ES2219570T3 - Dispositivo de inyeccion de combustible para motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de inyección de carburante para motor de combustión interna, del tipo que comprende una caja de inyección, alimentada con carburante, que termina en una tobera de inyección, un transductor (1) de puesta en vibración cíclica, dispuesto en el interior de la caja, y medios obturadores (7), dispuestos en el extremo de la tobera (3), y solicitados, por medios elásticos de recuperación, contra dicho extremo, estando compuestos los medios elásticos de recuperación por un vástago (4), que es solidario del transductor (1) y que solidariza los medios obturadores (7) con el transductor (1), y, por otra parte, por medios de amortiguación (9) del conjunto solidario formado por el transductor (1), el vástago (4) y los medios obturadores (7), generando la puesta en vibración del transductor (1) una deformación alterna de contracción y dilatación del vástago (4), caracterizado porque el vástago (4) comprende una reducción de sección (23) que permite amplificar las deformaciones generadas por eltransductor (1), y porque el vástago (4) está colocado, al menos en parte, en una perforación axial (34) de la caja de inyección, siendo superior la superficie de la sección aparente de la reducción de sección (23) a la superficie de la sección aparente de la perforación axial (34) que contiene el vástago (4) al nivel del extremo de la tobera (3).

Description

Dispositivo de inyección de combustible para motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un dispositivo de inyección de carburante para motor de combustión interna destinado, en particular, a equipar un vehículo automóvil. La invención se refiere, más concretamente, a un dispositivo de inyección de carburante que permite atomizar el carburante inyectado en forma de gotitas muy finas en función de las necesidades.

Los dispositivos de inyección de carburante utilizados hoy en día en los motores de combustión interna, que equipan los vehículos automóviles o de transporte por carretera, funcionan clásicamente según el modelo de una válvula, cuyo estado abierto o cerrado se controla de manera continua, realizándose entonces la dosificación del carburante inyectado directamente mediante el tiempo de apertura.

Tales sistemas de inyección comprenden una bomba eléctrica de alimentación de carburante que alimenta, merced al canal de una rampa de distribución, al conjunto de los inyectores a una presión determinada. Al controlar electrónicamente el accionador de la válvula de cada inyector, se controla el comienzo y la duración de apertura de la misma y, entonces, se determina una cantidad precisa de carburante inyectado.

Los inyectores del tipo de aguja controlada electromagnéticamente presentan límites que frenan las prestaciones del motor. En particular los tiempos empleados para abrir o cerrar las agujas son aún muy elevados, de aproximadamente 1 a 2 ms, lo que impide sincronizar la inyección de manera ideal en todos los regímenes del motor. Además, el tiempo mínimo de apertura, que determina la dosis mínima de carburante que puede inyectarse, es todavía muy importante para ciertos puntos de funcionamiento del motor.

Por otro lado, los inyectores de aguja conocidos presentan orificios de inyección con diámetros relativamente grandes con objeto de permitir el paso de las cantidades requeridas de carburante para los funcionamientos a plena carga y a regímenes motores elevados. Esta disposición genera chorros de carburante que presentan gotas de grandes dimensiones, lo que frena la vaporización del carburante (y, por lo tanto, la preparación de la mezcla carburada) y favorece el fenómeno de mojadura de las paredes.

En efecto, el carburante no vaporizado tiende a depositarse en las paredes de la cámara de combustión. Un depósito de ese tipo lleva consigo problemas de dosificación, particularmente agudos en los regímenes transitorios, por falta de conocimiento de la cantidad de carburante mezclada efectivamente con el aire en la cámara de combustión. Este fenómeno de mojadura es una de las causas importantes de las fuertes emisiones de contaminantes durante los arranques en frío de los motores.

Por otro lado, con un inyector clásico de aguja, a la apertura de la aguja, cuando ésta comienza a separarse de su asiento, se forma un bulbo de líquido que desaparece cuando la aguja está completamente levantada, regularizándose, entonces, el flujo del fluido. Este cambio en la naturaleza del flujo hace imposible cualquier tipo de control preciso del caudal instantáneo del inyector.

