FI121719B - Polttoaineen ruiskutusventtiili - Google Patents

Polttoaineen ruiskutusventtiili Download PDF

Info

Publication number
FI121719B
FI121719B FI20095597A FI20095597A FI121719B FI 121719 B FI121719 B FI 121719B FI 20095597 A FI20095597 A FI 20095597A FI 20095597 A FI20095597 A FI 20095597A FI 121719 B FI121719 B FI 121719B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
actuator
injection valve
valve
piezo
valve needle
Prior art date
Application number
FI20095597A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20095597A0 (fi
FI20095597A (fi
Inventor
Pekka Hautala
William Brace
Jukka Kiijaervi
Markus Niemi
Original Assignee
Waertsilae Finland Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waertsilae Finland Oy filed Critical Waertsilae Finland Oy
Priority to FI20095597A priority Critical patent/FI121719B/fi
Publication of FI20095597A0 publication Critical patent/FI20095597A0/fi
Priority to PCT/FI2010/050433 priority patent/WO2010136653A1/en
Priority to EP10727759.2A priority patent/EP2435687B1/en
Priority to US13/254,745 priority patent/US8579253B2/en
Publication of FI20095597A publication Critical patent/FI20095597A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI121719B publication Critical patent/FI121719B/fi

Links

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
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • 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
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • 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
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/083—Having two or more closing springs acting on injection-valve
    • 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
    • F02M51/0607—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means the actuator being hollow, e.g. with needle passing through the hollow space
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/701—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger mechanical

