ES2229014T3 - Inyector de combustible para motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Un inyector de combustible (1; 51) para un motor de combustión interna; comprendiendo el inyector (1;51) una carcasa hueca (2) que lleva en un extremo un atomizador (10) que tiene una tobera terminal (7) para inyectar combustible dentro del motor; teniendo dicha carcasa hueca (2) una porción de extremo (9) opuesta a dicho atomizador (10) y alojando a una válvula reguladora electromagnética (12); teniendo, una aguja obturadora (16), un eje (19) y una porción cilíndrica (21) que se deslizan axialmente con relativamente poco juego dentro de un asiento de guía (18) en dicho atomizador (10) para abrir y cerrar dicha tobera terminal (7); siendo controlada dicha aguja obturadora (16) por una varilla de control (23) coaxial controlada por la presión del combustible de una cámara de control de combustible (24), a su vez controlada por dicha válvula dosificadora (12); incluyendo dicha varilla de control (23) una primera porción de extremo (28) que se desliza con relativamente poco juego radial dentrode un asiento de guía (26) y una segunda porción de extremo (31) que se acopla con dicha porción cilíndrica (21) por medio de un dispositivo de conexión (35; 55) para transmitir desde dicha varilla (23) a dicha aguja obturadora (16) una resultante de fuerzas A dirigida a lo largo de dicho eje (1); por medio del cual dicho dispositivo de conexión (35;55) comprende un asiento axial (36) que tiene una superficie cónica (37) y una cabeza (39;59;69) interpuesta entre dicha superficie cónica (36) y dicha segunda porción de extremo (31); siendo llevada dicha cabeza (39; 59; 69) por dicha segunda porción de extremo (31) para interactuar con dicha superficie cónica (37) a lo largo de una línea de contacto circular (43; 73) simétricamente con respecto a dicho eje (19); caracterizado porque dicha primera porción de extremo (28) se está comunicando con dicha cámara de control (24) y porque dicha superficie cónica (37) está formada sobre una superficie de extremo plana (65) de dicha porción cilíndrica(21).

Description

Inyector de combustible para motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un inyector de combustible para un motor de combustión interna.

Son conocidos inyectores de combustible que comprenden una entrada conectada a una bomba de alimentación de combustible, una tobera que se comunica con la entrada para inyectar combustible dentro del motor y una aguja obturadora que es movida axialmente, para abrir y cerrar la tobera, mediante los empujes axiales opuestos ejercidos por la presión del combustible inyectado, por una parte, y por un muelle de posicionamiento y una varilla de control, por la otra.

La varilla de control está ubicada a lo largo del eje de la aguja, en el lado opuesto a la tobera, es activada mediante una válvula dosificadora electromagnética que forma parte del inyector y está conectada a la aguja con la interposición axial de un cuerpo cilíndrico separador.

El cuerpo separador está definido por dos superficies planas opuestas transversales al eje y que apoyan sobre los extremos planos de la varilla de control y de la aguja respectivamente, y es de una altura axial calibrada según clases dadas y que es seleccionada en función de la elevación o carrera axial máxima deseada de la aguja.

Los inyectores conocidos del tipo mencionado anteriormente no son siempre satisfactorios debido a la resultante de las presiones de contacto entre el cuerpo separador y la aguja, que está aplicada en un punto normalmente indefinido y que normalmente genera sobre la aguja fuerzas transversales indeseadas, transversales al eje.

Las presiones ejercidas por el cuerpo separador sobre la aguja, de hecho, no están siempre distribuidas uniformemente sobre las superficies en contacto mutuo, principalmente a causa de las inevitables tolerancias de planeidad y rugosidad, de manera tal que la resultante de las presiones a veces genera sobre la aguja pares de rotación alrededor de una dirección perpendicular al eje de la aguja.

Dichas fuerzas transversales son algunas veces generadas también por las superficies en contacto mutuo del cuerpo separador y de la aguja que no son perfectamente perpendiculares al eje de la aguja.

