ES2226401T3 - Valvula accionable electromagneticamente. - Google Patents
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Abstract
Válvula accionable electromagnéticamente, en particular, válvula de inyección de combustible para instalaciones de inyección de combustible de máquinas motrices de combustión externa, con un eje longitudinal de la válvula (10), con un núcleo (2) que presenta una superficie frontal (74) de material ferromagnético, con una bobina inductora (1) y con una armadura (27) que presenta una superficie frontal (73), que acciona un cuerpo de cierre de la válvula (21) que actúa conjuntamente con un asiento fijo de la válvula (29) y que es desplazada con la bobina inductora (1) excitada contra la superficie frontal (74) del núcleo (2) que sirve como tope, en la que una de las dos superficies frontales (73, 74) de las piezas de construcción armadura (27) y núcleo (2), cada una de las cuales está orientada a la pieza de construcción situada enfrente, posee un contorno abombado de modo esférico, y las dos superficies frontales (73, 74) presentan regiones de tope, caracterizada porque las regiones de tope de las dos superficies frontales (73, 74) de las piezas de construcción armadura (27) y núcleo (2) se extienden de forma anular constantemente en la dirección del contorno.
Description
Válvula accionable electromagnéticamente.
La invención parte de una válvula accionable
electromagnéticamente según el preámbulo de la reivindicación
principal.
Se conocen ya diferentes válvulas accionables
electromagnéticamente, en particular, válvulas de inyección de
combustible, en las que las piezas de construcción sometidas a un
esfuerzo de desgaste están provistas de capas resistentes al
desgaste. De este modo, por ejemplo, del documento
DE-OS 3230844 se conoce proveer a la armadura y a la
superficie de tope de una válvula de inyección de combustible de
superficies resistentes al desgaste. Estas superficies pueden estar
niqueladas, es decir, pueden estar provistas de una capa adicional,
o pueden estar nitrificadas, es decir, endurecidas por medio de la
inserción de nitrógeno.
En el documento DE-OS 3810826 se
describe una válvula de inyección de combustible en la que al menos
una superficie de tope está realizada en forma de casquete
esférico, para así conseguir un entrehierro extraordinariamente
exacto, en la que en el centro de la superficie de tope está
insertada una inserción de un cuerpo redondo hecho de un material
altamente resistente no magnético. Las dos superficies de tope en
forma de casquete esférico se tocan precisamente en el centro de la
región del eje longitudinal de la válvula.
Del documento DE-OS 4421935 se
conoce ya una válvula accionable electromagnéticamente que presenta
una región de tope especial. La válvula posee al menos una pieza
constructiva, la armadura y/o el núcleo, que antes de la aplicación
de una capa resistente al desgaste posee una superficie cónica, que
se puede fabricar de modo variable, respectivamente, de modo
correspondiente a un óptimo magnético e hidráulico. Una sección del
tope de forma anular conformada por medio de una conicidad posee una
anchura de la superficie de tope y una anchura de contacto definida,
que permanece constante a lo largo de toda la vida útil, ya que un
desgaste de la superficie de tope, en un funcionamiento continuado,
no lleva a un aumento de la anchura de contacto.
La válvula accionable electromagnéticamente según
la invención con las características identificativas de la
reivindicación principal tiene la ventaja de que una de las piezas
de construcción que hacen tope entre ellas, la armadura y el núcleo,
está conformada de tal manera que después de la generación de una
superficie resistente al desgaste está garantizado que la
superficie de tope, incluso después de un prolongado tiempo de
funcionamiento, no se incrementa por medio del desgaste de un modo
indeseado, de manera que los tiempos de atracción y de vuelta al
reposo de la pieza de construcción móvil permanecen prácticamente
constantes. Esto se consigue gracias al hecho de que una de las
piezas de construcción que hacen tope una contra otra posea ya antes
de la generación de la resistencia contra el desgaste una
superficie combada de modo esférico.
Las piezas de construcción conformadas de esta
manera poseen la ventaja de una mejor resistencia al funcionamiento
continuado, ya que el tope en la región de la línea de contacto en
forma anular está en el centro de la superficie y no en los bordes
que están expuestos a un peligro de sufrir daños.
