BR112020009012B1

BR112020009012B1 - Válvula para dosagem de um fluido, especialmente válvula de injeção de combustível

Info

Publication number: BR112020009012B1
Application number: BR112020009012-3A
Authority: BR
Inventors: Dietmar Schmieder; Kai Gartung; Kilian Groh; Corren Heimgaertner
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2023-10-24
Also published as: US20210010448A1; DE102017223866A1; WO2019129412A1; CN111527300B; BR112020009012A2; US11092125B2; CN111527300A

Abstract

a válvula de acordo com a invenção, especialmente válvula de injeção de combustível distingue-se pelo fato de que apresenta uma vedação melhorada em sua extremidade do lado de injeção. a válvula de injeção de combustível (1) compreende um atuador (15) excitável para atuação de um corpo de fecho de válvula (12), o qual, juntamente com uma superfície de sede de válvula (14) configurada em um corpo de sede de válvula (13), forma uma sede de vedação, e aberturas de injeção (4) que estão configuradas a jusante da superfície de sede de válvula (14), e compreende um suporte de sede de válvula (10) que recebe o corpo de sede de válvulas (13), forma uma parte de um alojamento de válvula (22) e está ligado fixamente ao corpo de sede de válvula (13). em uma fenda anular (35) entre o suporte de sede de válvula (10) e o corpo de sede de válvula (13) está instalado um elemento de vedação (45) deformável elasticamente para prevenção de corrosão e danos à costura de solda (30). a válvula de injeção de combustível é adequada especialmente para injeção direta de combustível em uma câmara de combustão de um motor de combustão interna de ignição por centelha com compressão de mistura.

Description

Estado da técnica

[0001] A presente invenção refere-se a uma válvula para dosagem de um fluido, especialmente uma válvula de injeção de combustível de acordo com o preâmbulo da reivindicação principal.

[0002] Na figura 1 está mostrado, a título de exemplo, um dispositivo de injeção de combustível conhecido do estado da técnica, no qual está prevista uma válvula de injeção de combustível embutida em uma perfuração de recepção de uma cabeça de cilindro de um motor de combustão interna. O dispositivo de injeção de combustível é adequado especialmente para emprego em instalações de injeção de combustível de motores de combustão interna de ignição por centelha com compressão de mistura. A válvula apresenta um alojamento de válvula, o qual, entre outras coisas, compreende um suporte de sede de válvula que recebe um corpo de sede de válvula e está ligado fixamente ao corpo de sede de válvula. Os dois componentes estão fixamente ligados um ao outro por meio de uma costura de solda. O corpo de sede de válvula encosta em um ressalto de encosto interno do suporte de sede de válvula, no estado montado, pelo que, na circunferência externa dos dois componentes, permanece uma fenda anular radial entre esses componentes (por exemplo, DE 10 2005 052 255 A1).

Vantagens da invenção

[0003] A válvula de acordo com a invenção para dosagem de um fluido com as características da reivindicação 1 tem a vantagem de uma vedação melhorada de componentes de alojamento de válvula em uma extremidade de válvula do lado de injeção, a qual está influenciada pela atmosfera agressiva da câmara de combustão, devido à proximidade imediata da câmara de combustão, com a realização da válvula como válvula de injeção de combustível direta. De acordo com a invenção, em uma fenda anular entre um suporte de sede de válvula e um corpo de sede de válvula, está instalado um elemento de vedação deformável plasticamente. Com o elemento de vedação comprimido assegura-se que líquido e outros meios corrosivos não penetrem na fenda anula na extremidade de válvula no lado de injeção. Neste ponto, de maneira vantajosa, providencia-se que a qualidade da costura de solda na região de sobreposição axial não seja prejudicada por suporte de sede de válvula e corpo de sede de válvula. Quaisquer riscos em relação à corrosão na proximidade da costura de solda e danos a componentes resultantes e alterações da posição de montagem do corpo de sede de válvula ficam excluídos.

[0004] Através das medidas mencionadas nas reivindicações dependentes são possíveis desenvolvimentos vantajosos e melhorias da válvula indicada na reivindicação 1.

