BRPI0503742B1

BRPI0503742B1 - Injetor de combustível com válvula de injeção provida com alimentação lateral

Info

Publication number: BRPI0503742B1
Application number: BRPI0503742-5A
Authority: BR
Inventors: Marcello Cristiani; Michele Petrone
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain S.P.A
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2018-03-13
Also published as: EP1635055A1; CN100441857C; ITBO20040560A1; CN1746483A; US7140556B2; US20060060674A1; BRPI0503742A; EP1635055B1; ATE448400T1; DE602005017546D1

Abstract

"injetor de combustível com válvula de injeção provida com alimentação lateral". um injetor de combustível (1) provido com uma válvula de injeção (7) compreendendo um êmbolo móvel (15); um jato de injeção (3) tendo uma pluralidade de primeiros furos atravessantes (24) feitos partindo de uma câmara (25) disposta à jusante da válvula de injeção (7); um corpo de suporte (4) tendo uma forma tubular e compreendendo um canal de suprimento (5); e um corpo de vedação (17) no qual uma sede de válvula (16) da válvula de injeção (7) é definida, e o jato de injeção (3) é produzido; o corpo de vedação (17) é monolítico e tem um membro de batoque em forma de disco (18) passado através pelo jato de injeção (3), e um membro de guia (19) que se eleva para cima a partir do membro de batoque (18), é tubular na forma, e recebe dentro dele o êmbolo (15), e tem um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do canal de suprimento (5), de modo a definir um canal externo (20) para o combustível; na parte inferior do membro de guia (19) são providos um número de segundos furos atravessantes (21) que se abrem na sede de válvula (16).

Description

(54) Título: INJETOR DE COMBUSTÍVEL COM VÁLVULA DE INJEÇÃO PROVIDA COM ALIMENTAÇÃO LATERAL (51) Int.CI.: F02M 1/16 (30) Prioridade Unionista: 10/09/2004 IT B02004A 00560 (73) Titular(es): MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.P.A (72) Inventor(es): MARCELLO CRISTIANI; MICHELE PETRONE • * ♦· • ·

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “INJETOR DE COMBUSTÍVEL COM VÁLVULA DE INJEÇÃO PROVIDA COM ALIMENTAÇÃO LATERAL”.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um injetor de l combustível.

A descrição que se segue fará referência explícita, sem conseqüentemente perder sua natureza geral, a um injetor eletromagnético para injeção direta de combustível.

TÉCNICA ANTERIOR

Um injetor de combustível eletromagnético compreende um corpo tubular cilíndrico com um canal de suprimento central que realiza a função de um duto de combustível e termina com um jato de injeção controlado por uma válvula de injeção operada por um atuador eletromagnético. A válvula de injeção é provida com um êmbolo, que é rigidamente conectado a uma armadura móvel do atuador eletromagnético de modo a ser deslocado pela ação do atuador eletromagnético entre uma posição fechada e uma posição aberta do jato de injeção contra a ação de uma mola que tende a manter o êmbolo na posição fechada. A sede de válvula é definida por um membro de vedação, que é em forma de disco, veda o fundo do canal central do corpo de suporte, e é passado através pelo jato de injeção.

Um injetor de combustível eletromagnético do tipo acima descrito foi proposto, em que um membro de guia se eleva a partir do membro de vedação, cujo membro de guia é

·* · ···· ·· · · · · ·· · · · ··· ·· ··· · • · ··*······ « · • · · · · · · « · ··« tubular na forma, recebe dentro dele o êmbolo para definir uma guia inferior para referido êmbolo, e tem um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do canal de suprimento do corpo de suporte, de modo a definir um canal anular externo através do qual o combustível pressurizado flui. Na parte inferior do membro de guia, são providos quatro furos atravessantes que se abrem na ν' sede de válvula para permitir que o combustível pressurizado flua em direção à referida sede de válvula. O êmbolo termina em uma cabeça de vedação, substancialmente esférica na forma, que é capaz de assentar de maneira vedante contra a sede de válvula, e assenta de modo a deslizar em uma superfície interna cilíndrica do membro de guia de modo que ele será guiado a medida que ele se move. O jato de injeção é definido por um furo atravessante simples, que é disposto à jusante a partir da sede de válvula e passa através do membro de vedação.