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

POLTTOAINEEN RUISKUTUSVENTTIILI
Tämän keksinnön kohteena on mäntämoottorin polttoaineen ruiskutusventtiili.
5 Dieselmoottoreissa polttoainetta ruiskutetaan hienojakoisena sumuna polttoaineen ruiskutusventtiilistä sylinterin paloillaan siten, että ilman pyörteilyn kanssa saavutetaan hyvä polttoaineen ja palamisilman sekoittuminen ja mahdollisimman täydellinen palaminen. Ruiskutusventtiilin pieninä pisaroina ruiskuttama polttoaine höyrystyy nopeasti palamisen alkaessa lyhyen syttymisviiveen kuluttua. Sukuelimenä 10 ruiskutusventtiilissä käytetään tavallisesti jousikuormitteista venttiilineulaa, jota ohjataan yleensä hydraulisesti polttoaineen tai muun hydraulinesteen paineen avulla.
Koko ajan kiristyvien päästömääräysten takia mäntämoottoreissa syntyviä päästöjä joudutaan vähentämään. Samalla kuitenkin halutaan pitää moottorin suorituskyky 15 ennallaan tai jopa parantaa sitä. Yksi keino näiden tavoitteiden saavuttamiseksi on polttoaineen ruiskutusmäärän, ruiskutuksen ajoituksen ja keston säätäminen ruis-kutustapahtuman aikana entistä tarkemmin. Polttoaineenruiskutuksen säädön tarkkuutta voidaan parantaa ohjaamalla ruiskutusventtiilin venttiilineulaa pietsosähköi-sellä toimilaitetteella. Tavallisesti pietsosähköisellä toimilaitteella varustettu ruisku-20 tusventtiili käsittää hydraulisen tai mekaanisen liikkeenvahvistimen, jolla toimilaitteen liikettä vahvistetaan ennen venttiilineulalle välittämistä. Liikkeenvahvistin tekee ruiskutusventtilin rakenteesta monimutkaisen ja saattaa heikentää polttoai- 2 neenruiskutuksen säätötarkkuutta.
o
(M
i
(M
T 25 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan rakenteeltaan yksinkertainen va- h*- ^ rustettu polttoaineen ruiskutusventtiili, joka on varustettu pietsosähköisellä toimilait- £ teella.
r-· σ> tn ^ Keksinnön mukainen tavoite saavutetaan vaatimuksessa 1 kuvatulla ruiskutusvent- o ° 30 tiilillä. Ruiskutusventtiili käsittää polttoainekammion ruiskutettavalle polttoaineelle, 2 venttiilineulan polttoaineen ruiskutuksen ohjaamiseksi polttoainekammiosta moottorin sylinteriin, jousen venttiilineulan painamiseksi kohti suljettua asentoa ja piet-sosähköisen toimilaitteen venttiilineulan ohjaamiseksi. Lisäksi ruiskutusventtiili käsittää vetotangon, joka on löyhästi kytketty venttiilineulaan, toisen vetotangon, joka 5 on kiinnitetty pietsosähköiseen toimilaitteeseen ja löyhästi kytketty vetotankoon. Vetotangon yhteyteen on sovitettu toinen jousi venttiilineulan painamiseksi kohti suljettua asentoa ja toisen vetotangon yhteyteen on sovitettu kolmas jousi venttiilineulan painamiseksi kohti suljettua asentoa.
10 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.
Keksinnön mukaisen ruiskutusventtiilin avulla polttoaineen ruiskutusmäärää, ruiskutuksen ajoitusta ja kestoa voidaan säätää ruiskutustapahtuman aikana erittäin tarkasti ja nopeasti, ja siten vähentää moottorin päästöjä ja lisätä moottorin tehoa.
15 Ruiskutusventtiilillä voidaan esimerkiksi saada aikaan varsinaista pääruiskutusta pienempi esiruiskutus. Koska venttiilineulaa ohjataan suoraan pietsosähköisellä toimilaitteella, ruiskutusventtiilissä ei tarvita hydraulipiiriä tai muuta järjestelyä, jonka avulla pietsosähköisen toimilaitteen liikkeen suuruutta vahvistetaan ennen vent-tiilineulalle siirtämistä. Tämän ansiosta ruiskutusventtiilin rakenne voidaan tehdä 20 yksinkertaiseksi. Lisäksi suoraan pietsosähköisellä toimilaitteella ohjattava ruiskutusventtiili on nopea-ja varmatoiminen.
° Keksinnön yhdessä sovellusmuodossa vetotankoon vaikuttava toinen jousi on jär-
O
^ jestetty painamaan venttiilineulaa kohti suljettua asentoa vasta, kun venttiilineula
CM
T 25 on avautunut tietynsuuruisen välyksen verran. Tällä konstruktiolla voidaan kumota h-.
^ venttiilineulan kärkeen polttoainekammiossa vaikuttava polttoaineen painevoima,
X
£ jolloin venttiiilineulan sulkemiseen tarvitaan vähemmän voimaa. Myös venttii- £5 lineulan avaamiseen tarvittava voima pienenee.
LO
LO
CD
O
O
CM
3
Keksintöä kuvataan seuraavassa tarkemmin oheisten piirustuksen mukaisten esimerkkien avulla.
