BRPI0621389A2

BRPI0621389A2 - sistema de injeção de combustìvel

Info

Publication number: BRPI0621389A2
Application number: BRPI0621389-8A
Authority: BR
Inventors: Sergi Yudanov
Original assignee: Volvo Lastvagnar Ab
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2011-12-06
Also published as: JP2009529617A; CN101400885B; EP1996812A1; WO2007105991A1; JP5155198B2; CN101400885A; US7740001B2; EP1996812A4; EP1996812B1; US20080308064A1

Abstract

SISTEMA DE INJEçãO DE COMBUSTìVEL. A presente invenção se refere a um sistema de injeção de combustível para um motor de combustão interna, para provisão de um evento de injeção compreendendo um primeiro estágio e um segundo estágio por intermédio de um bocal único (10). O bocal (10) é conectado por seu canal de entrada (9) para uma fonte (4) de pressão de combustível variável, referido bocal (10) incluindo uma válvula de agulha (30) para desempenho do primeiro estágio de injeção, e uma válvula de cabeçote móvel (22) para desempenho do segundo estágio de injeção. Em concordância com a presente invenção, o primeiro estágio de injeção e o segundo estágio de injeção são selecionáveis por controle da pressão de combustível no canal de entrada (9) que é comum tanto para a válvula de agulha (30) e quanto para a válvula de cabeçote móvel (22).

Description

" SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL " CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um sistema de injeção de combustível para um motor de combustão interna, para provisão de iam evento de injeção compreendendo um primeiro estágio ~e um segundo estágio por intermédio de um bocal único que é conectado por seu canal de entrada para uma fonte de pressão de combustível variável, referido bocal incluindo uma válvula de agulha para desempenho do primeiro estágio de injeção, e uma válvula de cabeçote móvel para desempenho do segundo estágio de injeção.

PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a sistemas de injeção de combustível de motores de combustão interna, em particular sistemas para injeção de combustível diretamente para os cilindros de combustão de motores de ignição de compressão.

Motores de ignição de compressão ou a áiesel irão, em concordância com a maior parte dos projetos, permanecer como a fonte de força (energia) mecânica dominante para maquinário de transportamento, de construção e outro maquinário no futuro próximo. Entretanto, esgotamento de reservas e custos se elevando de óleo bruto que até a época presente permanece praticamente a única fonte de combustível para motores a diesel, inicia esforços intencionados em descobrir combustíveis alternativos adequados para motores a diesel. Um combustível particularmente promissor, tanto em termos de suas características ambientais quanto em termos de adequabilidade para eficiente operação a diesel, é dimetil éter (dimethyl ether), ou DME. Propriedades químicas e termodinâmicas de DME diferem significativamente a partir daquelas de combustível a diesel tradicional ainda que, requerendo otimização de sistema de injeção de combustível para assegurar operação eficiente do mesmo e, por conseqüência, do motor como uma integridade.

Entre as diferenças as mais importantes entre DME e óleo combustível de diesel tradicional estão significativamente valor calorífico mais baixo e densidade do primeiro e tendência à fuligem amplificadamente grande de do último. O valor calorífico mais baixo e densidade de DME, combinados tornam necessário injeção de quase duas vezes a quantidade volumétrica comparada com óleo diesel de maneira a obter a mesma força de motor. As dificuldades de criação de altas pressões de injeção de DME, aparecendo a partir de sua lubricidade muito mais pobre, viscosidade mais baixa e maior compressibilidade, tornam necessário utilizar bocais com áreas de fluxo muito grandes para conseguir as altas taxas de fluxo e volumes injetados. Isto cria determinadas dificuldades para projetos de bocais de diesel convencionais apresentando uma válvula de agulha controlando fluxo para orifícios de borrifo (de espalhamento) (spray), surgindo a partir de número de orifícios e diâmetro excessivamente grandes requeridos. Por iim lado, a tendência de fuligem muito mais baixa de DME apresenta a vantagem de ter capacidade de utilização do outro tipo de bocal onde grandes fluxos são facilmente atingíveis, mas que não pode ser utilizado em motores de combustível de óleo diesel devido neste caso às emissões de fuligem inaceitavelmente altas.

Um tal tipo de bocal é um bocal de cabeçote móvel com o cabeçote móvel se abrindo exteriormente contra as forças de uma mola de retorno e pressão de retorno na câmara de combustão do motor. A utilização de bocais deste tipo foi descontinuada na indústria de motor a diesel há muito tempo atrás, embora tentativas desde aquela época, não tenham alcançado aplicação comercial, para reviver o conceito, direcionadas tanto pela simplicidade relativa do projeto ou quanto pela sua adequabilidade para ser adaptado para operação de dois estágios. Um exemplo de um desenvolvimento mais recente é apresentado na patente norte americana número US 6.513.487 Bl. Neste projeto, um bocal de cabeçote móvel não tão favorável para apropriada combustão a diesel de abertura muito rápida de uma grande área de fluxo com combustível espalhado na forma de um cone oco, é tentado para ser eliminado através da utilização de um guia de cabeçote móvel cilíndrico se estendendo por todo o percurso abaixo para o assento afilado (cônico) principal do cabeçote móvel, tal que a borda de fundo da superfície de guia de corpo de bocal proporciona um controle de área assemelhado a carretei para os orifícios de borrifo formados no guia de cabeçote móvel na vizinhança do assento de cabeçote móvel. Esta solução possibilita a utilização de cavidades de borrifo de configuração alongada axialmente e/ou fileiras múltiplas de cavidades possuindo diferente tamanho/direção para controle de taxas de combustão inicial, etc., como apresentado no documento. Operação sobre DME, graças à baixa qualidade de fuligem do combustível, é semelhantemente a ser perdoada para esta propensão do projeto para espirro de combustível e formação de película de combustível sobre superfícies de bocal externas, mas a exposição do guia, que deve ser relativamente de cooperação hermeticamente para controle de borda de orifício efetivo, para o ambiente quente e contaminante dos gases de combustão de motor, pode severamente enfraquecer confiabilidade de função. Conseqüentemente, os projetos mais tradicionais das válvulas de cabeçote móvel com porção de haste de cintura adjacente para o assento de cabeçote móvel, possuem melhores prospectos (expectativas) em termos de confiabilidade.

