ES2229143T3

ES2229143T3 - Electrovalvula para controlar una valvula de inyeccion de un motor de combustion interna.

Info

Publication number: ES2229143T3
Application number: ES02729870T
Authority: ES
Inventors: Holger Rapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-12
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2005-04-16
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: WO2002092991A1; JP4058349B2; JP2004519609A; US6997432B2; DE50201241D1; EP1390614A1; DE10123171A1; EP1390614B1; US20040026644A1

Abstract

Electroválvula para controlar una válvula de inyección de un motor de combustión interna, con un electroimán (29), un inducido que comprende un perno (27) del inducido colocado de forma que puede desplazarse en relación con el electroimán y una placa (28) del inducido colocada de forma que puede desplazarse por deslizamiento en el perno del inducido, y con un elemento (25) de la válvula de control que se desplaza con el inducido y actúa conjuntamente con un asiento (24) de la válvula para abrir y cerrar un paso (17) de combustible, de modo que, al presentarse el elemento (25) de la válvula de control en el asiento (24) de la válvula al cerrar la electroválvula, la placa (28) del inducido puede desplazarse, bajo la influencia de su masa inerte, a lo largo del perno del inducido, desde un tope (26) fijado en el perno (27) del inducido, un recorrido (h2) de carrera excesiva, hasta un tope (39) estacionario de la carrera excesiva, caracterizada porque la placa (27) del inducido está colocada deforma que puede desplazarse en el perno del inducido, libre de fuerzas elásticas de retroceso, entre el tope (39) de carrera excesiva y el tope (26) fijado en el perno (27) del inducido.

Description

Electroválvula para controlar una válvula de inyección de un motor de combustión interna.

Estado de la técnica

La invención se refiere a una electroválvula para controlar una válvula de inyección de un motor de combustión interna según el preámbulo de la reivindicación 1.

Una electroválvula de este tipo, conocida, por ejemplo, a partir del documento DE 196 50 865 A1, se utiliza para controlar la presión del combustible en la cámara de control de la presión de una válvula de inyección, por ejemplo, un inyector de un sistema de inyección Common Rail. En las válvulas de inyección de este tipo se controla el desplazamiento de un émbolo de la válvula mediante la presión del combustible en la cámara de control de la presión, desplazamiento con el que se abre o cierra un orificio de inyección de la válvula de inyección. La electroválvula conocida presenta un electroimán dispuesto en una parte de la carcasa, un inducido móvil y un elemento de la válvula de control desplazado con el inducido, solicitado en la dirección de cierre por un resorte de cierre, que actúa conjuntamente con un asiento de la electroválvula y, así, controla la salida del combustible de la cámara de control de la presión.

Una desventaja conocida de una electroválvula de este tipo consiste en el denominado rebote del inducido. Al desconectar el imán, el inducido, y con él el elemento de la válvula de control, se aceleran por el resorte de cierre de la electroválvula hacia el asiento de la válvula para cerrar un canal de salida del combustible fuera de la cámara de control de la presión. El impacto del elemento de la válvula de control en el asiento de la válvula tiene como consecuencia una oscilación y / o un rebote desventajoso del elemento de la válvula de control en el asiento de la válvula, por medio del cual se ve afectado negativamente el control del proceso de inyección. Por eso, en la electroválvula conocida a partir del documento DE 196 50 865 A1, el inducido se realiza de dos piezas con un perno del inducido y una placa del inducido colocada de forma que puede desplazarse por deslizamiento en el perno del inducido, de manera que, al impactar el elemento de la válvula de control en el asiento de la válvula, la placa del inducido se desplaza adicionalmente contra la fuerza elástica de un resorte de retorno. A continuación, el resorte de retorno envía la placa del inducido nuevamente de vuelta a su posición de partida definida en un tope fijado en el perno del inducido. Con ello, se consigue que, al volver a conectar el electroimán, se atraiga la placa del inducido desde una distancia dada de forma definida que siempre es la misma.

