UA9799U

UA9799U - Fuel injector

Info

Publication number: UA9799U
Application number: UAU200503134U
Authority: UA
Inventors: Vitalii Stepanovych Koval; Viacheslav Vasyliov Lavrinenko; Andrii Petrovych Marchenko; Denys Viktorovych Meshkov; Volodymyr Mykolaiov Khorunzhyi
Original assignee: Kyiv Polytechnical Institute
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2005-10-17

Abstract

A fuel injector has a holder for fixation of the engine, a piezoelectric energy transformer as a piezoelectric oscillator and a movable element, a source of electric power as a generator of radio-pulses, a needle of needle valve.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель паливного інжектора відноситься до регуляторів подачі палива і може бути використана у 2 двигунобудуванні, як елемент для автоматизованого керування роботою двигуна з метою зниження витрат палива і зменшення викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами в навколишнє середовище та зменшення рівня шуму при роботі двигуна.The useful model of the fuel injector refers to fuel supply regulators and can be used in 2 engine construction as an element for automated control of engine operation in order to reduce fuel consumption and reduce emissions of harmful substances with exhaust gases into the environment and reduce the noise level during engine operation.

Відомі паливні інжектори з електромагнітним перетворювачем енергії. Відомі також інжектори з п'єзоелектричним перетворювачем енергії, які побудовані на зміні лінійних розмірів п'єзоелектричного стовпа 70 за рахунок зворотного п'єзоефекту, |див. патент США Мо 20020008159АЇ від 24.01.2002р). Це технічне рішення є найбільш близьким по технічній суті, і узято за прототип.Known fuel injectors with an electromagnetic energy converter. Injectors with a piezoelectric energy converter are also known, which are built on a change in the linear dimensions of the piezoelectric pillar 70 due to the reverse piezoelectric effect, see US patent No. 20020008159AI dated January 24, 2002). This technical solution is the closest in terms of technical essence, and is taken as a prototype.

Паливний інжектор, відповідно до прототипу, що містить тримач для закріплення на двигуні, усередині якого закріплений п'єзоелектричний перетворювач енергії, підключений до джерела електричної напруги, сполучений з голкою розпилювача голчастого клапана, причому згаданий п'єзоелектричний перетворювач енергії виконаний у 72 вигляді стовпа, що складається з великої кількості (близько 300) паралельно з'єднаних електричне тонких ( товщиною 0,08мм ) п'єзоелектричних пластин, з виводами для підключення до джерела електричних імпульсів постійної напруги.A fuel injector, according to the prototype, containing a holder for fixing on the engine, inside which a piezoelectric energy converter is fixed, connected to a source of electric voltage, connected to the needle of a needle valve atomizer, and the mentioned piezoelectric energy converter is made in the form of a column 72, which consists of a large number (about 300) of electrically thin (0.08 mm thick) piezoelectric plates connected in parallel, with terminals for connection to a source of electrical pulses of constant voltage.

Паралельне з'єднання великого числа п'єзоелектричних пластин істотно знижує надійність пристрою, тому що пробій однієї пластини призводить до руйнування всього перетворювача. Крім того, очевидна висока вартість таких стовпів, що перевищує 95300. У зв'язку з тим, що деформація таких стовпів змінюється з часом , установка голки в потрібному положенні вимагає застосування додаткових датчиків положення голки розпилювача.The parallel connection of a large number of piezoelectric plates significantly reduces the reliability of the device, because the breakdown of one plate leads to the destruction of the entire transducer. In addition, the high cost of such pillars, which exceeds 95300, is obvious. Due to the fact that the deformation of such pillars changes over time, setting the needle in the desired position requires the use of additional sensors for the position of the atomizer needle.

