DE3627325A1 - Elektrische druckumwandlungs-steuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Druckumwand­ lungs-Steuervorrichtung, bei der eine Platte von einem elek­ trischen Stellantrieb bewegt wird, um eine Düsenöffnung, durch die Flüssigkeit fließt, zu öffnen sowie zu schließen, um auf diese Weise einen Flüssigkeitsdruck zu steuern, und auf eine derartige elektrische Druckumwandlungs-Steuer­ vorrichtung, die mit einem Kraftstoff-Einspritzventil ver­ bunden ist, in dem ein Nadelventil durch einen vorbestimm­ ten Kraftstoffdruck betätigt wird, um Kraftstoff aus einer Einspritzöffnung zu spritzen.

Im Hinblick auf die jüngste Entwicklung in der elektroni­ schen Technik besteht ein starker Bedarf für eine elektri­ sche Steuerung von Flüssigkeiten, und es ist gefordert wor­ den, die Ansprechcharakteristik einer elektrischen Druckum­ wandlungs-Steuervorrichtung zu verbessern und zu steigern.

Eine elektrische Druckumwandlungs-Steuervorrichtung umfaßt einen elektro-mechanischen Wandler, der im folgenden, wenn es angebracht ist, als "elektrischer Stellantrieb" bezeich­ net wird und ein elektrisches Signal in eine mechanische Antriebskraft umsetzt, zusammen mit einem Drucksteuerventil, das den Druck einer Flüssigkeit steuert.

Es ist eine Tatsache, daß die Ansprechcharakteristik der elektrischen Druckumwandlungs-Steuervorrichtung durch die Ansprechcharakteristik des elektrischen Stellantriebs be­ stimmt wird.

Es wurden bisher Forschungen in der Hauptsache in bezug auf eine Verbesserung der Ansprechcharakteristik des elektrischen Stellantriebs ausgeführt, jedoch ist es mit Schwierigkeiten verbunden, einen geeigneten elektrischen Stellantrieb zu schaffen.

Im allgemeinen wird die Leistungsfähigkeit eines elektri­ schen Stellantriebs zur Steuerung einer Flüssigkeit beur­ teilt (1) nach der erzeugten Antriebskraft, (2) nach der Steuerungsverschiebung und (3) nach der Ansprechcharakteri­ stik. Die Punkte (1) und (3) oder (2) und (3) stehen sich jedoch im allgemeinen gegensätzlich gegenüber. Wenn die An­ sprechcharakteristik erhöht wird, dann werden die Antriebs­ kraft und die Steuerungsverschiebung oder der Steuerungsweg herabgesetzt. Mit anderen Worten heißt das, daß dann, wenn die Antriebskraft und der Steuerungsweg in einem gewissen Ausmaß geopfert werden, der Stellantrieb eine hohe Ansprech­ barkeit haben kann.

Ein herkömmliches Drucksteuerventil benötigt jedoch eine relativ große Antriebskraft und Steuerungsverschiebung, wes­ halb es ziemlich schwierig ist, die Ansprechcharakteristik des elektrischen Stellantriebs zu verbessern. Demzufolge ist es bisher unmöglich gewesen, eine elektrische Druckum­ wandlungs-Steuervorrichtung mit hoher Ansprechcharakteristik zu schaffen.

Andererseits ist in jüngerer Zeit eine elektrische Steue­ rung für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (Kraftstoff- Einspritzventil) entwickelt worden, um den Verbrennungswir­ kungsgrad einer Brennkraftmaschine zu steigern, so daß der Kraftstoffstoff wirtschaftlicher verbraucht wird, das Abgas besser gereinigt und die Geräuschentwicklung herabgesetzt werden.

Es wurden eine Vielzahl von Steuerverfahren für Kraftstoff- Einspritzventile wie auch verschiedenartige Kraftstoff-Ein­ spritzventile vorgeschlagen, von denen einige in die Praxis umgesetzt wurden.