Como indicado por pesquisa e experiência, os processos de combustão a diesel DME podem, em termos de intercâmbio de NOx-fuligem-BSFC, se beneficiar a partir de controle cuidadoso da taxa de injeção no começo de injeção de combustível. Até mesmo injeções piloto podem ser benéficas em determinadas condições. Conseguir isto pode, entretanto, ser complicado pelo fato de que a área de fluxo máxima do bocal deve ser grande devido para razões explanadas anteriormente, e é certamente difícil no caso de um bocal de cabeçote móvel que normalmente tende a abrir uma grande área rapidamente no início de injeção. A presente invenção resolve esta dificuldade por provisão de recurso simples e efetivo de controle precisamente de injeções piloto e taxa inicial de injeção em um bocal do tipo de cabeçote móvel.

Um sistema de injetor do estado da técnica com determinada similaridade é descrito na patente européia número EP 0980475 B1. Este sistema é projetado para operação com dois combustíveis simultaneamente, um dos combustíveis sendo um combustível piloto para ignição do outro, combustível principal, tal como gás natural. 0 injetor é, conseqüentemente, um aparelho complexo com múltiplos canais de entrada/saída e é adicionalmente complicado por válvulas separadas para alívio da pressão de fluido de atuação utilizado para abertura do bocal, etc.

RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO

Um dos objetivos da presente invenção é o de proporcionar um sistema de injeção de combustível com área de fluxo de bocal máxima relativamente grande, tal como aquela requerida para injeção de combustíveis de densidade relativamente baixa e calor especifico relativamente baixo, por exemplo, DME, que têm capacidade de produção de injeções piloto e de conseguir configuração de taxa no começo de injeção com boa precisão e qualidade de borrifo de combustível. Um objetivo mais específico da presente invenção é o de proporcionar um bocal de duplo estágio com uma válvula de agulha que tem capacidade de abertura de orifícios de borrifo com área de fluxo relativamente pequena durante um primeiro estágio de injeção de combustível, projetado para entrega de combustível em uma taxa mais lenta e precisamente controlada, e com uma válvula de cabeçote móvel que tem capacidade de abertura de área de fluxo relativamente grande e de conseguir taxa de injeção relativamente alta quando se movimentando externamente em direção da câmara de combustão de motor em um segundo estágio de injeção de combustível. Estes objetivos são conseguidos por intermédio de um sistema de injeção de combustível em concordância com a parte caracterizante da reivindicação de patente independente 1 posteriormente.

Um objetivo adicional da presente invenção é o de proporcionar um bocal de duplo estágio controlado por pressão de combustível no qual a ativação do primeiro estágio de injeção e do segundo estágio de injeção pode ser selecionada por controle da pressão na entrada do bocal, e no qual a operação da válvula de agulha pode também ser controlada pela movimentação da válvula de cabeçote móvel para conseguir melhores características de injeção.

O sistema de injeção de combustível em concordância com a presente invenção contém uma fonte de pressão de combustível variável para a qual um canal de entrada de um bocal é conectado. O bocal incorpora uma válvula de cabeçote móvel que possui um cabeçote móvel e é inclinada por uma mola de retorno de cabeçote móvel em direção a sua posição fechada, na qual o cabeçote móvel se apóia contra um assento de cabeçote móvel formado sobre o bocal e fecha uma área de fluxo entre eles, através da qual combustível sob pressão pode de outro modo ser injetado fora do bocal e para a câmara de combustão do motor. A área da válvula de cabeçote móvel englobada dentro do diâmetro do assento de cabeçote móvel é exposta para a pressão no canal de entrada que pode, sob elevação para um nível pré-determinado definido pelo diâmetro de assento, pré-carregar a mola de retorno de cabeçote móvel e pressionar de retorno exteriormente do bocal, abrir o bocal por movimentação da válvula de cabeçote móvel em direção da câmara de combustão do motor contra a força da mola de retorno de cabeçote móvel e da pressão na câmara de combustão.

Existe um furo na válvula de cabeçote móvel que se estende axialmente a partir do topo da válvula e termina por pelo menos um orifício de injeção na parte de fundo da válvula de cabeçote móvel, o orifício de injeção abrindo para a câmara de combustão do motor. Uma válvula de agulha é instalada neste furo, com um guia cilíndrico em sua porção superior produzindo uma montagem deslizante de cooperação de precisão com o furo. A válvula de agulha também possui um assento formado sobre sua porção de fundo que pode se engatar com o fundo do furo para fechar a comunicação fluida entre o furo e o orifício de injeção. 0 volume do furo confinado entre o assento de válvula de agulha e o guia de agulha é sempre conectado para o canal de entrada do bocal. Um tampão de mola montado no topo da válvula de cabeçote móvel, o guia da válvula de agulha e o furo formam uma câmara de mola de agulha na qual uma mola de retorno de agulha é instalada, que inclina a agulha para fechamento do orifício de injeção. Em utilização, o tampão de mola não possibilita comunicação fluida entre a câmara de mola de agulha e uma câmara de mola de cabeçote móvel.

A válvula de cabeçote móvel e o corpo de bocal formam um guia de cabeçote móvel de cooperação de precisão em que a válvula de cabeçote móvel pode deslizar para cima e para baixo para fechamento e abertura do bocal. Um canal de retorno é proporcionado no corpo de bocal que abre em cima do guia de cabeçote móvel, tanto diretamente ou quanto por intermédio de uma ranhura de retorno anular. Um orifício de controle de saída para conexão da câmara de mola de agulha para o canal de retorno é proporcionado na válvula de cabeçote móvel tal que as posições da válvula agulha e da válvula de cabeçote móvel podem controlar a área de fluxo deste orifício de controle de saída. Similarmente, existe um canal de suprimento no corpo de bocal, que é conectado para o canal de entrada e que, por outro lado, abre em cima do guia de cabeçote móvel, tanto diretamente ou quanto por intermédio de uma ranhura de suprimento anular. Um orifício de controle de entrada para conexão da câmara de mola de agulha para o canal de suprimento é proporcionado na válvula de cabeçote móvel tal que a posição da válvula de cabeçote móvel pode controlar a área de fluxo deste orifício de controle de entrada. A folga no guia de cabeçote móvel é suficientemente pequena para minimizar vazamento de combustível pressurizado ao longo do guia e para assegurar redução necessária de fluxo em orifícios de controle sob suas sobreposições com as bordas dos canais ou ranhuras anulares no corpo de bocal.