Задачею даного винаходу є підвищення швидкості спрацьовування паливного інжектора, зниження вартості й підвищення точності позиціонування голки розпилювача. Ця задача вирішується за рахунок застосування як виконавчого механізму п'єзоелектричного перетворювача з безпосереднім приводом голки розпилювача 29 |нжектора. П'єзоелектричний перетворювач має більш високу швидкість спрацьовування, чим електромагнітний, -о що дозволяє більш точно здійснювати процес подачі палива в камеру згоряння дизеля. А маючи можливість безпосередньо впливати на голку розпилювача, можна управляти не тільки моментом початку подачі палива й тривалістю упорскування, але й законом паливоподачі, що особливо важливо при адаптації вітчизняних дизелів до сучасних норм токсичності відпрацьованих газів. Одночасно із цим такий тип інжектора має меншу кількість о прецизійних деталей, чим паливна апаратура з електромагнітним перетворювачем. А отже має й більше низьку ФУ вартість виготовлення. Запропонований паливний інжектор, на відміну від конструкцій з електрогідравлічним перетворювачем, не має втрат тиску на керування, що додатково заощаджує паливо. У п'єзоелектричному - перетворювачі практично немає рухомих деталей, при зношуванні яких можливе погіршення параметрів Ф паливоподачі, отже має високий рівень надійності роботи.The task of this invention is to increase the fuel injector activation speed, reduce the cost and increase the accuracy of the injector needle positioning. This problem is solved by using a piezoelectric transducer with a direct drive of the injector needle as an executive mechanism. The piezoelectric converter has a higher speed of activation than the electromagnetic one, which allows for a more accurate process of supplying fuel to the diesel combustion chamber. And having the ability to directly influence the injector needle, it is possible to control not only the moment of fuel supply start and the duration of injection, but also the law of fuel supply, which is especially important when adapting domestic diesel engines to modern exhaust gas toxicity standards. At the same time, this type of injector has fewer precision parts than fuel equipment with an electromagnetic converter. And therefore, it also has a lower FU production cost. The proposed fuel injector, in contrast to designs with an electro-hydraulic converter, has no control pressure loss, which additionally saves fuel. In the piezoelectric converter, there are practically no moving parts, the wear of which may deteriorate the fuel supply parameters Ф, therefore, it has a high level of operational reliability.

Зо Ця задача виконується за рахунок того, що паливний інжектор містить тримач для закріплення його на двигуні, у середині якого закріплений п'єзоелектричний перетворювач енергії, підключений до джерела електричної напруги і сполучений з голкою розпилювача голчастого клапана. «This task is performed due to the fact that the fuel injector contains a holder for fixing it on the engine, in the middle of which a piezoelectric energy converter is fixed, connected to a source of electric voltage and connected to the needle of the needle valve atomizer. "

Новим є те, що п'єзоелектричний перетворювач виконано у вигляді п'єзоелектричного осцилятора - взаємно-перпендикулярних і зсунутих по фазі акустичних коливань та рухомого елемента, притиснутого до осцилятора в місцях співпадання максимумів коливальних швидкостей згаданих коливань і сполученого з голкою с розпилювача голчастого клапана, а джерело електричної напруги виконано у вигляді генератора радіоімпульсів з» з частотою заповнення, яка лежить в околиці частоти резонансу, принаймні одного з коливань, причому п'єзоелектричний осцилятор акустичне ізольований від тримача, наприклад, будучи приклеєним до тримача через звукоїзолюючу прокладку, а його електроди Через виводи і ключі підключені до джерела змінної напруги.What is new is that the piezoelectric transducer is made in the form of a piezoelectric oscillator - mutually perpendicular and phase-shifted acoustic oscillations and a moving element pressed to the oscillator in the places where the maxima of the oscillation velocities of the mentioned oscillations coincide and connected to the needle from the atomizer of the needle valve, and the source of electric voltage is made in the form of a generator of radio pulses with a filling frequency that lies in the vicinity of the resonance frequency of at least one of the oscillations, and the piezoelectric oscillator is acoustically isolated from the holder, for example, being glued to the holder through a sound-insulating gasket, and its electrodes Through the terminals and keys are connected to a source of alternating voltage.

П'єзоелектричний осцилятор виконано у вигляді п'єзоелектричної прямокутної пластини з електродами і іш поляризацією матеріалу пластини для збудження повздовжніх і згинних по довжині пластини акустичних -і коливань. П'єзоелектричний осцилятор може бути виконаний також у вигляді прямокутної пластини з електродами і поляризацією матеріалу пластини для збудження повздовжніх і зсувних коливань. Ще одним іш варіантом є виконання п'єзоелектричного осцилятора у вигляді суцільного чи полого циліндра, принаймні, (Че) 20 частина якого виконана з п'єзоелектричного матеріалу з електродами і поляризацією матеріалу для збудження повздовжніх по довжині циліндра акустичних коливань і перпендикулярних до них і зсунутих по фазі радіальних коливань, причому довжина циліндра дорівнює чи приблизно дорівнює довжині хвилі повздовжніх коливань, в межах частот резонансу.The piezoelectric oscillator is made in the form of a piezoelectric rectangular plate with electrodes and polarization of the material of the plate for excitation of longitudinal and bending acoustic vibrations along the length of the plate. A piezoelectric oscillator can also be made in the form of a rectangular plate with electrodes and polarization of the material of the plate to excite longitudinal and shear vibrations. Another option is to make a piezoelectric oscillator in the form of a solid or hollow cylinder, at least (Che) 20 part of which is made of piezoelectric material with electrodes and polarization of the material to excite acoustic vibrations along the length of the cylinder and perpendicular to them and shifted in the phase of radial oscillations, and the length of the cylinder is equal or approximately equal to the wavelength of longitudinal oscillations, within the resonance frequencies.