Ein Beispiel für eine herkömmliche Kraftstoff-Einspritz­ steuerung, die in weitem Umfang für eine Benzineinspritzung Verwendung findet, ist in Fig. 1 gezeigt. Hierbei wird das Nadelventil 15 des Einspritzventils A unmittelbar von einem elektrischen Stellantrieb 16 betätigt, um die Kraftstoffein­ spritzung zu steuern. Die in Fig. 1 gezeigte Einspritzvor­ richtung ist insofern vorteilhaft, als sie einen einfachen Aufbau aufweist und ohne Schwierigkeiten gesteuert werden kann. Sie ist jedoch nachteilig insofern, als es notwendig ist, um einen hohen Einspritzdruck zu erlangen, das Nadel­ ventil 15 mit einer großen Antriebskraft zu betätigen, wes­ halb in diesem Fall die Verwendung eines elektrischen Stellan­ triebs 16 mit hoher Leistung zwingend nötig ist, d. h., es ist erforderlich, einen schweren elektrischen Stellantrieb 16 zu verwenden, was zum Ergebnis hat, daß dessen Ansprech­ charakteristik vermindert wird. Deshalb ist dieses Steue­ rungsverfahren für einen hohen Einspritzdruck, der über 10 bar beträgt, praktisch nicht anwendbar.

Es wurde auch eine elektrische Steuerung gemäß Fig. 2 vorge­ schlagen, wobei ein Elektromagnetventil zur Steuerung eines Speicher-Einspritzventils B verwendet wird. Dieses System ermöglicht eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung. Jedoch ist dieses System nachteilig insofern, als es notwendig ist, einen Speicher 17 oder einen Druckverstärkerkolben 18 sowie Leitungen für diese vorzusehen, weshalb das Einspritzventil einen ziemlich komplizierten Aufbau hat, wobei auch die An­ sprechcharakteristik im praktischen Betrieb nicht ausrei­ chend ist.

Aus dem Obigen folgt, daß es in der einschlägigen Technik bisher Schwierigkeiten bereitet hat, eine elektrisch gesteu­ erte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau hat, einen hohen Einspritzdruck bietet und eine ausgezeichnete Steuerungscharakteristik aufweist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steu­ ervorrichtung zu schaffen, die von den oben herausgestellten Nachteilen frei ist.

Insbesondere ist ein Ziel der Erfindung, eine elektrische Druckumwandlungs-Steuervorrichtung zu schaffen, die eine hohe Ansprechcharakteristik aufweist, wobei ein elektrischer Stellantrieb, wie ein piezoelektrisches bimorphes Element, ein piezoelektrisches Schichten-Bauelement, eine Magnetspule oder ein Elektromagnet, deren Ansprechcharakteristik bei einem kleinen Steuerungsweg und bei kleiner Antriebskraft verbessert ist, Verwendung findet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung wird in der Schaffung einer elektrischen Druckumwandlungs-Steuervorrichtung gesehen, die eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung zuläßt und sowohl in bezug auf die Steuer- wie auf die Ansprechcharakteristik ausgezeichnete Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß wird eine elektrische Druckumwandlungs-Steu­ ervorrichtung geschaffen, die einen in einem Körper ausge­ bildeten Strömungskanal mit einem Flüssigkeitseinlaß an sei­ nem einen Ende, mit einer Drossel, mit einer Düsenöffnung an seinem anderen Ende und mit einem zwischen der Drossel sowie der Düsenöffnung befindlichen, einen Steuerdruck auf­ nehmenden Strömungsweg und eine Platte umfaßt, die von einem elektrischen Stellantrieb so betätigt wird, daß sie quer über die Achse der Düsenöffnung zu deren Öffnen und Schlie­ ßen bewegt wird, so daß die Düsenöffnung als veränderbare Drossel arbeitet, wobei diese Platte in einer zur Achse der Düsenöffnung rechtwinkligen Richtung durch den elektrischen Stellantrieb verlagert wird, um den Öffnungsgrad der Düsen­ öffnung und damit den Druck in dem Strömungsweg zwischen der Drossel sowie der Düsenöffnung zu steuern und einen Druck zu liefern, der sich in Übereinstimmung mit einem an den elektrischen Stellantrieb gelegten elektrischen Si­ gnal ändert.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen an be­ vorzugten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen von Beispielen für eine herkömmliche elektrische Druckumwandlungs- Steuervorrichtung;