[0005] É especialmente vantajoso, na montagem do corpo de sede de válvula no suporte de sede de válvula, aplicar uma força de pressão e tensão F na direção axial, a qual deforme plasticamente o elemento de vedação e assim o comprima fenda anular de tal modo, que sua extensão axial seja reduzida, mas em compensação ocorra uma dilatação na direção radial, para gerar uma vedação ótima, sem que o elemento de vedação seja deformado além de um limite crítico.

Desenho

[0006] Exemplos de realização da invenção estão representados de maneira simplificada no desenho e esclarecidos mais detalhadamente na descrição seguinte. São mostrados:

[0007] Figura 1: um corte esquemático através de uma válvula de injeção de combustível em uma configuração conhecida com um corpo de sede de válvula apresentando aberturas de injeção na extremidade de válvula a jusante,

[0008] Figura 2: a extremidade de válvula a jusante como recorte II da figura 1 em uma representação ampliada,

[0009] Figura 3: um primeiro exemplo de realização de acordo com a invenção de uma extremidade de válvula em uma representação de recorte análoga à figura 2 com um elemento de vedação entre o corpo de sede de válvula e o suporte de sede de válvula,

[0010] Figuras 4A: e 4B: uma segunda realização de acordo com a invenção de um elemento de vedação entre o corpo de sede de válvula e o suporte de sede de válvula,

[0011] Figuras 5A e 5B: uma terceira realização de acordo com a invenção de um elemento de vedação entre o corpo de sede de válvula e o suporte de sede de válvula, e

[0012] Figuras 6A e 6B: uma quarta realização de acordo com a invenção de um elemento de vedação entre o corpo de sede de válvula e o suporte de sede de válvula.

Descrição dos exemplos de realização

[0013] Um exemplo de uma válvula de injeção de combustível 1 conhecido representado na figura 1 está realizado em forma de uma válvula de injeção de combustível 1 para instalações de injeção de combustível de motores de combustão interna de ignição por centelha com compressão de mistura. A válvula de injeção de combustível 1 é adequada especialmente para injeção direta de combustível em uma câmara de combustão 25, não representada em detalhes, de um motor de combustão interna. Em geral a invenção é aplicável em válvulas para dosagem de um fluido.

[0014] Com uma extremidade a jusante a válvula de injeção de combustível 1 está embutida em uma perfuração de recepção 20 de uma cabeça de cilindro 9. O anel de vedação 2, especialmente de Teflon®, proporciona uma vedação ótima da válvula de injeção de combustível 1 em relação à parede da perfuração de recepção 20 da ca- beça de cilindro 9.

[0015] A válvula de injeção de combustível 1 apresenta, em sua extremidade 3 do lado de afluxo, uma ligação de encaixe a uma linha de distribuição de combustível não mostrada, a qual está vedada através de um anel de vedação 5 entre um bocal de conexão da linha de distribuição de combustível e um bocal de afluxo 7 da válvula de injeção de combustível 1. A válvula de injeção de combustível 1 dispões de um plugue de conexão elétrica 8 para contato elétrico para ativação da válvula de injeção de combustível 1.

[0016] Entre um alojamento de válvula 22 e, por exemplo, um ressalto que passa em ângulo reto com a extensão longitudinal da perfuração de recepção 20 está inserido um elemento de desacoplamento 24, o qual serve para comparação de tolerâncias de fabricação e montagem e assegura um apoio livre de força transversal mesmo no caso de colocação ligeiramente errada da válvula de injeção de combustível 1. Além disso, assim ocorre um desacoplamento sem ruído otimizado. 0 elemento de desacoplamento 24 está preso, por exemplo, por meio de uma arruela de aperto 39.