Gracias a la realización del inducido en dos piezas con resorte de retorno, en las electroválvulas conocidas se reduce la masa frenada de forma efectiva y, con ello, la energía cinética que provoca el rebote del inducido que choca en el asiento de la válvula, pero la placa del inducido, solicitada mediante la fuerza elástica del resorte de retorno, puede oscilar después del impulso de forma desventajosa en el perno del inducido tras el cierre de la electroválvula. Durante el proceso de oscilación, la placa del inducido puede chocar en el tope fijado en el perno del inducido y, de esta forma, abrir brevemente la electroválvula. Esta breve apertura no conduce a una caída de presión significativa en la cámara de control de la presión de la válvula de inyección y, con ello, a un inyectado indeseado, sin embargo, durante esta breve fase, no puede comenzarse la activación del electroimán para el siguiente inyectado ya que esto influiría de una forma no definida en la cantidad de combustible inyectado en la cámara de combustión del motor de combustión interna y tendría como consecuencia una gran fluctuación de la cantidad de inyección. Por tanto, una activación de la electroválvula conduce de una forma nuevamente fiable a una cantidad de inyección definida cuando la placa del inducido ya no oscila. Una limitación temporal del proceso de oscilación tiene una gran importancia especialmente para representar intervalos temporales cortos entre, por ejemplo, un inyectado anterior y uno principal. Por este motivo, con las electroválvulas conocidas se utiliza un tope estacionario de carrera excesiva que limita el recorrido máximo de carrera excesiva que puede desplazarse la placa del inducido en el perno del inducido tras el choque del elemento de la válvula de control en el asiento de la válvula. Gracias a esta medida puede reducirse la oscilación de la placa del inducido, pero no
detenerse.

Ventajas de la invención

Se ha comprobado que, al renunciar por completo al resorte de retorno en el caso de una electroválvula con un inducido de dos piezas, puede evitarse no sólo un proceso desventajoso de oscilación de la placa del inducido, sino que también, al mismo tiempo, se produce una inyección definida al activarse nuevamente el electroimán. Contrariamente a un prejuicio existente durante largo tiempo, el resorte de retorno no es absolutamente necesario para garantizar una nueva inyección definida. Dado que el recorrido de carrera excesiva que la placa del inducido puede desplazarse en el perno del inducido tras chocar el elemento de la válvula de control en el asiento de la válvula, puede limitarse a un valor pequeño mediante el tope de carrera excesiva, también puede conseguirse una nueva inyección definida sin resorte de retorno. En concreto, en caso de renunciar al resorte de retorno, no se envía la placa del inducido de vuelta al tope fijado en el perno del inducido, sin embargo, al conectar el electroimán, la placa del inducido es atraída tan rápidamente que llega al tope fijado en el perno del inducido prácticamente sin que pueda detectarse ningún retraso temporal. Después, la placa del inducido y el perno del inducido con el elemento de la válvula de control se aceleran hacia el electroimán y se abre la electroválvula. De manera ventajosa, con esto se consigue que no se produzca una apertura indeseada de la electroválvula motivada por el proceso de oscilación de la placa del inducido. Por tanto, la electroválvula puede volver a activarse en cualquier momento después de que la placa del inducido haya alcanzado su tope de carrera excesiva.

Dibujos

Se muestra un ejemplo de realización de la invención en los dibujos y se explica en la siguiente descripción. Muestra

la figura 1, un detalle de la parte superior de una válvula de inyección de combustible, conocida a partir del estado de la técnica, con una electroválvula,

la figura 2, el recorrido de carrera de la placa del inducido en función del tiempo para la electroválvula conocida,

la figura 3, una representación en corte transversal de la electroválvula según la invención,

la figura 4, el recorrido de carrera de la placa del inducido en función del tiempo para la electroválvula según la invención.