Kuvio 1 esittää poikkileikkauskuvana yhtä keksinnön mukaista polttoaineen ruisku-5 tusventtiiliä, joka on varustettu pietsosähköisellä toimilaitteella.
Kuvio 2 esittää poikkileileikkauskuvana toista pietsosähköistä toimilaitetta, jota voidaan käyttää kuvion 1 ruiskutusventtiilissä.
10 Kuvio 3 esittää poikkileikkauskuvana kolmatta pietsosähköistä toimilaitetta, jota voidaan käyttää kuvion 1 ruiskutusventtiilissä.
Kuviossa 1 on esitetty ruiskutusventtiili 1 polttoaineen ruiskuttamiseksi mäntämoot-torin sylinterin paloillaan 4. Ruiskutusventtiili 1 on asennettavissa moottorin sylinte-15 rikannen yhteyteen. Ruiskutusventtiili 1 käsittää rungon 2, jossa polttoainekammio 3 paloillaan 4 ruiskutettavalle polttoaineelle. Polttoainekammio 3 on virtausyhtey-dessä polttoainelähteeseen rungossa 2 olevan polttoainekanavan 5 välityksellä. Polttoainelähde on esimerkiksi paineakku eli ns. common rail, johon polttoainetta syötetään korkeassa paineessa ja josta polttoainetta johdetaan yhdelle tai useam-20 malle ruiskutusventtiilille. Rungossa 2 on suutinreikiä 7, joiden kautta polttoainetta syötetään polttoainekammiosta 3 paloillaan 4. Ruiskutusventtiili 1 käsittää venttii-lineulan 9, jolla polttoaineen ruiskutusta polttoainekammiosta 3 palotilaan 4 ohja-2 taan. Polttoainekammiossa 3 on istukkapinta 8, jota vasten venttiilineulaa 9 paineli taan jousella 10. Jousi 10 on sovitettu rungon 2 ja venttiilineulan 9 tukipinnan 6 vä- T 25 liin.
C\l
X
£ Ruiskutusventtiili 1 käsittää vetotangon 22, joka on löyhästi kytketty venttiilineulaan ^ 9. Vetotangon 22 ensimmäinen pää on löyhästi kytketty venttiilineulan 9 toiseen
LO
^ päähän. Ruiskutusventtiili 1 käsittää toisen vetotangon 23, joka on löyhästi kytketty o c3 30 vetotankoon 22. Toisen vetotangon 23 ensimmäinen pää on löyhästi kytketty veto- 4 tangon 22 toiseen päähän. Toisen vetotangon 23 toinen pää on kiinnitetty piet-sosähköiseen toimilaitteeseen 11.
Lisäksi ruiskutusventtiili 1 käsittää vetotangon 22 yhteyteen sovitetun toisen jousen 5 24. Toinen jousi 24 on sovitettu vetotangon 22 ympärille, rungon 2 ja runkoon 2 tuetun kannattimen 19 väliin. Toinen jousi 24 vaikuttaa vetotankoon 22 venttii-lineulan 9 painamiseksi kohti suljettua asentoa. Kannatin 19 on sovitettu vetotangon 22 ympärille siten, että vetotanko 22 voi liikkua pituussuunnassaan suhteessa kannattimeen 19. Vetotanko 22 käsittää toisen tukipinnan 20. Toinen tukipinta 20 10 on välyksen d etäisyydellä kannattimesta 19, kun ruiskutusventtiili 1 on kuvion 4 mukaisessa suljetussa asennossa. Välyksen d suuruus on vähintään 1 mm, tyypillisesti 1-2 mm.
Toisen vetotangon 23 ensimmäisessä päässä on kolmas tukipinta 21. Ruiskutus-15 venttiili 1 käsittää toisen vetotangon 23 yhteyteen sovitetun kolmannen jousen 25. Kolmas jousi 25 on sovitettu toisen vetotangon 23 ympärille, kolmannen tukipinnan 21 ja rungon 2 väliin. Kolmas jousi 25 vaikuttaa toiseen vetotankoon 23 venttii-lineulan 9 painamiseksi kohti suljettua asentoa.
20 Ruiskutusventtiili 1 käsittää pietsosähköisen toimilaitteen 11 venttiilineulan 9 ohjaamiseksi eli liikuttamiseksi kiinniasennon ja aukiasennon välillä. Kiinniasennossa venttiilineula 9 on vasten istukkapintaa 8 ja siten estää polttoaineen virtauksen ^ polttoainekammiosta 3 palotilaan 4. Aukiasennossa venttiilineula 9 on istukkapin- ^ nasta 8 irti, jolloin polttoainetta virtaa istukkapinnan 8 ja venttiilineulan 9 välistä pa- c\i T 25 lotilaan 4.
C\l
X
£ Toisen vetotangon 23 toinen pää on kiinnitetty suoraan pietsosähköiseen toimilait- teeseen 11. Pietsosähköisen toimilaitteen 11 liike saa aikaan vastaavansuuruisen m ^ liikkeen venttiilineulaan 9. Venttiilineulaa 9 ohjataan suoraan pietsosähköisellä toi- o £3 30 milaitteella 11. Ruiskutusventtiili 1 ei käsitä hydraulista, mekaanista tai muunlaista 5 liikkeenvahvistinta, jolla pietsosähköisen toimilaitteen 11 aikaansaaman liikkeen suuruutta muutetaan ennen venttiilineulalle 9 välittämistä.
Kuvion 1 sovellusmuodossa pietsosähköinen toimilaite 11 on ns. thunder (Thin 5 Unimorph Driver) -toimilaite. Thunder-toimilaite käsittää kaksi eri lämpölaajenemis-kertoimen omaavaa levyä, esimerkiksi metallilevyä, joiden väliin on sovitettu kerros pietsomateriaalia korotetussa lämpötilassa. Kun lämpötila laskee, toimilaite 11 kaareutuu. Toisen vetotangon 23 toinen pää on kiinnitetty kaaren keskikohtaan. Toimilaitteen 11 reunat on kiinnitetty runkoon 2.