[0017] 0 alojamento de válvula 22 da válvula de injeção de com bustível 1 é formado, entre outras coisas, através do bocal de afluxo 7, mas também por um corpo de bocal 10, no qual está disposta uma agulha de válvula 11. A agulha de válvula 11 está em ligação de efeito com um corpo de fecho de válvula 12, por exemplo, esférico, o qual interage com uma superfície de sede de válvula 14 disposta em um corpo de sede de válvula 13 para formar uma sede de vedação. Em uma válvula de injeção de combustível 1 trata-se, no exemplo de realização, de uma válvula de injeção de combustível 1 aberta para dentro, a qual dispões de pelo menos uma abertura de injeção 4, mas tipicamente apresenta pelo menos duas aberturas de injeção 4. A válvula de injeção de combustível 1, porém, está realizada, de maneira ideal, co- mo válvula de injeção de vários furos e, por isso, tem entre quatro e trinta aberturas de injeção 4.

[0018] Como acionamento serve, por exemplo, um circuito eletromagnético, o qual compreende uma bobina magnética 15como atua- dor, a qual está encapsulada em um alojamento de bobina e enrolada sobre um suporte de bobina, o qual envolve um polo interno 16. Ao circuito eletromagnético pertence ainda um induzido 17, o qual está disposto na agulha de válvula 11. No estado de repouso da válvula de injeção de combustível 1 o induzido 17 é solicitado por uma mola de reposição 18 contra sua direção de elevação de tal modo, que o corpo de fecho de mola 12 é mantido em encosto vedante na superfície de sede de válvula 14. Quando de excitação da bobina magnética 15 esta cria um campo magnético que movimenta o induzido 17 contra a força de mola da mola de reposição 18 na direção de elevação. 0 induzido 17 leva consigo a agulha de válvula 11 igualmente na direção de elevação. 0 corpo de fecho de válvula 12 que está em ligação com a agulha de válvula 11 se elevada superfície de sede de válvula 14, e o combustível é injetado através das aberturas de injeção 4.

[0019] Se a corrente de bobina é desligada, o induzido 17 cai do polo interno 16 após suficiente redução do campo magnético através da pressão da mola de reposição 18, pelo que a agulha de válvula 11 se movimenta contra a direção de elevação. Assim o corpo de fecho de válvula 12 assenta sobre a superfície de sede de válvula 14, e a válvula de injeção de combustível 1 é fechada.

[0020] Nesta realização do dispositivo de injeção de combustível trata-se de um sistema para a injeção direta de gasolina com válvulas de injeção de combustível 1, as quais, como mostrado, são acionadas inseridas com um atuador eletromagnético, mas também com piezoa- tuadores e, por exemplo, inseridas em um sistema de pressão constante.

[0021] No caso do corpo de bocal 10 trata-se de um componente de válvula que pode ser designado também como suporte de sede de válvula, uma vez que ele recebe o corpo de sede de válvula 13. A figura 2 mostra a extremidade de válvula a jusante como recorte II da figura 1 em uma representação ampliada. 0 suporte de sede de válvula 10 e o corpo de sede de válvula 13 estão ligados fixamente um ao outro, usualmente por meio de uma costura de solda 30, a qual é gerada, por exemplo, com um laser, na direção circunferencial na circunferência externa do suporte de sede de válvula 10, por exemplo. 0 corpo de sede de válvula 13 tem, em seu lado oposto às aberturas de injeção 4, um colar anular 31 que tem um diâmetro externo tal, que ele é inserí- vel de modo ajustado em uma abertura interna do suporte de sede de válvula 10. A costura de solda 30 é colocada exatamente na região de sobreposição do colar anular 31 do corpo de sede de válvula 13 com o suporte de sede de válvula 10. De maneira conhecida o corpo de sede de válvula 13 está introduzido no suporte de sede de válvula 10 até que o colar anular 31 encosta em um ressalto de encosto 33 do suporte de sede de válvula 10. Para alcançar este encosto e o posicionamento correspondente de maneira segura e poder colocar a costura de solda 30 com segurança de processo, o colar anular 31 do corpo de sede de válvula 13 está provido de um comprimento axial que é um pouco maior do que o comprimento da abertura interna do suporte de sede de válvula 10 a partir do ressalto de encosto 33 na direção a jusante. Assim se evita que ocorra um encosto desvantajoso dos com-ponentes suporte de sede de válvula 10 e corpo de sede de válvula 13 em outro ponto. Entretanto este dimensionamento significa também que, suporte de sede de válvula 10 e corpo de sede de válvula 13, seja formada uma fenda anular 35 na região circunferencial externa.