Na posição fechada do bocal, a câmara de mola de agulha é conectada pelo orifício de controle de saída para o canal de retorno e é desconectada a partir do orifício de controle de entrada devido para o fato do desalinhamento entre o orifício de controle de entrada e o canal de suprimento, tal que a pressão na câmara de mola de agulha iguala a pressão de canal de retorno. A pressão de abertura da válvula de agulha é ajustada por uma combinação apropriada da mola de retorno de agulha pré-carregada e do tamanho da área diferencial de agulha (definida pelo diâmetro de guia de agulha e o diâmetro de assento de agulha) para ser mais baixa do que a pressão de abertura da válvula de cabeçote móvel. Quando a pressão no canal de entrada se eleva para que o primeiro estágio do processo de injeção venha a começar, a válvula de agulha se abre possibilitando que combustível venha a ser injetado através de orifícios de injeção relativamente pequenos no cabeçote móvel.

Quando injeção em uma taxa mais alta é requerida, a pressão no canal de entrada é adicionalmente aumentada e acima da pressão de abertura da válvula de cabeçote móvel, que após isso se movimenta descendentemente e abre uma grande área de fluxo entre o cabeçote móvel e seu assento possibilitando que combustível venha a escapar a partir da câmara de pressão de cabeçote móvel para fora para a câmara de combustão, por intermédio disso começando um segundo estágio da injeção. Durante esta movimentação descendentemente da válvula de cabeçote móvel, o orifício de controle de saída se torna sobreposto pela borda do canal ou ranhura de retorno, fechando o caminho de fluxo a partir da câmara de mola de agulha para o canal de retorno. A abertura adicional da válvula de cabeçote móvel alinha o orifício de controle de entrada com o canal de suprimento de maneira que o combustível sob pressão flui para a câmara de mola de agulha e auxilia a mola de retorno de agulha em fechamento da válvula de agulha. Por conseqüência, a válvula de agulha pode ser fechada rapidamente sob abertura da válvula de cabeçote móvel.

Para finalizar a injeção, a pressão no canal de entrada é reduzida abaixo de um nível que pode manter a válvula de cabeçote móvel aberta contra a força da mola de retorno de cabeçote móvel e da pressão de retorno na câmara de combustão. A válvula de cabeçote móvel após isso se movimenta ascendentemente e fecha enquanto a válvula de agulha permanece fechada pela força da mola de retorno de agulha.

Por intermédio disso, um sistema de injeção de combustível com um bocal de duplo estágio é proporcionado que possibilita para controle de precisão de pequenas entregas de combustível necessárias para operação sem carga do motor ou de baixa carga do motor, para configuração de taxa efetiva de injeção e para se conseguir altas taxas de fluxo de injeção de grandes quantidades de combustível, ao mesmo tempo assegurando baixos vazamentos de controle e um projeto relativamente simples. Adicionalmente, o sistema consegue rápida finalização de injeção.

O número, direção e a área de fluxo total dos orifícios de injeção, por um lado, e os ajustamentos de bocal de cabeçote móvel, por outro lado, podem ser otimizadas independentemente para assegurar a melhor distribuição de combustível e taxa de injeção requeridas em diferentes condições de operação de motor, tipicamente operação de baixa carga e velocidade como em oposição para operação de alta carga. A seleção tanto de agulha ou quanto de válvula de cabeçote móvel a ser aberta, e a duração de suas aberturas, é feita através de controle da pressão de combustível no canal de entrada do bocal, o que pode ser realizado de um número de maneiras que são conhecidas no estado da técnica e que irão ser revistas em maiores detalhes nas seções seguintes da presente descrição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO A presente invenção irá ser descrita em maiores detalhes posteriormente, de uma maneira não limitante, com referência para as Figuras dos Desenhos diagramáticos acompanhantes, nos quais:

As Figuras 1 e 2 são representações esquemáticas de uma concretização preferida do sistema de injeção de combustível em concordância com a presente invenção, mostradas em diferentes estágios de operação, e

As Figuras 3 e 4 são representações esquemáticas de duas concretizações da presente invenção.

As Figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada para as concretizações nelas representadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

Na concretização preferida da presente invenção, o sistema de injeção de combustível em concordância com a presente invenção contém um tanque de combustível (1), uma bomba de alimentação (2) e componentes associados (não mostrados), uma válvula de isolamento convencional (3), uma fonte de pressão variável (4) compreendendo uma bomba de alta pressão (5), uma grade comum (6), para a qual uma pluralidade de injetores estão conectados, e um sistema de gerenciamento de motor (EMS) (7). Uma válvula hidraulicamente operada (8) está conectada entre a grade comum (6) e a entrada (9) de um bocal (10), a entrada da válvula hidraulicamente operada (8) sendo conectada para a grade comum (6) . A válvula hidraulicamente operada (8) preferivelmente possui uma haste de cooperação de precisão e forma uma câmara de saída (11) e uma câmara de controle (12), e é preferivelmente inclinada em direção de sua posição fechada por um recurso resiliente (13). A câmara de controle (12) da válvula hidraulicamente operada (8) pode ser conectada por uma válvula piloto de três vias (14) tanto para a grade comum (6) ou quanto para um conduite de retorno (15), dependendo dos comandos a partir do EMS (7). A saída da válvula hidraulicamente operada (8) está conectada para a entrada (9) do bocal (10) por intermédio de uma válvula hidráulica diferencial (16). Um canal de retorno (17) do bocal (10) é conectado por intermédio de ixma outra válvula hidráulica diferencial (18) para o conduite de retorno (15). Preferivelmente, os canais de retorno de bocal de outros injetores do motor são conectados para o conduite de retorno (15) por intermédio da mesma válvula (18) como mostrado. Uma válvula de derramamento (19) que é controlada pelo EMS (7), é conectada entre a saída da válvula hidraulicamente operada (8) e o conduite de retorno (15).

