Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Beschreibung

[0001] Die Erfingung betrifft ein elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist auch in der EP-A-0 204 070 und der EP-A-0 203 274 gleichen Prioritätsdatums beschrieben.

[0002] Dieses elektrisch betätigbare Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen zeichnet sich dadurch aus, daß es einen mit Elektroden versehenen piezoelektrischen Schwinger mit mindestens einer Kraftstoff aufnehmenden Kammer aufweist, daß mit der Kammer ein Kraftstoffzuleitungsweg und eine Ausspritzöffnung (= Austrittsöffnung) in Kraftstoff leitender Verbindung stehen, die derart gestaltet sind, daß beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden dem Kraftstoff eine Vorzugsbewegung durch die Kammer zu der Ausspritzöffnung erteilt wird. Insbesondere ist der piezoelektrische Schwinger in einem Block montiert, aus dem der Kraftstoffzuleitungsweg ausgeformt ist. Der piezoelektrische Schwinger ist als hohlzylindrischer Radialschwinger ausgebildet, in dessen Wand eine Reihe von Kraftstoff aufnehmenden Kammern parallel und konzentrisch zu dessen Längsachse untergebracht sind. Ein Ende des Radialschwingers mit den durchgehenden Kammern ragt in eine ringförmige Konstantvolumen-Kammer herein, die aus dem Block konzentrisch zu der Längsachse ausgeformt ist.

[0003] Das Kraftstoffeinspritzventil arbeitet nach dem Prinzip, daß der piezoelektrische Schwinger nach Anlegen einer elektrischen Spannung an seine Elektroden und dementsprechender Bildung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden des Schwingers und.dementsprechender Dickenänderung ohne ein in seiner Gesamtheit bewegliches Element, insbesondere ohne verschiebbare Ventilnadel, die Vorzugsbewegungsrichtung bestimmt, in der der Brennkraftstoff in die Umgebung des Kraftstoffeinspritzventils eingespritzt wird. In diesem Zusammenhang mißt das Kraftstoffeinspritzventil die benötigte Einspritzmenge zu und schafft eine Voraussetzung für die Zerstäubung des Brennkraftstoffs. Dies wird dadurch erreicht, daß durch das elektrische Feld beim Anlegen der Hochspannung an die Elektroden des piezoelektrischen Schwingers sich dieser zusammenzieht oder ausdehnt, damit das Volumen der Kraftstoff aufnehmenden Kammer verändert, und daß bei einer Volumenverringerung der Kammer der Brennkraftstoff im wesentlichen aus der Ausspritzöffnung austritt, während der Kraftstoffrückfluß durch den Kraftstoffzuleitungsweg wesentlich gedrosselt ist.

[0004] Zu dem Betrieb des piezoelektrischen Schwingers ist eine hohe Spannung erforderlich, die den Elektroden des Schwingers zuzuführen ist. Diese gesteuerte hohe Spannung kann Störungen in anderen elektrischen Anlagen, insbesondere auch Funkanlagen, verursachen, die sich in der Nähe des Hochspannungserzeugers und der Hochspannungszuleitungen zu dem Kraftstoffeinspritzventil mit dem Schwinger befinden.

[0005] Ein dem Oberbegriff entsprechendes Kraftstoffeinspritzventil ist aus der US-A-33 91 680 bekannt. Dabei sind zu den Elektroden des zylindrischen Radialschwingers von einem außerhalb des Ventils angeordneten Hochspannungserzeuger Zuleitungen geführt. Diese Ausbildung kann zu Störungen in anderen elektrischen Anlagen führen.

[0006] Bei einem aus der FR-A-22 85 930 bekannten Flüssigkeitszerstäuber sind innerhalb eines im Zerstäuber angeordneten Gehäuses ein piezoelektrischer Schwinger sowie eine elektronische Steuerung des Schwingers angeordnet.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kraftstoffeinspritzventil der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß durch hohe Betriebsspannungen des Schwingers verursachte Störungen vermieden werden.