Рухомий елемент паливного інжектора виконано у вигляді двозубої вилки, в основі якої закріплена голка,The movable element of the fuel injector is made in the form of a two-pronged fork, at the base of which a needle is fixed,

СС о5 причому юнці зубів вилки охоплюють п'єзоелектричний осцилятор і пружно притиснуті до нього чи безпосередньо, чи через зносостійкі прокладки в місцях максимумів коливальних швидкостей. При застосуванні циліндричного осцилятора рухомий елемент виконують у вигляді коаксиально встановленого з осцилятором і притиснутого до нього торцевою частиною стакану із суцільними чи розрізаними стінками, що охоплюють половину осцилятора. В основі якого закріплена голка голчастого клапана. 60 При виконанні п'єзоелектричного осцилятора у вигляді пластини та при збудженні повздовжніх коливань, суцільний електрод наносять на одну з основних поверхонь пластини, причому п'єзоелемент поляризовано по товщині пластини, причому співвідношення довжини до ширини пластини дорівнює 220905. На другу основну поверхню пластини нанесені два симетрично розташованих електроди, а кінці зубів притиснуті в центрі граней по довжині пластини. При збудженні поздовжніх та згинних коливань на другу основну поверхню пластини нанесені бо два електроди у вигляді чотирьох рівних за площею і розташованих у шаховому порядку провідних покрить,SS o5, and the fork teeth cover the piezoelectric oscillator and are elastically pressed against it either directly or through wear-resistant gaskets in the places of maximum oscillating speeds. When using a cylindrical oscillator, the moving element is made in the form of a cup with solid or cut walls, which is installed coaxially with the oscillator and pressed against it by the end part, covering half of the oscillator. At the base of which the needle of the needle valve is fixed. 60 When performing a piezoelectric oscillator in the form of a plate and when longitudinal oscillations are excited, a solid electrode is applied to one of the main surfaces of the plate, and the piezoelectric element is polarized along the thickness of the plate, and the ratio of the length to the width of the plate is equal to 220905. On the second main surface of the plate are applied two symmetrically located electrodes, and the ends of the teeth are pressed in the center of the faces along the length of the plate. When longitudinal and bending vibrations are excited, two electrodes are applied to the second main surface of the plate in the form of four conductive coatings of equal area and arranged in a checkerboard pattern,

кожні два з яких, що розташовані на діагоналях пластини, електричне з'єднані між собою, утворюючи два електроди, а кінці зубів вилки притиснуті до бічних граней пластини, причому співвідношення довжини до ширини пластини дорівнює 3,7-2095. При збудженні повздовжніх та зсувних коливань в пластині один електрод, що є спільним, нанесено на бічну грань, а два інших нанесено один під одним на частину площі основних граней, причому п'єзокерамічний матеріал поляризований перпендикулярно їм, а в іншій частині пластини паралельно спільному електроду.every two of which, located on the diagonals of the plate, are electrically connected to each other, forming two electrodes, and the ends of the fork teeth are pressed against the side faces of the plate, and the ratio of the length to the width of the plate is 3.7-2095. When longitudinal and shear oscillations are excited in the plate, one electrode, which is common, is applied to the side face, and the other two are applied one under the other on part of the area of the main faces, and the piezoceramic material is polarized perpendicular to them, and in the other part of the plate parallel to the common electrode .

Для збільшення потужності пристрою п'єзоелектричний осцилятор виконано у вигляді пакета Ланжевена з двома подими циліндричними п'єзоелементами з поляризацією перпендикулярно електродам, між якими 7/0 розміщено зносостійке кільце, пружно охоплене рухомим елементом,To increase the power of the device, the piezoelectric oscillator is made in the form of a Langevin package with two cylindrical piezoelectric elements with polarization perpendicular to the electrodes, between which a wear-resistant ring is placed 7/0, elastically covered by a moving element,

Для запобігання попадання палива на фрикційний контакт рухомий елемент сполучено з голкою голчатого клапана через підпружинену діафрагму.To prevent fuel from hitting the friction contact, the moving element is connected to the needle valve needle through a spring-loaded diaphragm.

Сутність винаходу пояснюється кресленнями:The essence of the invention is explained by the drawings:

На Фіг.1 показана конструкція паливного інжектора на основі п'єзоелектричного осцилятора зі збудженням 7/5 повздовжніх коливань по двох напрямках.Figure 1 shows the design of a fuel injector based on a piezoelectric oscillator with excitation of 7/5 longitudinal oscillations in two directions.

На Фіг.2 показано вузол інжектора на основі осцилятора зі збудженням згинно-повздовжних коливань.Figure 2 shows an injector assembly based on an oscillator with excitation of bending-longitudinal oscillations.

На Фіг.3 показано вузол інжектора на основі осцилятора зі збудженням повздовжніх і зсувних коливань.Figure 3 shows an injector assembly based on an oscillator with excitation of longitudinal and shear oscillations.