A válvula hidráulica diferencial (16, 18) é projetada de maneira que, uma vez que a mesma seja aberta, a área da válvula que é exposta para a pressão do combustível é suficientemente grande para suportar a válvula aberta contra a força da mola de retorno da válvula quando a pressão na válvula está em qualquer lugar ligeiramente abaixo da pressão de alimentação no sistema ou acima daquele nível. No caso em que o motor venha a ser parado e a pressão de alimentação venha a cair abaixo de um nível pré-determinado, a válvula hidráulica diferencial (16) se fecha e a área da válvula exposta para a pressão à montante da válvula se torna relativamente pequena, tal que uma pressão acima do nível de pressão de alimentação é requerida para re-abrir a válvula hidráulica diferencial (16). O projeto de uma tal válvula é conhecido no estado da técnica e é apresentado, por exemplo, na patente norte americana número US 6.189.517 Bl.

O bocal (10) possui um corpo (20) com uma câmara de pressão (21) conectada para o canal de entrada (9), em que uma válvula de cabeçote móvel (22) está instalada. A válvula de cabeçote móvel (22) possui um cabeçote móvel (23) e é inclinada por uma mola de retorno de cabeçote móvel (24) em direção de sua posição fechada, na qual o cabeçote móvel (23) se apóia contra um assento de cabeçote móvel (25) formado sobre o bocal (10), e fecha uma área de fluxo entre os mesmos, através da qual combustível sob pressão pode de outro modo ser injetado a partir da câmara de pressão (21) fora do bocal (10) e para a câmara de combustão do motor (não mostrada). A mola de retorno de cabeçote móvel (24) atua sobre um tampão de mola (26) montado sobre a válvula de cabeçote móvel (22), e é instalado em uma câmara de mola de retorno de cabeçote móvel (27) que é conectada para o canal de entrada (9) por intermédio de uma abertura (27a). O sistema de combustível é projetado de maneira que a área da válvula de cabeçote móvel (22) englobada dentro do diâmetro do assento de cabeçote móvel (25) é exposta para a pressão no canal de entrada (9) que pode, sob elevação para um nível pré- determinado definido pelo diâmetro de assento, pré-carregar a mola de retorno de cabeçote móvel (24) e pressionar de retorno na câmara de combustão de motor, abrindo o bocal por movimentação da válvula de cabeçote móvel (22) em direção da câmara de combustão do motor contra a força da mola de retorno de cabeçote móvel (24) e da pressão na câmara de combustão.

Existe um furo (28) na válvula de cabeçote móvel (22) que se comunica com a câmara de pressão (21) por intermédio de uma passagem (28a) , furo (28) que se estende axialmente a partir do topo da válvula de cabeçote móvel (22) e termina por pelo menos um orifício de injeção (29) na parte de fundo da válvula de cabeçote móvel (22), o orifício de injeção (29) abrindo para a câmara de combustão do motor. Uma válvula de agulha (30) é instalada neste furo (28), com um guia cilíndrico (31) em sua porção superior produzindo uma montagem deslizante de cooperação de precisão com o furo (28). A válvula de agulha (30) também possui um assento válvula de agulha (32) formado em sua porção de fundo que pode se engatar com o fundo do furo (28) para fechamento da comunicação fluida entre o furo (28) e o orifício de injeção (29) . O volume do furo (28) confinado entre o assento de válvula de agulha (32) e o guia de agulha (31) é sempre conectado para a câmara de pressão (21) do bocal (10) . 0 tampão de mola (26) montado no topo da válvula de cabeçote móvel (22), o guia cilíndrico (31) da válvula de agulha (30) e o furo (28) formam uma câmara de mola de agulha (33) na qual uma mola de retorno de agulha (34) é instalada que inclina a válvula de agulha (30) para fechamento da comunicação fluida entre o furo (28) e o orifício de injeção (29) . As cargas montadas da mola de retorno de agulha (34) e da mola de retorno de cabeçote móvel (24) podem ser ajustadas de uma maneira bem conhecida por seleção de espessuras apropriadas de respectivas arruelas ou calços (não mostrados) instalados, por exemplo, entre o cabeçote móvel (23) e o tampão de mola (26) . Em utilização, o tampão de mola (26) não possibilita comunicação fluida entre a câmara de mola de agulha (33) e a câmara de mola de cabeçote móvel (27) .

A válvula de cabeçote móvel (22) e o corpo de bocal (20) formam um guia de cabeçote móvel de cooperação de precisão (35) em que a válvula de cabeçote móvel (22) pode deslizar para cima e para baixo para fechamento e abertura do bocal (10). O canal de retorno (17) abre em cima do guia de cabeçote móvel (35), tanto diretamente ou quanto por intermédio de uma ranhura de retorno anular (36). Um orifício de controle de saída (37) para conexão da câmara de mola de agulha (33) para o canal de retorno (17) é proporcionado na válvula de cabeçote móvel (22) de maneira que as posições da válvula de agulha (30) e da válvula de cabeçote móvel (22) podem controlar a área de fluxo deste orifício de controle de saída (37). Similarmente, existe um canal de suprimento (18) no corpo de bocal (20) , que é conectado para o canal de entrada (9) e que, por outro lado, abre em cima do guia de cabeçote móvel (35), tanto diretamente ou quanto por intermédio de uma ranhura de suprimento anular (39). Um orifício de controle de entrada (40) para conexão da câmara de mola de agulha (33) para o canal de suprimento (38) é proporcionado na válvula de cabeçote móvel (22) de maneira que a posição da válvula de cabeçote móvel (22) pode controlar a área de fluxo deste orifício de controle de entrada (40). A folga no guia de cabeçote móvel (35) é suficientemente pequena para minimização de vazamento de combustível pressurizado ao longo do guia de cabeçote móvel (35) e para assegurar redução de fluxo necessária nos orifícios de controle (37, 40) sobre suas sobreposições com as bordas dos canais (17, 38) ou ranhuras anulares (36, 39) no corpo de bocal (20).