La geometría sencilla de la superficie frontal
combada de modo esférico se puede fabricar y comprobar de un modo
sencillo.
Por medio de las medidas indicadas en las
reivindicaciones subordinadas, son posibles variantes ventajosas y
mejoras de la válvula accionable electromagnéticamente indicada en
la reivindicación principal.
Es especialmente ventajoso, como consecuencia del
reducido coste de fabricación, conformar la convexidad esférica de
la superficie frontal como una sección esférica o bien como una
sección en forma de casquete esférico.
Es ventajoso unir la armadura de modo fijo con
una aguja de la válvula que se puede mover axialmente a lo largo
del eje longitudinal de la válvula, disponer en el extremo opuesto
un cuerpo de cierre de la válvula, en el que el cuerpo de cierre de
la válvula está conformado de modo esférico, y disponer el punto
central para la conformación del contorno en forma de sección
esférica de la superficie frontal en la armadura con la distancia
del radio deseado en el centro del cuerpo de cierre de la válvula.
También en el caso de una denominada gran excentricidad del cuerpo
de cierre de la válvula respecto a la armadura, existe una
insensibilidad de tolerancia de las relaciones de tope muy
elevada.
Con esta conformación de la región de tope se
consigue una buena amortiguación hidráulica de tope, ya que por
medio del radio, relativamente elevado, se conforman fisuras de
aplastamiento < 10 \mum.
En el dibujo se representan de modo simplificado
ejemplos de realización de la invención, y se explican con más
detalle en la siguiente descripción. La Figura 1 muestra una
válvula accionable electromagnéticamente en forma de una válvula de
inyección de combustible, la Figura 2 muestra un tope aumentado de
la válvula de inyección en la región del núcleo y de la armadura
según la Figura 1 con una ilustración geométrica, la Figura 3
muestra un segundo ejemplo de una región de tope conformada según la
invención, y la Figura 4 muestra un tercer ejemplo de una región de
tope.
La válvula accionable electromagnéticamente
representada a modo de ejemplo en la Figura 1 en la forma de una
válvula de inyección para instalaciones de inyección de combustible
de máquinas motrices de combustión externa compresoras de mezcla con
encendido externo tiene un núcleo 2 rodeado por una bobina inductora
1 que sirve como apoyo de la entrada del combustible, que está
conformado en este caso, por ejemplo, con forma de tubo. Un cuerpo
de la bobina 3 aloja un bobinado de la bobina inductora 1 y hace
posible, conjuntamente con el núcleo 2, una construcción
especialmente compacta de la válvula de inyección en la región de
la bobina inductora 1.
Un soporte del asiento de la válvula 12 hecho de
metal en forma de tubo está unido con un extremo inferior del
núcleo 9 del núcleo 2, de modo concéntrico respecto a un eje
longitudinal de la válvula 10, por ejemplo por medio de una
soldadura, y en este caso, rodea parcialmente al extremo del núcleo
9. En el soporte del asiento de la válvula 12 se extiende un
taladro longitudinal 17 que está conformado de modo concéntrico
respecto al eje longitudinal de la válvula 10. En el taladro
longitudinal 17 está dispuesta una aguja de la válvula 19 en forma
de tubo, por ejemplo, que en su extremo 20 corriente abajo está
unida, por ejemplo por medio de una soldadura, con un cuerpo de
cierre de la válvula 21 en forma esférica, en cuyo contorno, por
ejemplo, están previstos cinco aplanamientos 22 para dejar pasar el
combustible.
El accionamiento de la válvula de inyección se
lleva a cabo, de un modo conocido, electromagnéticamente. Para el
movimiento axial de la aguja de la válvula 19, y con ello para la
abertura contra la fuerza elástica de un muelle de retroceso 25 o
para el cierre de la válvula de inyección, sirve el circuito
electromagnético con la bobina inductora 1, el núcleo 2 y una
armadura 27 entre otras cosas. La armadura 27 está unida fijamente
con el extremo de la aguja de la válvula 19 opuesto al cuerpo de
cierre de la válvula 21 y está orientada al núcleo 2. En el extremo
que se encuentra corriente abajo, opuesto al núcleo 2, del soporte
del asiento de la válvula 12, está montado por medio de una
soldadura en el taladro longitudinal 17 un cuerpo de asiento de la
válvula 29 cilíndrico, que presenta un asiento fijo de la
válvula.