Com o objetivo de aperfeiçoar a performance do injetor acima descrito pela produção de um jato de injeção com uma geometria complexa, um novo tipo de injetor foi subseqüentemente proposto, em que o membro de guia tem um diâmetro externo que é substancialmente igual ao diâmetro interno do canal de alimentação do corpo de suporte; recessos são providos na cabeça de vedação de tal maneira a definir canais entre cada recesso e a superfície cilíndrica interna do membro de guia que permite que o combustível passe em direção ao jato de injeção. O jato de injeção é do tipo “multi-furo”, isto é., é definido por uma pluralidade de furos atravessantes que são feitos começando de uma câmara hemisférica feita à jusante a partir da sede de válvula; desse modo, é possível alcançar geometrias ótimas do jato de injeção para várias aplicações pelo direcionamento apropriado dos furos atravessantes individuais.

Testes experimentais têm revelado que, quando l em serviço, o injetor de combustível eletromagnético acima descrito tem a tendência de formar uma quantidade excessiva de incrustação na vizinhança do jato de injeção. Tal incrustação pode conduzir ao bloqueio parcial ou completo dos furos atravessantes do jato de injeção, com um impacto negativo óbvio na performance do injetor; em outras palavras, a performance de tal injetor tende a deteriorar muito rapidamente, diminuindo inaceitavelmente a vida útil do injetor.

O documento US200405 5 5 66A1 revela um injetor de combustível para a injeção direta de combustível em uma câmara de combustão de um motor de combustão interna; o injetor de combustível tem uma agulha de válvula que tem em sua extremidade de injetor um membro de fechamento de válvula que opera junto com a superfície de sede de válvula, formado em um membro de sede de válvula, para formar uma sede de vedação, e tem pelo menos um duto de redemoinho através do qual o combustível, provido com um redemoinho, é simultaneamente injetado.

O documento US2003116658A1 revela um injetor de combustível para a injeção direta de combustível em uma câmara de combustão de um motor de combustão interna; o

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>

• ·· injetor de combustível inclui um atuador para atuação de uma agulha de válvula, a agulha de válvula tendo em uma extremidade lateral de injeção um membro de fechamento de válvula que forma uma sede de vedação junto com uma superfície de sede de válvula, que é formada em um membro de sede de válvula. Canais de combustível são dispostos em uma guia de agulha de válvula, »

conectada ao membro de sede de válvula ou designada como uma peça simples com ela, em várias séries circunferencialmente na guia de agulha de válvula, pelo menos uma série de canais de combustível sendo disposta no estado de repouso do injetor de combustível, acima de uma linha de guia do membro de fechamento de válvula.

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO O objetivo da presente invenção é proporcionar um injetor de combustível que não exiba as desvantagens acima citadas e, em particular, seja simples e econômico de produzir.

A presente invenção proporciona um injetor de combustível conforme especificado nas reivindicações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos em anexo, que ilustram algumas concretizações não-limitativas da invenção, em que:

- A FIGURA 1 é uma vista lateral esquemática parcialmente em corte de um injetor de combustível produzido de acordo com a presente invenção; e <· ··* ··· · ·«· ··· ·

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- A FIGURA 2 mostra uma vista ampliada de uma válvula de injeção do injetor da FIGURA 1.

CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA DA

INVENÇÃO

Na Figura 1, 1 denota o injetor de combustível total, que exibe uma simetria substancialmente cilíndrica ao redor de um eixo geométrico longitudinal 2, e é capaz de ser operado para injetar combustível de um jato de injeção 3 que se abre diretamente em uma câmara de combustão (não mostrada) de um io cilindro. O injetor 1 compreende um corpo de suporte 4, que tem uma forma cilíndrica tubular de seção transversal variável ao longo do eixo geométrico longitudinal 2, e compreende um canal de suprimento 5 que se estende ao longo do comprimento total de referido corpo de suporte 4 para suprimento do fluido pressurizado para o jato de injeção 3. O corpo de suporte 4 acomoda um atuador eletromagnético 6 no nível de uma porção superior deste, e uma válvula de injeção 7 no nível de uma porção superior deste; em serviço, a válvula de injeção 7 é atuada pelo atuador eletromagnético 6 para controlar o fluxo de combustível através do jato de injeção 3, que é provido no nível de referida válvula de injeção 7.