Para transportar o combustível a ser injetado a partir do canal de entrada (9) e da câmara de pressão (21) abaixo para o cabeçote móvel (23), diversos métodos conhecidos no estado da técnica podem ser utilizados separadamente ou simultaneamente. O único esquematicamente exemplificado na Figura 1 utiliza uma seção de cintura na porção inferior do cabeçote móvel (23) . Na vida real (na prática) , uma seção de guia próxima para o cabeçote móvel (23) pode ser requerida com, por exemplo, ranhuras longitudinais feitas sobre sua periferia para a passagem de combustível, mas uma ilustração disto é omitida na presente descrição por razões de simplicidade.

Referindo-se para a Figura 1, o sistema de injeção de combustível em concordância com a presente invenção funciona como se segue:

Em um estado não injetado, mas com o motor funcionando, a válvula de isolamento (3) é aberta, existe pressão de alimentação à montante da bomba de alimentação (2) e no conduíte de retorno (15); a bomba de alta pressão pressuriza o combustível para um determinado nível e mantém este nível na grade comum (6). As válvulas (14) e (19) não são ativadas pelo EMS (7).

A válvula piloto de três vias (14), em sua posição desativada, conecta a grade comum (6) para a câmara de controle (12) da válvula hidraulicamente operada (8). A pressão a partir da grade comum (6) , combinada com a força do recurso resiliente (13), suporta a válvula (8) em sua posição fechada. A válvula de derramamento (19) é aberta, conectando a saída da válvula hidraulicamente operada (8) para o conduíte de retorno (15). As válvulas hidráulicas diferenciais (16, 18) são abertas, e a pressão no bocal (10) iguala a pressão no conduíte de retorno (15). 0 bocal (10) é fechado pela mola de retorno de agulha (34) e uma força combinada da mola de retorno de cabeçote móvel (24) e da pressão de retorno atuando sobre o cabeçote móvel (23). Existe uma conexão fluida entre a câmara de mola de agulha (33) e o canal de retorno (17) através do orifício de controle de saída (37) . Na posição fechada da válvula de cabeçote móvel (22) como mostrado na Figura 1, o orifício de controle de entrada (40) é recuado a partir do canal de suprimento (38) por uma distância (wLw) tal que não existe comunicação fluida direta entre a câmara de mola de agulha (33) e o canal de entrada (9) do bocal (10).

Para começar uma injeção, o EMS aplica uma corrente de controle para a válvula piloto (14), que desconecta a câmara de controle (12) da válvula hidraulicamente operada (8) a partir da grade comum (6) e a conecta a mesma para o conduíte de retorno (15). A pressão na câmara de controle (12) cai e possibilita que a pressão de grade comum (6) venha a atuar sobre a válvula hidraulicamente operada (8) a partir da câmara de saída (11) para abertura da válvula hidraulicamente operada (8) contra a força do recurso resiliente (13). Em torno do mesmo tempo, o EMS fecha a válvula de derramamento (19), de maneira que o combustível não pode escapar para o conduíte de retorno (15) enquanto a válvula hidraulicamente operada (8) é aberta. Pressão de combustível na linha conectando a câmara de saída (11) da válvula hidraulicamente operada (8) e a entrada de bocal (9) se elevam e, sob alcance de uma pressão de abertura de válvula de agulha (30), movimenta a válvula de agulha (30) ascendentemente abrindo o caminho de fluxo a partir da câmara de pressão (21) para os orifícios de injeção (29) e, por conseqüência, começando uma injeção. Durante o movimento ascendentemente, a válvula de agulha (30) desloca combustível a partir da câmara de mola de agulha (33) para 1fora para o canal de retorno (17) através do orifício de saída (37). A posição relativa da borda de topo (41) do guia de agulha (31) e do orifício de controle de saída (37) pode ser disposta de maneira que a borda de topo (41) fecha a conexão entre a câmara de mola de agulha (33) e o orifício de controle de saída (37) na medida em que a válvula de agulha (30) é elevada.

Quando a pressão no canal de entrada (9) aumenta adicionalmente e excede uma pressão de abertura de válvula de cabeçote móvel (22), a válvula de cabeçote móvel (22) começa a se movimentar descendentemente abrindo um caminho de fluxo entre o cabeçote móvel (23) e o assento de cabeçote móvel (25), iniciando uma injeção de combustível para a câmara de combustão em uma taxa relativamente alta na medida em que a área aberta entre o cabeçote móvel (23) e o assento de cabeçote móvel (25) rapidamente aumenta. Quando se movimentando descendentemente, a válvula de cabeçote móvel (22) fecha a comunicação fluida entre o orifício de controle de saída (37) e o canal de retorno (17) e abre a conexão a partir do canal de entrada (9) para a câmara de mola de agulha (33) por intermédio do canal de suprimento (38) e do orifício de controle de entrada (40). Preferivelmente, a elevação da válvula de cabeçote móvel (22) que é requerida para fechamento completamente da área de fluxo entre o orifício de controle de saída (37) e o canal de retorno (17), é igual ou menor do que a distância ("L") mostrada na Figura 1 e simbolizando a elevação requerida para abertura da área de fluxo entre o canal de suprimento (38) e o orifício de controle de entrada (40).

Por estes recursos, a abertura da válvula de cabeçote móvel (22) pressuriza a câmara de mola de agulha (33) que, por sua vez, auxilia a mola de retorno de agulha (34) em fechamento rapidamente da válvula de agulha (30). Com a válvula de agulha (30) sendo fechada, a injeção principal ocorre através da área aberta pelo cabeçote móvel (23) na medida em que a pressão no canal de entrada (9) é alta o suficiente para manutenção da válvula de cabeçote móvel (22) aberta. Este estado de operação do sistema de injeção de combustível é ilustrado na Figura 2.