10
Pietsosähköisen toimilaitteen 11 toiminta perustuu pietsosähköiseen ilmiöön. Toimilaitteen pietsomateriaalin pituus muuttuu sähkökentän vaikutuksesta. Pietsoma-teriaali käsittää pietsokiteitä, jotka on tavallisesti valmistettu PZT-keraamista, joka käsittää lyijyä, zirkoniumia ja titaania.
15
Kuvion 1 mukaisessa suljetussa asennossa jousi 10 ja kolmas jousi 25 painavat venttiilineulaa 9 vasten istukkapintaa 8. Polttoaineen ruiskutuksen aloittamiseksi pietsosähköiseen toimilaitteeseen 11 kytketään jännite eli toimilaite 11 aktivoidaan. Tällöin toimilaitteeseen 11 muodostuu sähkökenttä, jonka suunta on sellainen, että 20 toimilaite 11 pitenee ja toimilaitteen 11 kaaren keskikohta nousee ylöspäin. Samalla kaareen kiinnitetty toinen vetotanko 23 liikkuu vastaavan matkan ja kolmas jousi 25 puristuu kasaan. Polttoainekammiossa 3 olevan polttoaineen paineen aiheutta-2 ma voima painaa venttiilineulaa 9 kohti avointa asentoa. Jousen 10 jousivoima ei ^ pysty yksinään pitämään venttiilineulaa 9 suljetussa asennossa, jolloin venttii-
(M
T 25 lineula 9 nousee istukkapinnalta 8 ja polttoaineen ruiskutus polttoainekammiosta 3 ^ suutinaukkojen 7 kautta paloillaan 4 alkaa. Kun venttiilineula 9 on avautunut välyk-
X
£ sen d verran, myös toinen jousi 24 alkaa vastustaa venttiilineulan 9 avautumisliiket- tä. Samalla venttiilineulaa 9 kohti avointa asentoa liikuttava painevoima kasvaa, tn ^ koska polttoaineen paine vaikuttaa myös venttiilineulan 9 kärkeen eli ensimmäi- o ° 30 seen päähän. Avaava voima on niin suuri, että toinenkaan jousi 24 ei pysty vastus- 6 tamaan venttiilineulan 9 liikettä, ja venttiilineula 9 avautuu täysin. Täysin avoimessa asennossa venttiilineula 9 on liikkunut vastaavansuuruisen matkan kuin toista vetotankoa 23 liikutettiin toimilaitteella 11.
5 Polttoaineen ruiskutuksen lopettamiseksi toimilaitteelta 11 katkaistaan jännite, jolloin toimilaite 11 lyhenee takaisin alkuperäiseen pituuteensa. Jousi 10, toinen jousi 24 ja kolmas jousi 25 painavat venttiilineulaa 9 kohti suljettua asentoa. Sulkeutu-misliikkeen loppumatkan aikana (välys d) toisen jousen 24 jousivoima ei enää vaikuta venttiilineulaan 9, mutta silti jousen 10 ja kolmannen jousen 25 jousivoima ja 10 venttiilineulan 9 kineettisen energia siirtävät venttiilineulan 9 suljettuun asentoon vasten istukkapintaa 8. Samalla polttoaineen ruiskutus polttoainekammiosta 3 paloillaan 4 päättyy. Kun polttoaineen ruiskutus aloitetaan uudelleen, kytketään toimilaitteeseen 11 jälleen jännite.
15 Kuviossa 2 on esitetty teleskooppinen pietsosähköinen toimilaite 11, jota voidaan käyttää kuvion 1 ruiskutusventtiilissä. Toimilaite 11 käsittää pietsoelementtejä 12, jotka on sovitettu sisäkkäin. Pietsoelementit 12 ovat lieriömäisiä. Pietsoelementit 12 on järjestetty liikkumaan teleskooppisesti suhteessa toisiinsa, kun toimilaitteeseen 11 kytketään jännite. Vierekkäisten pietsoelementtien 12 päädyt on kytketty 20 toisiinsa päätykappaleilla 13. Kukin pietsoelementti 12 on ainakin yhdestä päädystään kytketty viereisen eli sisemmän tai ulomman pietsoelementin 12 vastaavan-puoleiseen päätyyn päätykappaleella 13. Sisintä ja ulointa pietsoelementtiä 12 lu-2 kuunottamatta kunkin pietsoelementin ensimmäinen ja toinen pääty on kytketty vie- ^ rekkäisen, sisemmän tai ulomman, pietsoelementin vastaavanpuoleiseen päätyyn
C\J
T 25 päätykappaleella 13. Uloimman pietsoelementin toinen pääty on kiinnitetty toimilait-^ teen päätykappaleseen 15. Uloimman pietsoelementin ensimmäinen pääty on kyt-
X
£ ketty viereisen, sisemmän pietsoelementin ensimmäiseen päätyyn. Vastaavasti si- σ5 semmän pietsoelementin toinen pääty on kytketty viereisen, yhä sisemmän piet-
LO
^ soelementin toiseen päätyyn, jne. Sisimmän pietsoelementin ensimmäinen pääty o ° 30 on kytketty viereisen, ulomman pietsoelementin ensimmäiseen päätyyn. Sisimmän 7 pietsoelementin 12 toinen päätyön kiinnitetty keskipäätykappaleeseen 14. Piet-soelementin 12 ensimmäinen pääty on polttoainekammion 3 puoleinen päätyjä toinen pääty kauempana polttoainekammiosta 3 oleva pääty. Päätykappaleet 13, 14 ovat esimerkiksi alumiinia. Toinen vetotanko 23 on kiinnitetty suoraan keskipää-5 tykappaleeseen 14.