На Фіг.4 показано вузол інжектора на основі осцилятора зі збудженням повздовжньо-радіальних коливань.Figure 4 shows the injector unit based on an oscillator with excitation of longitudinal-radial oscillations.

На Фіг.5 показано вузол інжектора на основі пакета Ланжевена.Figure 5 shows an injector assembly based on a Langevin package.

На Фіг.6. Показано форму радіоїмпульсу з антизвонною складовою.In Fig.6. The form of a radio pulse with an anti-ringing component is shown.

Перетворювач електричної енергії в механічну виконано у вигляді п'єзоелектричного осцилятора 1 (Фіг.1) з п'єзоелектричне активною частиною 2 з п'єзокерамічного поляризованого матеріалу, в окремому випадку, ця частина виконана у вигляді прямокутної пластини довжиною | і шириною В. На Фіг.1, і надалі напрямок поляризації Р показано стрілками.The converter of electrical energy into mechanical energy is made in the form of a piezoelectric oscillator 1 (Fig. 1) with a piezoelectric active part 2 made of piezoceramic polarized material, in a separate case, this part is made in the form of a rectangular plate with a length | and width B. In Fig. 1, and in the future, the direction of polarization P is shown by arrows.

На основних поверхнях пластини з однієї сторони нанесено (наприклад, напилюванням металу) суцільний, спільний електрод З з виводом 4 для підключення до джерела живлення 5. З іншої сторони пластини симетрично З нанесені два електроди 6 і 7 з виводами 8 і 9 для почергового підключення за допомогою ключів 10 і 11 до джерела живлення.On the main surfaces of the plate, on one side, a continuous, common electrode C with terminal 4 for connection to the power source 5 is applied (for example, by metal filing). On the other side of the plate, two electrodes 6 and 7 with terminals 8 and 9 are applied symmetrically to using keys 10 and 11 to the power source.

П'єзоелектричний осцилятор закріплено у тримачі 12, наприклад, будучи приклеєним до нього через Ге») зо іїзолюючу прокладку 13, наприклад, з гуми. Тримач є одночасно захисним корпусом перетворювача і пристосований для безпосередньої установки на двигуні внутрішнього згоряння. оThe piezoelectric oscillator is fixed in the holder 12, for example, being glued to it through an insulating gasket 13, for example, made of rubber. The holder is both a protective housing of the converter and is adapted for direct installation on an internal combustion engine. at

Рухома частина 14 у розглянутому прикладі виконана у вигляді вилки 15. Зуби 16 вилки, кінці яких пружно ї- притиснуті через закріплені на них зносостійкі прокладки 17, наприклад, з кераміки на основі окису алюмінію, до середин бічних граней по довжині осциллятора І. Голка 18 голчастого клапана закріплена в ніжці 19 основи іаThe movable part 14 in the considered example is made in the form of a fork 15. The teeth 16 of the fork, the ends of which are elastically pressed through wear-resistant gaskets 17 fixed on them, for example, made of ceramics based on aluminum oxide, to the middle of the side faces along the length of the oscillator I. Needle 18 needle valve fixed in the leg 19 of the base ia

Вилки. Вона встановлена у тримачі 12 через підпружинену пружиною 21 діафрагму 22.forks It is installed in the holder 12 through a diaphragm 22 spring-loaded by a spring 21.

Оптимальне співвідношення довжини пластини Г до її ширини В знаходиться у співвідношенні (2:1) - 20905.The optimal ratio of the length of the plate G to its width B is in the ratio (2:1) - 20905.

При необхідності збільшення ресурсу пристрою в п'єзоелектричний осцилятор включають зносостійкий « елемент 20, наприклад, у вигляді прокладки зі скла, що приклеюють до п'єзоелектричне активної частини. ЗIf it is necessary to increase the resource of the device, a wear-resistant element 20 is included in the piezoelectric oscillator, for example, in the form of a glass gasket that is glued to the piezoelectric active part. WITH

Для тих задач, коли необхідно збільшити швидкість руху голки 18, співвідношення ІГ/В обирається рівним 40. (3,7:1) ї- 2095. У цьому випадку спільний електрод З зберігається, як показано на Фіг.2, а на другу основну с поверхню нанесені чотири однакових провідних покриття в шаховому порядку і ці покриття, що лежать на а діагоналях пластини, електричне з'єднані між собою, утворюючи електроди б і 7. Коли, навпаки, необхідно "» збільшити зусилля, що розвивається, у порівнянні з двома раніше описаними прикладами, спільний електрод наноситься на бічну грань, а два інших наносять один під одним на частину площі основних граней, причому п'єзокерамічний матеріал поляризується перпендикулярно їм, а в частині пластини, що залишилася - (Се) паралельно спільному електроду. До цього електрода і до протилежної бічної грані притиснуті зносостійкі -1 прокладки рухомої частини 14.(Фіг.3).For those problems, when it is necessary to increase the speed of movement of the needle 18, the ratio IH/V is chosen equal to 40. (3.7:1) i- 2095. In this case, the common electrode C is stored, as shown in Fig. 2, and on the second main from the surface, four identical conductive coatings are applied in a checkerboard pattern, and these coatings, lying on the a diagonals of the plate, are electrically connected to each other, forming electrodes b and 7. When, on the contrary, it is necessary to "" increase the developing force, compared to in the two previously described examples, the common electrode is applied to the side face, and the other two are applied one below the other on part of the area of the main faces, with the piezoceramic material polarized perpendicular to them, and in the remaining part of the plate - (Ce) parallel to the common electrode. wear-resistant -1 gaskets of the moving part 14 are pressed against this electrode and the opposite side face (Fig. 3).

