirkning av magnetfeltet, kan være positiv eller negativ, f.eks. kan resultatet ved visse av sammensetningene være en økning i lengde og ved andre sammensetninger en reduksjon i lengde. Begge typer gigant-magnetostriktive materialer kan anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse. Innenfor gruppen av gigant-magnetostriktive materialer varierer størrelsen av magnetostriksjonen under påvirkning av et visst magnetfelt, og det foretrekkes selvsagt å bruke gigant-magnetostriktive materialer som har de mest utpregede magnetostriktive egenskaper i utførelsesformene i henhold til foreliggende oppfinnelse. I utførelsene ifølge oppfinnelsen blir det således foretrukket å anvende legeringer mellom terbium, dysprosium og jern eller legeringer mellom samarium og jern. Av de nevnte legeringer gir de førstnevnte opphav til en økning i lengde under innvirkning av et økende magnetfelt, mens den sistnevnte legering undergår en reduksjon i lengde under påvirkning av det nevnte magnetfelt. largest magnetostriction known to date, e.g. with the ability to undergo a dimensional change under the influence of a magnetic field, which dimensional change is proportional to the intensity of the magnetic field. It has been found that the magnitude of the magnetostriction in these materials lies in a completely different range than is the case with ordinary magnetostrictive materials, e.g. iron/nickel. As an example, it can thus be mentioned that for a certain magnetic field iron/nickel undergoes a length change of 20 - 30 ym/m, while an alloy of e.g. terbium/dysprosium/iron undergoes a length change of 1700 ym/m. The change in length that giant magnetostrictive materials undergo under the influence of the magnetic field can be positive or negative, e.g. the result can be an increase in length for certain compositions and a reduction in length for other compositions. Both types of giant magnetostrictive materials can be used according to the present invention. Within the group of giant magnetostrictive materials, the size of the magnetostriction varies under the influence of a certain magnetic field, and it is of course preferred to use giant magnetostrictive materials that have the most pronounced magnetostrictive properties in the embodiments according to the present invention. In the embodiments according to the invention, it is thus preferred to use alloys between terbium, dysprosium and iron or alloys between samarium and iron. Of the aforementioned alloys, the former give rise to an increase in length under the influence of an increasing magnetic field, while the latter alloy undergoes a reduction in length under the influence of the said magnetic field.
For å oppnå tilfredsstillende resultater under bruk bør reguleringselementet for-spennes i en retning motsatt av den virkelige bevegelsesretning under påvirkningen av magnetfeltet. Grunnen til dette er at en for-spenning motvirker mekanisk hysterese i det magnetostriktive materiale. Størrelsen av den nødvendige for-spenning er forskjellig for ulike magnetostriktive materialer. For et gigant-magnetostriktivt materiale omfattende f.eks. én legering mellom terbium, dysprosium og jern i forholdet Tbg 27D^o 73Fel 95' ^)9)r f°r-sPennin<?en sanun.en med belastningen være så stor som 12 MPa. Magnetostriktive materialer av den art som undergår en økning i lengde under påvirkning av magnetfeltet bør-for-spennes med kompresjon, mens magnetostriktive materialer som får redusert lengde under påvirkning av magnetfeltet, bør for-spennes med strekkpåkjenning. Forspenningen kan tilveiebringes ved hjelp av en mekanisk fjær med passende karakteristikk, som illustrert på fig. 1, hvor fjæren 19 er innrettet til å avstedkomme en strekkspenning i reguleringselementet 16, slik som tidligere beskrevet. In order to achieve satisfactory results during use, the control element should be biased in a direction opposite to the actual direction of movement under the influence of the magnetic field. The reason for this is that a bias counteracts mechanical hysteresis in the magnetostrictive material. The magnitude of the required bias is different for different magnetostrictive materials. For a giant magnetostrictive material comprising e.g. one alloy between terbium, dysprosium and iron in the ratio Tbg 27D^o 73Fel 95' ^)9)r f°r-sPennin<?en sanun.en with the load being as great as 12 MPa. Magnetostrictive materials of the kind that undergo an increase in length under the influence of the magnetic field should be pre-stressed with compression, while magnetostrictive materials that are reduced in length under the influence of the magnetic field should be pre-stressed with tensile stress. The bias can be provided by means of a mechanical spring with suitable characteristics, as illustrated in fig. 1, where the spring 19 is arranged to produce a tensile stress in the regulating element 16, as previously described.