Tales fuerzas transversales producen fuerzas de fricción relativamente severas a lo largo del asiento en el cual se desliza la aguja, dando como resultado, de este modo, un incremento anómalo del desgaste y, por lo tanto, del juego radial entre la aguja y el asiento. Esto, a su vez, da como resultado un incremento indeseado de fugas del combustible no utilizado, el cual fluye hacia fuera del inyector a través de una salida de recirculación.

El incremento en las fugas y, por lo tanto, en la cantidad de combustible recirculado puede dar como resultado que la bomba sea incapaz de abastecer a los inyectores en todas las condiciones de operación del motor.

A partir del documento WO 01/38723 A1, es conocido un inyector de combustible que tiene una carcasa hueca conectada a un atomizador, que es cerrado mediante un obturador controlado por una varilla que coopera con una válvula dosificadora electromagnética. En éste, el obturador está provisto de un agujero ciego coaxial que tiene el extremo ciego en forma de superficie cónica. La varilla de control controla el obturador por medio de una aguja de presión bastante larga que se proyecta dentro del agujero ciego y que tiene una cabeza semiesférica que apoya sobre la superficie cónica.

A partir del documento US 3 680 782 A1, es conocido otro inyector electromagnético de combustible que tiene un obturador provisto de una aguja y una varilla de control coaxial que se acopla a la aguja obturadora por medio de una bola. Con este fin, la varilla de control también está provista de un agujero ciego, en el cual están alojadas la bola y parte de la aguja obturadora.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un inyector para motor de combustión interna diseñado para proporcionar una solución simple y de bajo costo para superar los inconvenientes de las soluciones de la técnica anterior citadas anteriormente.

Según la presente invención, se proporciona un inyector de combustible para un motor de combustión interna, comprendiendo el inyector una carcasa hueca que lleva en un extremo un atomizador que tiene una tobera terminal para inyectar combustible dentro del motor, teniendo dicha carcasa hueca una porción de extremo opuesta a dicho atomizador y alojando a una válvula dosificadora electromagnética, teniendo, una aguja obturadora, un eje y una porción cilíndrica que se deslizan axialmente de manera sustancialmente hermética dentro de un asiento de guía en dicho atomizador para abrir y cerrar dicha tobera terminal, siendo controlada dicha aguja obturadora por una varilla de control coaxial controlada por la presión del combustible de una cámara de control de combustible, a su vez controlada por dicha válvula dosificadora, incluyendo dicha varilla de control una primera porción de extremo que se desliza de manera sustancialmente hermética dentro de un asiento de guía que se comunica con dicha cámara de control y una segunda porción de extremo que se acopla con dicha porción cilíndrica por medio de un dispositivo de conexión para transmitir, desde dicha varilla a dicha aguja obturadora, una resultante de fuerzas dirigida a lo largo de dicho eje; caracterizado porque dicho dispositivo de conexión comprende un asiento axial que tiene una superficie cónica y formada sobre una superficie de extremo plana de dicha porción cilíndrica, y una cabeza interpuesta entre dicha superficie cónica y dicha segunda porción de extremo, siendo llevada dicha cabeza por dicha segunda porción de extremo para interactuar con dicha superficie cónica a lo largo de una línea de contacto circular, simétricamente con respecto a dicho eje.

Será descrita una realización no limitativa de la invención a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la Figura 1 muestra una sección transversal, con partes eliminadas para mayor claridad, de una primera realización preferida del inyector para motor de combustión interna según la presente invención;

la Figura 2 muestra la misma vista que en la Figura 1, de una segunda realización preferida del inyector para motor de combustión interna según la presente invención;

las Figuras 3 y 4 muestran vistas en escala ampliada de variaciones respectivas de un detalle del inyector de la Figura 2.

El número 1 en la Figura 1 indica un inyector de combustible para un motor de combustión interna, en particular, un motor diesel (no mostrado). El inyector 1 comprende una estructura exterior o carcasa 2 hueca que se extiende a lo largo de un eje 3 y que tiene una entrada lateral 5 para conectar a una bomba que forma parte de un sistema de alimentación de combustible (no mostrado), y una tobera terminal 7 que se comunica con la entrada 5 para inyectar combustible dentro de un cilindro relativo del motor.