Подальше збільшення зусилля досягається при виготовленні рухомої частини у вигляді стакану з прорізами в (Се) стінках (Фіг.4) . Осцилятор для приводу рухомої частини виконується у вигляді п'єзокерамічного полого с 50 циліндра, коаксиально встановленого з рухомою частиною 14 і з електродами, нанесеними на зовнішню і внутрішню циліндричні поверхні. Напрямок поляризації Р при цьому є радіальним.A further increase in force is achieved when the moving part is made in the form of a glass with slots in the (Se) walls (Fig. 4). The oscillator for driving the moving part is made in the form of a piezoceramic hollow s 50 cylinder, coaxially installed with the moving part 14 and with electrodes applied to the outer and inner cylindrical surfaces. In this case, the direction of polarization P is radial.

Подальше збільшення потужності пристрою досягається виконанням рухомої частини у вигляді стакану з прорізами (Фіг.5) Осцилятор, при цьому, виконано у вигляді пакета Ланжевена з двома подими циліндричними п'єзоелементами, між якими може бути розміщене зносостійке кільце, наприклад, із ситалу. ВнутрішніA further increase in the power of the device is achieved by making the moving part in the form of a glass with slots (Fig. 5). The oscillator, meanwhile, is made in the form of a Langevin bag with two hollow cylindrical piezo elements, between which a wear-resistant ring, for example, made of sital, can be placed. Internal

СУ 55 циліндричні поверхні п'єзоелементів мають електроди, що контактують з металевим болтом і гайкою. Разом вони утворюють спільний електрод 3. Два інших електроди нанесено на зовнішні циліндричні поверхні п'єзоелемента.SU 55 cylindrical surfaces of piezo elements have electrodes in contact with a metal bolt and nut. Together they form a common electrode 3. The other two electrodes are applied to the outer cylindrical surfaces of the piezo element.

Довжина пакета Ланжевена обрана з умови збудження 2-ої моди повздовжніх коливань по довжині осцилятора, а його діаметр обраний з умови резонансу радіальних коливань.The length of the Langevin packet is chosen from the condition of excitation of the 2nd mode of longitudinal oscillations along the length of the oscillator, and its diameter is chosen from the condition of resonance of radial oscillations.

Для збільшення швидкодії спрацьовування клапана формуються радіоїмпульси з протилежними фазами 60 несучої частоти, як показано на Фіг.б6. Епюри розподілу коливальних швидкостей по різних напрямках, приведені на фігурах для ясності викладу роботи пристрою.To increase the speed of valve actuation, radio pulses with opposite phases of the carrier frequency 60 are formed, as shown in Fig.b6. The graphs of the distribution of oscillating speeds in different directions are given in the figures for the clarity of the description of the device's operation.

Працює пристрій у такий спосіб.The device works in the following way.

При включенні ключа 10 (Фіг.1) електрична напруга від джерела живлення 5 через виводи 4 і 8 подається на електроди З і б п'єзоелектричне активної частини 2 п'єзоелектричного осцилятора 1. 6Е П'єзоелектричне активна частина завдяки п'єзоефекту змінює свої розміри. Виникають хвилі деформацій по різних напрямках, зокрема повздовжні хвилі деформації. Ці хвилі, відбиваючись від границь осцилятора,When the key 10 (Fig. 1) is turned on, the electric voltage from the power source 5 through terminals 4 and 8 is supplied to the electrodes Z and b of the piezoelectric active part 2 of the piezoelectric oscillator 1. 6E The piezoelectric active part changes its dimensions Waves of deformation occur in different directions, in particular, longitudinal waves of deformation. These waves, reflecting off the boundaries of the oscillator,

утворюють стоячі хвилі по тим напрямкам осцилятора, по яким його розміри кратні половині довжини хвилі д,,.form standing waves in the directions of the oscillator along which its dimensions are multiples of half the wavelength d,,.