Para terminar a injeção, o ENS desativa a válvula piloto (14), que após isso desconecta a câmara de controle (12) a partir do conduíte de retorno (15) e conecta a mesma de volta para a grade comum (6) . A pressão na câmara de controle (12) se eleva e, juntamente com o recurso resiliente (13), força a válvula hidraulicamente operada (8) para baixo em direção da posição fechada. Durante o período de fechamento da válvula hidraulicamente operada (8) e correspondente redução da área de fluxo da mesma, o combustível continua a ser injetado a partir do bocal (10) aberto e a pressão no bocal (10) cai. Quando a válvula de cabeçote móvel (22) está ainda em torno de sua posição completamente aberta como mostrado na Figura 2, a pressão na câmara de mola de agulha (33) é essencialmente igual para a pressão na câmara de pressão (21) e a válvula de agulha (30) é mantida fechada pela mola (34) . Com uma redução adicional de pressão de bocal (10), a válvula de cabeçote móvel (22) começa a se movimentar ascendentemente fechando o bocal (10), ao mesmo tempo conectando a câmara de mola de agulha (33) de volta a partir do canal de entrada (9) para o canal de retorno (17) com a baixa pressão do mesmo. Isto pode provocar uma abertura secundária da válvula de agulha (30) no caso em que a pressão venha a decair lentamente no bocal (10). Para prevenir tal abertura secundária da válvula de agulha (30), o EMS (7) pode desativar e abrir a válvula de derramamento (19) imediatamente depois que a válvula hidraulicamente operada (8) venha a ser fechada. Isto rapidamente reduz pressão no bocal (10) e o sistema de injeção de combustível retorna para a posição inicial do mesmo como representado pela Figura 1.

No caso em que uma injeção com um lançamento inicial rápido de taxa de injeção e uma alta taxa de injeção média são requeridos, a pressão no canal de entrada (9) pode ser controlada para aumentar rapidamente, por exemplo, pelo ajustamento da pressão de grade comum (6) em um nível relativamente alto e ativação da válvula hidraulicamente operada (8) por um único contínuo pulso de controle. Para alcançar aumento de pressão ainda mais rápido no começo de injeção, a válvula de derramamento (9) pode ser fechada com um atraso (retardo de tempo) relativo para início de ativação da válvula piloto (14), de maneira que a injeção irá ser iniciada em uma elevação mais alta da válvula hidraulicamente operada (8).

No caso em que um período relativamente longo de injeção de combustível com uma taxa lenta é requerido antes que uma injeção de alta taxa venha a acontecer, o EEIS (7) pode brevemente desativar a válvula piloto (14) por um curto período de tempo depois da ativação inicial da mesma para iniciar a injeção. Após isso, a válvula hidraulicamente operada (8) pode desenvolver somente uma primeira abertura parcial e após isso fechamento novamente por um curto período de tempo, retardando a construção de pressão no bocal (10) de maneira que somente a válvula de agulha (30) irá permanecer aberta assegurando um taxa lenta de injeção. Em outros casos, quando uma alta taxa de injeção não é necessária de qualquer modo, tal como sem carga de motor ou em cargas muito baixas, a operação de somente a válvula de agulha (30) pode ser selecionada por ajustamento da pressão na grade comum (6) para um nível relativamente baixo que não pode exceder a pressão de abertura da válvula de cabeçote móvel (22). Devido para a abertura de uma área de fluxo relativamente pequena pela válvula de agulha (30), quantidades de injeção suficientemente pequenas podem então ser injetadas em pressão relativamente alta e com boa precisão. Por conseqüência, a presente invenção oferece melhor proporção de ativação/desativação e capacidade de configuração de taxa significativamente reforçada do que sistemas de injeção de combustível do estado da técnica.

Quando o motor é parado (desligado) , a pressão na grade comum (6) pode ser reduzida abaixo para a pressão de tanque, por exemplo, por ativação da válvula piloto (14) enquanto mantendo a válvula de derramamento (19) aberta, e após isso a válvula de isolamento (3) pode ser fechada. Isto, se existir qualquer vazamento de combustível a parir do sistema à jusante da válvula de isolamento (3), conduzindo para uma redução de pressão nas válvulas hidráulicas diferenciais (16, 18) que após isso automaticamente fecham e por intermédio disso limitam a quantidade de combustível que pode sofrer vazamento através de bocais fechados para o motor. Isto é devido para o fato de que as válvulas hidráulicas diferenciais (16, 18) neste caso separam os volumes relativamente grandes de grade comum (6) e componentes associados que podem conter qualquer pressão residual, a partir dos bocais.

Na Figura 3, uma concretização alternativa da presente invenção é mostrada, que é idêntica para as concretizações precedentemente descritas em tudo, exceto no projeto do canal inferior da válvula de cabeçote móvel (22). Nesta concretização alternativa da presente invenção, combustível a partir da câmara de compressão (21) é entregue para a área de assento de cabeçote móvel (25) a partir do interior do furo (28) por intermédio de orifícios de borrifo (42). O cabeçote móvel (23) possui uma seção de guia de fundo cilíndrica (43) na porção inferior da mesma que é hermeticamente de cooperação com o corpo de bocal (20) e somente possibilita que quantidade desprezível de combustível venha a passar ao longo da folga no guia durante abertura da válvula de cabeçote móvel (22) . Uma porção (44) da seção de guia de fundo (43) que é imediatamente adjacente para o cabeçote móvel (23) possui uma folga aumentada quando comparada com a folga na seção guia (43) e os orifícios de borrifo (42) abertos, pelo menos parcialmente, sobre esta porção de folga (44). Os orifícios (42) são direcionados de maneira que, quando a válvula de cabeçote móvel (22) é movimentada descendentemente suficientemente longe, pelo menos pela altura dos orifícios de borrifo (42), o combustível forma jatos que emergem a partir dos mesmos podem se propagar sem colisão com o corpo de bocal (20) e cabeçote móvel (23) através da câmara de combustão de motor. Nesta concretização da presente invenção, elevações mais altas da válvula de cabeçote móvel (22) podem ser ajustadas sem aumento excessivo na área de fluxo total do bocal (10) de cabeçote móvel (23), devido ao fato de que a mesma é limitada pela área de fluxo dos orifícios (42) . Uma área de fluxo excessiva no bocal (10) de cabeçote móvel (23) pode conduzir para perda de pressão indesejavelmente alta nas restrições hidráulicas à montante do bocal (10) e, como uma conseqüência, pressão excessivamente baixa de combustível injetado com resultante distribuição de combustível empobrecida na câmara de combustão do motor. Uma alta elevação da válvula de cabeçote móvel (22) pode ser uma vantagem na medida em que a mesma possibilita controle mais fácil das áreas de fluxo dos orifícios de controle de entrada e de saída (37) e (38) através de tolerâncias mais abrangentes sobre as posições relativas destes orifícios com suas respectivas bordas de controle. Injeção de combustível em jatos distintos formados por orifícios de borrifo (42) mais preferivelmente do que em uma corrente configurada em cone contínua característica para um bocal de cabeçote móvel convencional pode também ser vantajoso com determinados tipos de sistemas de combustão. A provisão da porção de folga (44) auxilia a aliviar possíveis problemas de contaminação do guia de cabeçote móvel (35) .