Når reguleringselementet arbeider, d.v.s. er utsatt forWhen the control element is working, i.e. are exposed to
en lengdeforandring under påvirkning av magnetfeltet, vil det magnetostriktive materiale såvel som magnetspolen frembringe varme. Varmegenereringen resulterer i en lineær termisk ekspansjon av materialet. For å holde et nøyaktig null-punkt i systemet, må dimensjonsendringen som følge av den nevnte varmegenerering, kompenseres for. Dette kan utføres ved å a change in length under the influence of the magnetic field, the magnetostrictive material as well as the magnetic coil will generate heat. The heat generation results in a linear thermal expansion of the material. In order to maintain an exact zero point in the system, the dimensional change as a result of the aforementioned heat generation must be compensated for. This can be performed by
velge materialer som har samme eller nesten samme termisk varme-ekspansjonskoeffisient, eller ved å ta forholdsregler til å holde temperaturen konstant. Varmeutvidelsen kan også kompenseres for ved hjelp av et aktivt kompensasjonssystem. Tidskonstanten for den magnetostriktive bevegelse er meget kort, mens tidskonstanten for varmebevegelsen er vesentlig større relativt sett, og som følge av dette kan kompensasjonen med hensyn til temperatur lett bli oppnådd ved hjelp av en langsom reguleringsinnretning. Hvis reguleringssystemet som skjematisk vist på fig. 2, omfatter et tilbakekoblingssystem i henhold til hvilket man måler bevegelsen av reguleringselementet, d.v.s. den øyeblikkelige posisjon av reguleringselementet detekteres, og de således frembrakte elektriske signaler føres tilbake til reguleringskretsen, er det mulig å kompensere for den lineære termiske ekspansjon. choosing materials that have the same or nearly the same thermal expansion coefficient, or by taking precautions to keep the temperature constant. The thermal expansion can also be compensated for using an active compensation system. The time constant for the magnetostrictive movement is very short, while the time constant for the heat movement is significantly larger in comparison, and as a result of this the compensation with respect to temperature can easily be achieved by means of a slow regulating device. If the regulation system as schematically shown in fig. 2, comprises a feedback system according to which the movement of the control element is measured, i.e. the instantaneous position of the control element is detected, and the thus generated electrical signals are fed back to the control circuit, it is possible to compensate for the linear thermal expansion.
Den brennstoffinnsprøytingsventil som er vist på fig. 1 arbeider på følgende måte. Når det tilføres strøm til magnetspolen 21 fra den elektriske strømkilde, frembringes det et magnetfelt i magnetspolen, hvis aksielle retning er parallell med den påtenkte bevegelsesretning av reguleringselementet 16. Magnetfeltet bevirker en dimensjonsforandring i reguleringselementet som består av gigant-magnetostriktivt materiale. The fuel injection valve shown in fig. 1 works in the following way. When current is supplied to the magnetic coil 21 from the electric current source, a magnetic field is produced in the magnetic coil, the axial direction of which is parallel to the intended direction of movement of the regulating element 16. The magnetic field causes a dimensional change in the regulating element, which consists of giant magnetostrictive material.