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen zur grundsätzlichen Anordnung einer elektrischen Druckumwandlungs- Steuervorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 bis 7 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Beziehungen zwischen Ausführungen von Düsen­ öffnungen und den Steuerdrücken;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Anordnung bei einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfüh­ rungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 10 bis 12 schematische Darstellungen der Anordnung bei einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 13 eine schematische Darstellung zur Anordnung bei einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Das Prinzip des Betriebs der elektrischen Druckumwandlungs- Steuervorrichtung gemäß der Erfindung wird anhand der Fig. 3 und 4 erläutert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen in einem Kör­ per ausgebildeten Strömungskanal mit einem Flüssigkeitsein­ laß an seinem einen Ende, mit einer Drossel, mit einer Dü­ senöffnung an seinem anderen Ende und mit einem zwischen der Drossel sowie der Düsenöffnung befindlichen, einen Steuerdruck aufnehmenden Strömungsweg und eine Platte, die von einem elektrischen Stellantrieb so betätigt wird, daß sie quer über die Achse der Düsenöffnung zu deren Öffnen und Schließen bewegt wird. Die Vorrichtung umfaßt somit einen Strömungskanal, der sich von einer Druckzufuhrquelle 1 durch eine Drossel 2 zu einer Düsenöffnung 3 zieht und einen zwischen der Drossel 2 und der Düsenöffnung 3 befind­ lichen Strömungsweg 4, der den Steuerdruck aufnimmt. Ferner umfaßt die Vorrichtung ein Plattenantriebsteil, in dem eine Platte 6, die am Antriebsteil eines an einem ortsfesten Bau­ teil 7 befestigten elektrischen Stellantriebs 5 angebracht ist, in einer derartigen Weise verlagert wird, daß sie quer über die Achse der Düsenöffnung hinweggeht, um diese Öffnung zu öffnen und zu schließen.

In der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird die Platte 6 durch den elektrischen Stellantrieb so bewegt, daß sie in Übereinstimmung mit einem elektrischen Eingangssignal verlagert wird.

Die Platte 6 wird dazu gebracht, über die Achse der Düsenöff­ nung 3 hinwegzugehen, um den Öffnungsgrad zu ändern, d. h., daß bei Verlagerung der Platte 6 das Maß in der Öffnung der Düsenöffnung 3 verändert wird, so daß diese Düsenöffnung 3 als eine veränderbare Drossel wirkt, die ständig entspre­ chend einem an die Vorrichtung angelegten elektrischen Steu­ ersignal betätigt wird.

Wenn die von der Platte 6 überdeckte Fläche der Düsenöff­ nung 3 groß ist, d. h., daß der Öffnungsgrad der Düsenöff­ nung klein ist, dann ist der Drosseleffekt gegenüber dem Flüssigkeitsauslaß groß, weshalb der Druck in dem Strömungs­ weg 4 zwischen der Drossel 2 und Düsenöffnung 3 erhöht wird.

Wenn dagegen die von der Platte 6 überdeckte Fläche der Dü­ senöffnung 3 klein ist, so ist der Drosseleffekt am Flüssig­ keitsauslaß klein, weshalb der Druck im Strömungsweg ver­ mindert wird.

Bei einer vollkommenen Abdeckung der Düsenöffnung 3 durch die Platte 6 hat der Druck einen Maximalwert. Ist die Plat­ te 6 von der Düsenöffnung 3 wegbewegt, dann ist der Druck minimal. Somit kann ein entsprechend den an die Vorrichtung gelegten elektrischen Eingangssignalen sich kontinuierlich zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert ändernder Steuer­ druck durch den Strömungskanal 4 hindurch erhalten werden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bietet die folgenden vorteilhaften Wirkungen:

• 1. Da die Platte 6 verlagert wird, um den aus der Düsenöff­ nung 3 austretenden Flüssigkeitsstrom zu beschneiden, wirkt die vom Flüssigkeitsstrom erzeugte Kraft (Flüssigkeitskraft) nicht auf die Platte 6 in Richtung deren Verlagerung, wes­ halb die Platte 6 mit einer geringen Antriebskraft bewegt werden kann.
• 2. Die Fläche der Platte 6, auf die die Flüssigkeitskraft wirkt, ist zu der Fläche, auf die der elektrische Stellan­ trieb einwirkt, verschieden. Deshalb wird die Fläche, auf­ die die Flüssigkeitskraft trifft, in ihrer Festigkeit oder Steifigkeit erhöht, so daß sie von den Wirkungen der Flüs­ sigkeitskraft frei wird, und die Fläche, auf die der elektri­ sche Stellantrieb wirkt, wird in ihrer Steifigkeit vermin­ dert, so daß die Antriebskraft des elektrischen Stellantriebs in ausreichender Weise der Platte vermittelt wird. Somit kann die Platte in Übereinstimmung mit den Kennwerten des elektrischen Stellantriebs ausgelegt und konstruiert werden.
• 3. Die Steuerdruck-Charakteristik mit Bezug auf die Eingangs­ spannung oder den Eingangsstrom kann frei bestimmt werden, indem die Gestaltung der Düsenöffnung entsprechend ausge­ wählt wird, wie die Fig. 5 bis 7 zeigen. Beispielsweise ist es im Fall einer digitalen Steuerung notwendig, eine elek­ trische Druckumwandlungs-Steuervorrichtung zur Anwendung zu bringen, die einen An/Aus-Betrieb bei hoher Geschwindig­ keit ausführen kann. Gemäß der Erfindung hat die Düsenöff­ nung in diesem Fall die in Fig. 6 gezeigte Ausgestaltung, d. h., die Düsenöffnung ist in der Verlagerungsrichtung der Platte klein und in der Längsrichtung der Platte groß. Des­ halb wird der Öffnungsgrad der Düsenöffnung 3 durch eine geringe Verlagerung der Platte in großem Ausmaß verändert, was die Steuerdruck-Charakteristik hervorbringt, bei der, wie die Kurve C in Fig. 5 zeigt, der niedrige Druck schnell auf einen hohen Druck verändert wird, weshalb die Steuer- Charakteristik leicht entsprechend der An/Aus-Steuerung geboten werden kann.
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Andererseits kann die Düsenöffnung derart ausgestaltet wer­ den, daß sie, wie Fig. 7 zeigt, in der Richtung der Verla­ gerung der Platte lang ist, wobei in diesem Fall der der Verlagerung der Platte proportionale Bereich des Steuerdrucks vergrößert und die Charakteristik für eine lineare Steuerung geeignet wird, wie die Kurve D in Fig. 5 zeigt.

Um die der An/Aus-Steuerung entsprechende Charakteristik zu erhalten, um beispielsweise eine große Änderung im Steu­ erdruck mit einer geringen Verlagerung einer Ventilklappe zu erlangen, ist es bisher notwendig, die Fläche der Düsen­ öffnung zu vergrößern. Deshalb wird die Kraft der durch die Düsenöffnung ausgestoßenen Flüssigkeit vergrößert, weshalb es demzufolge notwendig ist, die Antriebskraft des elektri­ schen Stellantriebs ebenfalls zu vergrößern. Somit ist es ziemlich schwierig, frei die Charakteristik zu bestimmen.

Bei dem Erfindungsgegenstand beeinträchtigt eine Änderung der Steuerdruck-Charakteristik die Antriebskraft für die Platte in keiner Weise, so daß die Steuerdruck-Charakteri­ stik frei ohne eine Änderung in der Wirkungsweise des elek­ trischen Stellantriebs bestimmt werden kann.

Die in Fig. 8 gezeigte erste Ausführungsform einer elektri­ schen Druckumwandlungs-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung weist eine Druckzufuhrquelle 1 auf, von der eine unter einem vorbestimmten Druck stehende Flüssigkeit durch eine Drossel 2 geschickt und durch die Düsenöffnung 3 einer Düse 10 ausgestoßen wird.