En algunos casos se han intentado resolver estos diferentes problemas, desarrollando inyectores que utilizan accionadores piezoeléctricos para hacer funcionar la aguja de manera que se reduzca la duración de la apertura y del cierre de la misma, pero tales sistemas, que funcionan siempre según el principio de válvula, siguen teniendo los importantes inconvenientes ligados, en especial, a la dispersión importante que afecta al tamaño de las gotas del chorro de carburante al salir de la cabeza del inyector. Así, en el documento FR 2 758 369, un accionador piezoeléctrico en forma de vástago transmite un alargamiento a un empujador deslizante que a su vez transmite (en forma de empuje únicamente) a un obturador de válvula cuyo retorno a posición de cierre se asegura con medios elásticos, tales como un resorte. Una solución de este tipo presenta el inconveniente de un tiempo de respuesta demasiado largo, ligado a la importancia de la cadena cinemática, (el vástago y el obturador de válvula sufren una traslación del conjunto de su masa), así como otro inconveniente mayor ligado al hecho de que la capacidad de obtener gotas suficientemente finas solamente se obtiene con presiones elevadas cuando la abertura de las hendiduras de eyección permanece constante durante toda la eyección.

A través de los documentos DE 3010985 y US 5330100, se conocen dispositivos de inyección que comprenden un sistema de apertura de la aguja por traslación, asociado con un sistema de pulverización secundario del chorro a la salida de la cabeza de eyección. En estos dispositivos, la capa líquida fluye de manera continua durante todo el tiempo de apertura, y se fragmenta merced a las vibraciones generadas en la proximidad de la cabeza de eyección una vez que se produce el contacto entre el líquido y el extremo de la cabeza.

Un primer inconveniente de este tipo de solución reside en la pequeña capacidad de atomización del líquido cuando la capa líquida eyectada sea grande, incluso una capacidad de atomización limitada solamente a un corto instante al principio del contacto de la capa líquida, así como al final de la eyección. Entre estos dos instantes, el contacto se realiza durante un lapso de tiempo demasiado corto para que las vibraciones y los desplazamientos generados en el extremo de la cabeza de eyección puedan: bien transmitirse en forma de onda superficial en el líquido, lo que lo nebuliza, o bien generar impulsos locales en la capa fluida, lo que tiene por efecto fragmentar la capa fluida.

Un segundo inconveniente de este tipo de solución es un tiempo de respuesta demasiado largo, debido al modo de apertura, que necesita trasladar toda la masa de la aguja.

A través del documento US 5025766, se conoce un dispositivo de inyección cuya cabeza vibra en torno a una frecuencia de 35 kHz, y que comprende una bola de masa determinada que se mantiene apoyada contra el asiento de la cabeza de inyección merced a un resorte de precarga. A cada oscilación, se forma una abertura entre el asiento de la cabeza de inyección y la bola, permitiendo, de ese modo, la eyección de una cantidad de fluido durante un lapso de tiempo muy corto, que corresponde al periodo de oscilación, lo que permite nebulizar el líquido en una proporción elevada. Pero un inconveniente se debe al hecho de que, por una parte, los rebotes de la bola en el asiento y, por otra, el comportamiento oscilante del sistema compuesto por la masa de la bola y del resorte de precarga, no permiten controlar rigurosamente el comportamiento vibratorio del conjunto cabeza-bola y, por lo tanto, el momento de apertura que permita dosificar el fluido, lo que se traduce por el hecho de que el carburante se inyecta de manera incontrolada.

El conjunto de los problemas citados en lo que antecede se salda, pues, con una vaporización del carburante que puede ser incompleta y no homogénea durante la preparación de la mezcla carburada en la cámara de combustión, dosificaciones imprecisas, que tienen como consecuencia una combustión incompleta, que se traduce por la formación de una cantidad elevada de gases contaminantes y un déficit energético que altera el rendimiento del motor.

El objeto de la invención es proponer un nuevo tipo de dispositivo de inyección de carburante que permita resolver el conjunto de estos problemas, siendo el dispositivo capaz de entregar, con una gran precisión y un tiempo de respuesta muy corto, una nube de gotas de carburante cuyos tamaños sean muy parecidos y suficientemente pequeños, independientemente de la presión de alimentación del inyector, con objeto de asegurar la vaporización completa y homogénea del carburante inyectado.

