ES2200400T3 - Valvula de accionamiento electromagnetico. - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una válvula controlada electromagnéticamente, especialmente una válvula de inyección para sistemas de inyección de combustible de motores de combustión interna, que comprende un punto de regulación de gases (10) que se conecta con un núcleo (2) y una pieza de conexión (8). La invención se caracteriza porque dispone de una inserción en forma de aro (31) que soporta el punto de regulación de gases (10) en una dirección radial. La introducción de la inserción en forma de aro (31) permite aprovechar la ventaja de la construcción del tubo válvula (9) con el punto de regulación de gases (10) mientras proporciona la estabilidad necesaria para las válvulas de alta presión. La invención es especialmente ventajosa si la inserción en forma de aro (31) está hecha o bien de material no conductor eléctricamente o está interrumpido en al menos un lugar y asegurado de forma que quede aislado eléctricamente. Esto evita que surjan corrientes parásitas en la inserción en formade aro (31 cuando un campo magnético cambia, apoyándose dicha inserción al menos parcialmente dentro del margen del campo magnético de la bobina magnética (1). Dichas corrientes parásitas tendrían un efecto negativo en los tiempos de conmutación de la válvula.
Description
Válvula de accionamiento electromagnético.
La invención parte de una válvula de
accionamiento electromagnético, especialmente una válvula para
instalaciones de inyección de combustible de motores de combustión
interna, según el concepto genérico de la reivindicación 1.
Ya se conocen válvulas de inyección de
combustible que pueden accionarse de forma electromagnética y que,
como consecuencia, poseen un circuito magnético que comprende, al
menos, una bobina magnética, un núcleo, un rotor y un polo exterior.
Una válvula de inyección de combustible de este tipo se conoce, por
ejemplo, a partir del documento DE-195 03 821
A1.
En la válvula según el documento
DE-195 03 821 A1, el núcleo y una pieza de conexión
de un tubo de la válvula están conectados directamente entre sí por
medio de un punto de estrechamiento magnético. En este caso es
ventajoso configurar todo el tubo de la válvula de una pieza, de
manera que se extienda por toda la longitud de la válvula. Una
ventaja del punto de estrechamiento, que sólo tiene, por ejemplo,
aproximadamente 0,2 mm de grosor, consiste en la segura capacidad
hermética de la válvula, de manera que puede renunciarse a los
anillos en forma de O, que son problemáticos a la hora de medir la
capacidad hermética y para la limpieza de la válvula. En válvulas de
alta presión con presiones máximas, por ejemplo, en el intervalo de
aproximadamente 10 a 12 MPa (100 hasta 120 bares) se produce, no
obstante, un problema de solidez en el punto 10 de estrechamiento de
paredes relativamente delgadas.
La válvula de accionamiento electromagnético
según la invención con las características de la reivindicación 1
tiene la ventaja de que aprovecha las ventajas relacionadas con la
técnica de fabricación, la especificidad del circuito magnético y la
problemática de la capacidad hermética de la construcción del tubo
de la válvula con punto de estrechamiento de paredes delgadas y, al
mismo tiempo, se evitan los problemas de solidez del estado de la
técnica.
Mediante las medidas realizadas en las
reivindicaciones dependientes son posibles perfeccionamientos
ventajosos y mejoras de la válvula de accionamiento
electromagnético indicada en la reivindicación 1.
Es especialmente ventajoso fabricar la pieza
intercalada anular de material no conductor eléctrico o
configurarla de forma interrumpida en al menos una posición y
fijarla de forma eléctricamente aislada. Mediante esta medida puede
evitarse que en la pieza intercalada anular, que necesariamente se
encuentra, al menos en parte, dentro de la zona de influencia del
campo magnético de la bobina magnética, se originen corrientes de
Foucault que actúan negativamente en los tiempos de conexión
(tiempo de encendido y tiempo de cerrado) de la válvula durante un
campo magnético alterno.