La carcasa 2 comprende una porción axial 8 intermedia y dos porciones de extremo 9, 10 opuestas. La porción 9 está ubicada en el lado opuesto a la tobera 7 y aloja una válvula dosificadora electromagnética conocida 12 (no descrita en detalle) que tiene una salida 13 para recircular hacia el depósito del sistema de alimentación (no mostrado) la porción de combustible "consumida" por la válvula 12 y la porción de combustible que se escapa a través de los componentes internos del inyector 1 y que es alimentada hacia la válvula 12 por un conducto interior 14.

La porción 10 es un denominado atomizador y define una cámara cilíndrica axial 15 que aloja a una aguja obturadora 16 y que comprende un canal 17 que termina en la tobera 7, y un asiento de guía 18.

La aguja 16 tiene un eje 19 coincidente con el eje 3 y comprende una varilla 20 alojada en el canal 17; y una porción de cabeza cilíndrica 21 que se desliza axialmente con relativamente poco juego dentro del asiento 18, para permitir que el extremo de la varilla 20 abra y cierre la tobera 7 mediante los empujes axiales opuestos ejercidos, por una parte, por la presión del combustible en el canal 17 y, por la otra, por un muelle de posicionamiento 22 y una varilla de control 23 axial.

La varilla 23 es activada por la válvula 12 para deslizarse axialmente dentro de la porción 8 y está sometida, en particular, a los empujes axiales opuestos de la reacción de la aguja 16 y de la presión del combustible dentro de una cámara de control 24 axial que se comunica con la entrada 5 y es controlada por la válvula 12. La cámara 24 está definida por un cuerpo tubular 25 que tiene un asiento de guía 26 cilíndrico axial que se comunica con la cámara 24 y acoplado de manera deslizante y con relativamente poco juego radial con una porción de extremo 28 de la varilla 23.

Con referencia a la Figura 1, la varilla 23 comprende dos porciones opuestas 30, 31. La porción 30 está orientada hacia la válvula 12 y termina en la porción 28; al mismo tiempo, la porción 31 es de menor diámetro que la porción 30 y está rodeada por el muelle 22, que está interpuesto entre dos anillos separadores 32, 33 que apoyan axialmente sobre un resalte 34 de la porción 8 y sobre la porción 21, respectivamente.

La porción 21 está conectada a la porción 31 mediante un dispositivo de conexión 35 para transmitir desde la varilla 23 a la aguja 16 una resultante de fuerzas A dirigida exclusivamente a lo largo del eje 19.

El dispositivo 35 comprende una cavidad 36 formada, coaxialmente al eje 19, sobre una superficie de extremo 65 de la porción 21 y definida por una superficie cónica 37, y un cuerpo separador 39 esférico interpuesto entre la aguja 16 y la varilla 23 y que se acopla con la cavidad 36. El cuerpo 39 está definido por una superficie 40 esférica que se apoya, de un lado, sobre el extremo plano de la porción 31, en un punto de contacto 42 a lo largo del eje 19, y, del otro lado, sobre la superficie cónica 37, a lo largo de una línea de contacto 43 circular (mostrada por una línea punteada en las Figuras 1, 2 y 3).

El diámetro del cuerpo 39 está calibrado según clases dadas y es seleccionado en función de la elevación o carrera axial máxima deseada de la aguja 16.

La realización de la Figura 2 se refiere a un inyector de combustible 51, las partes componentes del cual están indicadas, donde es posible, utilizando los mismos números de referencia que para el inyector 1. El inyector 51 es de un tipo denominado de "elevación virtual", es decir, comprende una aguja 16, que se desliza axialmente dentro del asiento 15 para abrir la tobera 7 sin alcanzar nunca una posición axial límite predeterminada y que, por lo tanto, no tiene fijado un valor máximo de elevación.

El inyector 51 difiere del inyector 1 sustancialmente por no tener un cuerpo 39. En lugar del dispositivo 35, el inyector 51 comprende, por lo tanto, un dispositivo de conexión 55 que, a su vez, comprende una cavidad 36, y una cabeza semiesférica 59 integral con la varilla 23 y que define el extremo axial de la porción 31. La cabeza 59 se acopla a la cavidad 36 y está definida por una superficie esférica 60 que tiene la misma curvatura que la superficie 40 y apoya sobre una superficie cónica 37 a lo largo de la línea de contacto 43.