La solicitante ha propuesto ya un primer tipo de dispositivos que responden a este fin, al menos parcialmente, en la solicitud de patente francesa FR 9904732, así como en la solicitud de patente FR 9914548. En estos primeros tipos de dispositivos, una válvula situada al final de un vástago es solicitada elásticamente contra un asiento por medio del vástago. La válvula oscila en el asiento dispuesto en el extremo de una tobera de inyección gracias a las deformaciones elásticas alternas generadas a frecuencia ultrasonora en el cuerpo de la tobera, que las retransmite al vástago a través de la zona de contacto con la válvula. La particularidad reside en el hecho de que tanto el asiento como la válvula son móviles.

Un segundo tipo de dispositivo es el objeto de la solicitud de patente FR 0009190 de la solicitante. En este segundo tipo de dispositivo, solamente es móvil la válvula, situada en el extremo de un vástago, recibiendo el vástago, directamente, las deformaciones a frecuencia ultrasonora que se propagan hasta el nivel de la válvula, para generar su oscilación en el asiento que, a su vez, está fijo en la masa del cuerpo del inyector.

La presente invención tiene por objeto perfeccionar este segundo tipo de dispositivos de inyección proponiendo una nueva arquitectura de cuerpo de inyector.

Según la invención, el dispositivo de inyección de carburante es del tipo que comprende una caja de transductor y una caja de válvula unidas coaxialmente, a través de las cuales se inserta un transductor, solidario elásticamente de un vástago. El vástago está formado directamente en la prolongación del transductor y comprende una reducción de sección que permite amplificar las deformaciones generadas por el transductor. Además, el vástago forma un canal anular estrecho con la caja de válvula, sensiblemente al nivel de la unión entre las dos cajas, presentando dicha parte un estrechamiento de sección que se inserta en la caja de válvula hasta el extremo de dicha caja, donde hay un asiento formado en el que se apoyan medios obturadores tales como una válvula, solidaria elásticamente del vástago. La caja de válvula comprende un canal de conducción de líquido a alta presión, pudiendo circular este líquido hacia la caja de transductor a través del canal anular estrecho con una limitación de caudal que provoca una disminución de presión del líquido en la caja del transductor. El líquido circula hacia un canal de salida de líquido de la caja de transductor, de modo que la variación de presión que se aplique en la sección aparente que corresponda a la variación de sección del vástago genere una fuerza de presión sobre el vástago y solicite la válvula con una intensidad proporcional a la presión de alimentación. La válvula es solicitada también contra el asiento, en ausencia de fuerza de presión, merced a medios elásticos de solicitación formados por un material elástico y amortiguador insertado en la caja de transductor y que ejerce una fuerza orientada hacia el canal de salida sobre el conjunto solidario formado por los medios obturadores, el vástago y el transductor. El transductor es controlado, en duración y en intensidad, mediante el sistema electrónico de control del motor, generando la puesta en vibración a frecuencias ultrasonoras del transductor un modo de deformación alterno de contracción y dilatación del vástago, de modo que en cada ciclo de vibración, la dilatación sufrida por el vástago se traduzca por un alargamiento de dicho vástago con respecto al extremo de la caja de válvula, cuyo desplazamiento permite que se forme, durante el ciclo, una hendidura por la que se eyecta una cantidad de carburante determinada.

De ese modo, según la presente invención, se obtiene un dispositivo de inyección cuya apertura, al nivel de la cabeza de inyección, es únicamente función del estado dilatado o comprimido de la aguja que forma válvula que se apoya al nivel de la cabeza, generándose la variación de estado merced a una fuente de excitación ultrasonora controlada eléctricamente. En este tipo de funcionamiento, en el que la apertura se realiza por deformación de la aguja y no por traslación, se suprimen los fenómenos de oscilaciones del tipo masa-resorte. En cada oscilación, se transmite al vástago una cantidad determinada de energía de deformación elástica que se emplea en dilatación-compresión, con una pérdida debida a las relajaciones internas del material que constituye el vástago, siendo absorbido el resto de la energía por la atenuación debida al aplastamiento de la lámina fluida aprisionada entre la cabeza de eyección y la válvula que forma el extremo de la aguja. Las oscilaciones se producen a una frecuencia próxima a 50 kHz, lo que permite generar tiempos de apertura cortos y, de ese modo, atomizar finamente el líquido eyectado.