Виникає резонанс деформацій. Частота несучої радіосигналу в розглянутому випадку вибирається такою, щоб резонанс мав місце по ширині пластини, коли в - х/ 2 (1-ша мода коливань по ширині) і довжині пластини, колиThere is a resonance of deformations. The frequency of the radio signal carrier in the considered case is chosen so that resonance takes place along the width of the plate when в - х/ 2 (the 1st mode of oscillations along the width) and along the length of the plate when

БАХ (2-га мода коливань по довжині пластини).BACH (2nd mode of oscillation along the length of the plate).

Якщо частота джерела живлення збігається з резонансними частотами, по довжині і ширині пластини, то зсув фаз між коливаннями дорівнює 0 і тоді точки осцилятора рухаються по прямій лінії. При зсуві фаз відмінним відIf the frequency of the power source coincides with the resonant frequencies along the length and width of the plate, then the phase shift between oscillations is 0 and then the oscillator points move in a straight line. With a phase shift different from

О точки осцилятора рухаються по еліптичній траєкторії. При цьому знаходячись у фрикційному контакті зі зносостійкою прокладкою 17 чи безпосередньо з кінцями зубів 16 (якщо зуби виконані зі зносостійкого 70 матеріалу, наприклад, зі сталі), коливальний рух точок поверхні осцилятора призводить до руху рухомої частини 14 і сполученої з нею голки 18 голчастого клапана, наприклад, відкриваючи клапан для подачі палива. Щоб закрити клапан потрібно розімкнути ключ 10 і замкнути ключ 11. Тоді електрична напруга через виводи 4 і 9 прикладається до електродів З і 7. Фаза повздовжніх коливань по ширині пластини В не змінюється від місця прикладення електричної напруги (як це видно з епюр деформацій ), а фаза повздовжніх коливань по довжині пластини зміниться на 18092. У результаті рух точок поверхні осцилятора по еліптичній траєкторії буде відбуватися в протилежному напрямку і рухома частина 14 почне переміщати голку 18 у зворотному напрямку, закриваючи клапан.O points of the oscillator move along an elliptical trajectory. At the same time, being in frictional contact with the wear-resistant gasket 17 or directly with the ends of the teeth 16 (if the teeth are made of a wear-resistant material 70, for example, steel), the oscillating movement of the points of the oscillator surface leads to the movement of the moving part 14 and the needle 18 of the needle valve connected to it , for example, by opening the fuel valve. To close the valve, you need to open the key 10 and close the key 11. Then the electric voltage through terminals 4 and 9 is applied to the electrodes Z and 7. The phase of longitudinal oscillations across the width of the plate B does not change from the place of application of the electric voltage (as can be seen from the deformation graphs), and the phase of longitudinal oscillations along the length of the plate will change to 18092. As a result, the movement of the oscillator surface points along the elliptical trajectory will occur in the opposite direction and the moving part 14 will begin to move the needle 18 in the opposite direction, closing the valve.

Зсув фаз досягається підбором розмірів осцилятора. Звичайно, змінюють один розмір до одержання оптимального зсуву фаз рівному 902. При цьому співвідношення І /В зберігається рівним 2 42095. У цій області співвідношень перетворювач зберігає працездатність.The phase shift is achieved by selecting the size of the oscillator. Of course, one size is changed until the optimal phase shift equal to 902 is obtained. At the same time, the I/V ratio remains equal to 2 42095. In this range of ratios, the converter maintains its efficiency.

Відмінною частиною розглянутого пристрою є місце притиску зносостійкої прокладки рухливої частини до осциллятора. Оптимальним місцем є те місце, де коливальні швидкості мають максимальне значення для коливань по двох напрямках. Таким місцем для осцилятора зі збудженням подовжніх коливань є середина бічних по довжині пластини граней.A distinctive part of the device in question is the place where the wear-resistant gasket of the moving part is pressed against the oscillator. The optimal place is the place where the oscillating velocities have a maximum value for oscillations in two directions. Such a place for an oscillator with excitation of longitudinal oscillations is the middle of the side faces along the length of the plate.

Для осцилятора у вигляді суцільного чи полого циліндра (Фіг.4,5) таким місцем є смужка циліндричної - поверхні в його середній частині.For an oscillator in the form of a solid or hollow cylinder (Fig. 4, 5), such a place is a strip of cylindrical surface in its middle part.

Робота перетворювачів з циліндричним осцилятором принципово не відрізняється від вище розглянутого приклада, тому що збудження радіальних коливань це окремий випадок збудження подовжніх коливань по радіусу циліндра, Однак, збільшення маси п'єзоелектричного матеріалу призводить до істотного збільшення б» зусилля, що розвивається перетворювачем, по відношенню до перетворювача на основі прямокутної пластини. Ге!The operation of transducers with a cylindrical oscillator does not fundamentally differ from the example discussed above, because the excitation of radial oscillations is a special case of excitation of longitudinal oscillations along the radius of the cylinder. However, an increase in the mass of the piezoelectric material leads to a significant increase in the force developed by the transducer in relation to to a converter based on a rectangular plate. Gee!