Descripción de un ejemplo de realización

La figura 1 muestra la parte superior de una válvula de inyección de combustible, conocida a partir del estado de la técnica, que está destinada para utilizarla en un sistema de inyección de combustible, especialmente un sistema Common Rail para combustible diesel, el cual está equipado con un acumulador de combustible de alta presión que se alimenta continuamente con combustible a alta presión mediante una bomba de alimentación a alta presión. La válvula de inyección de combustible conocida presenta una carcasa 4 de la válvula con un taladro longitudinal en el que está dispuesto un émbolo 6 de la válvula que, con su extremo no mostrado en la figura 1, actúa sobre una aguja de la válvula dispuesta en un cuerpo de la tobera. La aguja de la válvula está dispuesta en una cámara de presión que se alimenta con combustible a alta presión por medio de un taladro de presión. En caso de un desplazamiento de la carrera de apertura del émbolo 6 de la válvula, la aguja de la válvula se eleva contra la fuerza de cierre de un resorte por medio de la alta presión del combustible en la cámara de presión, que actúa permanentemente en un reborde de presión de la aguja de la válvula. A través de una abertura de inyección unida entonces con la cámara de presión se realiza la inyección del combustible en la cámara de combustión del motor de combustión interna. Al bajar el émbolo 6 de la válvula, la aguja de la válvula se presiona a la posición de cierre en el asiento de la válvula de inyección y se acaba el proceso de inyección. El émbolo 6 de la válvula se conduce a su extremo opuesto a la aguja de la válvula en un taladro cilíndrico, el cual está aplicado en una pieza 12 de la válvula que está introducida en la carcasa 4 de la válvula. En el taladro cilíndrico, el lado frontal del émbolo 6 de la válvula rodea una cámara 14 de control de la presión que está unida con una toma de combustible a alta presión, no mostrada, por medio de un canal de admisión. El canal de admisión está configurado fundamentalmente de tres piezas. Un taladro que se conduce radialmente a través de la pared de la pieza 12 de la válvula, cuyas paredes interiores forman un estrangulador 15 de entrada en una parte de su longitud, está unido permanentemente con una cámara 16 anular que rodea por el lado del contorno a la pieza 12 de la válvula, estando a su vez dicha cámara anular en contacto permanente con la toma de combustible a alta presión. Mediante el estrangulador 15 de entrada, la cámara 14 de control de la presión está expuesta a la alta presión del combustible que reina en el acumulador de combustible a alta presión. De forma coaxial al émbolo 6 de la válvula, un taladro, que discurre en la pieza 12 de la válvula, se desvía fuera de la cámara 14 de control de la presión, formando un canal 17 de salida del combustible dotado de un estrangulador 18 de salida, desembocando este canal en una cámara 19 de descarga que está unida con una toma de combustible a baja presión, no mostrada en la figura 1, la cual está en contacto a su vez con un conducto de retorno del combustible de la válvula de inyección. La salida del canal 17 de salida del combustible fuera de la pieza 12 de la válvula se produce en la zona de una parte 21 fresada de forma cónica del lado frontal, que se encuentra en el exterior, de la pieza 12 de la válvula. La pieza 12 de la válvula está sujeta, con una placa 38 de ajuste y la brida 32 de una pieza 34 de deslizamiento, de forma fija mediante un elemento 23 roscado en la carcasa 4 de la
válvula.

En la parte 21 de forma cónica está configurado un asiento 24 de la válvula con el que actúa conjuntamente un elemento 25 de la válvula de control de una electroválvula 30 que controla la válvula de inyección. El elemento 25 de la válvula de control está acoplado con un inducido de dos piezas en forma de un perno 27 del inducido y una placa 28 del inducido, actuando el inducido conjuntamente con un electroimán 29 de la electroválvula 30. Además, la electroválvula 30 comprende una pieza 60 de la carcasa que contiene el electroimán 29, la cual está unida fijamente con la carcasa 4 de la válvula mediante medios 7 de unión que pueden atornillarse. En la electroválvula conocida, la placa 28 del inducido está colocada, bajo el efecto de su masa inerte, de forma que puede desplazarse dinámicamente en el perno 27 del inducido contra la fuerza de tensión previa de un resorte 35 de retorno y, por medio de este resorte de retorno, en el estado de reposo, se presiona contra un tope 26 fijado en el perno del inducido, el cual está configurado en forma de una placa en forma de hoz deslizada en el perno del inducido. Con su otro extremo, el resorte 35 de retorno se apoya en la brida 32 de la pieza 34 de deslizamiento, la cual conduce el perno 27 del inducido a un orificio pasante. El perno 27 del inducido y, con él, la placa 28 del inducido y el elemento 25 de la válvula de control, acoplado con el perno 27 del inducido, están solicitados constantemente en la posición de cierre mediante un resorte 31 de cierre que se sostiene de forma fija en la carcasa, de tal manera que el elemento 25 de la válvula de control se dispone por lo general en la dirección de cierre en el asiento 24 de la válvula. Al activarse el electroimán, éste atrae la placa 28 del inducido y, con ella, el perno 27 del inducido y, con ello, se abre el canal 17 de salida hacia la cámara 19 de descarga. El perno 27 del inducido presenta un reborde 33 anular en el extremo apartado del electroimán 29, el cual hace tope en la pieza 34 de deslizamiento cuando el electroimán está activado y, de esta forma, limita la carrera de apertura del elemento 25 de la válvula de control. La placa 38 de ajuste sirve para ajustar la carrera de apertura.