Por otro lado, el dispositivo de inyección conforme a la invención presenta una o varias de las características siguientes:

Los medios obturadores están formados por un vástago, uno de cuyos extremos es solidario, elásticamente, de un elemento en forma de válvula, formando el vástago una prolongación directa, solidaria elásticamente de la masa, de un transductor montado de modo que pueda moverse axialmente en el interior de la caja de transductor.

Los medios obturadores que forman válvula son solicitados de manera constante, contra el extremo de la tobera que sirve de asiento para la válvula, merced a un dispositivo elástico de recuperación que puede estar formado por un material amortiguador, soportando este dispositivo elástico y amortiguador el conjunto compuesto por los tres elementos que son el transductor, el vástago y la válvula, siendo estos tres elementos, a su vez, solidarios elásticamente.

Los medios obturadores que forman válvula son desplazados contra el extremo de la tobera después de cada apertura, gracias a la contracción que sigue a la dilatación del vástago en el curso de cada ciclo de vibración, correspondiendo el modo de deformación así establecido en el vástago a un modo propio de vibración del vástago solidario de la válvula.

Los medios obturadores que forman válvula permanecen apoyados a tope contra el extremo de la tobera fuera de las fases de deformaciones del vástago y por debajo de una cierta presión, gracias al medio de recuperación elástica y amortiguador, que desplaza el conjunto del transductor, del vástago y de los medios obturadores contra el extremo de la tobera, que forma un asiento para la válvula.

Los medios obturadores que forman válvula se cargan contra el extremo de la tobera, fuera de las fases de deformaciones del vástago, con un valor proporcional a la presión de alimentación de carburante, gracias a la fuerza de presión que se ejerce sobre la superficie aparente del vástago, al nivel de su variación de sección que separa las partes de alta y baja presión, permitiendo asegurar así una carga de estanqueidad adaptada, cualquiera que sea el valor de la presión de alimentación de carburante.

El medio de recuperación elástica y amortiguador que sirve para aplicar los medios obturadores contra el extremo de la tobera y que soporta el conjunto del transductor y del vástago está compuesto por un material que permite amortiguar la transmisión de vibraciones entre el transductor y el cuerpo de la caja de inyección.

El medio de recuperación elástica y amortiguador que sirve para aplicar los medios obturadores contra el extremo de la tobera permite recuperar las eventuales holguras debidas a las dilataciones térmicas entre el transductor, el vástago y la tobera de inyección.

La caja de transductor contiene el transductor, el vástago, en su tramo de mayor sección y el material amortiguador.

La caja de válvula, que comprende una perforación cilíndrica axial, contiene el vástago en su tramo de menor sección y presenta, en su parte superior, al nivel de su unión con la caja de transductor, un ensanchamiento del canal cilíndrico axial, correspondiendo el ensanchamiento de este canal al diámetro del vástago en su tramo de mayor sección, con una holgura muy pequeña que, de ese modo, hace que se forme un canal anular muy estrecho,a través del cual fluye el líquido desde la zona de alta presión, situada en la caja de válvula, hacia el interior de la caja de transductor, después de un canal de recirculación con una disminución de presión ligada a la limitación de flujo producida por la estrechez del canal anular.

Hay un limitador de caudal de eyección colocado en el interior de la tobera, en el espacio anular comprendido entre el vástago y la superficie cilíndrica interna de la tobera, de modo que durante la eyección del fluido, el flujo de líquido que atraviese la tobera se defina de manera precisa mediante el espacio comprendido entre el vástago y el limitador de caudal.

Los medios de puesta en vibración cíclica del vástago están formados por un transductor, que comprende un sistema de amplificación mecánica, y directamente solidario del vástago, para transmitirle las deformaciones amplificadas.

El segundo órgano está compuesto por una caja 15 de transductor, que presenta una cavidad interior 10, un canal 16 de conducción del líquido a alta presión, que se prolonga directamente hasta la caja de válvula sin comunicar con la cavidad 10, un canal 31 de salida, que evacua el carburante que fluye desde el interior de la caja de válvula a alta presión hacia la cavidad interior 10, a través del limitador 33 de caudal, de modo que la limitación de caudal genere una disminución de la presión del líquido que fluye en la cavidad 10 hacia el canal 31 de circulación de carburante.