[0022] Tal fenda anular 35 na extremidade de válvula no lado de injeção pode ter a desvantagem de que, além da atmosfera agressiva da câmara de combustão, também umidade e outros meios corrosivos possam penetrar, os quais, no caso extremo, levam a corrosão nos componentes suporte de sede de válvula 10 e corpo de sede de válvula 13 na proximidade de fenda anular e podem prejudicar a qualidade da costura de solda 30 na região de sobreposição de suporte de sede de válvula 10 e corpo de sede de válvula 13. Isto teria efeito desvantajoso, e de maneira indesejável, sobre a qualidade da ligação fixa de suporte de sede de válvula 10 e corpo de sede de válvula 13 e possivelmente não deixaria mais o corpo de sede de válvula 13 na posição embutida correta.

[0023] De acordo com a invenção, portanto, na fenda anular 35, entre o suporte de sede de válvula 10 e o corpo de sede de válvula 13, está instalado um elemento de vedação 45 deformável. Na figura 3 está representado um primeiro exemplo de realização de acordo com a invenção de uma extremidade de válvula em uma representação de recorte análoga à figura 2, com um primeiro elemento de vedação 45 entre o corpo de sede de válvula 13 e o suporte de sede de válvula 10. O corpo de sede de válvula 13 é vedado em relação ao suporte de sede de válvula 10 através de uma vedação axial de tal modo, que nenhum meio corrosivo pode chegar à fenda anular 35 ou à costura de solda 30. No exemplo de acordo com a figura 3 é utilizado um elemento de vedação 45 anular com uma seção transversal circular. Tal anel circular pode consistir em um material como ferro doce resistente à corrosão (recozido a 1.14511 ou 1.4307), cobre, latão, bronze, alumínio e semelhante. O material deve ser escolhido de tal modo, que o elemento de vedação 45 esteja deformado plasticamente em direção axial quando da montagem do corpo de sede de válvula 13 no suporte de sede de válvula 10. Como mostrado na figura 3, o elemento de vedação 45 originalmente circular apresenta, no estado embutido, uma seção transversal oval, uma vez que o elemento de vedação 45, em virtude de uma força tensora atuante sobre o corpo de sede de válvula 13, sofre uma deformação plástica na direção axial, sendo que o material do elemento de vedação 45 escapa na direção radial na frenda anular e em geral ocorre essa forma “esmagada”. A deformação plástica do elemento de vedação 45 proporciona melhoria das propriedades de vedação do elemento de vedação 45. Somente após a deformação plástica do elemento de vedação 45 é que ocorre a colocação da costura de solda 30.

[0024] Por razões de montagem o elemento de vedação 45 realizado como anel circular deveria apresentar, no estado não deformado, um diâmetro interno mais ou menos do mesmo tamanho que o diâmetro externo do corpo de sede de válvula 13 na região de seu colar anular 31. Naturalmente o diâmetro interno do elemento de vedação 45 pode ser um pouco maior do que o diâmetro externo do corpo de sede de válvula 13 na região de seu colar anular 31. Se a região de transição para o colar anular 31 no corpo de sede de válvula 13 for arredondada, então é conveniente prover o elemento de vedação 45 de um raio que corresponda substancialmente ao raio da redondeza da regi-ão de transição.

[0025] Nas figuras 4A e 4B está mostrada uma segunda realização de acordo com a invenção de um elemento de vedação 45 entre o corpo de sede de válvula 13 e o suporte de sede de válvula 10, sendo que na figura 4A o elemento de vedação 45 pode ser visto não deformado antes da compressão axial, enquanto que a figura 4B mostra o elemento de vedação 45 deformado após a compressão axial. Neste exemplo de realização o elemento de vedação 45 está produzido, por exemplo, de um aço para molas resistente à corrosão, como 1.4310. O elemento de vedação 45 apresenta uma seção transversal de perfil em U que fica plano. Para a deformação plástica aqui só são necessárias pequenas forças tensoras.