Die Vorrichtung hat ein Basisteil 14, in dem ein Strömungska­ nal ausgebildet ist. Der Druck im Kanal zwischen der Drossel 2 und der Düse 10 wird durch den Auslaß- oder Strömungs­ weg 4, der im Basisteil ausgebildet ist, als ein Steuer­ druck abgegeben.

Eine dem Stellantrieb 5 zugeordnete Platte 6, an der ein piezoelektrisches bimorphes Keramikelement 12 angebracht ist, ist im oberen Teil des Basisteils 14 so befestigt, daß das äußere oder freie Ende der Platte 6 sich über der Düsen­ öffnung 3 befindet und der Freiraum zwischen der Platte 6 sowie der Düsenöffnung 3 so klein wie möglich ist. Die durch die Düsenöffnung 3 ausgestoßene Flüssigkeit wird zu einem Ablaufbehälter hin abgeführt.

Die elektrische Druckumwandlungs-Steuervorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau arbeitet in der folgenden Weise:

Wenn eine Flüssigkeit unter einem bestimmten Druck zugeführt wird, so wird diese ununterbrochen durch die Düsenöffnung 3 der Düse 10 ausgestoßen.

In dem Fall, da an das piezoelektrische bimorphe Keramik­ element 12 eine negative Spannung gelegt wird, wird das freie Ende der Platte 6 so gehalten, daß die Düsenöffnung 3 offen ist, weshalb die Flüssigkeit mit einem niedrigen Widerstand fließen kann und der Steuerdruck niedrig ist. Wird die an das piezoelektrische Keramikelement 12 gelegte Spannung zum positiven Wert hin erhöht, dann wird das Element 12 ge­ krümmt, weshalb auch die Platte 6 einer Krümmung unterliegt, so daß das freie Ende der Platte verlagert wird. Bei dieser Verlagerung gelangt dieses freie Ende auf die Düsenöffnung 3, so daß deren Öffnungsbereich verkleinert wird, wodurch der Widerstand gegenüber der Flüssigkeitsströmung erhöht und damit der Steuerdruck gesteigert wird, Bei einer weiteren Verlagerung der Platte 6 wird die Düsenöffnung durch das freie Ende der Platte 6 verschlossen, so daß der Steuerdruck gleich dem zugeführten Druck wird. Jedoch ist in der Praxis ein kleiner Zwischenraum zwischen der Düsenöffnung 3 und dem freien Ende der Platte 6 vorhanden, weshalb der Druck etwas vermindert wird.

Bei der ersten Ausführungsform lag der bei einem Zufuhrdruck von 70 bar erhaltene Steuerdruck in einem weiten Bereich von 10 bar bis 65 bar. Ferner zeigt die Vorrichtung bei An­ legen einer Impuls-Eingangsspannung eine ausgezeichnete An­ sprechcharakteristik, nämlich ein Ansprechen in einer Milli­ sekunde.

Die zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung, die in Fig. 9 gezeigt ist, umfaßt eine elektrische Druckumwandlungs- Steuervorrichtung I mit einem von einer Druckzufuhrquelle 1 durch eine Drossel 2 zu einer Düsenöffnung 3 verlaufenden Strömungskanal. Zwischen der Drossel und der Düsenöffnung 3 liegt ein einen Steuerdruck aufnehmender Strömungsweg 4. Ein Plattenantriebsteil mit einem piezoelektrischen bimor­ phen Keramikelement 5 A eines elektrischen Stellantriebs 5, der an einem ortsfesten Ventil 11 gehalten ist, verlagert im Ansprechen auf Spannungssignale von einer Spannungsquelle 19 die Platte 6 derart, daß sie quer über die Achse der Dü­ senöffnung 3 hinweggeht, um somit deren Öffnungsgrad zu steu­ ern. Das Ventil 11 weist ein Nadelventil 8 mit einem Schließ­ körper 8 A auf, wobei das Nadelventil durch eine Feder 9 die Einspritzöffnung 10′ des Ventils 11 schließt. Wenn durch den Druck im Strömungsweg 4 die auf das Nadelventil 8 wirken­ de Kraft größer als die elastische Kraft der Feder 9 wird, dann wird das Nadelventil betätigt, d. h., ein Kraftstoff- Einspritzventil II wird dazu gebracht, Kraftstoff auszu­ stoßen.