Una configuración especialmente ventajosa de la
pieza intercalada anular consiste en una estructura de dos anillos
concéntricos que están aislados eléctricamente entre sí y que en
cada caso presentan al menos una hendidura, de manera que para la
pieza intercalada también puede utilizarse material conductor
eléctrico como, por ejemplo, un metal austenítico con buenas
propiedades de solidez o estabilidad estructural. Para ello, los
dos anillos se disponen preferiblemente de tal manera que sus
hendiduras estén posicionadas de forma desplazada 180º entre sí,
para mejorar o conseguir la estabilidad mecánica de la
construcción.
Además, es ventajoso rellenar con pegamento una
ranura entre el punto de estrechamiento y la pieza intercalada
anular. Esto permite mayores tolerancias admitidas en los diámetros
correspondientes de los componentes individuales así como, al mismo
tiempo, una fabricación económica.
En el dibujo se muestran los ejemplos de
realización de la invención de forma simplificada y se explican
detalladamente en la siguiente descripción. Se muestra:
La figura 1, un ejemplo de realización de una
válvula de inyección de combustible con una pieza intercalada
anular según la invención en una representación seccionada.
La figura 2, la sección II de la figura 1
aumentada en la zona del punto de estrechamiento,
La figura 3, de forma seccionada, otro ejemplo de
realización de una válvula de inyección construida según la
invención en una representación seccionada y
La figura 4, un corte a través de la válvula de
inyección a lo largo de la línea IV-IV de la figura
3.
La válvula de accionamiento electromagnético,
mostrada en la figura 1 como primer ejemplo de realización, que
presenta la forma de una válvula de inyección para instalaciones de
inyección de combustible de motores de inyección de combustible
encendidos externamente que compactan el compuesto, tiene un núcleo
2 de forma prácticamente cilíndrica hueca y tubular rodeado al menos
parcialmente por una bobina 1 magnética, el cual sirve como el
denominado polo interno de un circuito magnético. Un cuerpo 3 de la
bobina aloja un bobinado de la bobina 1 magnética y, en combinación
con el núcleo 2 y una pieza 4 intermedia anular, no magnética,
rodeada parcialmente por la bobina 1 magnética, con una sección
transversal en forma de L, posibilita un montaje especialmente
compacto y corto de la válvula de inyección en la zona de la bobina
1 magnética. Para ello la pieza 4 intermedia sobresale, con un
lado, en la dirección axial en un nivel del núcleo 2 y, con el otro
lado, radialmente a lo largo de una superficie frontal del cuerpo 3
de la bobina situado en la parte de abajo del dibujo.
En el núcleo 2 está prevista una abertura 5 de
paso longitudinal que se extiende a lo largo de un eje 6
longitudinal de la válvula. De forma concéntrica respecto al eje 6
longitudinal de la válvula puede discurrir preferiblemente un
casquillo tubular adicional de paredes delgadas no mostrado en la
figura 1, el cual sobresale a través de la abertura 5 longitudinal
interna del núcleo 2 y está en contacto directo con la pared de la
abertura 5 longitudinal. Este casquillo posee una función
hermetizadora respecto al núcleo 2, formando un encapsulado del
núcleo 2 en la dirección del eje 6 longitudinal de la válvula o en
el sentido de la corriente y con ello evita un contacto del
combustible con el núcleo 2.
El núcleo 2 no está realizado como en las
antiguas válvulas de inyección convencionales como un componente,
que también concluye realmente con un extremo 7 inferior del núcleo,
sino que también sigue discurriendo en el sentido de la corriente,
de manera que una pieza de conexión tubular dispuesta en el sentido
de la corriente del cuerpo 3 de bobina, que en el siguiente proceso
de la descripción se indica como pieza 8 de conexión, está
configurada de una pieza con el núcleo 2, como el denominado polo
exterior, con lo que se hace referencia al componente como tubo 9 de
la válvula. Como paso desde el núcleo 2 a la pieza 8 de conexión,
el tubo 9 de la válvula posee un punto 10 de estrechamiento
magnético también tubular aunque presenta una pared fundamentalmente
más delgada que el grosor de la pared del núcleo 2. Este punto 10
de estrechamiento magnético parte del extremo 7 inferior del núcleo
de forma concéntrica respecto al eje 6 longitudinal de la válvula
del núcleo 2 y de la pieza 8 de conexión.