A Figura 4 mostra uma outra concretização alternativa da presente invenção em que o canal de retorno (17) do bocal (10) é conectado para um volume de transferência (45) ao invés de ser conectado para o conduíte de retorno (15) . O sistema de injeção de combustível em concordância com esta concretização da presente invenção funciona da mesma maneira como outras concretizações precedentemente descritas da presente invenção, mas combustível a partir da câmara de mola de válvula de agulha (33) é deslocado durante a abertura da válvula de agulha (33) para este volume de transferência (45), provocando uma elevação de pressão no mesmo, e após isso a abertura da válvula de cabeçote móvel (22) bloqueia esta pressão até que a válvula de cabeçote móvel (22) venha a fechar o bocal (10) novamente. Antes e durante o fechamento da válvula de cabeçote móvel (22), a pressão no bocal (10) e, conseqüentemente, na câmara de mola de agulha (33) é reduzida como descrito até que a válvula de cabeçote móvel (22) venha a alcançar uma posição quando a conexão entre a câmara de mola de agulha (33) e o canal de suprimento (18) é fechada. Movimentação adicional da válvula de cabeçote móvel (22) em direção da posição fechada da mesma abre a conexão entre o canal de retorno (17) e o orifício de controle de saída (37) que se comunica com a câmara de mola de agulha (33). Isto provoca que a pressão armazenada no volume de transferência (45) venha a ser liberada para a câmara de mola de agulha (33), o que auxilia a manter a válvula de agulha (30) fechada nos estágios finais de fechamento de válvula de cabeçote móvel (22) . Qualquer pressão residual deixada no volume de transferência (45) e na câmara de mola de agulha (33) depois do término de injeção é aliviada através de folgas nos guias (31, 35) durante os períodos de tempo relativamente longos entre injeções consecutivas. Conseqüentemente, a provisão do volume de transferência (45) e conexão do canal de retorno (17) para este volume de transferência ao invés de conexão do mesmo para o conduíte de retorno (15) , como nas concretizações precedentemente descritas da presente invenção, pode suprimir injeções secundárias indesejadas pela válvula de agulha (30) e, adicionalmente, simplificação do projeto do sistema de injeção de combustível por eliminação de conexão extra do bocal (10) para o conduíte de retorno (15) e a necessária neste caso válvula hidráulica diferencial (18) .

A presente invenção não está limitada para as concretizações descritas anteriormente, mas diversas modificações são possíveis dentro do escopo de proteção das reivindicações de patente posteriormente. Por exemplo, o volume do canal de retorno (17) pode ser projetado para ser suficientemente grande para atuar como um volume de transferência em si mesmo, de maneira tal que nenhum volume de transferência separado (45) é requerido.

Alternativamente, a câmara de mola de agulha (33) pode em si mesma ser feita suficientemente grande para absorção do volume de combustível deslocado pela válvula de agulha (30) durante a abertura da mesma de maneira tal que a elevação de pressão nesta câmara não impede que a válvula de agulha (30) venha a entrar em abertura, eliminando neste caso a necessidade de orifício de controle de saída (37). As molas de retorno (24, 34) podem ser substituídas por outros recursos resilientes adequados. As válvulas (8, 14, 19, 16, 18) podem ser incorporadas no/s injetor/es ou serem colocadas remotamente e conectadas com o/s injetor/es por tubulações.

Como mencionado anteriormente, embora a presente invenção tenha sido descrita com referência para concretizações específicas, deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que esta presente invenção não é para ser considerada como estando limitada para estas concretizações exemplificativas, preferidas e vantajosas descritas precedentemente, mas certamente, um número de variações e de modificações é conceptível, e a presente invenção pode ser livremente variada dentro do escopo e do espírito de proteção das reivindicações de patente subseqüentemente.

Claims

1. Um sistema de injeção de combustível para um motor de combustão interna, para provisão de um evento de injeção compreendendo um primeiro estágio e um segundo estágio por intermédio de um bocal único (10) que é conectado por seu canal de entrada (9) para uma fonte (4) de pressão de combustível variável, referido bocal (10) incluindo uma válvula de agulha (30) para desempenho do primeiro estágio de injeção, e uma válvula de cabeçote móvel (22) para desempenho do segundo estágio de injeção, caracterizado pelo fato de que o primeiro estágio de injeção e o segundo estágio de injeção são selecionáveis por controle da pressão de combustível no canal de entrada (9) que é comum tanto para a válvula de agulha (30) e quanto para a válvula de cabeçote móvel (22).

2. Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida válvula de cabeçote móvel (22) possui um cabeçote móvel (23) e um recurso resiliente de retorno de cabeçote móvel (24) que inclina a válvula de cabeçote móvel (22) para fechamento do bocal (10) por apoio do cabeçote móvel (23) contra um assento de cabeçote móvel (25) formado sobre o bocal (10), em que a área da válvula de cabeçote móvel (22) englobada dentro do diâmetro do assento de cabeçote móvel (25) é exposta para pressão no canal de entrada (9) tal que uma pressão mais alta no canal de entrada (9) pode superar a força do recurso resiliente de retorno de cabeçote móvel (24) e da pressão exterior do bocal (10) e abertura da válvula de cabeçote móvel (22) para injeção de combustível para o motor.

3. Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a válvula de cabeçote móvel (22) possui um furo (28) conectado para o canal de entrada (9) e terminado na extremidade proximal para o cabeçote móvel (23) por pelo menos um orifício de injeção (29) que conecta o furo (28) para a câmera de combustão de motor, e de que a válvula de agulha (30) é instalada em referido furo (28) e é de maneira deslizável engatada com o furo (28) por um guia de agulha de cooperação de precisão (31), referida válvula de agulha (30) formando um assento (32), de um diâmetro menor do que o diâmetro do guia (31) , que pode engatar com o furo (28) para fechamento da comunicação fluida entre o furo (28) e o orifício de injeção (29), referido guia de agulha (31) formando uma câmara de mola de agulha (33) na qual um recurso resiliente de retorno de agulha (34) é instalado para atuar contra a válvula de cabeçote móvel (22) e a válvula de agulha (30) para inclinação da válvula de agulha (30) em direção ao fechamento da comunicação fluida entre o furo (28) e o orifício de injeção (29), em que a força do recurso resiliente de retorno de agulha (34) e as áreas englobadas pelo diâmetro do guia de agulha (31) e pelo diâmetro do assento de agulha (32) são escolhidos tal que uma pressão mais alta no canal de entrada (9) pode superar a força do recurso resiliente de retorno de agulha (34) e abrir a válvula de agulha (30) para injeção de combustível a partir do furo (28) através do orifício de injeção (29) para o motor.

4. Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as forças do recurso resiliente de retorno de cabeçote móvel (24) e do recurso resiliente de retorno de agulha (34) e os diâmetros do guia de agulha (31) , assento de válvula de agulha (32) e do assento de válvula de cabeçote móvel (25) são fechados tal que, em uma determinada pressão do meio exterior do bocal (10), a pressão do combustível no canal de entrada (9) que é necessária para abertura da válvula de cabeçote móvel (22), é mais alta do que a pressão no canal de entrada (9) que é necessária para abertura da válvula de agulha (30).

5. Um sistema de injeção de combustível de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o bocal (10) compreende um canal de retorno (17), em que a câmara de mola de agulha (33) é conectada ao canal de retorno (17) através de um orifício de controle de saída (37) .

6. Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o bocal (10) e a válvula de cabeçote móvel (22) são projetados para de maneira deslizável engatar através de um guia de cabeçote móvel de cooperação de precisão (35) e de que o canal de retorno (17) é disposto para abertura em cima do guia de cabeçote móvel (35), em que a válvula de cabeçote móvel (22) pode fechar a comunicação fluida entre o orifício de controle de saída (37) e o canal de retorno (17), dependendo da posição axial da válvula de cabeçote móvel (22).

7. Um sistema de injeção de combustível de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que uma borda (41) da válvula de agulha (30) pode fechar a comunicação fluida entre a câmara de mola de agulha (33) e o orifício de controle de saída (37), dependendo da posição axial da válvula de agulha (30).

8. Um sistema de injeção de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 - 7, caracterizado pelo fato de que uma comunicação entre a câmara de mola de agulha (33) e o canal de entrada (9), é aberta ou fechada dependendo da posição axial da válvula de cabeçote móvel (22).

9. Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que durante a posição fechada da válvula de cabeçote móvel (22) quando seu cabeçote móvel (23) se apóia contra o assento de cabeçote móvel (25), a câmara de mola de agulha (33) é conectada para o canal de retorno (17) por intermédio do orifício de controle de saída (37) e é desconectada a partir da canal de entrada (9).

10. Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o percurso de abertura da válvula de cabeçote móvel (22) que é necessário para conexão hidraulicamente da câmara de mola de agulha (33) para o canal de entrada (9), é pelo menos tão longo quanto o percurso de abertura da válvula de cabeçote móvel (22) necessário para desconexão hidraulicamente do orifício de controle de saída (37) a partir do canal de retorno (17).

11. Um sistema de injeção de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 até 10, caracterizado pelo fato de que existe uma seção de guia de fundo (43) com uma folga de cooperação hermeticamente entre a válvula de cabeçote móvel (22) e o corpo de bocal (20) ao longo da integridade de periferia da seção de guia (43), em que o combustível a ser injetado através da área entre o cabeçote móvel (23) e o assento de cabeçote móvel (25) é entregue a partir do furo (28) através de pelo menos um orifício de borrifo (spray) (42).

12. Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que existe uma porção de folga (44) que é adjacente para o cabeçote móvel (23) e possui uma folga maior para o corpo de bocal (20) do que a folga na seção de guia de fundo (43), em que o combustível a ser injetado através da área entre o cabeçote móvel (23) e o assento de cabeçote móvel (25) é entregue a partir do furo (28) através de pelo menos um orifício de borrifo (spray) (42) que abre em cima da porção de folga (44).

13. Um sistema de injeção de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 -12, caracterizado pelo fato de que o canal de retorno (17) é conectado para um volume de transferência (45).

14. Um sistema de injeção de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 - 12, caracterizado pelo fato de que existe um conduíte de retorno (15) e de que o canal de retorno (17) é conectado para o conduíte de retorno (15).

15. Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que uma válvula diferencial hidráulica (18) é instalada entre o canal de retorno (17) e o conduíte de retorno (15), a válvula (18) sendo projetada tal que a mesma é fechada quando a pressão na válvula (18) está abaixo de uma pressão de alimentação que é característica para um motor funcionando e de que a mesma é aberta quando a pressão na válvula (18) está em uma ou acima de uma pressão de alimentação que é característica para um motor funcionando.

16.

Um sistema de injeção de combustível de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de injetores está conectada por seus canais de retorno (17) para uma válvula diferencial hidráulica única (18).