Die Quelle 1 führt Kraftstoff unter einem hohen Druck zu. Wenn an den elektrischen Stellantrieb ein elektrisches Si­ gnal nicht gelegt wird, so wird die Platte 6 in der Öffnungs­ stellung für die Düsenöffnung 3 gehalten, und der durch die Drossel 2 geführte Kraftstoff wird unter Atmosphärendruck durch einen Kraftstoff-Rücklaufkanal 13 der Druckzufuhrquel­ le 1 wieder zugeführt. In diesem Fall ist der Druck im Strö­ mungsweg 4 niedrig, so daß das Kraftstoff-Einspritzventil II nicht betätigt wird.

Wenn jedoch an den elektrischen Stellantrieb 5 ein elektri­ sches Signal gelegt wird, so treibt dieser über das piezo­ elektrische bimorphe Keramikelement 5 A die Platte 6 an, um die Düsenöffnung 3 zu schließen. Damit wird der Drosse­ lungseffekt der Düsenöffnung 3 erhöht, und der Druck im Strömungskanal 4 steigt ebenfalls an. Wird der Druck des Kraftstoffs größer als der Einspritzventil-Schließdruck, dann wird das Nadelventil 8 betätigt, um die Düsenöffnung 10′ des Einspritzventils II zu öffnen, d. h., das Einspritzen von Kraftstoff wird begonnen. Diese Kraftstoffeinspritzung wird fortgesetzt, bis das Anlegen eines elektrischen Si­ gnals beendet wird, d. h., die Kraftstoff-Einspritzung wird durch das elektrische Signal gesteuert.

Die oben beschriebene zweite Ausführungsform gemäß der Er­ findung bietet die folgenden vorteilhaften Wirkungen:

Wie sich aus der obigen Beschreibung klar ergibt, hat die elektrische Druckumwandlungs-Steuervorrichtung einen äußerst einfachen Aufbau.

Der Kraftstoffdruck und die Antriebskraft des elektrischen Stellantriebs 5 stehen zueinander in keinerlei Beziehung, weshalb der Einspritzdruck ohne Verwendung eines großen oder schweren elektrischen Stellantriebs erhöht werden kann.

Die elektrische Steuervorrichtung in der Ausführungsform nach der Fig. 9 arbeitet schnell im Ansprechen auf das elek­ trische Signal, wesahlb sie eine Kraftstoffeinspritzung von kurzer Zeitdauer ermöglicht. Darüber hinaus dauert die Kraftstoffeinspritzung an, bis das Anlegen des elektrischen Signals ausgesetzt wird,weshalb auch eine Kraftstoffein­ spritzung von langer Dauer erreicht werden kann. Somit kann die Kraftstoffeinspritzung mit dieser Ausführungsform in einem weiten Bereich gesteuert werden, wie auch die Einspritz­ dauer und der Einspritzzeitpunkt frei bestimmt werden können. Zusätzlich ist diese zweite Ausführungsform für einen Motor anwendbar, bei dem Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt wird, d. h., sie kann leistungsfähig für Fahrzeugmotoren an­ gewendet werden.

Die Fig. 10 zeigt die Gesamtanordnung einer dritten Ausfüh­ rungsform gemäß der Erfindung, die Fig. 11 zeigt eine Ein­ zelheit für das Einspritzventil von Fig. 10, und die Fig. 12 zeigt schematisch die Beziehung zwischen einer Düsenöff­ nung und einer Platte.

Bei dieser dritten Ausführungsform handelt es sich um eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die elektrisch gesteuert wird, zusammen mit einer elektrischen Kraftstoffdruck-Steuer­ vorrichtung, die ein piezoelektrisches bimorphes Keramik­ element als einen elektrischen Stellantrieb und ein nach außen öffnendes automatisches Einspritzventil umfaßt.