Pietsosähköinen toimilaite 11 on esijännitetty, jolloin se kestää paremmin vetojän-nitystä. Esijännitys saadaan aikaan esijännitysjousella 16, joka on sijoitettu toimilat-teen päätykappaleen 15 ja keskipäätykappaleen 14 väliin. Esijännityksen suuruus 10 on tyypillisesti noin kymmenesosa pietsosähköisen toimilaitteen 11 suurimmasta kuormituksesta.
Pietsoelementit 12 on järjestetty toimilaitteeseen 11 siten, että joka toinen piet-soelementti 12 pitenee ja joka toinen lyhenee, kun pietsoelementtien yli kytketään 15 jännite. Pituudenmuutos tapahtuu pietsoelementtien 12 aksiaalisuunnassa.
Kun polttoaineen ruiskutus aloitetaan, pietsosähköinen toimilaite 11 aktivoidaan eli toimilaitteeseen 11 kytketään jännite, jolloin uloin pietsoelementti lyhenee, sen vieressä oleva sisempi pietsoelementti pitenee ja tämän vieressä oleva sisempi piet-20 soelementti lyhenee, jne. Sisin pietsoelementti pitenee. Pietsoelementtien 12 liike siirretään päätykappaleilla 13 edellisestä pietsoelementistä seuraavaan, sisem-pään pietsoelementtiin 12. Siten sisimmän pietsoelementin liikematka on suurin.
2 Pietsoelementit 12 liikkuvat teleskooppisesti suhteessa toisiinsa. Sisimmän piet- ^ soelementin toinen pääty liikkuu polttoainekammiosta 3 poispäin. Keskipäätykap-
CM
T 25 paleeseen 14 kiinnitetty toinen vetotanko 23 liikkuu vastaavan matkan kuin keski-^ päätykappale 14 ja toinen jousi 25 puristuu kasaan. Tällöin venttiilineula 9 liikkuu
X
£ avoimeen asentoon vastaavalla tavalla kuin kuvion 1 sovellusmuodossa, ja poltto- £5 aineen ruiskutus polttoainekammiosta 3 suutinaukkojen 7 kautta paloillaan 4 alkaa.
LO
^ Kun polttoaineen ruiskutus paloillaan 4 lopetetaan, jännitteensyöttö toimilaitteelle o ^ 30 11 katkaistaan, jolloin pietsoelementit 12 palaavat takaisin alkuperäiseen pituu- 8 teensä. Jousi 10, toinen jousi 25 ja kolmas jousi 25 painavat venttiilineulan 9 suljettuun asentoon vastaavalla tavalla kuin kuvion 1 sovellusmuodossa, ja polttoaineen ruiskutus polttoainekammiosta 3 palotilaan 4 loppuu. Polttoaineen ruiskutus alkaa uudelleen, kun toimilaitteeseen 11 kytketään jälleen jännite.
5
Toisen vetotangon 23 kokonaisliikematka on yhtäsuuri kuin pietsoelementtien 12 pituuden muutosten itseisarvojen summa. Toisen vetotangon 23 kokonaisliikematka on yhden pietsoelementin 12 pidentymä/lyhentymä kerrottuna pietsoelementtien 12 lukumäärällä, mikäli pietsoelementit 12 pitenevät ja lyhenevät saman verran, 10 kun toimilaite 11 aktivoidaan. Pietsoelementtien 12 pituuden muutoksen suuruutta ja siten toisen vetotangon 23 ja venttiilineulan 9 liikkeen suuruutta voidaan säätää toimilaitteeseen 11 kytketyn jännitteen suuruutta muuttamalla. Näin polttoaineen ruiskutusmäärää voidaan säätää ruiskutustapahtuman aikana. Ruiskutustapahtu-ma voidaan esimerkiksi jakaa useaan osaan, mikä tekee mahdolliseksi polttoai-15 neen palamisen tarkemman hallinnan. Toimilaite 11 käsittää sellaisen määrän piet-soelementtejä 12, että venttiilineula 9 saadaan liikkumaan haluttu matka.
Kuviossa 3 on esitetty toinen teleskooppityyppinen pietsosähköinen toimilaite 11, jota voidaan käyttää kuvion 1 ruiskutusventtiilissä. Toimilaite 11 käsittää piet-20 soelementtejä 12, jotka on sovitettu sisäkkäin. Pietsoelementit 12 ovat lieriömäisiä. Pietsoelementit 12 ovat lieriömäisiä. Pietsoelementit 12 on järjestetty liikkumaan teleskooppisesti suhteessa toisiinsa, kun toimilaitteeseen 11 kytketään jännite. Vie-2 rekkäisten pietsoelementtien 12 vastakkaiset päädyt on kytketty toisiinsa välihol- ^ keillä 17. Uloimman pietsoelementin 12 toinen päätyjä sen vieressä olevan, si- T 25 semmän pietsoelementin 12 ensimmäinen pääty on kytketty toisiinsa väliholkilla ^ 17. Vastaavasti sisemmän pietsoelementin toinen pääty on kytketty väliholkilla 17
X