El tercer órgano está constituido por un vástago 4 formado directamente en la prolongación del transductor 1, estando alojado el conjunto de manera que pueda moverse axialmente a través de la caja 15 de transductor, estando alojado el vástago 4 en su parte inferior 25 de modo que pueda moverse axialmente en el interior de la tobera 3. El vástago 4 comprende, en su extremo inferior 6, una pieza 7 que forma válvula, siendo la válvula solidaria del vástago 4 por medio de una zona elástica 8 de solidarización. El extremo 6 del vástago 4 soporta la válvula 7, que está destinada a ponerse en contacto con la superficie inferior de la tobera 3, que define el asiento 5 de dicha válvula. El vástago 4 presenta una primera parte 24 de gran diámetro mediante la que se une al transductor 1, prolongándose esta parte 24 por otra parte 25 de menor diámetro, que soporta, en su extremo 6, la válvula 7, e insertada, de modo que pueda moverse axialmente, en la caja 30 de válvula.

La caja 30 de válvula y la caja 15 de transductor están unidas de manera estanca y, según el mismo eje, merced a un medio de carga tal como una tuerca 28 de conexión.

El transductor 1, insertado en la caja 15 de transductor, presenta un resalto 12, que corresponde a su cambio de sección con respecto al vástago 4. Este resalto 12 descansa sobre un elemento 9 de apoyo, compuesto por un material amortiguador y elástico. Cuando este elemento de apoyo está precargado, ejerce una fuerza sobre el vástago 4, orientada hacia el canal 31 de salida, que permite, de ese modo, aplicar la válvula 7 con su asiento 5 con una fuerza de valor constante.

En su parte inferior, la caja 15 de transductor presenta una perforación coaxial 11 en la que se insertan elementos 27 de guiado que aseguran un mantenimiento del vástago 4 según el eje común de las cajas.

El montaje del dispositivo de inyección según la invención se realiza de la manera siguiente: el transductor 1 y el vástago 4 solidarios se insertan a través de la zona 27 de guiado, hasta que el extremo 6 del vástago 4 alcance la zona del asiento 5. Se ejerce una precarga de un valor fijo entre el transductor 1 y la caja 15, cuya precarga se traduce por una contracción del material 9, y una traslación suplementaria del vástago 4 con respecto al transductor 1. El vástago 4 se mantiene mecánicamente en esta posición, y la válvula 7 se solidariza, entonces, con el vástago 4 en la zona 8. La pieza 9 ejerce una fuerza de recuperación elástica que tiende a separar el transductor 1 de la tobera 3, lo que lleva consigo la aplicación del extremo 6 y de la válvula 7, solidarios del transductor 1, contra el asiento 5 de la tobera 3 de eyección, y la recuperación del eventual desgaste de la zona de contacto de la válvula.

Los medios obturadores como la válvula 7 pueden estar solidarizados, en el extremo 6 del vástago 4, por medio de una rosca formada en la zona 8, interrumpiéndose la rosca en un resalto 29, visible en la figura 2, formado en el vástago 4, de modo que la válvula pueda enroscarse apoyada contra el resalto 29 con un valor de carga de apriete superior a las cargas sufridas por la válvula 7 durante su contacto con el asiento 5 en el curso de su movimiento oscilante.

Igualmente, los medios obturadores como la válvula 7 pueden ser solidarizados elásticamente, a una y otra parte del extremo 6 del vástago 4, en la zona 8, mediante soldadura con láser o haz de electrones a lo largo de la circunferencia del resalto 29, así como a lo largo de la circunferencia de la base 32 de la válvula 7.

Los medios obturadores tales como la válvula 7 pueden estar constituidos por un material diferente del vástago 4. En particular, puede asociarse un vástago 4 de titanio, que tiene capacidades de deformaciones elásticas aumentadas con respecto a los aceros, con una válvula de aleación, muy aleada, que tiene una gran resistencia a la abrasión y a los choques elásticos superficiales.