Це зусилля визначається межею міцності п'єзокераміки на розрив. Стискаючи кераміку болтовим з'єднанням у пакет Ланжевена (Фіг.5), додатково збільшують зусилля, яке може розвинути перетворювач. -This force is determined by the breaking strength limit of piezoceramics. By compressing the ceramics with a bolt connection in the Langevin package (Fig. 5), the force that can be developed by the converter is additionally increased. -

Потужність перетворювача на основі прямокутної пластини також може бути збільшена за рахунок б підвищення робочої частоти його збудження. Для цього частину п'езокерамічного матеріалу, поляризують паралельно спільному електроду 3, що дає можливість збудити високочастотні поперечні коливання зсуву, (Фіг.3). Ці коливання перпендикулярні повздовжнім коливанням, тому при зсуві фаз між ними, точки поверхні, що лежать на бічних гранях паралельних вектору поляризації, рухаються по еліптичних траєкторіях, у взаємно « протилежних напрямках на різних гранях. Це забезпечує односпрямований рух зубів рухомої частини. зThe power of the converter based on a rectangular plate can also be increased by increasing the operating frequency of its excitation. For this, part of the piezoceramic material is polarized parallel to the common electrode 3, which makes it possible to excite high-frequency transverse shear oscillations (Fig. 3). These oscillations are perpendicular to the longitudinal oscillations, so when the phases shift between them, the surface points lying on the side faces parallel to the polarization vector move along elliptical trajectories, in mutually opposite directions on different faces. This ensures unidirectional movement of the teeth of the moving part. with

Для малопотужних паливних інжекторів, для яких визначальним є швидкість переміщення голки голчастого клапана, зниження робочої частоти дозволяє підвищити швидкість переміщення рухомої частини. с Зниження робочої частоти досягнуто шляхом збудження поперечних (згинних) коливань по довжині "з прямокутної пластини другої моди коливань і першої моди повздовжніх коливань також по довжині пластини " (Фіг.2). Асиметричне розташування електродів на прямокутній п'єзокерамічній пластині приводить одночасно до виникнення деформації стиску - розтягування і згину пластини по її ширині. При співвідношенні розмірів |/В3,7/142096, частоти резонансів згаданих мод приблизно збігаються, що забезпечує синхронний рух торцевих ї-о поверхонь по еліптичних траєкторіях у протилежних напрямках. Притиснуті до цих поверхонь зуби 16 вилки 15 -І через зносостійкі прокладки 17 і елементи 20, якщо такі маються, зазнають односпрямоване зусилля, що від рухомої частини передається голці 18 голчастого клапана. ї-о Це зусилля буде відчутно менше, якщо паливо буде змащувати фрикційні контакти між осцилятором і (Че) 50 рухомою частиною. Установка у тримачі через підпружинену діафрагму 22 ізолює п'єзоелектричний перетворювач від палива.For low-power fuel injectors, for which the speed of movement of the needle valve needle is decisive, reducing the operating frequency allows you to increase the speed of movement of the moving part. c The reduction of the operating frequency was achieved by exciting the transverse (bending) oscillations along the length "from the rectangular plate of the second mode of oscillations and the first mode of longitudinal oscillations also along the length of the plate" (Fig. 2). Asymmetric arrangement of electrodes on a rectangular piezoceramic plate leads simultaneously to compression deformation - stretching and bending of the plate along its width. With the size ratio |/В3.7/142096, the resonance frequencies of the mentioned modes approximately coincide, which ensures the synchronous movement of the end y-o surfaces along elliptical trajectories in opposite directions. Pressed to these surfaces, the teeth 16 of the fork 15 - and through wear-resistant gaskets 17 and elements 20, if any, are subjected to unidirectional force, which is transmitted from the moving part to the needle 18 of the needle valve. This effort will be significantly less if the fuel lubricates the frictional contacts between the oscillator and the (Че) 50 moving part. Installation in the holder through the spring-loaded diaphragm 22 isolates the piezoelectric transducer from the fuel.

Пружина 21 при цьому частково компенсує зусилля, створюване тиском палива на голку.At the same time, the spring 21 partially compensates for the force created by the fuel pressure on the needle.

Втрати акустичної енергії за рахунок проникнення коливань у тримач 12 усуває звукоїзолююча прокладка 13.Losses of acoustic energy due to the penetration of vibrations into the holder 12 are eliminated by the sound-insulating gasket 13.