£ edelleen sisemmän pietsoelementin ensimmäiseen päätyyn. Uloimman pietsoele- σ5 mentin 12 ensimmäinen pääty on kiinnitetty rungossa 2 olevaan tukipintaan 18. Vä in o? liholkit 17 ovat esimerkiksi alumiinia. Toinen vetotanko 23 on kiinnitetty suoraan o o C\l 9 pietsosähköiseen toimilaitteeseen 11. Toisen vetotangon 23 toinen pää on kiinnitetty suoraan sisimmän pietsoelementin 12 toiseen päätyyn.
Pietsosähköinen toimilaite 11 on esijännitetty, jolloin se kestää paremmin vetojän-5 nitystä. Esijännitys saadaan aikaan esijännitysjousella 16, joka on sijoitettu toimilat-teen 11 päädyn 15 ja toisen vetotangon 23 toisen pään väliin. Esijännityksen suuruus on tyypillisesti noin kymmenesosa pietsotoimilaitteen 11 suurimmasta kuormituksesta.
10 Pietsoelementit 12 on järjestetty toimilaitteeseen 11 siten, että niiden pituudenmuu- tos tapahtuu samaan suuntaan, kun toimilaitteeseen 11 kytketään jännite. Kuvion 3 mukaisessa sovellusmuodossa kukin pietsoelementti 12 pitenee, kun toimilaitteeseen 11 kytketään jännite. Pietsoelementtien 12 liike siirretään väliholkkien 17 avulla edellisestä pietsoelementistä seuraavaan, sisempään pietsoelementtiin. Si-15 simmän pietsoelementin liikematka on suurin. Sisin pietsoelementti liikkuu polttoai-nekammiosta 3 poispäin. Sisimmän pietsoelementin kokonaisliike ja toisen veto-tangon 23 liike on samansuuruinen kuin pietsoelementtien 12 yhteenlaskettu liikematka. Sisin pietsoelementti voi olla lieriömäinen tai umpinainen, useista päällekkäin pinotuista pietsolevyistä muodostettu ns. pietsostack, johon toisen vetotangon 20 23 toinen pää on kiinnitetty.
Kun polttoaineen ruiskutus aloitetaan, pietsosähköinen toimilaite 11 aktivoidaan eli 2 toimilaitteeseen 11 kytketään jännite. Tällöin toimilaitteeseen 11 muodostuu säh- ^ kökenttä, jonka suunta on sellainen, että kaikki pietsoelementit 12 pitenevät. Piet- ^ 25 soelementit 12 liikkuvat teleskooppisesti suhteessa toisiinsa. Sisin pietsoelementti ^ 12 liikkuu polttoainekammiosta 3 poispäin ja siihen kiinnitetty toinen vetotanko 23
X
£ liikkuu vastaavan matkan. Vastaavasti kuin kuvioiden 1 ja 2 sovellusmuodoissa, £5 ventiilineula 9 nousee istukkapinnalta 8, jolloin polttoainetta pääsee virtaamaan
LO
^ polttoainekammiosta 3 suutinaukkojen 7 kautta paloillaan 4. Kun polttoaineen ruis- o ° 30 kutus polttoainekammiosta 3 paloillaan 4 lopetetaan, katkaistaan toimilaitteesta 11 10 jännite, jolloin pietsoelementit 12 lyhenevät alkuperäseen pituuteensa ja jousi 10, toinen jousi 24 ja kolmas jousi 25 painavat venttiilinaulan 9 takaisin istukkapintaa 8 vasten samalla tavalla kuin kuvioiden 1 ja 2 sovellusmuodoissa. Polttoaineen ruiskutus alkaa uudelleen, kun toimilaitteeseen 11 kytketään uudelleen jännite.
5
Toisen vetotangon 23 liikematka on yhtäsuuri kuin pietsoelementtien 12 yhteenlaskettu pidentymä tai lyhentymä. Toisen vetotangon 23 kokonaisliikematka on yhden pietsoelementin 12 liikematka kerrottuna pietsoelementtien 12 lukumäärällä, mikäli pietsoelementit 12 pitenevät ja lyhenevät saman verran, kun toimilaite 11 aktivoi-10 daan. Pietsoelementtien 12 pituuden muutoksen suuruutta ja siten toisen vetotangon 23 venttiilineulan 9 liikkeen suuruutta voidaan säätää toimilaitteen 11 jännitet-teen suuruutta muuttamalla. Näin polttoaineen ruiskutusmäärää voidaan säätää ruiskutusapahtuman aikana. Ruiskutustapahtuma voidaan esimerkiksi jakaa useaan osaan, mikä tekee mahdolliseksi polttoaineen palamisen tarkemman hallinnan. 15 Toimilaite 11 käsittää sellaisen määrän pietsoelementtejä 12, että venttiilineula 9 saadaan liikkumaan haluttu matka.
Myös kuvioiden 2 ja 3 sovellusmuodoissa pietsosähköisen toimilaitteen 11 toiminta perustuu pietsosähköiseen ilmiöön. Toimilaite 11 käsittää pietsosähköisestä mate-20 naalista valmistettuja pietsoelementtejä 12, joiden pituus muuttuu sähkökentän vaikutuksesta. Pietsoelementit 12 käsittävät pietsokiteitä, jotka on tavallisesti valmistettu PZT-keraamista, joka käsittää lyijyä, zirkoniumia ja titaania, o δ , Kaikissä edellä kuvatuissa sovellusmuodoissa toimilaitteen aikaasaama 11 liike
(M
τ 25 välitetään suoraan venttiilineulalle 9 ilman hydraulista, mekaanista tai muuta liik- h*- ^ keenvahvistinta, jolla toimilaitteen 11 liikkeen suuruutta tai voimakkuutta muutetaan
X
£ ennen venttiilineulalle 9 välittämistä.
N- cn
LO
LO
CD
cm 30