Da reguleringselementet i det på fig. 1 viste eksempel er forutsatt å være laget av et gigant-magnetostriktivt materiale av den art som undergår en reduksjon i dimensjon under påvirkning av et magnetfelt, avtar lengden av reguleringselementet 16. Dette resulterer i at innsprøytingsnålen 10, som i utgangs-stillingen var i tettsluttende berøring mot setet 8, blir løftet bort fra setet og dermed tillater at brennstoff inn-sprøytes gjennom den ringformede innsprøytingsåpning under påvirkning av trykket i brennstoff-innsprøytingspassasjen 12. Ved trinnløs justering av de styresignaler som tilføres strøm-kilden ved hjelp av en styreinnretning som ikke er vist, blir størrelsen av innsprøytingsåpningen 7 trinnvis variabel under innsprøytingstakten eller -sekvensen, slik at man får en trinnløs variasjon av den mengde brennstoff som innsprøytes pr. tidsenhet. Det skal påpekes at endringen av regulerings-elementets 16 lengde under påvirkning av magnetfeltet finner sted under minimal innvirkning av treghetskrefter etc., hvilket muliggjør en meget hurtig, trinnløs og eksakt justering av dysenålen og følgelig en nøyaktig regulering av den mengde brennstoff som innsprøytes pr. tidsenhet. Selv om brennstoff-innsprøytingen skjer under en meget kort tidsperiode gjør foreliggende oppfinnelse det mulig å foreta en nøyaktig regulering av den brennstoffmengde som innsprøytes pr. tidsenhet under innsprøytingstakten, hvilket tidligere ikke kunne bli oppnådd. When the control element in that in fig. 1 shown example is assumed to be made of a giant magnetostrictive material of the kind which undergoes a reduction in dimension under the influence of a magnetic field, the length of the regulating element 16 decreases. This results in the injection needle 10, which in the initial position was in a tight touching the seat 8, is lifted away from the seat and thus allows fuel to be injected through the annular injection opening under the influence of the pressure in the fuel injection passage 12. By continuously adjusting the control signals supplied to the power source by means of a control device which does not is shown, the size of the injection opening 7 becomes stepwise variable during the injection stroke or sequence, so that a stepless variation of the amount of fuel injected per unit of time. It should be pointed out that the change of the length of the regulating element 16 under the influence of the magnetic field takes place under minimal influence of inertial forces etc., which enables a very fast, stepless and exact adjustment of the nozzle needle and consequently an accurate regulation of the amount of fuel injected per unit of time. Even if the fuel injection takes place during a very short period of time, the present invention makes it possible to carry out an accurate regulation of the amount of fuel injected per time unit during the injection rate, which previously could not be achieved.
Fig. 2 viser meget skjematisk en utførelse i henhold til oppfinnelsen for regulering av brennstoffinnsprøytingen i en 4-sylindret dieselmotor, skjematisk representert på tegningen og forsynt med henvisningstall 23, mens motorens veivaksel er gitt henvisningstallet 24. For brennstoffinnsprøyting i hver av sylindrene på dieselmotoren, er hver av disse forsynt med en brennstoffinnsprøytingsventil 25, 26, 27 og 28 av den art som er beskrevet under henvisning til fig. 1. På fig. 2 er ventilene 25 - 28 representert bare ved reguleringselementet 16 og magnetspolen 21. Hver spole 21 tilføres strøm fra en separat strømgenerator 29, 30, 31 og 32. Hver av disse strøm-genererende kilder er ved hjelp av en individuell elektrisk styreledning 33, 34, 35, 36 forbundet med en særskilt utgang på utgangssiden av en regulerings- eller styreinnretning 37 som består av en datamaskin. En innsprøytingsalgoritme 40 er registrert i datamaskinen, og algoritmen definerer nøyaktig innsprøytingsprosessen i avhengighet av et antall utvalgte parametre, f.eks. cetan-tallet, belastningstype (full belastning eller delvis belastning) etc., hvilke parametre innstilles i form av panelverdier 41 på inngangssiden 39 av datamaskinen. Posisjonene av stemplet i sylindrene detekteres fra veiv- Fig. 2 very schematically shows an embodiment according to the invention for regulating the fuel injection