[0008] Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung des Blocks, in dem der Schwinger angeordnet ist, gelöst. Der aus Metall bestehende und somit elektrische Felder gut abschirmende Block wird hier gleichzeitig zur Unterbringung einer Hochspannungserzeuger-Schaltungsanordnung verwendet. Dem Block mit dieser Hochspannungserzeuger-Schaltungsanordnung ist daher nur eine niedrige Versorgungsspannung zuzuführen, die keine Störungen hervorruft. Außerdem wird durch die Unterbringung der Hochspannungserzeuger-Schaltunganordnung in dem Block, zu dem leicht eine Masseverbindung mit den umgebenden Metallteilen hergestellt werden kann, die Gefahr einer Berührung von Personen mit Hochspannung führenden Teilen vermieden. Das Kraftstoffeinspritzventil mit dem Block ist so gestaltet, daß die Hochspannungserzeuger-Schaltungsanordnung in einem Hohlraum angeordnet ist, der von den Kraftstoff führenden Teilen getrennt ist. Dieser Hohlraum wird im folgenden auch als Abschirmkammer bezeichnet.

[0009] Zweckmäßig ist an dem Block ein Niederspannungs-Steckverbinder angebracht, der in dem Block mit der Hochspannungserzeuger-Schaltungsanordnung verbunden ist. Dadurch kann der Block mit dem piezoelektrischen Schwinger leicht montiert und an die Versorgungsspannungsquelle angeschlossen werden. Ebenso werden Prüfung und gegebenenfalls Austausch des Blocks mit der Hochspannungserzeuger-Schaltungsanordnung erleichtert.

[0010] Als Hochspannungserzeuger-Schaltungsanordnung dient bevorzugt eine DiodenKondensator Kaskadenschaltung, die kompakt ausgeführt und deswegen unproblematisch in dem Block untergebracht werden kann.

[0011] Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Kraftstoffeinspritzventil mit integriertem Hochspannungserzeuger und

Fig. 2 eine schematisierte Hochspannungserzeuger-Schaltungsanordnung.

[0012] Das Kraftstoffeinspritzventil in Fig. 1 ist vergrößert dargestellt.

[0013] Wesentlicher Teil des Kraftstoffeinspritzventils nach Fig. 1 ist ein hohlzylindrischer Radialschwinger 11 aus piezoelektrischem Material. In dem hohlzylindrischen Radialschwinger ist zwischen dessen Innenwand und der Außenwand eine Reihe von Kraftstoff aufnehmenden Kammern 12,12' angeordnet. Die Kraftstoff aufnehmenden Kammern liegen in einer neutralen Faser des Radialschwingers und sind als durchgehende, also oben und unten offene Bohrungen mit konstantem Durchmesser ausgebildet. Sie verlaufen parallel und konzentrisch zur Längsachse 19.

[0014] Die Innenwand und die Außenwand des Radialschwingers ist jeweils mit einer Elektrode belegt, die lediglich durch die Zuleitung 14 bzw. 15 angedeutet ist.

[0015] Der unteren Seite der Kraftstoff aufnehmenden Kammern 12,12' steht eine Ringblende 16 gegenüber, welche mit den Kammern fluchtende, die Tröpfchengröße bestimmende Bohrungen 17, 17' aufweist.

[0016] Der Radialschwinger und die Ringblende sind in einem Block 18 montiert, so daß die Ringblende 16 mit den Bohrungen 17, 17' bzw. die Kammern des Radialschwingers 11 nach unten Kraftstoff einspritzen können.

[0017] In dem oberen Teil des um die Längsachse 19 weitgehend rotationssymmetrischen. steifen Blocks, der ebenso wie ein Deckel 28 aus elektrisch abschirmenden Metall besteht, ist der Kraftstoffzuleitungsweg zu dem Ringschwinger angeordnet. Der Kraftstoffzuleitungsweg besteht im wesentlichen aus einer ringförmigen Konstantvolumen-Kammer 20, in die ein Kraftstoffzuflußstutzen 21 und ein Kraftstoffabflußstutzen 22 münden. Die freien Querschnitte der Stutzen 21 und 22 sind klein gegenüber der Fläche der Innenwand der Konstantvolumen-Kammer.

[0018] Der Radialschwinger 11 ist in einer ringförmigen Ausnehmung 23 des Blocks 18 mit Dichtungen 24-26 abgedichtet eingesetzt.

