DE60124630T2

DE60124630T2 - Fuel injection device for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE60124630T2
Application number: DE2001624630
Authority: DE
Inventors: Andre Agneray; Laurent Serge Francois Levin
Original assignee: Renault SA
Current assignee: Renault SA
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: FR2811717B1; DE60124630D1; EP1172552A1; EP1172552B1; ES2270969T3; FR2811717A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die insbesondere für ein Kraftfahrzeug bestimmt ist. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die es ermöglicht, den eingespritzten Brennstoff in Form von sehr feinen Tröpfchen je nach Bedarf zu atomisieren.The The present invention relates to a fuel injector for one Internal combustion engine, which is intended in particular for a motor vehicle. The invention particularly relates to a fuel injection device, which makes it possible the injected fuel in the form of very fine droplets ever to atomise as needed.

Die heute verwendeten Brennstoffeinspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen oder Lastkraftwägen funktionieren herkömmlicherweise nach dem Modell eines Ventils, dessen offener oder geschlossener Zustand einer permanenten Steuerung unterliegt, wobei die Dosierung des eingespritzten Brennstoffes nun direkt durch die Öffnungszeit erfolgt.The today used fuel injectors for internal combustion engines in automobiles or trucks conventionally work according to the model of a valve, its open or closed Condition is subject to permanent control, with the dosage of the injected fuel now directly through the opening time he follows.

Solche Einspritzsysteme umfassen eine elektrische Brennstoffversorgungspumpe, die durch den Kanal einer Verteilungsrampe die Gesamtheit der Einspritzvorrichtungen unter einem gegebenen Druck versorgt. Durch elektronische Kontrolle des Betätigungselements des Ventils jeder Einspritzvorrichtung werden der Anfang und die Dauer der Öffnung desselben gesteuert und nun eine genaue eingespritzte Brennstoffmenge bestimmt.Such Injection systems include an electric fuel supply pump, through the channel of a distribution ramp the totality of injectors supplied under a given pressure. By electronic control of the actuating element the valve of each injector will be the beginning and the Duration of opening the same controlled and now a precise amount of injected fuel certainly.

Die Einspritzvorrichtungen vom Typ mit elektromagnetisch gesteuertem Nadelventil weisen Grenzen auf, die die Motorleistungen bremsen. Insbesondere sind die Zeiten, um die Nadelventile zu öffnen oder zu schließen, noch zu lang, ungefähr 1 bis 2 ms, was eine ideale Phasenregelung des Einspritzens über alle Motorbereiche verhindert. Ferner ist die Mindestöffnungszeit, die die Mindestbrennstoffdosis, die eingespritzt werden kann, bestimmt, noch zu lang für gewisse Motorfunktionspunkte.The Injectors of the type with electromagnetically controlled Needle valves have limits that slow down engine performance. In particular, the times are to open the needle valves or close, too long, about 1 to 2 ms, which is an ideal phase control of the injection over all Motor areas prevented. Furthermore, the minimum opening time, which is the minimum fuel dose, which can be injected, certainly, too long for certain Motor function points.

Die bekannten Einspritzvorrichtungen mit Nadelventil weisen überdies Einspritzöffnungen mit relativ großen Durchmessern auf, um es zu ermöglichen, die erforderlichen Brennstoffmengen für den Betrieb der Motoren unter voller Last und mit hohen Drehzahlen einzuleiten. Diese Anordnung erzeugt Brennstoffstrahlen, die Tropfen mit großen Abmessungen aufweisen, was die Verdampfung des Brennstoffes (und somit die Herstellung des Brennstoffgemisches) bremst und das Phänomen einer Befeuchtung der Wände begünstigen kann.The known injectors with needle valve also have Injection ports with relatively large diameters on to make it possible the required fuel quantities for the operation of the engines under full load and high speeds. This arrangement produces fuel jets that have large-sized droplets, what the evaporation of the fuel (and thus the production of the fuel mixture) brakes and the phenomenon of moistening the Favor walls can.

Der nicht verdampfte Brennstoff neigt nämlich dazu, sich an den Wänden der Brennkammer abzulagern. Eine solche Ablagerung führt zu Dosierungsproblemen, die insbesondere in den Durchgängen schwierig sind, da die tatsächlich mit der Luft in der Brennkammer gemischte Brennstoffmenge nicht bekannt ist. Dieses Phänomen der Befeuchtung ist eine der Hauptursachen für starke Schadstoffemissionen bei Kaltstarts der Motoren.Of the Not vaporized fuel tends to stick to the walls of the Deposit combustion chamber. Such deposition leads to dosage problems, especially in the passages are difficult, since the actual Amount of fuel mixed with the air in the combustion chamber not known is. This phenomenon Humidification is one of the main causes of heavy pollutant emissions at cold starts of the engines.

Überdies bildet sich mit einer herkömmlichen Einspritzvorrichtung mit Nadelventil beim Öffnen des Nadelventils, wenn dieses letztgenannte beginnt, seinen Sitz zu verlassen, eine Flüssigkeitsblase, die verschwindet, wenn das Nadelventil völlig angehoben ist, wobei sich das Abfließen des Fluids nun reguliert. Diese Änderung in der Art des Abfließens macht jede genaue Kontrolle der momentanen Durchflussmenge der Einspritzvorrichtung unmöglich.moreover forms with a conventional injector with needle valve when opening of the needle valve, when the latter begins its seat to leave, a liquid bubble, which disappears when the needle valve is fully raised, taking the drain the fluid is now regulated. This change in the way of draining makes every accurate control of the instantaneous flow rate of the injector impossible.

Es wurde versucht, diese verschiedenen Probleme zu lösen, wobei Einspritzvorrichtungen entwickelt wurden, die piezoelektrische Betätigungselemente verwenden, um das Nadelventil derart zu steuern, dass die Öffnungs- und Verschlussdauer des Nadelventils verringert wird, aber solche Systeme, die immer nach dem Prinzip eines Ventils funktionieren, weisen ebenfalls große Nachteile auf, die insbesondere mit der starken Dispersion zusammenhängen, die die Größe der Tropfen in dem Brennstoffstrahl am Ausgang der Nase der Einspritzvorrichtung betrifft. So überträgt in dem Dokument FR 2 758 369 ein piezoelektrischer Wandler in Form einer Stange seine Elongation auf einen Gleitschieber, der sie (nur durch Schieben) selbst auf eine Ventilklappe überträgt, deren Rückkehr in Verschlussposition durch elastische Mittel sichergestellt ist. Eine solche Lösung hat den Nachteil einer zu langen Antwortzeit, die mit der Größe der kinematischen Kette zusammenhängt.Attempts have been made to solve these various problems by developing injectors that use piezoelectric actuators to control the needle valve to reduce the opening and closing times of the needle valve, but systems that always operate on the principle of a valve , are also associated with major drawbacks, particularly related to the high dispersion involved in the size of the droplets in the fuel jet at the exit of the injector nose. So transmits in the document FR 2 758 369 a piezoelectric transducer in the form of a rod its Elongation on a slide that transfers them (only by pushing) even on a valve flap whose return is ensured in the closed position by elastic means. Such a solution has the disadvantage of too long response time, which is related to the size of the kinematic chain.