El dispositivo 55 también comprende una porción debilitada de varilla 23 definida por una ranura circunferencial 61 formada en una porción intermedia 63 de la porción 30, fuera del asiento 26 y que concede a la porción 31 una cantidad relativamente limitada de libertad para flexionarse con respecto a la porción 28 en una dirección transversal al eje 3, para centrar la cabeza 59 automáticamente dentro de la cavidad 36, es decir, para posicionar la superficie esférica 60 perfectamente coaxial a la superficie cónica 37.

En el inyector 1, el cuerpo 39 es también, obviamente, centrado automáticamente dentro de la cavidad 36, al ser movible transversalmente a la varilla 23 en el punto de contacto 42.

En la variación de la Figura 3, para simplificar la producción, el muelle 22 es reemplazado por un muelle 64 que apoya, de un lado, sobre el anillo separador 32 y, del otro lado, sobre una superficie plana 65 que define directamente una porción 21, sin anillo 33. La misma variación puede ser también aplicada al inyector 1.

En la variación de la Figura 4, para simplificar la producción, la cabeza semiesférica 59 es reemplazada por una cabeza cónica 69 que apoya sobre una superficie cónica 37 a lo largo de una línea de contacto 73 definida por el borde circular que conecta la cabeza 69 al resto de la porción 31.

En uso real, la varilla 23 ejerce un empuje axial F que es transmitido a lo largo de la línea de contacto 43, 73 en una dirección perpendicular a la superficie cónica 37 para mover la aguja 16 hacia, y cerrar de este modo, la tobera 7. Dada una sección diametral genérica, como la mostrada en los detalles en escala ampliada en las Figuras 1 y 2, los puntos diametralmente opuestos P1 y P2 a lo largo de la línea de contacto 43 están sometidos a las fuerzas respectivas F1 y F2 de igual módulo, al estar el empuje F dirigido coaxialmente a la superficie cónica 37.

Si cada fuerza F1, F2 es dividida en una componente respectiva A1, A2 dirigida paralelamente al eje 19 y una componente respectiva T1, T2 dirigida perpendicularmente al eje 19, las componentes T1 y T2 son iguales y opuestas y, por lo tanto, dan origen a una resultante cero, mientras que las componentes A1 y A2, siendo iguales y concordantes y aplicadas a los puntos respectivos P1, P2 simétricos con respecto al eje 19, dan origen a una resultante de fuerzas A que actúa sobre la aguja 16 y está dirigida exclusivamente a lo largo del eje 19.

Como consecuencia de microdeformaciones en el cuerpo 39 y en las cabezas 59, 69 a lo largo de las relativas líneas de contacto 43, 73, las líneas de contacto 43, 73 están definidas en realidad por áreas de contacto anulares, que, sin embargo, son tan pequeñas que no tengan efecto sobre la resolución de fuerzas citada anteriormente.

Los dispositivos 35, 55 que conectan la aguja 16 a la varilla 23 hacen posible reducir, por lo tanto, el incremento en el desgaste y, por lo tanto, el juego radial entre el asiento 18 y la porción 21, al recibir la aguja 16 de la varilla 23 una resultante de fuerzas A que no tiene componente transversal al eje 19.

Por otra parte, los dispositivos 35, 55 son relativamente simples, al comprender un número bastante pequeño de componentes y al requerir sólo mecanizado de precisión para asegurar que la superficie 37 sea coaxial a la superficie lateral cilíndrica de la porción 21 que se desliza dentro del asiento 18; y, a diferencia de soluciones conocidas, la superficie 65 de la porción 21 no necesita ser perfectamente plana y perpendicular al eje 19.

Dado que, en el caso de inyectores de "elevación virtual", la elevación de la aguja 16 no necesita ser calibrada por un cuerpo separador de tamaño apropiado, el inyector 51, comparado con las soluciones conocidas, es extremadamente simple, al no comprender cuerpos intermedios entre la varilla 23 y la aguja 16.