Claims (14)

1. Mäntämoottorin polttoaineen ruiskutusventtiili (1), joka käsittää polttoainekam-mion (3) ruiskutettavalle polttoaineelle, venttiilineulan (9) polttoaineen ruiskutuksen 5 ohjaamiseksi polttoainekammiosta (3) moottorin sylinteriin (4), jousen (10) venttiilineulan (9) painamiseksi kohti suljettua asentoa, ja pietsosähköisen toimilaitteen (11) venttiilineulan (9) ohjaamiseksi, tunnettu siitä, että ruiskutusventtiili (1) käsittää vetotangon (22), joka on löyhästi kytketty venttiilineulaan (9), toisen vetotangon (23), joka on kiinnitetty pietsosähköiseen toimilaitteeseen (11) ja löyhästi kytketty 10 vetotankoon (22), ja että ruiskutusventtiili (1) käsittää vetotangon (22) yhteyteen sovitetun toisen jousen (24) venttiilineulan (9) painamiseksi kohti suljettua asentoa ja toisen vetotangon (23) yhteyteen sovitetun kolmannen jousen (25) venttiilineulan (9) painamiseksi kohti suljettua asentoa.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että toi nen jousi (24) on järjestetty painamaan venttiilineulaa (9) kohti suljettua asentoa vasta, kun venttiilineula (9) on avautunut välyksen (d) verran.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että vä-20 lyksen (d) suuruus on 1-2 mm.
4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ruiskutusventtiili (1), tun- 2 nettu siitä, että pietsosähköinen toimilaite (11) käsittää pietsoelementtejä (12), joi- ^ den pituus muuttuu, kun toimilaite (11) aktivoidaan. (M V 25 h-·
^ 5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnet- X £ tu siitä, että pietsosähköinen toimilaite (11) käsittää pietsoelementtejä (12), jotka on sovitettu liikkumaan teleskooppisesti toistensa suhteen, kun toimilaite (11) aktiin ^ voidaan. I 30
6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että pietsosähköinen toimilaite (11) käsittää sisäkkäin sovitettuja pietsoelementtejä (12).
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että kukin pietsoelementti (12) on ainakin yhdestä päädystään kytketty viereiseen, sisempään tai ulompaan pietsoelementtiin (12).
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että vierek-10 käiset pietsoelementit (12) on kytketty toisiinsa samanpuoleisista päädyistään.
9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että vierekkäiset pietsoelementit (12) on kytketty toisiinsa vastakkaisista päädyistään.
10. Jonkin patenttivaatimuksen 4-8 mukainen ruiskutusventiili (1), tunnettu siitä, että pietsoelementit (12) on järjestetty toimilaitteeseen (11) siten, että vierekkäisissä pietsoelementeissä (12) tapahtuu vastakkaissuuntainen pituudenmuutos, kun toimilaite (11) aktivoidaan.
11. Jonkin patenttivaatimuksen 4-7 tai 9 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että pietsoelementit (12) on järjestetty toimilaitteeseen (11) siten, että että pietsoelementeissä (12) tapahtuu samansuuntainen pituudenmuutos, kun toimilaite ° (11) aktivoidaan. 0 cv i cv v 25
12. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 6-11 mukainen ruiskutusventtiili (1), ^ tunnettu siitä, että toinen vetotanko (23) on kiinnitetty sisimpään pietsoelementtiin X £ (12) tai keskipäätykappaleeseen (14), joka on kiinnitetty sisimmän pietsoelementin φ (12) päätyyn. LO LO 01 o o cv
13. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-3 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että pietsosähköinen toimilaite (11) käsittää kaksi eri lämpölaa-jenemiskertoimen omaavaa levyä, joiden väliin on sovitettu pietsomateriaalia.
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen ruiskutusventtiili (1), tunnettu siitä, että toi milaite (11) on kaareva, ja venttiilineula (9) on kiinnitetty kaaren keskikohtaan. o δ CM CM CM X cc CL 05 LO LO 05 O O CM
FI20095597A 2009-05-28 2009-05-28 Polttoaineen ruiskutusventtiili FI121719B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20095597A FI121719B (fi) 2009-05-28 2009-05-28 Polttoaineen ruiskutusventtiili
PCT/FI2010/050433 WO2010136653A1 (en) 2009-05-28 2010-05-28 Fuel injector valve
EP10727759.2A EP2435687B1 (en) 2009-05-28 2010-05-28 Fuel injector valve
US13/254,745 US8579253B2 (en) 2009-05-28 2010-05-28 Fuel injector valve