Para el guiado del cuerpo de cierre de la válvula
21 durante su movimiento axial a lo largo del eje longitudinal de
la válvula 10 sirve una abertura de guiado 32 del cuerpo de asiento
de la válvula 29. Por otro lado, se guía la armadura 27 como parte
de la aguja de la válvula 19 que se mueve axialmente en la región
del punto de estrangulamiento 42 magnético de pared fina en el
taladro longitudinal 17 del soporte del asiento de la válvula 12.
El cuerpo de cierre de la válvula 21 en forma esférica actúa
conjuntamente con el asiento de la válvula del cuerpo del asiento
de la válvula que se estrecha en forma de tronco de cono en la
dirección de la corriente. En su parte frontal opuesta al cuerpo de
cierre de la válvula 21 está unido el cuerpo de asiento de la
válvula 29 con un disco de orificios de inyección 34 conformado por
ejemplo en forma de marmita de modo concéntrico y fijo, que
presenta, por ejemplo, cuatro aberturas de inyección 39 conformadas
por medio de erosión o punzonado.
La profundidad de inserción del cuerpo de asiento
de la válvula 29 con el disco de orificios de inyección 34 en forma
de marmita determina el ajuste de la carrera de la aguja de la
válvula 19. En este caso, la posición final de la aguja de la
válvula 19 en caso de una bobina inductora 1 no excitada está
fijada por medio del contacto del cuerpo de cierre de la válvula 21
en el asiento de la válvula del cuerpo de asiento de la válvula 29,
mientras que la otra posición final de la aguja de la válvula 19 con
la bobina inductora 1 excitada se produce por medio del contacto de
la armadura 27 con el extremo del núcleo 9. Esta región de tope
conforme a la invención está caracterizada con más detalle con un
círculo, y se vuelve a representar en la Figura 2 con una escala
modificada.
Un manguito de ajuste 48 introducido en un
taladro de corriente 46 que se extiende de modo concéntrico
respecto al eje longitudinal de la válvula 10 del núcleo 2 sirve
para el ajuste de la pretensión elástica del muelle de retroceso 25
que está en contacto con el manguito de ajuste 48, el cual, a su
vez, se apoya en la aguja de la válvula 19 con su parte
opuesta.
La válvula de inyección está rodeada en su mayor
parte por un revestimiento inyectado de plástico 50, que se
extiende partiendo desde el núcleo 2 en la dirección axial a través
de la bobina inductora 1 hasta el soporte del asiento de la válvula
12. A este revestimiento inyectado de plástico 50 pertenece, por
ejemplo, un enchufe de conexión 52 eléctrico inyectado
conjuntamente por inyección.
Un filtro de combustible 61 penetra en el taladro
de corriente 46 del núcleo 2 en su extremo de alimentación, y se
ocupa del filtrado de las partículas de combustible que, debido a
su tamaño, podrían causar taponamientos o daños en la válvula de
inyección.
Según la invención, una de las dos superficies
frontales enfrentadas entre ellas del núcleo 2 o de la armadura 27
está abombada en la región del tope de modo esférico, en
particular, en forma de bola, con forma de sección esférica o bien
con forma de sección de casquete esférico, en la que por medio de
la conformación en forma anular del núcleo 2 y de la armadura 27,
finalmente una superficie frontal conforma una sección esférica en
forma anular. Con una línea a puntos y trazos 70 se representa en la
Figura 1 un radio como sección circular, para poner de manifiesto
este abombamiento convexo. En el caso ideal, el punto central 71 de
una bola (imaginaria) provista de un radio R (Figura 2) se
encuentra en el punto central del cuerpo de cierre de la válvula 21
en forma esférica, es decir, en el punto en el que el eje
longitudinal de la válvula 10 atraviesa el plano del ecuador de la
bola del cuerpo de cierre de la válvula 21.