Nach den Dokumenten DE 3010985 und US 5330100 sind Einspritzvorrichtungen bekannt, umfassend ein Öffnungssystem des Nadelventils durch Translation in Verbindung mit einem zweiten Zerstäubungssystem des Strahls am Ausgang der Auswurfnase, wobei in diesen Vorrichtungen die Flüssigkeitsschicht kontinuierlich während der gesamten Öffnungszeit fließt und durch die in der Nähe der Auswurfnase erzeugten Vibrationen wieder fragmentiert wird, sobald zwischen der Flüssigkeit und dem Ende der Kontakt hergestellt ist.After the documents DE 3010985 and US 5330100 Injection devices are known, comprising an opening system of the needle valve by translation in conjunction with a second atomization of the jet at the exit of the ejection nose, in these devices, the liquid layer continuously flows during the entire opening time and is fragmented by the vibrations generated in the vicinity of the ejection nose, as soon as the contact between the liquid and the end is established.

Ein erster Nachteil dieses Lösungstyps besteht in der geringen Fähigkeit zum Atomisieren der Flüssigkeit, wenn die ausgeworfene Flüssigkeitsschicht groß ist, bzw. in einer begrenzten Fähigkeit zum Atomisieren nur einen kurzen Moment lang am Anfang des Kontakts der Flüssigkeitsschicht sowie am Ende des Auswerfens. Zwischen diesen beiden Momenten erfolgt der Kontakt während eines zu kurzen Zeitraums, als dass die Vibrationen und Verschiebungen, die am Ende der Auswurfnase erzeugt werden, entweder in Form einer Oberflächenwelle in die Flüssigkeit übertragen werden könnten, wodurch diese vernebelt wird, oder als dass lokale Impulse auf der Fluidschicht erzeugt würden, was eine Fragmentierung der Fluidschicht zur Folge hat.One first disadvantage of this type of solution consists in the low ability for atomizing the liquid, when the ejected liquid layer is great or in a limited ability to Atomize for just a moment at the beginning of the contact the liquid layer as well as at the end of the ejection. Between these two moments takes place the contact during too short a period, than that the vibrations and shifts, which are generated at the end of the ejection nose, either in the form of a surface wave transferred into the liquid could become, causing it to be fogged, or as that local impulse on the Fluid layer would be generated, which results in fragmentation of the fluid layer.

Ein zweiter Nachteil dieses Lösungstyps besteht in einer zu langen Antwortzeit auf Grund der Öffnungsart, die eine Translation der gesamten Masse des Nadelventils erfordert.One second disadvantage of this type of solution consists in too long a response time due to the opening type, which requires a translation of the entire mass of the needle valve.

Nach dem Dokument US 5025766 ist eine Einspritzvorrichtung bekannt, deren Nase um eine Frequenz von 35 kHz vibriert und eine Kugel von gegebener Masse umfasst, die am Sitz der Einspritznase durch eine Vorspannungsfeder angelegt gehalten wird. Bei jeder Oszillation kommt es zu einer Öffnung zwischen dem Sitz der Einspritznase und der Kugel, die somit das Auswerfen einer Fluidmenge während eines sehr kurzen Zeitraums, der der Oszillationsperiode entspricht, ermöglicht, wodurch die Flüssigkeit mit einer sehr hohen Rate vernebelt werden kann. Aber ein Nachteil besteht in der Tatsache, dass es einerseits das Abprellen der Kugel auf dem Sitz und andererseits das Oszillationsverhalten des Systems, das aus der Masse der Kugel und der Vorspannungsfeder besteht, nicht ermöglichen, das Vibrationsverhalten der Einheit Nase-Kugel und somit den Öffnungsmoment, der es ermöglicht, das Fluid zu dosieren, genau zu kontrollieren, was sich in der Tatsache zeigt, dass der Brennstoff auf unkontrollierte Weise eingespritzt wird.After the document US 5025766 For example, there is known an injector whose nose vibrates at a frequency of 35 kHz and which comprises a ball of given mass held on the seat of the injection nose by a biasing spring. With each oscillation, there is an opening between the seat of the injection nose and the ball, thus allowing ejection of a quantity of fluid for a very short period corresponding to the oscillation period, whereby the fluid can be atomized at a very high rate. But a disadvantage is the fact that on the one hand the rebounding of the ball on the seat and on the other hand the oscillation behavior of the system, which consists of the mass of the ball and the biasing spring, do not allow the vibration behavior of the unit nose-ball and thus the opening moment , which allows to meter the fluid, to precisely control what is shown by the fact that the fuel is injected in an uncontrolled manner.

Die Gesamtheit der vorher erwähnten Probleme zeigt sich somit in einer Verdampfung des Treibstoffes, die unvollständig und nicht homogen bei der Herstellung des Brennstoffgemisches in der Brennkammer sein kann, in ungenauen Dosierungen, die als Folge eine unvollständige Verbrennung haben, die sich in der Bildung einer hohen Menge an schädlichen Gasen und einem Energiedefizit zeigt, die die Leistung des Motors beeinträchtigt.The Entirety of the previously mentioned Problems thus show up in an evaporation of the fuel, the incomplete and not homogeneous in the preparation of the fuel mixture in The combustion chamber may be in inaccurate dosages as a result an incomplete one Have combustion, resulting in the formation of a high amount of harmful Gases and an energy deficit shows the engine's power impaired.

Ziel der Erfindung ist, einen neuen Typ von Brennstoffeinspritzvorrichtung vorzuschlagen, der es ermöglicht, die Gesamtheit dieser Probleme zu lösen, wobei die Vorrichtung mit einer großen Präzision und einer sehr kurzen Antwortzeit eine Wolke von Brennstofftropfen liefern kann, deren Größen sehr ähnlich und klein genug sind, um die völlige und homogene Verdampfung des eingespritzten Brennstoffes zu gewährleisten.aim The invention is a new type of fuel injector to propose, which makes it possible to solve the totality of these problems, the device with a big one Precision and deliver a cloud of fuel drops in a very short response time can, whose sizes are very similar and are small enough to complete and to ensure homogeneous evaporation of the injected fuel.

Das Dokument US 4389999 A beschreibt eine Brennstoffeinspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des beiliegenden Anspruchs 1.The document US 4389999 A describes a fuel injection device according to the preamble of the accompanying claim. 1

Die Anmelderin schlug bereits Vorrichtungen, die zumindest teilweise diesem Ziel entsprechen, in den französischen Patentanmeldungen 99 04732, angemeldet am 15/04/1999 sowie in der Patentanmeldung 99 14548, angemeldet am 19/11/1999, vor. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Alternativlösung.The Applicant has already proposed devices that are at least partially correspond to this goal, in French patent applications 99 04732, filed on 15/04/1999 and in the patent application 99 14548, registered on 19/11/1999, before. The present invention relates to a Alternative solution.

Die Erfindung erreicht ihr Ziel mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, wie in dem beiliegenden Anspruch 1 definiert.The Invention achieves its object with a fuel injector, as defined in the appended claim 1.

So ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffeinspritzvorrichtung verwirklicht, deren Öffnung im Bereich der Auswurfnase nur vom gedehnten oder zusammengezogenen Zustand der auf Höhe der Nase aufliegenden ein Ventil bildenden Nadel abhängt, wobei die Zustandsänderung durch eine elektrisch gesteuerte Ultraschallerregungsquelle erzeugt wird. Bei diesem Funktionstyp, bei dem die Öffnung durch Verformung des Nadelventils und nicht durch Translation erfolgt, werden die Phänomene von Oszillationen vom Typ Masse-Feder vermieden. Bei jeder Oszillation wird eine gegebene Menge an elastischer Verformungsenergie in die Stange übertragen und für die Dehnung-Zusammenziehung mit einem Verlust auf Grund der inneren Entspannungen des die Stange bildenden Materials verbraucht, wobei die restliche Energie durch Dämpfung auf Grund des Zusammendrückens des Fluidblättchens, das zwischen der Auswurfnase und dem das Ende der Nadel bildenden Ventil eingeklemmt ist, absorbiert wird. Die Oszillationen erfolgen bei einer Frequenz nahe 50 kHz, wodurch es möglich ist, kurze Öffnungszeiten zu erzeugen und die ausgeworfene Flüssigkeit fein zu atomisieren.So is in accordance with the present Invention, a fuel injection device realized whose opening in Area of ejection nose only from stretched or contracted Condition of the height the nose resting on a valve-forming needle depends, being the state change generated by an electrically controlled ultrasonic excitation source becomes. In this type of function, where the opening is due to deformation of the Needle valve and not done by translation, the phenomena of Oscillations of the mass-spring type avoided. With every oscillation, a given amount becomes more elastic Deformation energy transferred to the rod and for the elongation-contraction at a loss due to the inner relaxations of the rod consumed material, the remaining energy through damping due to the compression of the fluid leaflet, that between the ejection nose and the end of the needle forming Valve is trapped, absorbed. The oscillations take place at a frequency near 50 kHz, which makes it possible to have short opening times to produce and atomize the ejected liquid finely.

Überdies weist die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf.moreover has the injection device according to the invention one or more of the following features.

Die Verschlussmittel sind von einer Stange gebildet, deren erweitertes Ende eine Klappe bildet, wobei diese Stange axial beweglich im Inneren des Wandlers befestigt und elastisch mit diesem selben Wandler in einer Zone verbunden ist, die sich in einem oberen Teil des Wandlers befindet, der in einer weniger breiten Zylinderform als der restliche Wandler ausgeführt ist.The Locking means are formed by a rod whose extended End forms a flap, said rod being axially movable inside attached to the transducer and elastic with this same transducer in connected to a zone located in an upper part of the transducer which is in a less wide cylindrical shape than the rest Transducer executed is.

Die eine Klappe bildenden Verschlussmittel werden auf konstante Weise an das Ende der Düse, das als Sitz für die Klappe dient, durch ein elastisches Rückstellelement, das aus einem dämpfenden Material bestehen kann, rückgestellt, wobei diese elastische und dämpfende Vorrichtung die Gesamtheit, die von den drei Elementen, nämlich dem Wandler, der Stange und der Klappe, gebildet ist, trägt, wobei diese drei Elemente selbst elastisch verbunden sind.The a flap forming closure means are in a constant manner to the end of the nozzle, the as a seat for the flap serves, by an elastic restoring element, which consists of a damping material can exist, reset, these being elastic and cushioning Device the whole, that of the three elements, namely the Transducer, the rod and the flap, is formed, bearing these three elements are themselves elastically connected.

Die eine Klappe bildenden Verschlussmittel werden an das Ende der Düse nach jeder Öffnung durch das Zusammenziehen der Stange, das auf die Dehnung der Stange während jedes Vibrationszyklus folgt, rückgestellt.The a flapper forming closure means will revert to the end of the nozzle every opening through the contraction of the rod, which is due to the elongation of the rod during each Vibration cycle follows, reset.

Die eine Klappe bildenden Verschlussmittel bleiben an das Ende der Düse außerhalb der Verformungsphasen der Stange dank des elastischen Rückstell- und Dämpfungsmittels angelegt, das die Einheit des Wandlers, der Stange und der Verschlussmittel an das Ende der Düse, das einen Sitz für die Klappe bildet, rückstellt.The flap forming closure means remain at the end of the nozzle outside the deformation mung phases of the rod thanks to the elastic restoring and damping means that restores the unit of the transducer, the rod and the closure means to the end of the nozzle, which forms a seat for the flap.

Das elastische Rückstell- und Dämpfungsmittel, das dazu dient, die Verschlussmittel an das Ende der Düse anzulegen, und die Baugruppe aus dem Wandler und der Stange stützt, besteht aus einem Material, mit dem die Übertragung von Vibrationen zwischen dem Wandler und dem Körper des Einspritzgehäuses gedämpft werden kann.The elastic return and damping agents, which serves to apply the closure means to the end of the nozzle, and the assembly of the transducer and the rod supports exists made of a material with which the transmission be damped by vibrations between the transducer and the body of the injection housing can.

Das elastische Rückstell- und Dämpfungsmittel, das dazu dient, die Verschlussmittel an das Ende der Düse anzulegen, ermöglicht es, das mögliche Spiel auf Grund der Wärmedehnungen zwischen dem Wandler, der Stange und der Einspritzdüse ohne tatsächliche Änderung der die Dichtigkeit gewährleistenden Vorspannung rückzustellen.The elastic return and damping agents, which serves to apply the closure means to the end of the nozzle, allows it, the possible Game due to the thermal expansions between the converter, the rod and the injector without actual change which ensures tightness Reset bias.

Das Einspritzgehäuse umfasst den Wandler, die Stange und das Dämpfungsmaterial.The Injection housing includes the transducer, the rod and the damping material.

Ein Durchflussbegrenzer ist im Inneren der Düse in dem ringförmigen Raum zwischen der Stange und der zylindrischen Innenfläche der Düse angeordnet, so dass beim Auswerfen des Fluids der durch die Düse strömende Flüssigkeitsstrom genau durch den zwischen der Stange und dem Durchflussbegrenzer vorhandenen Raum definiert wird.One Flow restrictor is inside the nozzle in the annular space between the rod and the cylindrical inner surface of the Nozzle arranged, such that upon ejection of the fluid, the liquid flow passing through the nozzle exactly by the between the rod and the flow restrictor existing space is defined.

Die Mittel, um die Stange in zyklische Vibration zu bringen, sind von einem Wandler gebildet, der ein mechanisches Verstärkungssystem umfasst und elastisch mit der Stange verbunden ist, um auf sie die verstärkten Verformungen zu übertragen.The Means for cyclically vibrating the rod are of a transducer is formed, which is a mechanical amplification system includes and elastically connected to the rod to give them the amplified deformations transferred to.