in a 4-cylinder diesel engine, schematically represented in the drawing and provided with the reference number 23, while the engine's crankshaft is given the reference number 24. For fuel injection in each of the cylinders of the diesel engine, each of these is provided with a fuel injection valve 25, 26, 27 and 28 of the type described with reference to fig. 1. In fig. 2, the valves 25 - 28 are represented only by the control element 16 and the magnetic coil 21. Each coil 21 is supplied with current from a separate current generator 29, 30, 31 and 32. Each of these current-generating sources is by means of an individual electrical control line 33, 34 , 35, 36 connected to a special output on the output side of a regulation or control device 37 which consists of a computer. An injection algorithm 40 is registered in the computer, and the algorithm precisely defines the injection process depending on a number of selected parameters, e.g. cetane number, load type (full load or partial load) etc., which parameters are set in the form of panel values 41 on the input side 39 of the computer. The positions of the piston in the cylinders are detected from the crank-
akselen 24 ved hjelp av en vinkelgiver 42 som avgir styresignaler som representerer veivakselens vinkel, vinkelhastighet og akselerasjonsvinkel, hvilke signaler føres gjennom en ledning 43 til en inngang på inngangssiden 3.9 av datamaskinen. Ved hjelp av en temperaturgiver avføles temperaturen i avgassen og signalene fra giveren føres gjennom en ledning 44 til en inngang på inngangssiden av datamaskinen. I den utførelse som er illustrert på fig. 2 er brenstoffinnsprøytingsventilene 25 - 28 forsynt med f.eks. optiske givere 45 som angir den øyeblikkelige posisjon av dysenålen i hver ventil, og avgir elektriske signaler i avhengighet av vedkommende posisjon til innganger 46 - 49 på inngangssiden av datamaskinen. Dette gir en posisjons-tilbakekobling som muliggjør en posisjonsregulering uavhengig av innvirkning av temperatur-fluktuasjon, slik at det kontinuer-lig kan sikres sammenfall mellomønskede betingelser og virkelige betingelser. Den ovenfor beskrevne utførelse illustrerer således de muligheter som forefinnes ved å anvende kontrollanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse f.eks. til regulering av brennstoffinnsprøytingen i en dieselmotor på en nøyaktig, hurtig og fleksibel måte for å avstedkomme forbedret virknings-grad og redusert slitasje, samtidig som den muliggjør fleksibel justering efter forskjellige arbeidsbetingelser. the shaft 24 by means of an angle sensor 42 which emits control signals representing the crankshaft's angle, angular velocity and acceleration angle, which signals are fed through a line 43 to an input on the input side 3.9 of the computer. With the help of a temperature sensor, the temperature in the exhaust gas is sensed and the signals from the sensor are passed through a line 44 to an input on the input side of the computer. In the embodiment illustrated in fig. 2, the fuel injection valves 25 - 28 are provided with e.g. optical sensors 45 which indicate the instantaneous position of the nozzle needle in each valve, and emit electrical signals depending on the respective position to inputs 46 - 49 on the input side of the computer. This provides a positional feedback which enables a positional regulation independent of the influence of temperature fluctuation, so that coincidence between desired conditions and real conditions can be continuously ensured. The embodiment described above thus illustrates the possibilities that exist by using the control device according to the present invention, e.g. for regulating the fuel injection in a diesel engine in an accurate, fast and flexible way to achieve improved efficiency and reduced wear, while enabling flexible adjustment according to different working conditions.
Oppfinnelsen, som ovenfor er beskrevet under henvisningThe invention, which is described above by reference