O atuador eletromagnético 6 compreende um eletromagneto 8, que é acomodado em posição fixa dentro do corpo de suporte 4 e que, quando energizado, é capaz de deslocar uma armadura móvel 9 de material ferromagnético ao longo do eixo geométrico 2 de uma posição fechada para uma posição ·♦ · * · ··· · · ··· · • * ·······«· ·· • · · * · · · · · «··· aberta da válvula de injeção 7 contra a ação de uma mola 10 que tende a manter a armadura móvel na posição fechada da válvula de injeção 7. Em particular, o eletromagneto 8 compreende uma espira 11, que é suprida com eletricidade por uma unidade de controle eletrônico (não mostrada), e é acomodada do lado de fora do corpo de suporte 4, e uma armadura magnética fixa 12, que é acomodada do lado de dentro do corpo de suporte 4, e tem um furo central 13 para permitir que o combustível flua em direção ao jato de injeção 3. Dentro do furo central 13 da armadura ío magnética fixa 12, um membro de contra-apoio 14 é acionado em uma posição fixa, cujo membro de contra-apoio é de uma forma cilíndrica tubular (opcionalmente aberta ao longo de uma linha de geração) para permitir que o combustível flua em direção ao jato de injeção 3, e seja capaz de reter a mola 10 em um estado comprimido contra a armadura móvel 9.

A armadura móvel 9 é parte de um conjunto móvel que, além disso, compreende um cabeçote corrediço ou êmbolo 15 tendo uma porção superior integral com a armadura móvel 9 e uma porção inferior que co-opera com uma sede de válvula 16 (mostrada na Figura 2) da válvula de injeção 7 para controlar o fluxo de combustível através do jato de injeção 3 de maneira conhecida.

Conforme mostrado na Figura 2, a sede de válvula 16 é definida por um corpo de vedação 17, que é monolítico e compreende um membro de batoque em forma de disco 18, que veda o fundo do canal de suprimento 5 do corpo de suporte 4, e é passado através pelo jato de injeção 3. Um membro de guia 19 se eleva a partir do membro de batoque 18, cujo membro de guia é tubular na forma, recebe dentro dele o êmbolo para definir uma guia inferior para referido êmbolo 15, e tem um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do canal de suprimento 5 do corpo de suporte 4, de modo a definir um canal anular externo 20 através do qual o combustível pressurizado pode fluir. O diâmetro interno do membro de guia tubular 19 é variável ao longo do eixo geométrico longitudinal 2 de modo a ser io maior do que o diâmetro externo do êmbolo 15 no topo, e para ser substancialmente igual ao diâmetro externo do êmbolo 15 no fundo. A altura total (dimensão longitudinal paralela ao eixo geométrico longitudinal 2) do membro de guia 19 é 5-6 mm, e a dimensão transversal (perpendicular ao eixo geométrico longitudinal 2) é não menor do que 1-1,2 mm.

De acordo com outra concretização que não é mostrada, o membro de guia 19 tem no topo um diâmetro que é igual ao diâmetro interno do canal de suprimento 5 do corpo de suporte 4; de modo a suprir combustível para o canal anular 20, porções fresadas (tipicamente duas ou quatro simetricamente distribuídas) são providas na parte superior do membro de guia 19.

Na parte inferior do membro de guia 19, são providos quatro furos atravessantes 21 (somente dois dos quais são mostrados na Figura 2), que se abrem na sede de válvula 16 para permitir que o combustível pressurizado flua em direção à

sede de válvula 16, e converge em direção ao eixo geométrico longitudinal 2. Conforme mostrado na Figura 2, os furos 21 são dispostos inclinados em um ângulo de 70° (mais geralmente de entre 60° e 80°) em relação ao eixo geométrico longitudinal 2; de acordo com outra concretização, que não é mostrada, os furos 21 formam um ângulo de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal 2.

O êmbolo 15 termina em uma cabeça de vedação 22, substancialmente esférica na forma, que é capaz de assentar de maneira vedante contra a sede de válvula 16. Além disso, a cabeça de vedação 22 assenta de modo a deslizar em uma superfície interna 23 do membro de guia 19 que será guiado a medida que ela se move ao longo do eixo geométrico longitudinal

2. O jato de injeção 3 é definido por uma pluralidade de furos atravessantes 24, que são feitos partindo de uma câmara hemisférica 22 disposta à jusante a partir da sede de válvula 16.