Für die Zentrierung der Stange und der Verschlussmittel in der Nähe des Endes der Düse ist eine ringförmige Führung vorgesehen, umfassend Kanäle für den Durchgang der Flüssigkeit, an die sich die Stange anlegt, so dass die Verschlussmittel koaxial mit dem Ende der Düse verschoben werden können.For centering the rod and the closure means near the end of the nozzle is one annular guide provided, including channels for the Passage of the liquid, to which the rod applies, so that the closure means coaxial with the end of the nozzle can be moved.

Die im Kragen gebildeten Kanäle für den Durchgang der Flüssigkeit können als Durchflussbegrenzer dienen.The channels formed in the collar for the passage the liquid can serve as a flow restrictor.

Der Wandler umfasst eine Stapelung von mehr als zwei aktiven Komponenten.Of the Converter comprises a stack of more than two active components.

Die aktiven Komponenten des Wandlers sind aus einem piezoelektrischen Material hergestellt.The active components of the transducer are made of a piezoelectric Material produced.

Die aktiven Komponenten des Wandlers sind aus einem magnetostriktiven Material hergestellt.The active components of the transducer are made of a magnetostrictive Material produced.

Die Masse des Wandlers, die mit dem Dämpfungsteil verbunden ist, stellt ein Ableitungssystem mit einer sehr langen Antwortzeit im Vergleich mit den Erregungszeiten des Wandlers dar, so dass die Verformungen der Stange und die Stöße, die sich im Bereich des Sitzes ergeben, den Körper des Wandlers nicht in Bewegung versetzen; nur das Ende des Zylinders, das den Wandler an seinem oberen Teil abschließt, oszilliert beiderseits der ursprünglichen Gleichgewichtsposition, wobei diese Oszillationen in die Stange übertragen werden.The Mass of the transducer which is connected to the damping part, provides a drainage system with a very long response time in the Comparison with the excitation times of the transducer, so that the deformations the rod and the bumps that arising in the area of the seat, the body of the transducer is not in Move movement; only the end of the cylinder, which is the transducer at its upper part, oscillates on both sides of the original equilibrium position, whereby these oscillations are transmitted to the rod.

Die von der Einspritzvorrichtung gelieferten Brennstoffmengen können auf zwei Arten gesteuert werden, die darin bestehen, eine Verschiebung der Klappe zu steuern:

a) über einen Schwellenwert hinaus, in welchem Fall der Durchflussquerschnitt durch die Öffnung größer als jener des Durchflussbegrenzers ist, und die Durchflussmenge der Einspritzvorrichtung nun vom Druck und vom Durchgangsquerschnitt des Durchflussbegrenzers abhängt, so dass die eingespritzten Mengen genau durch die Anzahl von Öffnungszyklen der Klappe kontrolliert werden,
b) unter dem oben erwähnten Schwellenwert, in welchem Fall der Durchflussquerschnitt durch die Öffnung kleiner als jener des Durchflussbegrenzers ist, und die momentane Durchflussmenge der Einspritzvorrichtung nun von jeder Oszillation des Drucks und vom von der Öffnung erzeugten Durchgangsquerschnitt abhängt, so dass die eingespritzten Mengen in diesem Fall durch die Verschiebungsamplitude und die Anzahl von gesteuerten Oszillationen kontrolliert werden, wodurch es möglich ist, die eingespritzte Mindestmenge weiter zu verringern und die Vernebelungsrate der Flüssigkeit zu steigern.

The amounts of fuel delivered by the injector can be controlled in two ways, which are to control a displacement of the flap:

a) beyond a threshold, in which case the flow area through the opening is greater than that of the flow restrictor, and the flow rate of the injector now depends on the pressure and flow area of the flow restrictor so that the quantities injected are precisely determined by the number of valve opening cycles to be controlled,
b) below the above-mentioned threshold, in which case the flow area through the opening is smaller than that of the flow restrictor, and the instantaneous flow rate of the injector now depends on each oscillation of the pressure and the passage area created by the opening, so that the injected quantities in controlled by the displacement amplitude and the number of controlled oscillations, whereby it is possible to further reduce the injected minimum amount and increase the atomization rate of the liquid.

Die Ziele, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind besser mit Hilfe der nachstehenden Beschreibung einer nicht einschränkenden Ausführungsart der Erfindung zu verstehen, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, wobei:The Objects, aspects and advantages of the present invention are better with the aid of the following description of a non-limiting embodiment to understand the invention, with reference to the accompanying drawings Reference is made, wherein:

1 eine Gesamtansicht im Axialschnitt von der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung darstellt, 1 FIG. 3 shows an overall view in axial section of the injection device according to the invention, FIG.

die 2 und 3 in Draufsicht den Durchflussbegrenzungsteil und den Führungsteil der Stange darstellen, die sich in der Düse der Einspritzvorrichtung befinden;the 2 and 3 represent in plan view the flow restricting part and the guide part of the rod, which are located in the nozzle of the injector;

4 die zeitlichen Verschiebungen des Endes der Stange in Bezug auf die Düse darstellt; 4 represents the time displacements of the end of the rod with respect to the nozzle;

5 eine Axialschnittansicht ist, die die Anbringung des in 1 dargestellten Einspritzelements auf einem Joch sowie die elektrischen Steuerelemente der piezoelektrischen Keramiken darstellt. 5 an axial sectional view is the attachment of the in 1 illustrated injection represents on a yoke and the electrical controls of the piezoelectric ceramics.

Gemäß den beiliegenden Zeichnungen sind nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente dargestellt. Um ferner die Studie dieser Zeichnungen zu vereinfachen, tragen dieselben Teile dieselben Bezugszeichen von einer Figur zur anderen.According to the enclosed Drawings are only for the understanding represented necessary elements of the invention. To further the study simplify these drawings, the same parts carry the same Reference numerals from one figure to another.

Unter Bezugnahme auf 1 ist der Körper des Einspritzelements, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, im Detail dargestellt. Der Körper des Einspritzelements umfasst im Wesentlichen drei getrennte Elemente, die miteinander zusammenwirken.With reference to 1 is the body of the injection element, the object of the present invention, shown in detail. The body of the injection element essentially comprises three separate elements which cooperate with each other.

Das erste Elemente besteht aus dem Einspritzgehäuse 15, das einen inneren Hohlraum 10 aufweist, der dazu bestimmt ist, mit Brennstoff unter Druck mit Hilfe einer Axialbohrung 16 zur Brennstoffzufuhr befüllt zu werden, die sich an eine Druckfluidversorgungsschaltung anschließt. Der Hohlraum 10 mündet am unteren Ende 6 der Düse 3 durch eine Einspritzöffnung 5. Das Gehäuse 15 weist im Inneren einen abgestuften Teil 11 auf, auf dem ein Stützelement 9 aufliegt, das aus einem dämpfenden Material besteht, welches Element den hinteren Teil 18 eines Wandlers 1 aufnimmt.The first element consists of the injection housing 15 that has an internal cavity 10 intended to be fuel pressurized by means of an axial bore 16 to be filled to the fuel supply, which adjoins a pressurized fluid supply circuit. The cavity 10 flows at the bottom 6 the nozzle 3 through an injection port 5 , The housing 15 has a stepped part inside 11 on top of which a support element 9 rests, which consists of a damping material, which element the rear part 18 a converter 1 receives.