Cuando el líquido es puesto a presión en la caja 30 de válvula, esta presión se ejerce sobre la sección aparente 23 debida a la variación de sección del vástago 4, y una parte del líquido fluye a través del limitador 33 de flujo. La parte de líquido que fluye a través del limitador 33 de flujo, en la cavidad 10 de la caja de transductor 1, circula hacia el canal 31 de salida, que está unido con un recinto a presión atmosférica, siendo recuperado el carburante de este recinto mediante un circuito de distribución a presión, en particular por medio de una bomba, de modo que al ser el caudal de la bomba muy superior al caudal permitido por la sección 33 de paso, se produzca a una y otra parte de la zona 22 de variación de sección, es decir, entre la caja 30 de válvula y la caja 15 de transductor, una diferencia de presión regulada por la bomba.

La circulación a baja presión del líquido en la cavidad 10 permite absorber el eventual flujo térmico generado por el transductor 1 y, de ese modo, mantener la cavidad 10 y el transductor 1 en una banda de temperatura determinada, de modo que el rendimiento electromecánico del transductor 1 permanezca constante en esta banda de temperatura y permita una excelente regularidad de funcionamiento.

La superficie de la sección aparente 23 es superior a la sección de la perforación axial 34 al nivel del asiento 5 de la válvula 7, de modo que la fuerza de presión ejercida sobre la superficie aparente del válvula 7, en el sentido de apertura de la válvula, se compense con una fuerza opuesta que se ejerce sobre la sección aparente 23 y, de ese modo, permita mantener la válvula 7 en contacto con su asiento 5 cualquiera que sea el valor de la presión de alimentación del carburante.

El transductor 1 está dimensionado para transmitir un máximo de cargas al nivel de la unión 12 con el vástago 4, correspondiendo este máximo de cargas a un mínimo de amplitud de vibración del material.

El transductor 1 comprende una zona 17, constituida por componentes activos piezoeléctricos o magnetostrictivos, que, por la aplicación de un campo eléctrico o magnético, respectivamente, se deforman en espesor. Esta parte 17 se intercala entre otros dos elementos 18 y 19 constituidos por un material elástico. La unión entre los elementos 17, 18 y 19 se aseguran con medios de precarga tales como un tornillo 20. El agrupamiento de varios componentes activos 17 permite sumar las deformaciones de espesor generadas por cada uno de los anillos, manteniéndose la deformación resultante del desplazamiento total del agrupamiento de anillos por debajo del límite de deformación elástica del medio 20 de precarga. La reducción del diámetro de la parte 19 a la parte 24 permite amplificar las deformaciones longitudinales generadas en la parte 19 hasta la zona 8.

El ordenador de control del motor envía dos impulsos que corresponden al principio y al fin de la inyección. Durante este intervalo, un generador de frecuencia ultrasonora envía un tren de onda (nivel 5V), a una frecuencia determinada, a la entrada de un amplificador, el cual permite alimentar los materiales cerámicos piezoeléctricos con tensión alterna (del orden de \pm60V), a la misma frecuencia ultrasonora durante el tiempo de inyección.

Mediante la aplicación de una tensión eléctrica en los electrodos de los materiales cerámicos piezoeléctricos, éstos se deforman y generan una carga elástica que se transmite al vástago 4 hasta el extremo 6 en el que están situados los medios obturadores 7.

El conjunto compuesto por el transductor 1 y el vástago 4 está dimensionado para entrar en resonancia a la frecuencia de excitación de los componentes activos 17 y para amplificar los desplazamientos longitudinales hasta el nivel del extremo inferior del vástago 4.

El vástago 4, que obtura inicialmente la abertura 21 por su extremo que forma válvula 7, se deforma por el impulso que se le alimenta cuando el transductor se excita eléctricamente. Esta deformación se reparte elásticamente en toda la longitud del vástago 4, según el modo propio de deformación que corresponda a la frecuencia de excitación eléctrica. Las reflexiones en el extremo del vástago 4, donde se produce la eyección, permiten hacer oscilar el extremo 6 con la válvula 7 y, de ese modo, formarse la abertura 21 de manera cíclica, a través de la cual se eyecta el líquido a presión.

La abertura de la hendidura anular 21 es, por tanto, oscilante e igual a la amplitud de vibración de la válvula 7 con respecto al extremo 6 del vástago 4. La frecuencia de apertura de la hendidura depende, entonces, de la frecuencia de excitación elegida para el transductor 1.