Die Einspritzvorrichtung von Fig. 10 weist ein Basisteil 107, das von einer Deckplatte 117 verschlossen und in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist, auf. Der Strömungskanal umfaßt einen Kraftstoff-Zufuhrkanal 101, eine Drossel 102, eine Düsenöffnung 103 und einen Kraftstoffdruck, der zwischen der Drossel 102 und der Düsenöffnung 103 geregelt wird, auf­ nehmenden Strömungsweg 104. Ferner sind ein Kraftstoff-Rück­ laufkanal 115 und ein Kraftstoffauslaß 116 vorhanden.

Der elektrische Stellantrieb, d. h. das piezoelektrische bimorphe Keramikelement 105, mit dem eine Platte 106 verbun­ den ist, ist am Basisteil 107 derart befestigt, daß bei An­ legen einer Spannung über die Leiter 118 von einer Spannungs­ quelle 119 das freie Ende der Platte 106 verlagert wird, um die Düsenöffnung 103 zu öffnen bzw. zu schließen.

Das Einspritzventil umfaßt einen Ventilkörper 108 sowie ein Nadelventil 109, das im Ventilkörper 108 gelagert ist und durch eine Feder 110, die sich an einem Gegenlager 111 des Nadelventils 109 abstützt, einwärts gezogen wird, so daß der Schließkörper 109 A des Nadelventils 109 die Einspritz­ öffnung 113 des Einspritzventils verschließt. Das Einspritz­ ventil ist mittels einer Halterung 114 am Basisteil 107 be­ festigt. Der Strömungsweg 104 steht mit einer Einspritzven­ til-Druckkammer 112 in der Halterung 114 in Verbindung.

Bei dieser dritten Ausführungsform wird Kraftstoff mit einem vorbestimmten hohen Druck dem Kraftsoff-Zufuhrkanal 101 zugeführt. Wenn am piezoelektrischen Keramikelement 105 Spannung nicht anliegt, dann öffnet das freie Ende der Platte 106 die Düsenöffnung 103. Deshalb ist die Drosselwirkung der Düsenöffnung 103 gering und der durch diese austretende Kraftstoff hat einen niedrigen Druck, der geringer ist als der Öffnungsdruck des Einspritzventils, so daß dieses Ventil nicht betätigt wird. Wenn von der Spannungsquelle 119 ein Signal an das piezoelektrische Keramikelement 105 gelegt wird, dann wird das freie Ende der Platte 106 verlagert, so daß die Düsenöffnung 103 geschlossen und deren Drosse­ lungswirkung erhöht wird, weshalb der Druck im Strömungsweg 104 und folglich auch der Druck in der Druckkammer 112 er­ höht wird. Wenn der Druck höher wird als der durch die Fe­ der 110 ausgeübte Schließdruck, dann wird das Nadelventil 109 zum Öffnen der Einspritzöffnung 113 betätigt, womit der Einspritzvorgang ausgelöst wird. Das Einspritzen des Kraft­ stoffs dauert an, bis das Anlegen der Eingangsspannung auf­ gehoben wird. Bei fehlender Eingangsspannung wird der Druck im Strömungsweg vermindert, und wenn dieser Druck niedriger wird als der von der Feder 110 ausgeübte Schließdruck, dann wird das Einspritzen von Kraftstoff beendet.

Bei der in Fig. 13 gezeigten vierten Ausführungsform kommen eine elektrische Druckumwandlungs-Steuervorrichtung 201, die der oben beschriebenen Vorrichtung ähnlich ist, und ein nach innen öffnendes automatisches Kraftstoff-Einspritzven­ til zur Anwendung, wobei, wenn der einer Druckkammer 204 zugeführte Kraftstoffdruck höher wird als der Schließdruck einer Feder 203, ein Nadelventil 202 zwangsweise aufwärts bewegt wird, um die Einspritzöffnung 205 zu öffnen und da­ mit den Einspritzvorgang auszulösen.

Die dritte und vierte Ausführungsform gemäß der Erfindung bieten die folgenden vorteilhaften Wirkungen:

Da die gesamte Vorrichtung aus einem automatischen Kraft­ stoff-Einspritzventil sowie der elektrischen Druckumwand­ lungs-Steuervorrichtung besteht, läßt diese eine Hochdruck- Kraftstoffeinspritzung bei einem sehr einfachen Aufbau zu.