Das zweite Element besteht aus Mitteln, die in der Lage sind, Vibrationen in einem Längsmodus mit Ultraschallfrequenzen zu erzeugen, wie beispielsweise ein Wandler 1, wobei dieser Wandler einen abgestuften Teil 12 aufweist, der als mechanischer Verstärker dient und im oberen Teil mit einem Rohr von zylindrischer Form 2 endet, in dem die vom Wandler 1 kommenden Vibrationen übertragen werden, wobei das Ende des Rohrs 2 eine elastische Verbindungszone 8 mit einer weiter unten beschriebenen Stange 4 aufweist, so dass die Längsvibrationen in die Stange 4 von ihrem in der Zone 8 befindlichen Ende übertragen werden.The second element consists of means capable of producing vibrations in a longitudinal mode with ultrasonic frequencies, such as a transducer 1 wherein this transducer is a stepped part 12 which serves as a mechanical amplifier and in the upper part with a tube of cylindrical shape 2 ends in which the converter 1 coming vibrations are transmitted, the end of the tube 2 an elastic connection zone 8th with a rod described below 4 so that the longitudinal vibrations in the rod 4 of hers in the zone 8th be transferred end.

Das dritte Element ist von einer Stange 4 gebildet, die axial beweglich im Inneren der Düse 3 angeordnet ist und deren unteres Ende von kegelstumpfartiger Form 7 sich außerhalb der Düse 3 erstreckt. Dieses Ende 7, das eine Klappe bildet, ist dazu ausgeführt, mit der Innenfläche der Düse 3 in Kontakt zu kommen, die die untere Öffnung 5 der Düse 3 begrenzt, wobei die Fläche einen Sitz für die Klappe bildet, und somit die Einspritzöffnung für den Brennstoff zu verschließen.The third element is from a pole 4 formed, which is axially movable inside the nozzle 3 is arranged and the lower end of frustoconical shape 7 outside the nozzle 3 extends. This end 7 , which forms a flap, is designed to with the inner surface of the nozzle 3 to come in contact with the lower opening 5 the nozzle 3 limited, wherein the surface forms a seat for the flap, and thus to close the injection port for the fuel.

Das andere Ende der Stange 4 ist elastisch mit dem Wandler 1 in der Zone 8 verbunden, die sich am Ende des Rohrs 2 befindet, wobei die elastische Verbindung in der Masse des Materials durch eine Schweißnaht oder eine mechanische Verbindung mit einer höheren Vorspannung als die in dieser Zone während des Betriebs des Wandlers erzeugten Spannungen sichergestellt ist.The other end of the pole 4 is elastic with the transducer 1 in the zone 8th connected, located at the end of the pipe 2 wherein the elastic compound in the mass of the material is ensured by a weld or a mechanical connection with a higher bias voltage than the voltages generated in this zone during the operation of the converter.

Der Wandler 1 ist koaxial mit der Düse 3 über Führungen 25 im Hohlraum 10 des Einspritzgehäuses auf dem Stützteil 9 angeordnet, der aus einem gleichzeitig dämpfenden und elastischen Material hergestellt ist. Der Teil 9 endet in der Kontaktzone mit dem abgestuften Teil 11 des Einspritzgehäuses 15 mit einer Scheibe 14, die sehr geringe Reibeigenschaften aufweist, so dass der Wandler 1 gleichsam frei drehbar in Bezug auf die Einspritzdüse 3 sein kann.The converter 1 is coaxial with the nozzle 3 about guides 25 in the cavity 10 of the injection housing on the support member 9 arranged, which is made of a simultaneously damping and elastic material. The part 9 ends in the contact zone with the stepped part 11 of the injection housing 15 with a slice 14 that has very low frictional properties, making the transducer 1 as it were freely rotatable with respect to the injection nozzle 3 can be.

Die Stange 4, die durch den Wandler 1 bis zu seinem Ende in der Zone 8 hindurchgeht, wird durch die Führung 27 eingesetzt, die die Koaxialität der eine Klappe bildenden Verschlussmittel 7 mit dem Sitz 6 der Klappen 7 sicherstellen. Wenn die Klappe 7 wieder mit dem Sitz 6 in Kontakt kommt, wird eine Vorspannung mit einem festgelegten Wert zwischen dem Wandler 1 und dem Einspritzgehäuse 15 ausgeübt, welche Vorspannung sich durch ein Zusammenziehen des Materials 9 und eine zusätzliche Translation der Stange 4 in Bezug auf den Wandler 1 zeigt. Die Stange 4 wird nun mechanisch in dieser Position gehalten und am Ende des Rohrs 2 auf einer der Zone 8 entsprechenden Länge befestigt. In dieser Zone 8 besteht das Rohr 2 nun aus einem vollen Teil, der aus dem Material der Stange 4 gebildet ist, die von dem Material des Sendeteils 19 des Wandlers umgeben ist, wobei dieser Sendeteil vorzugsweise aus demselben Material wie die Stange 4 gewählt wurde. Der Teil 9 übt eine elastische Rückstellkraft aus, die dazu neigt, den Wandler 1 von der Düse 3 zu entfernen, was zum Anlegen des Endes 7 der Stange 4, die mit dem Wandler 1 verbunden ist, an den Sitz 6 führt.The pole 4 passing through the converter 1 until its end in the zone 8th passes through the guide 27 used, the coaxiality of the flap forming closure means 7 with the seat 6 the flaps 7 to ensure. If the flap 7 again with the seat 6 comes into contact, a bias voltage with a specified value between the transducer 1 and the injection housing 15 exerted, which bias is characterized by a contraction of the material 9 and an additional translation of the rod 4 in terms of the converter 1 shows. The pole 4 is now held mechanically in this position and at the end of the pipe 2 on one of the zone 8th appropriate length attached. In this zone 8th is the tube 2 now a full part made of the material of the pole 4 is formed by the material of the transmitting part 19 is surrounded by the transducer, this transmitting part preferably made of the same material as the rod 4 was chosen. The part 9 exerts an elastic restoring force, which tends to the transducer 1 from the nozzle 3 to remove what to create the end 7 the pole 4 that with the converter 1 connected to the seat 6 leads.

Die Masse des Wandlers 1 in Verbindung mit dem Dämpfungsteil 9 stellen ein Ableitungssystem dar, das eine sehr lange Antwort im Vergleich mit den Erregungszeiten des Wandlers 1 hat, so dass die Verformungen der Stange und die Stöße, die im Bereich des Sitzes 6 entstehen, nicht den Körper des Wandlers 1 in Bewegung versetzen, sondern nur das Ende des Zylinders 2 beiderseits der ursprünglichen Gleichgewichtsposition oszilliert, wobei diese Oszillationen in die Stange 4 übertragen werden.The mass of the converter 1 in conjunction with the damping part 9 represent a derivative system that gives a very long response compared to the excitation times of the transducer 1 so that the deformations of the rod and the shocks in the area of the seat 6 do not arise, not the body of the transducer 1 set in motion, but only the end of the cylinder 2 on both sides of the original equilibrium position oscillates, these oscillations in the rod 4 be transmitted.