El tiempo de apertura mínimo del dispositivo de inyección es del mismo orden que el periodo de excitación aplicado al transductor 1, cuya excitación puede realizarse a algunas decenas de kHz, típicamente 50 kHz, lo que permite tiempos de apertura mínima del orden de 20 \mus. Ello permite entregar micro cantidades de líquido durante un lapso de tiempo reducido con respecto a los dispositivos de inyección más clásicos, en los que el tiempo mínimo para producir la apertura y el cierre de la cabeza de inyección es, más bien, del orden de 300 \mus.

La alimentación del motor con carburante es del tipo multipunto, de control electrónico, mediante la cual cada cámara de combustión es alimentada directamente con carburante mediante, al menos, un inyector de carburante que desemboca en la cámara.

Según un modo particular de realización del inyector objeto de la presente invención, el transductor 1 comprende un cilindro 18 de acero de 20 mm de diámetro y 25 mm de altura, que comprende en su parte superior un eje roscado 20.

El eje roscado 20 del cilindro 18 permite precargar anillos de materiales cerámicos piezoeléctricos (diámetro exterior 20 mm, diámetro interior 6 mm, espesor 2 mm) entre el cilindro 18 y la parte emisora 19. Los materiales cerámicos se disponen con polarizaciones anti-paralelas, interponiéndose electrodos 13 entre cada par de materiales cerámicos.

Un vástago 4 de titanio, mecanizado en la prolongación del transductor 1, se inserta a través de las cajas de transductor 15 y de válvula 30 y recibe a continuación, en su extremo 6, una válvula 7 de acero de forma cónica, solidarizada elásticamente con la zona 8.

La elasticidad del material 9 se escoge de modo que permita recuperar las variaciones de longitud entre el vástago 4 y la tobera 3 debidas a dilataciones térmicas, sin modificación efectiva del valor de la precarga que asegura la estanqueidad.

La masa del transductor 1 y la rigidez de la arandela 9 se escogen de manera que formen un sistema que tenga un tiempo de respuesta muy grande con respecto a las duraciones de excitación del transductor 1, del orden de 1 a 20 milisegundos como máximo.

Cuando se aplica una tensión variable del orden de 60 voltios en los bornes de los materiales cerámicos por medio de los electrodos comunes 13, los materiales cerámicos se deforman en espesor y las deformaciones se transmiten al conjunto de la estructura.

La amplitud de oscilación para una tensión de 60 voltios aplicados en cada electrodo es de, aproximadamente, 20 micras, que, de ese modo, deja una abertura 5 que genera una película fluida cuyo espesor es del mismo orden (20 micras). Esta película fluida se fragmenta por el cierre de la abertura 21 que se produce al cabo de un tiempo muy corto (cada 20 \mus).

De ese modo, el dispositivo permite generar, en función de las necesidades, gotitas muy finas. La modulación de la amplitud de la abertura 21 permite modular el tamaño de las gotas y, por lo tanto, el caudal, con tiempos de respuesta del orden de 20 \mus.

Cuando se controla un desplazamiento de la válvula 7 por encima de un valor umbral, la sección de descarga a través de la abertura 21 es superior a la del limitador 26 de caudal, y el caudal del inyector es, entonces, función de la presión y de la sección de paso del limitador 26 de caudal. Las cantidades inyectadas se controlan de manera precisa mediante el número de ciclos de apertura, y el tamaño de las gotas, mediante el valor del desplazamiento.

Cuando se controla un desplazamiento de la válvula 7 por debajo del valor umbral citado en lo que antecede, la sección de descarga a través de la abertura 21 es inferior a la del limitador 26 de caudal y, entonces, el caudal instantáneo del inyector es función, en cada oscilación, de la presión y de la sección de paso generada por la abertura 21. Las cantidades inyectadas se controlan, en este caso, por la amplitud de desplazamiento y por el número de oscilaciones controladas, pudiendo, todavía, reducirse la cantidad mínima inyectada y aumentarse la tasa de nebulización del líquido.

Desde luego, la invención no se limita en modo alguno a los modos de realización descritos e ilustrados, que solamente se proporcionan a modo de ejemplo. Por el contrario, la invención comprende todos los equivalentes técnicos de los medios descritos así como sus combinaciones si éstas se efectúan según su espíritu.