En lugar de la configuración de una pieza del
tubo 9 de la válvula, el punto 10 de estrechamiento también puede
estar configurado de una pieza con el extremo 7 inferior del núcleo
o con la pieza 8 de conexión.
En la pieza 8 de conexión discurre un orificio 11
longitudinal que está configurado concéntrico respecto al eje 6
longitudinal de la válvula. En el orificio 11 longitudinal está
dispuesta una aguja 12 de la válvula, por ejemplo, tubular, que está
unida, por ejemplo, por soldado, en su extremo 13 en sentido de la
corriente con un cuerpo 14 de cierre de la válvula esférico en cuyo
perímetro están previstos varios aplanamientos 15 para el escape
del combustible.
Para el movimiento axial de la aguja 12 de la
válvula y, con ello, para abrir la válvula de inyección contra la
fuerza elástica de un resorte 16 de retorno o para cerrar la válvula
de inyección sirve el circuito electromagnético con la bobina 1
magnética, el núcleo 2 y un rotor 17. El rotor 17 está conectado
con el extremo de la aguja 12 de la válvula opuesto al cuerpo 14 de
cierre de la válvula mediante una costura de soldadura y está
dirigido al núcleo 2. En el extremo de la pieza 8 de conexión
opuesto al núcleo 2 que se dispone en el sentido de la corriente,
está montado de forma estanca por soldadura un cuerpo 18 cilíndrico
de asiento de la válvula en el orificio 11 longitudinal, presentando
este cuerpo de asiento de la válvula un asiento de válvula
fijo.
Una abertura 19 de guiado en el cuerpo 18 de
asiento de la válvula sirve para guiar el cuerpo 14 de cierre de la
válvula durante el movimiento axial de la aguja 12 de la válvula
con el rotor 17 a lo largo del eje 6 longitudinal de la válvula. El
cuerpo 14 esférico de cierre de la válvula actúa conjuntamente con
el asiento de la válvula del cuerpo 18 de asiento de la válvula que
se estrecha en forma de cono truncado en la dirección de la
corriente. En su lado frontal opuesto al cuerpo 14 de cierre de la
válvula, el cuerpo 18 de asiento de la válvula está fijamente unido
con un disco 20 perforado de inyección configurado, por ejemplo, en
forma de vaso. El disco 20 perforado de inyección en forma de vaso
posee al menos una abertura 21 de rociado conformada, por ejemplo,
por erosión o punzonado. Para un guiado exacto del rotor 17
conectado con la aguja 12 de la válvula durante el movimiento axial,
en otras formas de realización conocidas de válvulas de inyección
se utilizan piezas intermedias no magnéticas que están previstas en
lugar del punto 10 de estrechamiento y que se ocupan de una
separación magnética del núcleo 2 y de la pieza 8 de conexión.
Estas piezas intermedias no magnéticas se fabrican de forma
extremadamente precisa y con alto grado de exactitud, por ejemplo,
en tornos de precisión, para obtener un pequeño juego de guiado.
Puesto que en la válvula de inyección mostrada en la figura 1 no es
necesaria ninguna pieza intermedia de este tipo debido a la
construcción de una pieza del tubo 9 de la válvula, es importante
prever en el perímetro exterior del rotor 17 al menos una
superficie 22 de guiado (figura 2), que se fabrica, por ejemplo,
por torneado. Al menos una de las superficies 22 de guiado puede
estar configurada, por ejemplo, como un anillo de guiado circular
continuo o como varias superficies de guiado configuradas en el
perímetro con una separación entre sí.
La profundidad de inserción del cuerpo 18 de
asiento de la válvula con el disco 20 perforado de inyección en
forma de vaso determina el tamaño de la carrera de la aguja 12 de
la válvula. En este caso, una de las posiciones finales de la aguja
12 de la válvula con la bobina 1 magnética no excitada se fija
mediante la instalación del cuerpo 14 de cierre de la válvula en el
asiento de la válvula del cuerpo 18 de asiento de la válvula,
mientras que la otra posición final de la aguja 12 de la válvula se
produce por la instalación del rotor 17 en el extremo 7 inferior del
núcleo con la bobina 1 magnética excitada.