til en utførelse i tilknytning til brennstoffinnsprøyting i dieselmotorer, er ikke på noen måte begrenset til dette spesielle område, men kan anvendes på mange forskjellige områder hvor det er et behov for nøyaktig regulering av ventiler av den art som har en gjennomgående åpning som er trinnløst innstillbar ved hjelp av et ventil-legeme som er bevegbart i ventilen. Oppfinnelsen er spesielt velegnet for bruk i ventiler hvor reguleringsbevegelsen av ventil-legemet har en begrenset størrelse i absolutte tall, men innenfor rammen av oppfinnelsen er det også mulig å tenke seg slike utførelsesformer hvor lengde-forandringen av det magnetostriktive reguleringselement blir forsterket til en bevegelse som har øket størrelse ved hjelp av for an embodiment in connection with fuel injection in diesel engines, is in no way limited to this particular area, but can be used in many different areas where there is a need for precise regulation of valves of the kind that have a continuous opening that is steplessly adjustable by means of a valve body which is movable in the valve. The invention is particularly suitable for use in valves where the regulating movement of the valve body has a limited size in absolute numbers, but within the scope of the invention it is also possible to imagine such embodiments where the length change of the magnetostrictive regulating element is amplified to a movement which have increased size using
kjente forsterkningsmekanismer som kan være fra en enkel arm-mekanisme til mer kompliserte systemer. known reinforcement mechanisms which can be from a simple arm mechanism to more complicated systems.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8306433A SE8306433L (en) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | CONTROL FOR EXACT CONTROL OF VALVES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO852868L true NO852868L (en) | 1985-07-18 |
Family
ID=20353416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO852868A NO852868L (en) | 1983-11-22 | 1985-07-18 | CONTROL FOR PRECISION CONTROL OF VALVES |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0189419A1 (en) |
| AU (1) | AU3618784A (en) |
| DK (1) | DK325085D0 (en) |
| NO (1) | NO852868L (en) |
| SE (1) | SE8306433L (en) |
| WO (1) | WO1985002445A1 (en) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4609402A (en) * | 1985-10-28 | 1986-09-02 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Method of forming magnetostrictive rods from rare earth-iron alloys |
| US5013720A (en) * | 1986-05-06 | 1991-05-07 | Abbott Laboratories | SAP-6-Val proteins and methods |
| GB8909483D0 (en) * | 1989-04-26 | 1989-06-14 | Univ Hull | Magnetostrictive actuator devices |
| DE3936619A1 (en) * | 1989-11-03 | 1991-05-08 | Man Nutzfahrzeuge Ag | METHOD FOR INJECTING A FUEL INTO THE COMBUSTION CHAMBER OF AN AIR COMPRESSING, SELF-IGNITION ENGINE, AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THIS METHOD |
| US5184037A (en) * | 1990-02-23 | 1993-02-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetostriction type actuator |
| US6026847A (en) * | 1995-10-11 | 2000-02-22 | Reinicke; Robert H. | Magnetostrictively actuated valve |
| US5868375A (en) * | 1995-10-11 | 1999-02-09 | Marotta Scientific Controls, Inc. | Magnetostrictively actuated valve |
| DE19538791C2 (en) * | 1995-10-18 | 1998-04-09 | Daimler Benz Ag | Piezo control valve for fuel injection systems of internal combustion engines |
| EP1473460B1 (en) * | 1999-10-15 | 2007-09-12 | Westport Power Inc. | Directly actuated injection valve |
| US6564777B2 (en) | 1999-10-15 | 2003-05-20 | Westport Research Inc. | Directly actuated injection valve with a composite needle |
| US6584958B2 (en) | 1999-10-15 | 2003-07-01 | Westport Research Inc. | Directly actuated injection valve with a ferromagnetic needle |
| US6575138B2 (en) * | 1999-10-15 | 2003-06-10 | Westport Research Inc. | Directly actuated injection valve |
| US6298829B1 (en) * | 1999-10-15 | 2001-10-09 | Westport Research Inc. | Directly actuated injection valve |
| EP1884655A1 (en) * | 1999-10-15 | 2008-02-06 | Westport Power Inc. | Directly actuated injection valve |
| WO2001071823A2 (en) * | 2000-03-22 | 2001-09-27 | Siemens Vdo Automotive Corporation | Method of control for a self-sensing magnetostrictive actuator |
| JP2003097749A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Denso Corp | Electromagnetic fluid control device |
| CA2473639C (en) * | 2004-07-09 | 2006-11-14 | Westport Research Inc. | Fuel injection valve |
| US7527041B2 (en) | 2005-07-08 | 2009-05-05 | Westport Power Inc. | Fuel injection valve |