En la Figura 2 se representa de nuevo aumentado
la región de tope caracterizada en la Figura 1 con un círculo. La
superficie frontal 73 superior opuesta al núcleo 2 de la armadura
27 está conformada en este caso abombada de modo convexo, en forma
de bola, con un radio constante. Por el contrario, la superficie
frontal 74 inferior opuesta a la armadura 27 del núcleo 2 está
conformada plana e inclinada de modo oblicuo respecto al eje
longitudinal de la válvula 10. La inclinación de la superficie
frontal 74 está escogida en este caso de tal manera que la
superficie frontal 74 se extiende en un punto de contacto 75
deseado de la armadura 27 (considerando sólo el plano del dibujo) o
bien en una línea de contacto 75 anular deseada de la armadura 27
(considerada como una pieza de construcción tridimensional real) de
modo tangencial respecto a la superficie esférica. Tal y como ya se
ha descrito anteriormente, el punto central 71 de una bola
(imaginaria) provista del radio R para la superficie frontal 73 de
la armadura 27 en forma de sección esférica que se ha de conformar,
se encuentra, de un modo ventajoso, en el punto central del cuerpo
de cierre de la válvula 21 de forma esférica. Con esta conformación
conforme a la invención de la región de tope se consigue una buena
amortiguación hidráulica del tope, ya que por medio del radio R,
relativamente elevado (para la válvula representada en la Figura 1,
R tiene un valor de aprox. 24 mm), se conforman fisuras de
aplastamiento estrechas de < 10 \mum.
Sin embargo, junto al ejemplo de realización
representado en la Figura 2, también es posible desplazar el punto
central 71 para la bola (imaginaria) para la consecución de la
superficie frontal 73 en forma de sección esférica de la armadura 27
sobre el eje longitudinal de la válvula 10 en las dos direcciones,
de manera que la superficie frontal 73 con forma de sección
esférica presente un radio menor o mayor que el radio R según la
Figura 2. De un modo ventajoso, el punto central de giro, sin
embargo, debería encontrarse sobre el eje longitudinal de la
válvula, para conseguir así un abombado uniforme de la superficie
frontal 73 a lo largo de toda su extensión anular.
En la Figura 3 y 4 están representados otros dos
ejemplos de regiones de tope conformadas según la invención. En
este caso, en el ejemplo de realización según la Figura 3, sólo las
superficies frontales 73, 74 están realizadas intercambiadas
respecto a la disposición según la Figura 2. La superficie frontal
74 inferior del núcleo 2, así pues, está conformada abombada en
forma de sección esférica, mientras que la superficie frontal 73
superior de la armadura 27 se extiende de modo plano e inclinado de
modo oblicuo respecto al eje longitudinal de la válvula 10. El punto
central 71 de la bola (imaginaria) se encuentra en el este caso
claramente por encima del extremo del núcleo 9 sobre el eje
longitudinal de la válvula 10.
La Figura 4 muestra un ejemplo que desde el punto
de vista de la fabricación es más bien difícil de fabricar, en el
que no sólo existe un punto central 71 de una bola (imaginaria)
para la fabricación de la superficie frontal 73 abombada en forma de
sección esférica de la armadura 27. Por el contrario, existe un
gran número de puntos de giro apartados del eje longitudinal de la
válvula 10, e incluso en el exterior del contorno de la armadura
27, para así conseguir un abombado uniforme a lo largo de toda la
superficie frontal 73 en la dirección del contorno.
Todos los ejemplos de realización poseen la
ventaja de una resistencia mejorada al funcionamiento continuado,
ya que el tope (línea de contacto 75) está en el centro de la
superficie, y no en los bordes donde existe riesgo de daños.
En las superficies frontales 73, 74 se aplican
además, por ejemplo, capas metálicas finas, como por ejemplo capas
de cromo o de níquel, por medio del galvanizado. Estas capas son
especialmente resistentes al desgaste, y reducen un pegado
hidráulico de las superficies que hacen tope.