La disposición mostrada en la figura 1 de la
pieza 8 de conexión con el cuerpo 18 de asiento de la válvula y de
la pieza de la válvula que puede moverse a partir del rotor 17, de
la aguja 12 de la válvula y del cuerpo 14 de cierre de la válvula
sólo representa una variante de configuración posible del módulo de
la válvula que sigue en el sentido de la corriente al circuito
magnético. En las siguientes figuras se omite esta zona de la
válvula, con lo que debe resaltarse que con la construcción de la
válvula de inyección según la invención pueden combinarse los más
diversos módulos de la válvula en la zona del punto 10 de
estrechamiento. Junto al cuerpo 14 esférico de cierre de la válvula
anteriormente descrito y el empleo de discos 20 perforados de
inyección también pueden concebirse válvulas de inyección que se
abren hacia fuera.
La bobina 1 magnética está rodeada por al menos
un elemento 23 conductor configurado, por ejemplo, como bucle, y
que sirve como elemento ferromagnético, que rodea a la bobina 1
magnética en la dirección perimetral al menos parcialmente, así como
también está en contacto con el núcleo 2 con uno de sus extremos y,
con su otro extremo, con la pieza 8 de conexión y puede unirse con
ésta, por ejemplo, mediante soldeo, soldadura o pegado.
La válvula de inyección está ampliamente rodeada
de una extrusión 24 de plástico que se extiende, partiendo desde el
núcleo 2, en la dirección axial por la bobina 1 magnética y al menos
uno de los elementos 23 conductores, hasta la pieza 8 de conexión,
con lo que al menos uno de los elementos 23 conductores, está
recubierto de forma completamente axial en la dirección perimetral.
Además, a esta extrusión 24 de plástico también pertenece un
enchufe 25 de conexión eléctrica, por ejemplo, extruido
conjuntamente, estando previstos también los elementos 26 de
contacto para el contacto eléctrico de la bobina 1 magnética.
En la figura 2 se muestra de forma ampliada el
corte II a partir de la válvula de inyección mostrada en la figura
1, en la zona del punto 10 de estrechamiento magnético. El extremo
7 inferior del núcleo del núcleo 2 presenta una superficie 27
frontal en el sentido de la corriente, que sirve como superficie de
tope para el rotor 17 con su superficie 28 frontal en sentido
contrario a la corriente. Con la válvula cerrada, es decir, al
estar en contacto el cuerpo 14 de cierre de la válvula con el
asiento de la válvula del cuerpo 18 de asiento de la válvula, entre
las dos superficies 27 y 28 frontales se dispone un entrehierro 29.
Habitualmente puede partirse de que el circuito magnético es mejor
cuanto menor sea el flujo de dispersión que rodea al
entrehierro.
El tubo 9 de válvula empleado en el presente
ejemplo de realización también está configurado de una pieza, como
se describió anteriormente, y posee una conexión directa
magnéticamente conductora entre el núcleo 2 y la pieza 8 de conexión
por medio del punto 10 de estrechamiento magnético. Sin embargo,
para mantener lo más reducido posible el flujo de dispersión que
rodea al entrehierro 29, el punto 10 de estrechamiento magnético
está configurado con un espesor de pared muy pequeño. El punto 10
de estrechamiento magnético de, por ejemplo, 2 mm de largo en la
dirección axial presenta un espesor de pared de, por ejemplo, sólo
aproximadamente 0,2 mm. Con ello se consigue aproximadamente un
valor límite mínimo, en el que aún se garantiza una estabilidad
suficiente del tubo 9 de la válvula en las presiones máximas
habitualmente bajas para la inyección del tubo de aspiración en las
válvulas de inyección de gasolina. Al excitar la bobina 1 magnética,
el flujo magnético en el circuito magnético también fluye
directamente por el punto 10 de estrechamiento magnético muy
estrecho. En este caso, se consigue la densidad de flujo de
aspiración en un tiempo muy corto, es decir, en sólo una fracción
del tiempo de conexión real de la válvula. Con ello, el punto 10 de
estrechamiento magnético, que está saturado y presenta una
permeabilidad de aproximadamente 1, también actúa realmente como
punto de estrechamiento.