Claims (9)

1. Dispositivo de inyección de carburante para motor de combustión interna, del tipo que comprende una caja de inyección, alimentada con carburante, que termina en una tobera de inyección, un transductor (1) de puesta en vibración cíclica, dispuesto en el interior de la caja, y medios obturadores (7), dispuestos en el extremo de la tobera (3), y solicitados, por medios elásticos de recuperación, contra dicho extremo, estando compuestos los medios elásticos de recuperación por un vástago (4), que es solidario del transductor (1) y que solidariza los medios obturadores (7) con el transductor (1), y, por otra parte, por medios de amortiguación (9) del conjunto solidario formado por el transductor (1), el vástago (4) y los medios obturadores (7), generando la puesta en vibración del transductor (1) una deformación alterna de contracción y dilatación del vástago (4), caracterizado porque el vástago (4) comprende una reducción de sección (23) que permite amplificar las deformaciones generadas por el transductor (1), y porque el vástago (4) está colocado, al menos en parte, en una perforación axial (34) de la caja de inyección, siendo superior la superficie de la sección aparente de la reducción de sección (23) a la superficie de la sección aparente de la perforación axial (34) que contiene el vástago (4) al nivel del extremo de la tobera (3).

2. Dispositivo de inyección de carburante según la reivindicación 1, caracterizado porque el vástago (4) está formado, directamente, en la prolongación del transductor (1).

3. Dispositivo de inyección de carburante según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la caja de inyección comprende una caja (15) de transductor y una caja (30) de válvula, formando dicha caja (30) de válvula, en uno de sus extremos, la tobera (3), y siendo atravesada por la perforación axial (34), estando unidas las dos cajas (15, 30) coaxialmente.

4. Dispositivo de inyección de carburante según la reivindicación 3, caracterizado porque la caja (30) de válvula se alimenta con carburante a alta presión, y que fluye a la caja (15) de transductor a través de un canal estrecho, que forma un limitador (33) de caudal que fuerza una disminución de la presión del carburante, circulando el carburante entonces hacia un canal (31) de salida.

5. Dispositivo de inyección de carburante según la reivindicación 4, caracterizado porque el canal estrecho que forma el limitador (33) de caudal está formado por el vástago (4) y la perforación axial (34) al nivel de la reducción de la superficie de sección (23) del vástago (4).

6. Dispositivo de inyección de carburante según las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque cuando el carburante es puesto a presión en la caja (30) de válvula, esta presión se ejerce sobre la sección aparente de la reducción de sección (23), y una parte del carburante fluye, a través del limitador (33) de caudal, a la caja (15) de transductor, para circular hacia el canal (31) de salida hasta un recinto a presión atmosférica, recuperándose el carburante que existente en este recinto mediante un circuito de distribución a presión, en particular por medio de una bomba, siendo el caudal de la bomba muy superior al caudal permitido por el limitador (33) de caudal, de modo que se forme, a una y otra parte de la zona (23) de reducción de sección, una diferencia de presión regulada mediante la bomba.

7. Dispositivo de inyección de carburante según las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la circulación a baja presión del carburante en la caja (15) del transductor permite absorber el flujo térmico eventual generado por el transductor (1), y mantener así la caja (15) del transductor y el transductor (1) en una banda de temperatura determinada, de modo que el rendimiento electromecánico del transductor (1) permanezca constante en esta banda de temperatura.

8. Dispositivo de inyección de carburante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los medios obturadores (7), en particular una válvula, pueden solidarizarse con el extremo (6) del vástago (4) por medio de una rosca, interrumpiéndose la rosca en un resalto (29) formado en el vástago (4), de modo que los medios obturadores (7) puedan enroscarse apoyándose contra el resalto (29), con un valor de carga de apriete superior a las cargas sufridas por los medios obturadores (7) durante su contacto con el extremo de la tobera (3), en el curso de su movimiento oscilante.

9. Dispositivo de inyección de carburante según las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los medios obturadores (7) son atravesados por el extremo (6) del vástago (4), y se apoyan en un resalto (29) formado en el vástago (4), sobresaliendo dicho extremo (6) con respecto a una base (32) de los medios obturadores (7), y porque los medios obturadores (7) se solidarizan con el vástago (4) mediante soldadura, en especial soldadura mediante láser o haz de electrones, realizada a lo largo de la circunferencia (29) del resalto, así como a lo largo de la circunferencia de la base (32) de la válvula (7).