Der Wandler 1 ist derart dimensioniert, dass er ein Maximum an Spannungen im Bereich der abgestuften Verbindung 12 mit dem Rohr oder Zylinder 2 überträgt, wobei dieses Maximum an Spannungen einem Minimum einer Vibrationsamplitude für das Material entspricht.The converter 1 is dimensioned such that it has a maximum of stresses in the range of the stepped connection 12 with the pipe or cylinder 2 transmits, wherein this maximum voltage corresponds to a minimum of a vibration amplitude for the material.

Der Wandler 1 umfasst eine Zone 17, die von aktiven piezoelektrischen oder magnetostriktiven Komponenten gebildet ist, die sich jeweils unter dem Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes in der Dicke verformen. Dieser Teil 17 ist sandwichartig zwischen zwei weiteren Elementen 18 und 19 angeordnet, die aus einem elastischen Material gebildet sind. Die Verbindung zwischen den Elementen 17, 18 und 19 ist durch Vorspannungsmittel, wie beispielsweise eine Gewindeachse 20 oder eine Schraube gewährleistet. Die Stapelung von mehreren aktiven Komponenten 17 ermöglicht es, die Verformungen in der Dicke, die von jedem der Ringe erzeugt werden, zu addieren, wobei die daraus resultierende Verformung der Gesamtverschiebung der Stapelung von Ringen unter der elastischen Verformungsgrenze des Vorspannungsmittels 20 bleibt. Die Verringerung des Durchmessers des Teils 19 auf Teil 2 ermöglicht es, die Längsverformungen, die in dem Teil 19 erzeugt werden, bis in die Zone 8 zu erweitern, wo die Übertragung in die Stange 4 stattfindet.The converter 1 includes a zone 17 that are of active piezoelectric or magnetostrictive Components is formed, which deform in each case under the application of an electric or magnetic field in thickness. this part 17 is sandwiched between two other elements 18 and 19 arranged, which are formed of an elastic material. The connection between the elements 17 . 18 and 19 is by biasing means, such as a threaded axle 20 or a screw guaranteed. The stacking of several active components 17 makes it possible to add the deformations in the thickness produced by each of the rings, the resulting deformation of the total displacement of the stacking of rings below the elastic deformation limit of the biasing means 20 remains. The reduction of the diameter of the part 19 on part 2 allows the longitudinal deformations in the part 19 be generated, up to the zone 8th to expand where the transfer to the pole 4 takes place.

Wie in 5 dargestellt, sendet der Motorkontrollrechner 33 zwei Impulse, die dem Anfang und dem Ende der Einspritzung entsprechen, während dieser Zeit sendet ein Ultraschallfrequenzgenerator 32 einen Wellenzug (Niveau 5 V) mit einer gegebenen Frequenz an den Eingang eines Verstärkers 34, der es ermöglicht, die piezoelektrischen Keramiken 17 mit Wechselspannung (von ungefähr +60 V) mit derselben Ultraschallfrequenz während der Einspritzdauer anzugreifen.As in 5 shown, sends the engine control computer 33 two pulses corresponding to the beginning and the end of the injection during which time an ultrasonic frequency generator is transmitting 32 a wave train (level 5 V) with a given frequency to the input of an amplifier 34 that enables the piezoelectric ceramics 17 with alternating voltage (of approximately +60 V) with the same ultrasonic frequency during the injection period.

Unter Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden der piezoelektrischen Keramiken verformen sich diese und erzeugen eine elastische Spannung, die sich bis zum Ende des Rohrs 2 überträgt, dann breitet sich diese Verformung in die Stange 4 bis zum Ende 7 aus, wo sich die Verschlussmittel befinden.Upon application of an electrical voltage to the electrodes of the piezoelectric ceramics, these deform and generate an elastic strain which extends to the end of the tube 2 transmits, then spreads this deformation in the bar 4 until the end 7 from where the closure means are located.

Die aus dem Wandler 1 und der Stange 4 bestehende Einheit ist derart dimensioniert, dass sie auf die Erregungsfrequenz der aktiven Komponenten 17 in Resonanz ist und die Längsverschiebungen bis zum Niveau des unteren Endes der Stange 4 verstärkt.The from the converter 1 and the pole 4 existing unit is dimensioned to match the excitation frequency of the active components 17 is in resonance and the longitudinal displacements up to the level of the lower end of the rod 4 strengthened.

Die Stange 4, die ursprünglich die Öffnung 21 mit ihrem eine Klappe bildenden Ende 7 verschließt, verformt sich unter dem Impuls, der an sie geliefert wird, wenn das Ende des Rohrs 2 zu oszillieren beginnt. Diese Verformung verteilt sich elastisch über die gesamte Länge der Stange 4 und zeigt sich am Ende der Stange 4, wo der Auswurf stattfindet. Die eigene Antwort der Stange 4 ermöglicht es, das Ende 7 oszillieren zu lassen und so die Öffnung 21 auf zyklische Weise erscheinen zu lassen.The pole 4 originally the opening 21 with her flap forming end 7 closes, deforms under the impulse delivered to it when the end of the pipe 2 begins to oscillate. This deformation is distributed elastically over the entire length of the rod 4 and shows up at the end of the pole 4 where the ejection takes place. The own answer of the rod 4 allows the end 7 to oscillate and so the opening 21 to appear in a cyclical way.

4 beschreibt die Positionsänderung des Endes 7 der Stange 4 (Punkte Ai) in Bezug auf das Ende 6 der Düse 3 (Punkte Bi) für einen Oszillationszyklus der Resonanzeinheit. 4 describes the position change of the end 7 the pole 4 (Points Ai) in relation to the end 6 the nozzle 3 (Points Bi) for one oscillation cycle of the resonance unit.

Die Öffnung des ringförmigen Schlitzes 21 ist somit oszillierend und gleich der Vibrationsamplitude der Klappe 7 in Bezug auf das Ende 6, wie 4 zeigt. Die Öffnungsfrequenz des Schlitzes hängt nun von der für den Wandler 1 gewählten Erregungsfrequenz ab.The opening of the annular slot 21 is thus oscillating and equal to the vibration amplitude of the flap 7 in terms of the end 6 , as 4 shows. The opening frequency of the slot now depends on that for the converter 1 selected excitation frequency.

Die minimale Öffnungszeit der Einspritzvorrichtung ist von derselben Ordnung wie die an den Wandler 1 angelegte Erregungsdauer, wobei diese Erregung auf einige Dutzend Kilohertz, typischerweise 50 kHz, erfolgen kann, was Mindestöffnungszeiten von ungefähr 20 μs gestattet. Dies ermöglicht es, Mikromengen an Flüssigkeit während eines kürzeren Zeitraums im Vergleich mit den herkömmlicheren Einspritzvorrichtungen zu liefern, bei denen die Mindestzeit zur Durchführung des Öffnens und Schließens der Einspritznase eher 300 μs beträgt.The minimum opening time of the injector is of the same order as that of the converter 1 duration of excitation, which excitation may be at tens of kilohertz, typically 50 kHz, allowing for minimum open times of approximately 20 μs. This makes it possible to deliver micro quantities of liquid for a shorter period of time compared to the more conventional injectors, where the minimum time to perform the opening and closing of the injection nose is more like 300 μs.

Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Art des Einbaus einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung in eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt.With reference to 5 is a type of installation of an injection device according to the invention shown in an internal combustion engine of a motor vehicle.

Die Brennstoffversorgung des Motors ist vom Mehrpunkttyp mit elektronischer Steuerung, durch die jede Brennkammer 35 direkt mit Brennstoff von mindestens einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, die in die Kammer mündet, versorgt wird.The fuel supply to the engine is of the multipoint type with electronic control, through which each combustion chamber 35 directly supplied with fuel from at least one fuel injector, which opens into the chamber.

Der Körper der Einspritzvorrichtung ist am Joch 24 des Motors an seinem oberen Ende durch nicht dargestellte Mittel befestigt, wobei dieses obere Ende überdies an eine Brennstoffzuführleitung 16, die ebenfalls nicht dargestellt ist, angeschlossen ist.The body of the injector is at the yoke 24 the engine is secured at its upper end by means not shown, this upper end also to a Brennstoffzuführleitung 16 , which is also not shown, is connected.

Die Dichtigkeit im rechten Winkel zum Schacht 31 der Einspritzvorrichtung ist durch eine Ringdichtung 29 sichergestellt, die zwischen der Verbindung 11 und dem Rand 30 des Einspritzschachtes 31 angelegt gehalten wird.The tightness at right angles to the shaft 31 the injector is through a ring seal 29 ensured between the connection 11 and the edge 30 of the injection shaft 31 is maintained.

Nach einer besonderen Ausführungsart der Einspritzvorrichtung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, umfasst der Wandler 1 einen Zylinder 18 aus Stahl mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 25 mm, umfassend in seinem oberen Teil eine Gewindeachse 20.According to a particular embodiment of the injection device which is the subject of the present invention, the converter comprises 1 a cylinder 18 made of steel with a diameter of 20 mm and a height of 25 mm, comprising in its upper part a threaded axis 20 ,

Die Gewindeachse 20 des Zylinders 18 ermöglicht es, piezoelektrische Keramikringe 17 (Außendurchmesser 20 mm, Innendurchmesser 6 mm, Dicke 2 mm) zwischen dem Zylinder 18 und dem Sendeteil 19 vorzuspannen. Die Keramiken sind mit antiparallelen Polarisationen angeordnet, wobei Elektroden 13 zwischen jedem Keramikpaar angeordnet sind.The thread axis 20 of the cylinder 18 allows piezoelectric ceramic rings 17 (Outer diameter 20 mm, inner diameter 6 mm, thickness 2 mm) between the cylinder 18 and the transmission part 19 pretension. The ceramics are arranged with antiparallel polarizations, with electrodes 13 are arranged between each ceramic pair.

Eine Stange 4 aus Titan mit einem Durchmesser von 2 mm und umfassend ein konisches Ende 7 mit einem Außendurchmesser von 5 mm ist in die Achse des Wandlers 1 eingesetzt. Eine elastische und dämpfende Scheibe 9 umfasst eine Öffnung, die die Stange 4 durchlässt, und liegt auf der Unterseite 11 des Hohlraums 10 auf.A pole 4 made of titanium with a diameter of 2 mm and comprising a conical end 7 with an outer diameter of 5 mm is in the axis of the transducer 1 used. An elastic and damping disc 9 includes an opening that holds the rod 4 lets through, and lies on the bottom 11 of the cavity 10 on.

Die Stange 4 wird mit dem Wandler 1 in der Zone 8 verbunden, nachdem die Scheibe 9 bis auf einen gewissen Vorspannungswert vorgespannt wurde, wobei der Wandler 1 auf der Scheibe 9 liegen bleibt. Diese Restvorspannung ermöglicht es, das konische Ende 7 der Stange 4 an die Zone 6 der Düse 3 anzulegen, wobei die Kontaktkraft nun durch Elastizität der Einheit Stange 4 und Scheibe 9 aufrechterhalten wird. Die angelegte Vorspannung ermöglicht einerseits die Dichtigkeit der Öffnung 21 der Düse 3, wenn Fluid 16 mit einem gegebenen Druck zugeführt wird, und andererseits die Nachstellung eines möglichen Verschleißes in der Kontaktzone der Klappe 7 mit der Düse 3.The pole 4 is with the converter 1 in the zone 8th connected after the disc 9 was biased to a certain bias value, the converter 1 on the disc 9 remains lying. This residual prestressing allows the conical end 7 the pole 4 to the zone 6 the nozzle 3 apply, with the contact force now by elasticity of the unit rod 4 and disc 9 is maintained. The applied bias on the one hand allows the tightness of the opening 21 the nozzle 3 when fluid 16 supplied with a given pressure, and on the other hand, the adjustment of a possible wear in the contact zone of the flap 7 with the nozzle 3 ,

Die Elastizität des Materials, aus dem die Scheibe 9 besteht, wird derart gewählt, dass sie es ermöglicht, Längenänderungen zwischen der Stange 4 und der Düse 3 auf Grund der Wärmedehnungen ohne tatsächliche Änderung des Wertes der die Dichtigkeit sicherstellenden Vor spannung nachzustellen.The elasticity of the material from which the disc 9 is chosen so that it allows changes in length between the rod 4 and the nozzle 3 due to the thermal expansions without actual change in the value of the tightness ensuring before adjusting voltage.

Die Masse des Wandlers und die Steifigkeit der Scheibe 9 werden derart gewählt, dass ein System gebildet wird, das eine sehr lange Antwortzeit im Vergleich mit den Erregungszeiten des Wandlers von ungefähr 1 bis 20 Millisekunden maximal hat. Das Material, aus dem die Kuppel besteht, kann auf Basis von Polymeren sein, die eine sehr starke Dämpfungsrate der elastischen Verformungen in der Dynamik aufweisen.The mass of the transducer and the rigidity of the disc 9 are chosen such that a system is formed which has a very long response time in comparison with the excitation times of the converter of about 1 to 20 milliseconds maximum. The material making up the dome may be based on polymers that have a very high damping rate of the elastic deformations in the dynamics.

Wenn eine variable Spannung von ungefähr 60 Volt an die Klemmen der Keramiken über gemeinsame Elektroden 13 angelegt wird, verformen sich die Keramiken in der Dicke, und die Verformungen übertragen sich in die Gesamtheit der Struktur.When a variable voltage of about 60 volts to the terminals of the ceramics via common electrodes 13 the ceramics deform in thickness, and the deformations translate into the entirety of the structure.

Die Oszillationsamplitude für eine Spannung von 60 Volt, die an jede Elektrode angelegt wird, ist nahe 20 Mikrometer, wobei so eine Öffnung 5 frei gelassen wird, die einen Fluidfilm erzeugt, dessen Dicke von derselben Ordnung (20 Mikrometer) ist. Dieser Fluidfilm wird durch das Schließen der Öffnung 21, das nach einer sehr kurzen Zeit eintritt (alle 20 μs), fragmentiert.The oscillation amplitude for a voltage of 60 volts applied to each electrode is near 20 microns, with one such opening 5 is left free, which produces a fluid film whose thickness is of the same order (20 microns). This fluid film is created by closing the opening 21 , which occurs after a very short time (every 20 μs), fragmented.