Mediante al menos una de las superficies 22 de
guiado, conformada en el rotor 17, la cual se extiende radialmente
hacia afuera por el verdadero diámetro exterior del rotor, se
produce un entrehierro 30 radial por fuera de la superficie 22 de
guiado entre el punto 10 de estrechamiento magnético o la pieza 8
de conexión y el rotor 17. Este entrehierro 30 radial debería estar
configurado de la forma más estrecha posible puesto que el flujo
magnético entra radialmente en el rotor 17 por medio del aire. En
esta disposición, el flujo global magnético de la válvula de
inyección aumenta con esta disposición, en comparación con válvulas
de inyección con pieza intermedia no magnética, la cantidad del
flujo magnético por encima del punto 10 de estrechamiento. Las
restantes secciones transversales conductoras del núcleo 2 y del
elemento 23 conductor están adaptadas en consecuencia o ampliadas al
mínimo.
Mediante la construcción de una pieza
anteriormente descrita del tubo 9 de la válvula puede conseguirse
una fabricación económica y una capacidad de estanqueizado segura de
la válvula de inyección, sin que se reduzca la calidad del circuito
magnético en comparación con las construcciones con pieza
intermedia no magnética. Para aprovechar entonces esta ventaja
también para válvulas de alta presión con presiones máximas en el
intervalo, por ejemplo, de aproximadamente 10 hasta 12 MPa (100
hasta 120 bares), debe aumentarse en correspondencia la carga
admisible del punto 10 de estrechamiento. No se tiene en
consideración una configuración del punto 10 de estrechamiento con
un mayor espesor de las paredes puesto que esto influiría de forma
negativa en el circuito magnético.
La solución para este problema se describe a
continuación mediante el corte II de la figura 1 mostrado en la
figura 2 que muestra de manera ampliada la zona del punto 10 de
estrechamiento. La construcción de la válvula según la invención
incluye como componente adicional una pieza 31 intercalada anular,
que está dispuesta radialmente hacia fuera en el punto 10 de
estrechamiento y se extiende axialmente a lo largo de todo el punto
10 de estrechamiento y parcialmente a lo largo del extremo 7
inferior del núcleo.
La pieza 31 intercalada está insertada en una
entalladura correspondiente de la pieza 4 intermedia y está unida
de forma fija con el punto 10 de estrechamiento y con el extremo 7
inferior del núcleo por medio de una capa 32 de unión. Como capa 32
de unión se utiliza preferiblemente una capa de pegamento, puesto
que ésta forma un aislante eléctrico y también puede igualar las
irregularidades en la ranura entre la pieza 31 intercalada y el
punto 10 de estrechamiento o el extremo 7 del núcleo.
De forma correspondiente a una primera
alternativa según la invención, la pieza 31 intercalada anular no
se forma a partir de un anillo de metal, que presentaría buenas
propiedades de estabilidad y solidez, pero por otra parte provocaría
la generación de corrientes de Foucault durante un campo magnético
variable, que actúan negativamente en los tiempos de conexión
(tiempo de encendido y tiempo de cierre) de la válvula, puesto que
el anillo 31 de metal se sitúa necesariamente al menos parcialmente
dentro de la zona de influencia del campo magnético de la bobina 1
magnética. Con ello, en la configuración de la pieza 31 intercalada
como anillo de metal cerrado se llega a una formación retrasada de
la fuerza magnética durante la conexión y a una descomposición
retrasada de la fuerza magnética durante la desconexión. Por este
motivo, la pieza 31 intercalada debería estar configurada a partir
de un material no conductor eléctrico o como una pieza 31
intercalada configurada de forma interrumpida en al menos un punto
y fijada de forma eléctricamente aislada. Como material para una
pieza 31 intercalada de una única pieza es apropiado, por ejemplo,
un material plástico que esté reforzado, en caso necesario, mediante
fibras de carbón o similares, o también un material de
cerámica.