Cada furo atravessante 21 tem um diâmetro muito maior do que o diâmetro de cada furo atravessante 24 de modo a minimizar a resistência hidráulica e aperfeiçoar o efeito de arrefecimento em tal porção; em particular, a área total dos furos atravessantes 21 é pelo menos três vezes a área total dos furos atravessantes 24.

Conforme mostrado na Figura 1, a armadura móvel 9 é um corpo monolítico, e compreende um membro anular 26 e um membro discóide 27, que fecha o fundo do membro anular 26 e tem um furo atravessante central 28 capaz de receber

uma porção superior do êmbolo 15, e uma pluralidade de furos atravessantes periféricos 29 (somente dois dos quais são mostrados na Figura 3) capazes de permitir que o combustível flua em direção ao jato de injeção 3. Uma porção central do membro discóide 27 é adequadamente formada para receber uma extremidade inferior da mola 10 e mantê-la em posição. O êmbolo 15 é preferivelmente feito integral com o membro discóide 27 da armadura móvel 9 por meio de uma solda anular.

O membro anular 26 da armadura móvel 9 tem um diâmetro externo substancialmente idêntico ao diâmetro interno da porção correspondente do canal de suprimento 5 do corpo de suporte 4; dessa maneira, a armadura móvel 9 pode deslizar em relação ao corpo de suporte 4 ao longo do eixo geométrico longitudinal 2, mas não pode fazer qualquer movimento transversal ao eixo geométrico longitudinal 2, em relação ao corpo de suporte 4. Desde que o êmbolo 15 está rigidamente conectado à armadura móvel 9, fica claro que a armadura móvel 9 também age como uma guia superior para o êmbolo 15; como um resultado, o êmbolo 15 é guiado no topo pela armadura móvel 9 e no fundo pelo membro de guia 19.

De acordo com uma concretização alternativa que não é mostrada, um dispositivo anti-ressalto é fixado à face inferior do membro discóide 27 da armadura móvel 9, cujo dispositivo anti-ressalto é capaz de amortecer o ressalto da cabeça de vedação 22 do êmbolo 15 contra a sede de válvula 16 quando o ·· · · · ·«· · · ··· · • · ········· « · • ···· · * · · ··· êmbolo se move a partir da posição aberta para a posição fechada da válvula de injeção 7.

Em serviço, quando o eletromagneto 8 é desenergizado, a armadura móvel 9 não é atracada pela armadura magnética fixa 12, e a força resiliente da mola 10 impulsiona a armadura móvel 9 para baixo junto com o êmbolo 15; nesta situação, a cabeça de vedação 22 do êmbolo 15 é pressionada contra a sede de válvula 16 da válvula de injeção 7, isolando, desse modo, o jato de injeção 3 a partir do combustível pressurizado. Quando o eletromagneto 8 é energizado, a armadura móvel 9 é magneticamente atracada pela armadura magnética fixa 12 contra a força resiliente da mola 10, e a armadura móvel 9 se move para cima junto com o êmbolo 15 até que ela entra em contato com referida armadura magnética fixa 12; nesta situação, a cabeça de vedação 22 do êmbolo 15 é elevada em relação à sede de válvula 16 da válvula de injeção 7, e o combustível pressurizado pode fluir através do jato de injeção 3.

Quando a cabeça de vedação 22 do êmbolo 15 é elevada em relação à sede de válvula 16, o combustível alcança a câmara 25 do jato de injeção 3 através do canal anular externo 20 e, subseqüentemente, através dos quatro furos atravessantes 21; em outras palavras, quando a cabeça de vedação 22 do êmbolo 15 é elevada em relação à sede de válvula 16, o combustível alcança a câmara 25 do jato de injeção 3, molhando a superfície lateral externa total do membro de guia 19. Dessa maneira, o membro de guia 19 é constantemente arrefecido pelo combustível, que tem

uma temperatura relativamente baixa que, na prática, nunca excede 80°C; este efeito de arrefecimento do membro de guia 19 é transmitido para todo o corpo de vedação 17 (que é monolítico), e, desse modo, também transmitido ao membro de batoque 18 no qual o jato de injeção 3 é produzido. Em outras palavras, o membro de guia 19 constantemente molhado internamente e extemamente pelo combustível se comporta similar a um radiador para dissipar o calor recebido a partir do exterior e presente no membro de batoque 18.