Die Vorrichtung ermöglicht es somit, je nach Bedarf sehr feine Tröpfchen zu erzeugen. Die Modulation der Amplitude der Öffnung 21 ermöglicht es, die Größe der Tropfen und somit die Durchflussmenge mit Antwortzeiten von ungefähr 20 μs zu modulieren.The device thus makes it possible to produce very fine droplets as needed. The modulation of the amplitude of the aperture 21 makes it possible to modulate the size of the drops and thus the flow rate with response times of approximately 20 μs.

Wenn eine Verschiebung der Klappe 7 über einen Schwellenwert hinaus gesteuert wird, ist der Durchflussquerschnitt durch die Öffnung 21 größer als jener des Durchflussbegrenzers 26, und die Durchflussmenge der Einspritzvorrichtung hängt nun vom Druck und vom Durchgangsquerschnitt des Durchflussbegrenzers 26 ab. Die eingespritzten Mengen werden genau durch die Anzahl von Öffnungszyklen und die Größe der Tropfen durch den Wert der Verschiebung kontrolliert.If a shift of the flap 7 is controlled beyond a threshold, the flow area is through the opening 21 greater than that of the flow restrictor 26 , and the flow rate of the injection device now depends on the pressure and the passage cross section of the flow restrictor 26 from. The injected quantities are precisely controlled by the number of opening cycles and the size of the drops by the value of the displacement.

Wenn eine Verschiebung der Klappe 7 unter dem oben erwähnten Schwellenwert gesteuert wird, ist der Durchflussquerschnitt durch die Öffnung 21 kleiner als jener des Durchflussbegrenzers 26, und die momentane Durchflussmenge der Einspritzvorrichtung hängt nun bei jeder Oszillation vom Druck und vom Durchgangsquerschnitt, der von der Öffnung 21 erzeugt wird, ab. Die eingespritzten Mengen werden in diesem Fall durch die Verschiebeamplitude und die Anzahl von gesteuerten Oszillationen kontrolliert, wobei die eingespritzte Mindestmenge weiter verringert und die Vernebelungsrate der Flüssigkeit erhöht werden kann.If a shift of the flap 7 is controlled below the above-mentioned threshold value, the flow area through the opening is 21 smaller than that of the flow restrictor 26 , and the instantaneous flow rate of the injector now depends on the pressure and passage cross-section of the orifice at each oscillation 21 is generated, from. The injected amounts are controlled in this case by the displacement amplitude and the number of controlled oscillations, whereby the minimum amount injected can be further reduced and the atomization rate of the liquid can be increased.

Claims

Fuel injection device for an internal combustion engine, comprising an injection housing ( 15 ), which is supplied with fuel and with a cylindrical nozzle ( 3 ) ends, at the end of an injection port ( 5 ) is arranged, a converter ( 1 ) for putting into cyclic vibration, which is arranged inside the housing and is controlled in terms of duration and strength by the electronic control system of the motor, and closure means ( 7 ), in the end ( 6 ) of the nozzle ( 3 ) are arranged and by elastic return means to the end ( 6 ), wherein the elastic return means on the one hand from a rod ( 4 ), with which the lockable funds ( 7 ) and the body of the injection device up to a zone ( 8th ), in which the rod with the transducer ( 1 ) and connects the closure means to the transducer, traverses, and on the other hand from damping means ( 9 ) for the fixed unit which is the transducer ( 1 ), the rod ( 4 ) and the closure means ( 7 ) are formed, so that the closure means to the end ( 6 ) of the nozzle, characterized in that the displacement of the transducer in vibration to an alternating deformation by contraction and stretching in the rod ( 4 ), so that during each cycle of vibration, the elongation experienced by the rod leads to an extension of the rod, which causes a displacement of the closure means ( 7 ), which are elastically connected to the rod, with respect to the end of the nozzle ( 6 ), allowing this shift, while an opening during the cycle ( 21 ), through which a certain amount of fuel is ejected.

Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the closure means ( 7 ), which form a flap, to the end of the nozzle ( 6 ) after each opening by the contraction of the rod ( 4 ), which follows the elongation of the rod during each cycle of vibration.

Fuel injection device according to claims 1 to 2, characterized in that the one flap ( 7 ) forming closure means to the end of the nozzle ( 6 ) outside the deformation phases of the rod ( 4 ) thanks to the elastic restoring and damping means ( 9 ), which is the unit of the converter ( 1 ), the rod ( 4 ) and the closure means ( 7 ) to the end of the nozzle ( 6 ) which forms a seat for the flap, resets.

Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the extended one, a flap ( 7 ) forming end of the rod ( 4 ) sealing means elastically with the rod ( 4 ), the rod ( 4 ) axially movable in the interior of the transducer ( 1 ) and even elastic with this same transducer ( 1 ) in a zone ( 8th ), which are in the upper part ( 2 ) of the converter ( 1 ) is located.

Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the elastic restoring and damping means ( 9 ), which serve to provide the closure means ( 7 ) to the end of the nozzle ( 6 ) and the unit of the converter ( 1 ) and the rod ( 4 ), consist of a material which makes it possible to reduce the transmission of vibrations between the transducer ( 1 ) and the body of the injection housing ( 15 ) to dampen.

Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the mass of the converter ( 1 ) in conjunction with the damping part ( 9 ) represent a derivative system that has a very long response time with respect to the excitation duration of the transducer ( 1 ), so that the deformations of the rod and in the area of the seat ( 6 ) to a movement of the body of the transducer ( 1 ), whereby only the end of the upper part ( 2 ) oscillates on either side of the original equilibrium position, whereby these oscillations in the rod ( 4 ) be transmitted.

Fuel injection device according to claim 1, characterized in that it comprises the elastic restoring and damping means ( 9 ), which serve to provide the closure means ( 7 ) to the end of the nozzle ( 6 ), allow the possible play due to the thermal expansion between the transducer ( 1 ), the rod ( 4 ) and the nozzle ( 3 ) without actually changing the preload, which ensures the tightness.

Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the quantities of fuel supplied by the injection device can be controlled in two ways, which consist in a displacement of the flap ( 7 ) a) beyond a limit, in which case the passage cross section through the opening ( 21 ) greater than that of a flow restrictor ( 26 ) and the flow rate of the injector is now the pressure and the passage cross section of the flow restrictor ( 26 ), so that the quantities injected are precisely determined by the number of opening cycles of the flap ( 7 ), b) below the above limit, in which case the passage cross section through the opening ( 21 ) smaller than that of the flow restrictor ( 26 ) and the instantaneous flow rate of the injector now at each oscillation of the pressure and the passage cross-section of the opening ( 21 ), so that the injected amounts in this case are controlled by the displacement amplitude and the number of controlled oscillations, whereby the injected minimum amount can be further reduced and the mist formation rate of the liquid can be increased.