Bei der Druckumwandlungs-Steuervorrichtung wird das piezo­ elektrische bimorphe Keramikelement als der elektrische Stellantrieb verwendet. Deshalb kann die Vorrichtung eine Drucksteuerung schnell im Ansprechen auf ein Steuersignal ausführen, was gemäß der Erfindung zu einer elektrischen Druckumwandlungs-Steuervorrichtung mit einem weiten Regel­ bereich führt.

Wie sich aus der obigen Beschreibung klar ergibt, wird gemäß der Erfindung eine elektrische Druckumwandlungs-Steuervor­ richtung geschaffen, bei der das piezoelektrische bimorphe Keramikelement sowohl bezüglich der Antriebskraft wie auch bezüglich des Steuerungsweges eine kleine Ausbildung auf­ weist und demzufolge eine hohe Ansprechempfindlichkeit hat, mit der es elektrisch zum Öffnen und Schließen der Düsen­ öffnung betätigt wird, um dadurch den Druck zu steuern.

Der Aufbau der erifndungsgemäßen Vorrichtung ist derart, daß die Düsenöffnung schwerlich durch die Flüssigkeitskraft beeinträchtigt wird, so daß die Ansprechcharakteristik ver­ bessert wird und eine selbsterregte Vibration verhindert wird. Aus diesem Grund kann die Vorrichtung die An/Aus- Steuerung mit hoher Geschwindigkeit bewerkstelligen, und sie kann mit hoher Leistungsfähigkeit als ein Steuerungs­ antrieb für jeden Motorzyklus verwendet werden.

Claims (5)

1. Elektrische Druckumwandlungs-Steuervorrichtung, gekenn­ zeichnet durch einen in einem Körper (7, 14, 107) ausge­ bildeten Strömungskanal mit einem Flüssigkeitseinlaß (101) an seinem einen Ende, mit einer Drossel (2, 102), mit einer Düsenöffnung (3, 103) an seinem anderen Ende und mit einem zwischen der Drossel sowie der Düsenöff­ nung ausgebildeten, einen Steuerdruck aufnehmenden Strö­ mungsweg (4, 104) und durch eine von einem elektrischen Stellantrieb (5, 12, 105) quer zur Achse der Düsenöff­ nung (3, 103) sowie über diese zu deren Öffnen und Schlie­ ßen hinweg bewegte Platte (6, 106), so daß die Düsenöff­ nung als veränderbare Drossel arbeitet, wobei die Platte in einer zur Achse der Düsenöffnung rechtwinkligen Rich­ tung durch den elektrischen Stellantrieb verlagert wird, um den Öffnungsgrad der Düsenöffnung und damit den Druck in dem Strömungsweg (4, 104) zwischen der Drossel sowie der Düsenöffnung zu steuern, so daß ein in Übereinstim­ mung mit einem an den elektrischen Stellantrieb geleg­ ten Signal sich ändernder Druck erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckumwandlungs-Steuervorrichtung mit einem Kraft­ stoff-Einspritzventil (11, 108) baulich vereinigt ist, daß der Strömungsweg (4, 104) mit dem Einspritzventil in Verbindung steht, daß in dem Einspritzventil ein durch einen vorbestimmten Kraftstoffdruck für ein Ausstoßen von Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung (10′, 113, 205) betätigtes Nadelventil (8, 109, 202) angeordnet ist und daß das elektrische, an die Druckumwandlungs-Steuervor­ richtung gelegte Signal zur Steuerung des dem Einspritz­ ventil zugeführten Drucks verwendet wird, um die Kraft­ stoffeinspritzung des Einspritzventils zu regeln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der elektrische Stellantrieb ein piezoelektri­ schesbimorphes Keramikelement ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung der Platte (6, 106) rechtwinklig zur Achse der Düsenöffnung gerichtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung der Platte (6, 106) parallel zur Achse der Düsenöffnung gerichtet ist.