| CA2600323C (en) * | 2007-09-20 | 2009-12-29 | Westport Power Inc. | Directly actuated valve with a strain-type actuator and a method of operating same |
| CA2753588C (en) | 2011-09-27 | 2016-01-26 | Westport Power Inc. | Apparatus and method for volume and mass estimation of a multiphase fluid stored at cryogenic temperatures |
| TR201508428A2 (en) * | 2015-07-07 | 2016-06-21 | Bosch Sanayi Ve Tic A S | A fuel injector having a magnetostrictive trigger |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3665427A (en) * | 1970-04-20 | 1972-05-23 | Bell Telephone Labor Inc | Magnetic devices utilizing garnet compositions |
| US3995813A (en) * | 1974-09-13 | 1976-12-07 | Bart Hans U | Piezoelectric fuel injector valve |
| US4022166A (en) * | 1975-04-03 | 1977-05-10 | Teledyne Industries, Inc. | Piezoelectric fuel injector valve |
| DE2931874C2 (en) * | 1979-08-06 | 1983-08-04 | Audi Nsu Auto Union Ag, 7107 Neckarsulm | Electrically operated valve |
| FR2488655A2 (en) * | 1980-08-18 | 1982-02-19 | Rockwell International Corp | FUEL INJECTOR EQUIPPED WITH A ULTRA-SOUND VIBRATION RETENTION CHECK, IN PARTICULAR FOR A DIESEL ENGINE |
-
1983
- 1983-11-22 SE SE8306433A patent/SE8306433L/en not_active Application Discontinuation
-
1984
- 1984-11-20 WO PCT/SE1984/000396 patent/WO1985002445A1/en not_active Application Discontinuation
- 1984-11-20 AU AU36187/84A patent/AU3618784A/en not_active Abandoned
- 1984-11-20 EP EP84904223A patent/EP0189419A1/en active Pending
-
1985
- 1985-07-17 DK DK325085A patent/DK325085D0/en not_active Application Discontinuation
- 1985-07-18 NO NO852868A patent/NO852868L/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DK325085A (en) | 1985-07-17 |
| SE8306433D0 (en) | 1983-11-22 |
| EP0189419A1 (en) | 1986-08-06 |
| DK325085D0 (en) | 1985-07-17 |
| AU3618784A (en) | 1985-06-13 |
| SE8306433L (en) | 1985-05-23 |
| WO1985002445A1 (en) | 1985-06-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO852868L (en) | CONTROL FOR PRECISION CONTROL OF VALVES | |
| EP1264228B1 (en) | High volume electronic gas regulator | |
| CN101280887B (en) | Pipe gas pressure stabilizing regulation system | |
| EP1403493B1 (en) | Humidity compensated charge density control for an internal combustion engine | |
| DK2815168T3 (en) | A device for the supply of gas | |
| US7069917B2 (en) | Gas feeding system for an internal combustion engine, having a pressure reducing valve and a pressure regulating solenoid valve | |
| US7073490B2 (en) | Gas feeding system for an internal combustion engine, having an improved pressure reducing valve | |
| EP1593833B1 (en) | Gas feeding system for an internal combustion engine, having a pressure reducing valve controlled by a pilot pressure | |
| US3406666A (en) | Method and apparatus for operating a diesel engine with a combination of liquid and gaseous fuels | |
| US6328019B1 (en) | Device and constant control of piezoelectric actuators for fuel injection systems | |
| US6267105B1 (en) | Electronic pressure reducer for liquid petroleum gasses | |
| KR102270746B1 (en) | Gas supply method for gas engine or dual-fuel engine and gas supply device for same | |
| JPH0367029A (en) | Fuel control apparatus utilizing multi- function valve | |
| US4592327A (en) | Apparatus for controlling fuel injection advance angle of a fuel injection pump | |
| CN108474307A (en) | Internal combustion engine with straying quatity control | |
| Zhao et al. | Research and implementation of constant pressure control with electro-pneumatic proportional valve | |
| WO2016087710A1 (en) | Control method and arrangement for fuel injector and method for upgrading control arrangement | |
| GB2046833A (en) | Control means for a diesel motor pump drive | |
| BG61737B1 (en) | Reducer for pressure or liquified gas with autonomous compensation and electrical heating | |
| DE3819114A1 (en) | Actuating device for an adjustable valve spindle | |
| US3507258A (en) | Vapor generator control | |
| US4105001A (en) | Control mechanism for operation of an internal combustion engine | |
| US20050284452A1 (en) | Low pressure secondary regulator for gaseous fuels | |
| EP2137396B1 (en) | Regulator and method for regulating the pressure of a fluid | |
| IT201800010571A1 (en) | Device for controlling the delivery of a combustible gas to a burner of a heater |