Una configuración preferida de la pieza 31
intercalada anular se muestra en las figuras 3 y 4. En este ejemplo
de realización, la pieza 31 intercalada se compone de dos anillos 33
y 34 de metal concéntricos que están eléctricamente aislados entre
sí mediante una capa 35 de pegamento y presentan, en cada caso, una
ranura 36 ó 37. De este modo no se produce ningún circuito conductor
eléctrico cerrado en la pieza 31 intercalada y, por tanto, no puede
formarse ninguna corriente de Foucault en la pieza 31 intercalada
en un campo magnético variable. Para conseguir la mayor estabilidad
posible de la pieza 31 intercalada, los dos anillos 33 y 34 de
metal están dispuestos de tal manera que sus ranuras 36 y 37 están
desplazadas 180º entre sí, como puede observarse en la figura 4.
Preferiblemente, para los anillos 33, 34 de metal se emplea metal
austenítico.
Durante la fabricación, primero se pegan entre sí
los dos anillos 33 y 34 de metal antes del montaje. A continuación,
se pega toda la pieza 31 intercalada con el punto 10 de
estrechamiento. La adhesión tiene lugar preferiblemente en dos
etapas, de manera que los dos anillos 33 y 34 de metal también
producen un apoyo axial.
La unión de la pieza 31 intercalada anular al
punto 10 de estrechamiento con pegamento 32 posibilita además
mayores tolerancias permitidas e irregularidades en los
correspondientes diámetros del punto 10 de estrechamiento y de la
pieza 31 intercalada. Esto posibilita al mismo tiempo una
fabricación económica de la válvula de inyección.
La construcción según la invención presenta dos
ventajas esenciales. Por un lado, al emplear un tubo 9 de válvula
de una pieza o al menos cerrado en sí mismo, se consigue una
válvula de inyección con capacidad hermética segura y, por otra
parte, al emplear la pieza 31 intercalada anular que aumenta la
estabilidad de la disposición, también puede emplearse la
construcción para válvulas de alta presión que realizan la
inyección especialmente de forma directa en el lugar de combustión
de un motor de combustión interna.
Como han demostrado los cálculos simulativos, la
concreta selección de los materiales para los anillos 33, 34 de
metal y del pegamento 32, 35 no es problemática, es decir, puede
emplearse una pluralidad de sustancias.
Claims (8)
1. Válvula de accionamiento electromagnético,
especialmente válvula de inyección para instalaciones de inyección
de combustible de motores de combustión interna con:
- una bobina (1) magnética,
- un núcleo (2) rodeado al menos parcialmente por una bobina (1) magnética, con una abertura (5) longitudinal interna,
- un rotor (17)
- un cuerpo (14) de cierre de la válvula que puede accionarse mediante el rotor (17) y que actúa conjuntamente con el asiento (18) fijo de la válvula,
- una pieza (8) de conexión tubular dispuesta en gran parte en el sentido de la corriente del núcleo (2), la cual rodea radialmente al rotor (17) al menos parcialmente, y
- un punto (10) de estrechamiento magnético que une entre sí el núcleo (2) y la pieza (8) de conexión,
caracterizada porque está prevista una
pieza (31) intercalada anular que soporta el punto (10) de
estrechamiento en la dirección radial.
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque la pieza (31) intercalada anular está
compuesta de material no conductor eléctrico, especialmente de un
plástico.
3. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque la pieza (31) intercalada anular está
interrumpida en al menos una posición y está fijada de forma
eléctricamente aislada.
4. Válvula según la reivindicación 3,
caracterizada porque la pieza (31) intercalada está formada
por dos anillos (33, 34) concéntricos que están eléctricamente
aislados entre sí y presentan en cada caso al menos una ranura (36,
37).
5. Válvula según la reivindicación 4,
caracterizada porque las ranuras (36, 37) de los anillos
(33, 34) están dispuestas desplazadas aproximadamente 180º entre
sí.
6. Válvula según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizada porque los anillos (33, 34) están
eléctricamente aislados entre sí mediante una capa (35) de
pegamento.
7. Válvula según una de las reivindicaciones 4 a
6, caracterizada porque los anillos (33, 34) son de metal
austenítico.
8. Válvula según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizada porque entre el punto (10) de
estrechamiento y la pieza (31) intercalada está configurada una
ranura, que está rellena con una capa (32) de pegamento.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE19808067 | 1998-02-26 | ||
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Country Status (8)
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