Для підвищення швидкодії п'єзоелектричного перетворювача радіоїмпульс формують із двох сигналів (Фіг.б). шоб Перша частина з Її -И, збуджує коливальну систему, що після закінчення імпульсу продовжує коливання. Друга частина з ї -(2 гасить ці коливання, оскільки несучі двох частин імпульсу знаходяться в протифазі.To increase the speed of the piezoelectric transducer, the radio pulse is formed from two signals (Fig.b). shob The first part of Her -And, excites the oscillating system, which continues to oscillate after the end of the impulse. The second part with и -(2 suppresses these oscillations, since the carriers of the two parts of the pulse are in antiphase.

Розглянуті приклади виконання осциляторів і рухомих частин описують загальні принципи розробки паливних інжекторів на основі коливальних систем - осциляторів. Використання більш високих мод коливань, різні відомі еквівалентні варіації розташування електродів і поляризації, форма виконання рухомої частини з однієї, трьома 60 | більш контактними площадками не може претендувати на новизну технічного рішення.The considered examples of execution of oscillators and moving parts describe the general principles of developing fuel injectors based on oscillating systems - oscillators. The use of higher modes of oscillations, different known equivalent variations of the location of electrodes and polarization, the form of execution of the moving part from one, three 60 | more contact platforms cannot claim the novelty of a technical solution.

Claims

The formula of the invention is 1. A fuel injector containing a holder for fixing on the engine, inside which a piezoelectric energy converter is fixed, connected to a source of electric voltage, connected to the needle of a needle valve, which is characterized by the fact that the piezoelectric converter is made in the form of a of an isoelectric oscillator of mutually perpendicular and phase-shifted acoustic oscillations and a moving element pressed to the oscillator in the places where the maxima of the oscillation velocities of the mentioned oscillations coincide and connected to the needle of a needle valve, and the source of electric voltage is made in the form of a radio pulse generator with a filling frequency that lies in within the limits of the resonance frequency of at least one of the oscillations, and the piezoelectric oscillator is acoustically isolated from the holder, for example, glued to the holder through a sound-insulating gasket, and its electrodes are connected to a source of alternating /o voltage through terminals and keys.

2. Fuel injector according to claim 1, which is characterized by the fact that the piezoelectric oscillator is made in the form of a piezoelectric rectangular plate with electrodes and polarization of the plate material for excitation of longitudinal and bending along the length of the plate acoustic vibrations.

C. The fuel injector according to claim 1, which is characterized by the fact that the piezoelectric oscillator is made in the form of a 7/5 solid or hollow cylinder, at least part of which is made of piezoceramic material with electrodes and polarization of the material to excite acoustic vibrations along the length of the cylinder and radial oscillations perpendicular to them and phase-shifted, and the length of the cylinder is equal or approximately equal to the wavelength of longitudinal oscillations within the resonance frequencies

4. Fuel injector according to claim 1, which is characterized by the fact that the piezoelectric oscillator is made in the form of a rectangular plate with electrodes and polarization of the material of the plate to excite longitudinal and shear oscillations.

5. Fuel injector according to claims 2, C, 4, which is characterized by the fact that the moving element is made in the form of a two-pronged fork, at the base of which a needle is fixed, and the ends of the fork teeth cover the piezoelectric oscillator and are elastically pressed against it either directly or through wear-resistant gaskets in places of maximum oscillating speeds.

6. The fuel injector according to point C, which is characterized by the fact that the moving element is made in the form of a glass installed coaxially with the oscillator and pressed against it by the end part, with solid or cut walls covering half of the oscillator, at the base of which a needle is fixed.

7. Fuel injector according to claim 2, which differs in that the solid electrode is applied to one of the main Ge! from the surfaces of the plate, and the piezo element is polarized along the thickness of the plate, and the ratio of the length to the width of the plate is equal to 2--20905. me)

8. Fuel injector according to claims 5 and 7, which is characterized by the fact that two electrodes are applied to the second main surface in the form of four conductive coatings equal in area and arranged in a staggered order, each two of which, located on the diagonals of the plate, are electrically connected to each other, forming two electrodes, and the ends of the teeth are pressed against the side faces of the plate, and the ratio of the length to the width of the plate is 3.720.

9. Fuel injector according to claims 5 and 7, which differs in that two symmetrically located electrodes are applied to the second main surface of the plate, and the ends of the teeth are pressed in the center of the faces along the length of the plate. -

10. The fuel injector according to claim 5, which is characterized by the fact that one electrode, which is common, is applied to the side face, and the other two are applied one under the other on part of the area of the main faces, and the piezoceramic c material is polarized perpendicular to them, and in the other part of the plate parallel to the common electrode. c

11. Fuel injector according to paragraph C, 6, which differs in that the piezoelectric oscillator is made in the form of a Langevin package with two hollow cylindrical piezoelectric elements with polarization perpendicular to the electrodes, between which a wear-resistant ring is placed, elastically covered by a moving element.

12. The fuel injector according to claim 1, which is characterized by the fact that the moving element is connected to the needle (Se) valve stem through a spring-loaded diaphragm. -I se) "in/o Su; 60 b5