[0019] Der Block 18 und der Deckel 28 sind durch eine zentrale Durchgangsbohrung 29 durchsetzt, die zur Führung von Zuluft in der Hauptströmungsrichtung gemäß Pfeil 34 vorgesehen ist. Die zum Betrieb des piezoelektrischen Radialschwingers erforderliche hohe Spannung wird in einem Hochspannungserzeuger 35 erzeugt, der in einer Abschirmkammer 36 an dem oberen Ende des Blocks 18 untergebracht ist. Die Abschirmkammer ist zu der Durchgangsbohrung 29 hin durch die Wand 30 geschlossen, nach außen im wesentlichen durch eine Wand 37. Nach oben hin ist die Abschirmkammer durch den Deckel 28 geschlossen. Zur Zuführung einer Versorgungsspannung, die eine Wechselspannung verhältnismäßig niedriger Amplitude ist, dient ein Steckverbinder 38, der in der Zeichnung nur stark vereinfacht angedeutet ist. Die in dem Hochspannungserzeuger 35 aus der niedrigen Wechselspannung erzeugte Hochspannung wird über die Leitungen 14, 15, die vorteilhaft abgeschirmt in Bohrungen 39, 40 in der Wand des Blocks geführt sind, an die Elektroden des Radialschwingers geleitet.

[0020] Der Hochspannungserzeuger und die hohe Spannung führenden Zuleitungen 14, 15 sind damit so in dem Block angeordnet, daß praktisch keine störenden Felder aus dem Block nach außen dringen können.

[0021] Bei Anlegen von Hochspannung an die Zuleitungen 14, 15 und das dementsprechend zwischen der Innenwand und der Außenwand des Radialschwingers gebildete elektrische Feld erfolgt eine Volumenänderung der Kammern 12,12' in dem Ringschwinger. Der in diese Kraftstoff aufnehmende Kammern von der Konstantvolumen-Kammer 20 einströmende Kraftstoff wird im wesentlichen nach unten durch die Bohrungen 17,17' der Ringblende 16 in das das Kraftstoffeinspritzventil umgebende Volumen eingespritzt. Die Vorzugsbewegungsrichtung 27 des Kraftstoffs verläuft somit wie mit dem entsprechend gekennzeichneten Pfeil angedeutet. Nach oben kann hingegen der Kraftstoff aus den Kammern 12, 12' nicht nennenswert in die Konstantvolumen-Kammer 20 zurückströmen, da diese mit einem großen Volumen im wesentlichen nicht kompressiblen Kraftstoffs gefüllt ist. Die den Kraftstoff aufnehmenden Kammern 12, 12' können daher fertigungsgünstig als durchgehende Bohrung ausgebildet sein.

[0022] Durch die innere Zuluft, die durch die Durchgangsbohrung 29 geleitet wird, erfolgt eine Aufweitung des zerstäubten Kraftstoffes, der in der Vorzugsbewegungsrichtung 27 aus den Bohrungen 17,17' in das Volumen, z. B. einer Zentraleinspritzanlage eingespritzt wird. Durch die Zuluft wird gleichzeitig der Hochspannungserzeuger 35 gekühlt.

[0023] Eine Hochspannungserzeuger-Schaltungsanordnung ist vereinfacht in Fig. 2 dargestellt. Sie umfaßt in wenig aufwendiger Weise eine Kaskadenschaltung, bestehend aus Kondensatoren 41, 42, 43, 44 und Dioden 45, 46, 47, 48. Zum Anschluß der Versorgungswechselspannung mit relativ niedriger Amplitude dienen Anschlüsse 49, 50, die dem Steckerverbinder 38 entsprechen. Eine durch die Kaskade gebildete z. B. vervierfachte, gleichgerichtete Spannung wird über die Zuleitungen 14, 15 dem piezoelektrischen Radialschwinger 11 zugeführt. Die Kaskade kann praktisch beliebig erweitert werden, um eine noch höhere Spannungsvervielfachung zu erzielen.

Ansprüche

1. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem mit Elektroden versehenen hohlzylindrischen piezoelektrischen Radialschwinger (11), der Kraftstoff aufnehmende Kammern (12, 12') aufweist, die mit einem Kraftstoffzuleitungsweg und mit einer Ausspritzöffnung in Verbindung stehen, und mit einem Block (18), in dem der Radiaischwinger (11) montiert ist und aus dem der Kraftstoffzuleitungsweg ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kraftstoff aufnehmenden Kammern (12, 12') in der Wand des Radialschwingers (11) parallel zu dessen Längsachse (19) durchgehend ausgebildet und konzentrisch zur Längsachse (19) angeordnet sind, wobei ein Ende des Radialschwingers (11) mit den Kammern (12, 12') in eine ringförmige Konstantvolumen-Kammer (20) hereinragt, die aus dem Block (18) konzentrisch zu der Längsachse (19) ausgeformt ist, daß in einer in dem aus Metall bestehenden Block (18) angeordneten Abschirmkammer (36) ein Hochspannungserzeuger (35) nach außen elektrisch abgeschirmt untergebracht ist und über innerhalb des Blocks geführte Zuleitungen (14, 15) mit den Elektroden des piezoelektrischen Schwingers (11) verbunden ist, daß die Abschirmkammer (36) ebenfalls ringförmig und konzentrisch zur Längsachse (19) des Blocks (18) von der Konstantvoiumen-Kammer (20) getrennt ausgeformt ist, und daß die ringförmige Abschirmkammer (36) an eine zentrale Durchgangsbohrung (29), die Zuluft führt, angrenzt.

2. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Block (18) ein Niederspannungs-Steckverbinder (38) angebracht ist, der in dem Block mit dem Hochspannungserzeuger (35) verbunden ist.

3. Elektrisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine DiodenKondensatorkaskadenschaltungsanordnung als Hochspannungserzeuger.

Claims

1. Electrically actuated fuel injection valve for internal combustion engines with a hollow cylindrical piezoelectric radial oscillator (11) equipped with electrodes which has chambers (12, 12') for receiving fuel which are connected to a fuel supply line path and to a jet opening, and with a block (18) in which the radial oscillator (11) is mounted and from which the fuel supply line path is formed, characterized in that the chambers (12, 12') for receiving fuel are formed continuously in the wall of the radial oscillator (11) parallel to its longitudinal axis (19) and concentric with the longitudinal axis (19) and one end of the radial oscillator (11) with the chambers (12, 12') projects into an annular constant-volume (20) chamber which is formed from the block (18) concentric with the longitudinal axis (19), in that a high voltage generator (35) is accommodated, in such way that it is screened externally, in a screened chamber (36) positioned in the block (18) which consists of metal and is connected with the electrodes of the piezoelectric oscillator (11) through leads (14, 15) which are run within the block, in that the screened chamber (36) is likewise formed in an annular shape and concentric to the longitudinal axis (19) of the block (18) separate from the constant volume chamber (20), and in that the annular screened chamber (36) is adjacent to a central continuous hole (29) which carries inlet air.

2. Electrically actuated fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that a low voltage plug-in connector (38), which is connected within the block to the high voltage generator (35), is mounted on the block (18).

3. Electrically actuated fuel injection valve according to one of the preceding Claims, characterized by a diode capacitor cascade circuit configuration as the high voltage generator.

Revendications

1. Injecteur de carburant actionnable électriquement pour moteurs à combustion interne, cet injecteur comportant un oscillateur (11) radial piézo-électrique cylindrique creux muni d'électrodes, qui présente des chambres (12,12') réceptrices de carburant communiquant avec un circuit d'alimentation en carburant et avec une ouverture d'injection, ainsi qu'un bloc (18) dans lequel est monté l'oscillateur (11) radial et à partir duquel est formé le circuit d'alimentation en carburant, injecteur caractérisé en ce que les chambres (12, 12') réceptrices de carburant sont conformées dans la paroi de l'oscillateur radial (11) parallèlement à l'axe longitudinal (19) de ce dernier, de façon à le traverser et sont disposées concentriquement à l'axe longitudinal (19), une extrémité de l'oscillateur (11) radial comportant les chambres (12, 12') dépassant dans une chambre (20) annulaire à volume constant, qui est formée dans le bloc (18) concentriquement à l'axe longitudinal (19), en ce que dans une chambre blindée (36), disposée dans le bloc (18) en métal, se trouve logé un générateur (35) de haute tension, blindé pour l'isoler électriquement de l'extérieur, relié aux électrodes de l'oscillateur piézo-électrique par l'intermédiaire de conducteurs (14, 15) passant à l'intérieur du bloc, en ce que la chambre blindée (36) a également une forme annulaire et concentrique à l'axe longitudinal (19) du bloc (18), en étant séparée de la chambre (20) à volume constant, et en ce que la chambre blindée (36) de forme annulaire est contiguë à un alésage (29) central débouchant, qui laisse passer de l'air d'alimentation.

2. Injecteur de carburant actionnable électriquement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une prise de courant (38) pour basse tension est disposée sur le bloc (18), et est reliée dans le bloc au générateur (35) de haute tension.

3. Injecteur de carburant actionnable électriquement selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de circuit en cascade diodes-condensateurs est utilisé comme générateur de haute tension.

Zeichnung