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20095597 2009-05-28
FI20095597A FI121719B (fi) 2009-05-28 2009-05-28 Polttoaineen ruiskutusventtiili

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20095597A0 FI20095597A0 (fi) 2009-05-28
FI20095597A FI20095597A (fi) 2010-11-29
FI121719B true FI121719B (fi) 2011-03-15

Family

ID=40680775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20095597A FI121719B (fi) 2009-05-28 2009-05-28 Polttoaineen ruiskutusventtiili

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8579253B2 (fi)
EP (1) EP2435687B1 (fi)
FI (1) FI121719B (fi)
WO (1) WO2010136653A1 (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201204878D0 (en) * 2012-03-20 2012-05-02 Lietuvietis Vilis I Nil inertia fuel pressure actuated inward opening direct injector
EP3153700A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-12 Continental Automotive GmbH Valve assembly for an injection valve, injection valve and method for assembling an injection valve

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1320920A (en) * 1969-11-12 1973-06-20 Cav Ltd Fuel injection nozzle units
DE2711393A1 (de) * 1977-03-16 1978-09-21 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzduese
JPS62107265A (ja) * 1985-11-02 1987-05-18 Nippon Soken Inc 電歪式油圧制御弁
JP3740733B2 (ja) * 1996-02-13 2006-02-01 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射装置
DE19641824A1 (de) * 1996-10-10 1998-04-16 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
DE19712923A1 (de) * 1997-03-27 1998-10-01 Bosch Gmbh Robert Piezoelektrischer Aktor
GB9802061D0 (en) * 1998-01-31 1998-03-25 Lucas Ind Plc Spring assembly
DE19915210A1 (de) 1999-04-03 2000-10-05 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
DE19916277A1 (de) * 1999-04-12 2000-10-26 Forschungszentrum Juelich Gmbh Teleskopartiger Mikromanipulator mit Piezomaterialien
DE10204655A1 (de) * 2002-02-05 2003-08-28 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
DE10213858A1 (de) * 2002-03-27 2003-10-30 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
DE10360450A1 (de) * 2003-02-27 2004-09-09 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzventil
US6843434B2 (en) * 2003-02-28 2005-01-18 Caterpillar Inc Dual mode fuel injector with one piece needle valve member
DE10310499A1 (de) * 2003-03-11 2004-09-23 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzventil
DE102004027824A1 (de) * 2004-06-08 2006-01-05 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffinjektor mit variabler Aktorübersetzung

Also Published As

Publication number Publication date
US20110315908A1 (en) 2011-12-29
WO2010136653A1 (en) 2010-12-02
FI20095597A0 (fi) 2009-05-28
US8579253B2 (en) 2013-11-12
EP2435687B1 (en) 2013-06-26
EP2435687A1 (en) 2012-04-04
FI20095597A (fi) 2010-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6575138B2 (en) Directly actuated injection valve
KR102301677B1 (ko) 연료 분사기
US7258283B2 (en) Fuel injector with direct needle control for an internal combustion engine
US7644874B2 (en) Injector
US9856843B2 (en) Fluid injector
WO2010132158A3 (en) Piezoelectric direct acting fuel injector with hydraulic link
JP2007506897A (ja) 内燃機関、特に直接噴射型のディーゼルエンジンの燃料噴射システムのためのインジェクタ
CN101501324A (zh) 带有直接针控和伺服阀支持的燃料喷射器
JP2008506888A (ja) 直接的な多段式の噴射弁部材制御装置を備えた燃料インジェクタ
JP2008531917A (ja) ダブル座を有する直接制御される噴射弁部材を備えた燃料インジェクタ
JP4297879B2 (ja) インジェクタ
FI121719B (fi) Polttoaineen ruiskutusventtiili
US8342424B2 (en) Fuel injection apparatus
JP2007224896A (ja) 燃料噴射装置
US10113523B2 (en) Injector
GB2424451A (en) Fuel injection valve with concentric inner and outer valve needles
US7311273B2 (en) Fluid injection device
FI122437B (fi) Polttoaineen ruiskutusventtiili
JP4476289B2 (ja) 燃料噴射装置内の構成
CZ20011884A3 (cs) Vstřikovací ventil paliva
EP2852752B1 (en) Fuel injector
EP2898212B1 (de) Brennstoffeinspritzventil
JP5246149B2 (ja) インジェクタ
EP2317117B1 (de) Aktormodul und Brennstoffeinspritzventil
EP2119903A2 (de) Kraftstoff-Injektor sowie Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 121719

Country of ref document: FI