[0026] Nas figuras 5A e 5B está mostrada uma terceira realização de acordo com a invenção de um elemento de vedação 45 entre o corpo de sede de válvula 13 e o suporte de sede de válvula 10, sendo que na figura 5A o elemento de vedação 45 pode ser visto não deformado antes da compressão axial, enquanto que a figura 5B mostra o elemento de vedação 45 deformado após a compressão axial. Neste exemplo de realização o elemento de vedação 45 está produzido, por exemplo, de um aço para molas resistente à corrosão, como 1.4310. 0 elemento de vedação 45 apresenta uma seção transversal de perfil em forma de onda. Para a deformação plástica aqui só são necessárias pequenas forças tensoras.

[0027] Nas figuras 6A e 6B está mostrada uma quarta realização de acordo com a invenção de um elemento de vedação 45 entre o corpo de sede de válvula 13 e o suporte de sede de válvula 10, sendo que na figura 6A o elemento de vedação 45 pode ser visto não deformado antes da compressão axial, enquanto que a figura 6B mostra o elemento de vedação 45 deformado após a compressão axial. 0 elemento de vedação 45 é, por exemplo, uma peça de estampagem com uma seção transversal em forma de cruz, na qual as pernas da cruz estendidas axialmente são comprimidas plasticamente quando da compressão axial. 0utros contornos para elementos de vedação 45 diferentes de peça de estampagem são possíveis também.

[0028] Como material típico para o corpo de sede de válvula 13 pode ser utilizado aço. A produção pode ocorrer, portanto, por meio de levantamento de aparas (por exemplo, torneamento, retificação, esme- rilhamento) ou também através de deformação (por exemplo, Moldagem por Injeção de Metal) ou através de impressão 3D. Além do aço são considerados também outros materiais metálicos ou materiais cerâmicos para o corpo de sede de válvula 13.

Claims

1. Válvula para dosagem de um fluido, especialmente válvula de injeção de combustível (1), especialmente para injeção direta de combustível em uma câmara de combustão, para instalações de injeção de combustível de motores de combustão interna, com um atuador excitável (15) para atuação de um corpo de fecho de válvula (12), o qual, juntamente com uma superfície de sede de válvula (14) configurada em um corpo de sede de válvula (13), forma uma sede de vedação, e com pelo menos uma abertura de injeção (4), a qual está configurada a jusante da superfície de sede de válvula (14), e com um suporte de sede de válvula (10) que recebe o corpo de sede de válvula (13), forma uma parte de um alojamento de válvula (22) e está ligado fixamente ao corpo de sede de válvula (13), caracterizada pelo fato de que, em uma fenda anular (35) entre o suporte de sede de válvula (10) e o corpo de sede de válvula (13), está instalado um elemento de vedação (45) deformável, em que o corpo de sede de válvula (13) tem, em seu lado oposto às aberturas de injeção (4), um colar anular (31), o qual é intro- duzível em uma abertura interna do suporte de sede de válvula (10) e, no estado montado, encosta em um ressalto de encosto (33) do suporte de sede de válvula (10), enquanto a fenda anular (35) está formada na região circunferencial externa de corpo de sede de válvula (10) e corpo de sede de válvula (13).

2. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de vedação (45), em um estado embutido, está presente deformado plasticamente em relação a um estado anterior à montagem.

3. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de que o elemento de vedação (45) está configurado de forma anular com uma seção transversal circular no estado não deformado.

4. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o elemento de vedação (45) consiste em um material como um aço doce resistente à corrosão, cobre, latão, bronze, alumínio.

5. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de que o elemento de vedação (45) está realizado como chapa de mola de forma circular e tem perfil em forma de C, U ou de onda na seção transversal.

6. Válvula de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o elemento de vedação (45) consiste em um aço para molas resistente à corrosão.

7. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de que o elemento de vedação (45) está realizado como parte de estampagem em forma circular.

8. Válvula de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o elemento de vedação (45) tem seção transversal em forma de cruz.

9. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o suporte de sede de válvula (10) e o corpo de sede de válvula (13) estão ligados fixamente um ao outro por meio de uma costura de solda (30).