Adicionalmente, las superficies frontales 73, 84
se pueden hacer resistentes al desgaste al menos parcialmente en la
región central por medio de un tratamiento de la superficie por
medio de un procedimiento de endurecimiento. Como procedimientos de
endurecimiento, están indicados en este caso, por ejemplo, los
conocidos procedimientos de nitrificación, como la nitrificación
por plasma o la nitrificación por gas, o la carburación. Por medio
del empleo de procedimientos de endurecimiento, por medio de los
cuales se modifica la estructura de la superficie en la armadura 27
y/o el núcleo 2, se puede prescindir incluso totalmente de
procedimientos para el revestimiento directo.
Claims (9)
1. Válvula accionable electromagnéticamente, en
particular, válvula de inyección de combustible para instalaciones
de inyección de combustible de máquinas motrices de combustión
externa, con un eje longitudinal de la válvula (10), con un núcleo
(2) que presenta una superficie frontal (74) de material
ferromagnético, con una bobina inductora (1) y con una armadura
(27) que presenta una superficie frontal (73), que acciona un
cuerpo de cierre de la válvula (21) que actúa conjuntamente con un
asiento fijo de la válvula (29) y que es desplazada con la bobina
inductora (1) excitada contra la superficie frontal (74) del núcleo
(2) que sirve como tope, en la que una de las dos superficies
frontales (73, 74) de las piezas de construcción armadura (27) y
núcleo (2), cada una de las cuales está orientada a la pieza de
construcción situada enfrente, posee un contorno abombado de modo
esférico, y las dos superficies frontales (73, 74) presentan
regiones de tope, caracterizada porque las regiones de tope
de las dos superficies frontales (73, 74) de las piezas de
construcción armadura (27) y núcleo (2) se extienden de forma anular
constantemente en la dirección del contorno.
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque la superficie frontal (73) opuesta al
núcleo (2) de la armadura (27) está conformada en forma de sección
esférica, y la superficie frontal (74) situada enfrente del núcleo
(2) se extiende de modo plano e inclinado oblicuamente respecto al
eje longitudinal de la válvula (10).
3. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque la superficie frontal (74) opuesta a la
armadura (27) del núcleo (2) está conformada en forma de sección
esférica, y la superficie frontal (73) situada enfrente de la
armadura (27) se extiende plana e inclinada oblicuamente respecto
al eje longitudinal de la válvula (10).
4. Válvula según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizada porque la superficie frontal conformada en
forma de sección esférica (73, 74) presenta una línea de contacto
(75) en forma anular, y la superficie frontal (73, 74) situada
enfrente se extiende en el estado de contacto de modo tangencial a
esta línea de contacto (75).
5. Válvula según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizada porque el contorno en forma de
sección esférica de la superficie frontal (73, 74) tiene un radio R
constante.
6. Válvula según la reivindicación 5,
caracterizada porque un punto central (71) para la formación
del contorno en forma de sección esférica de la superficie frontal
(73, 74) está dispuesto sobre el eje longitudinal de la válvula (10)
con la distancia del radio R.
7. Válvula según la reivindicación 6,
caracterizada porque la armadura (27) está unida de modo
fijo con una aguja de la válvula (19) que se puede mover axialmente
a lo largo del eje longitudinal de la válvula (10), en cuyo extremo
situado enfrente está dispuesto el cuerpo de cierre de la válvula
(21), en la que el cuerpo de cierre de la válvula (21) está
conformado con forma esférica, y el punto central (71) para la
formación del contorno en forma de sección esférica de la
superficie frontal (73) está dispuesto en el punto central del
cuerpo de cierre de la válvula (21) con la distancia del radio
R.
8. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el núcleo (2) y/o la armadura (27)
están revestidas en la región de la superficie frontal (73, 74).
9. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el núcleo (2) y/o la armadura (27)
están tratadas en la región de la superficie frontal (73, 74) por
medio de un procedimiento de endurecimiento.
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