io Testes experimentais têm demonstrado que a redução na temperatura de operação do membro de batoque 18 resulta em uma redução considerável na formação de incrustação na superfície externa do membro de batoque 28, e, desse modo, na proximidade dos furos 24 do jato de injeção 3. Graças ao referido efeito de formação reduzida de incrustação na proximidade dos furos 24 do jato de injeção 3, o injetor 1 acima descrito exibe uma vida útil muito longa.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1,- Injetor de combustível (1), compreendendo:

uma válvula de injeção (7) provida com um êmbolo móvel (15) para controle do fluxo de combustível;

5 um atuador (6) capaz de deslocar o êmbolo (15) entre uma posição fechada e uma posição aberta da válvula de injeção (7);

um jato de injeção (3) tendo uma pluralidade de primeiros furos atravessantes (24) feitos partindo de uma câmara

10 (25) disposta à jusante da válvula de injeção (7);

um corpo de suporte (4) tendo uma forma tubular e compreendendo um canal de suprimento (5); e um corpo de vedação (17) no qual uma sede de válvula (16) da válvula de injeção (7) é definida, e o jato de 15 injeção (3) é produzido; no qual o corpo de vedação (17) é monolítico e compreende um membro de batoque em forma de disco (18), que veda o fundo do canal de suprimento (5), e é passado através pelo jato de injeção (3), e um membro de guia (19) que se eleva para cima a partir do membro de batoque (18), é 20 tubular na forma e recebe dentro dele o êmbolo (15) para definir uma guia inferior do êmbolo (15); o membro de guia (19) tendo pelo menos em parte um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do canal de suprimento (5) de modo a definir um canal externo (20) para o combustível; na parte inferior do

25 membro de guia (19) são providos um número de segundos furos atravessantes (21) que se abrem na sede de válvula (16);

I · · · · · · o injetor (1) sendo caracterizado pelo fato de que cada um dos segundos furos atravessantes (21) tem um diâmetro maior do que o diâmetro de cada um dos primeiros furos atravessantes (24), de modo a minimizar a resistência hidráulica e

5 aperfeiçoar o efeito de arrefecimento em tal porção, e de modo 4, que a área total dos segundos furos atravessantes (21) é pelo menos três vezes a área total dos primeiros furos atravessantes (24).
2.- Injetor (1), de acordo com a reivindicação 1,

10 caracterizado pelo fato de que o diâmetro interno do membro de guia tubular (19) é variável ao longo do eixo geométrico longitudinal (2) de modo a ser maior do que o diâmetro externo do êmbolo (15) no topo, e para ser substancialmente igual ao diâmetro externo do êmbolo (15) no fundo.

15
3,- Injetor (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os segundos furos atravessantes (21) do membro de guia (19) formam um ângulo de entre 60° e 80° com um eixo geométrico longitudinal (2) do injetor (1).

20
4,- Injetor (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os segundos furos atravessantes (21) formam um ângulo de 90° com o eixo geométrico longitudinal (2) do injetor (1).
5.- Injetor (1), de acordo com qualquer uma das

25 reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os segundos • ·· · furos atravessantes (21) convergem em direção a um eixo geométrico longitudinal (2) do injetor (1).
6. - Injetor (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o atuador (6)

5 compreende uma mola (10), que tende a manter o êmbolo (15) na ± posição fechada.
7. - Injetor (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o atuador (6) é um atuador eletromagnético, e compreende uma espira (11), uma armadura ío magnética fixa (12), e uma armadura móvel, que é magneticamente atraída pela armadura magnética fixa (12) contra a força da mola (10), e é mecanicamente conectada ao êmbolo (15).
8. - Injetor (1), de acordo com a reivindicação 7,

15 caracterizado pelo fato de que a armadura móvel (9) compreende um membro anular (26) e um membro discoide (27), que fecha o fundo do membro anular (26), e tem um furo atravessante central (28) capaz de receber uma porção superior do êmbolo (15), e uma pluralidade de furos atravessantes periféricos (29) capazes de

20 permitir o combustível de fluir em direção ao jato de injeção (3).
9. - Injetor (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o êmbolo (15) termina em uma cabeça de vedação (22), substancialmente esférica na forma, que é capaz de assentar de maneira vedante

25 contra a sede de válvula (16).

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