Claramente, pueden hacerse cambios en los inyectores 1, 51 como los descritos e ilustrados en este documento sin, sin embargo, apartarse del alcance de las reivindicaciones.

Claims (8)

1. Un inyector de combustible (1; 51) para un motor de combustión interna; comprendiendo el inyector (1; 51) una carcasa hueca (2) que lleva en un extremo un atomizador (10) que tiene una tobera terminal (7) para inyectar combustible dentro del motor; teniendo dicha carcasa hueca (2) una porción de extremo (9) opuesta a dicho atomizador (10) y alojando a una válvula reguladora electromagnética (12); teniendo, una aguja obturadora (16), un eje (19) y una porción cilíndrica (21) que se deslizan axialmente con relativamente poco juego dentro de un asiento de guía (18) en dicho atomizador (10) para abrir y cerrar dicha tobera terminal (7); siendo controlada dicha aguja obturadora (16) por una varilla de control (23) coaxial controlada por la presión del combustible de una cámara de control de combustible (24), a su vez controlada por dicha válvula dosificadora (12); incluyendo dicha varilla de control (23) una primera porción de extremo (28) que se desliza con relativamente poco juego radial dentro de un asiento de guía (26) y una segunda porción de extremo (31) que se acopla con dicha porción cilíndrica (21) por medio de un dispositivo de conexión (35; 55) para transmitir desde dicha varilla (23) a dicha aguja obturadora (16) una resultante de fuerzas A dirigida a lo largo de dicho eje (1); por medio del cual dicho dispositivo de conexión (35;55) comprende un asiento axial (36) que tiene una superficie cónica (37) y una cabeza (39; 59; 69) interpuesta entre dicha superficie cónica (36) y dicha segunda porción de extremo (31); siendo llevada dicha cabeza (39; 59; 69) por dicha segunda porción de extremo (31) para interactuar con dicha superficie cónica (37) a lo largo de una línea de contacto circular (43; 73) simétricamente con respecto a dicho eje (19); caracterizado porque dicha primera porción de extremo (28) se está comunicando con dicha cámara de control (24) y porque dicha superficie cónica (37) está formada sobre una superficie de extremo plana (65) de dicha porción cilíndrica (21).

2. Un inyector como el reinvindicado en la Reivindicación 1, en el cual un muelle de compresión (22) adicionalmente presiona dicha aguja obturadora (16) para cerrar dicha tobera (7), caracterizado porque dicho muelle de compresión (22) está interpuesto axialmente entre dicha aguja obturadora (16) y dicha carcasa hueca (2).

3. Un inyector como el reinvindicado en la Reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dicha cabeza (39; 59) está por lo menos parcialmente definida por una superficie esférica (40; 60) que se acopla a dicha superficie cónica (37).

4. Un inyector como el reinvindicado en la Reivindicación 3, caracterizado porque dicha cabeza (39) está definida por un cuerpo esférico (39) que apoya sobre dicha varilla de control (23) en un punto de contacto (42) que yace a lo largo de dicho eje (19).

5. Un inyector como el reinvindicado en la Reivindicación 3, caracterizado porque dicha cabeza (59) es integral con dicha segunda porción (31) y tiene una superficie semiesférica (60) que define el extremo axial de dicha segunda porción de extremo (31).

6. Un inyector como el reinvindicado en la Reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dicha cabeza comprende una porción cónica (69) integral con dicha segunda porción de extremo (31) y conectada a ésta mediante un borde circular (73), definiendo dicha porción cónica (69) el extremo de dicha segunda porción de extremo (31) y acoplándose a dicha superficie cónica (37) a lo largo de dicho borde circular (73).

7. Un inyector como el reinvindicado en cualquiera de las Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha línea anular de contacto (43; 73) define parte de un área anular de contacto.

8. Un inyector como el reinvindicado en la Reivindicación 7, caracterizado porque dicha varilla de control (23) incluye una porción intermedia debilitada (63) formada por una ranura circunferencial (61) que permite a dicha cabeza (59; 69) flexionarse con respecto a dicha primera porción de extremo (28) en direcciones transversales a dicho eje (19).