La electroválvula 30 controla la apertura y el cierre de la válvula de inyección tal como se describe a continuación. Como ya se ha mostrado, el perno 27 del inducido se solicita continuamente en la dirección de cierre mediante el resorte 31 de cierre, de manera que, cuando el electroimán no está excitado, el elemento 25 de la válvula de control se dispone en la posición de cierre en el asiento 24 de la válvula y la cámara 14 de control de la presión está cerrada hacia el lado 19 de descarga, de manera que allí, mediante el canal de admisión, se forma muy rápidamente la alta presión, la cual también se origina en el acumulador de combustible a alta presión. La presión en la cámara 14 de control de la presión genera una fuerza de cierre en el émbolo 6 de la válvula, y la aguja de la válvula que está en contacto con éste, que es mayor que las fuerzas que, por otra parte, actúan en la dirección de apertura como consecuencia de la alta presión que se origina. Si la cámara 14 de control de la presión se abre hacia el lado 19 de descarga al abrir la electroválvula, la presión desciende muy rápidamente en el reducido volumen de la cámara 14 de control de la presión, ya que ésta está desacoplada del lado de alta presión mediante el estrangulador 15 de admisión. Como consecuencia de ello, prevalece la fuerza que actúa en la dirección de apertura en la aguja de la válvula procedente de la alta presión del combustible que se origina en la aguja de la válvula, de manera que la aguja de la válvula se desplaza hacia arriba y, con ello, se abre la al menos una abertura de inyección para la inyección. Sin embargo, si la electroválvula 30 cierra el canal 17 de salida del combustible, puede volver a formarse la presión en la cámara 14 de control de la presión mediante el combustible que continúa fluyendo por el canal 15 de admisión, de manera que se origina la fuerza de cierre originaria y se cierra la aguja de la válvula de inyección del
combustible.

Al cerrar la electroválvula, el resorte 31 de cierre presiona de golpe el perno 27 del inducido con el elemento 25 de la válvula de control contra el asiento 24 de la válvula. Se origina una oscilación o rebote desventajoso del elemento de la válvula de control porque el impacto del perno del inducido en el asiento de la válvula provoca una deformación elástica del mismo, la cual actúa como acumulador de energía, de modo que una parte de la energía se transfiere nuevamente al elemento 25 de la válvula de control, que entonces rebota desde el asiento 24 de la válvula junto con el perno del inducido. Por tanto, la electroválvula conocida, mostrada en la figura 1, utiliza un inducido de dos piezas con una placa 28 del inducido desacoplada del perno 27 del inducido. De esta forma, puede reducirse la masa que choca en total en el asiento 24 de la válvula, sin embargo, la placa 28 del inducido puede oscilar de forma desventajosa. Por este motivo, en la electroválvula conocida está previsto un tope 37 de carrera excesiva, el cual se forma mediante una sección del extremo dirigida a la placa del inducido de una sección, configurada como manguito de guiado, de la pieza 34 de deslizamiento. El tope 37 de carrera excesiva limita el recorrido máximo de carrera excesiva que la placa 28 del inducido puede desplazarse, tras el choque del elemento 25 de la válvula de control en el asiento 24 de la válvula, a lo largo del perno 27 del inducido a partir del tope 26 fijado en el perno 27 del inducido. La oscilación de la placa 28 del inducido se reduce mediante el tope 37 de carrera excesiva y la placa 28 del inducido regresa más rápidamente a su posición de partida en el tope 26 configurado como placa en forma de hoz.

En la figura 2, se muestra el recorrido de la carrera de la placa del inducido en función del tiempo al abrir la electroválvula. Al cerrar la electroválvula, la placa 28 del inducido se desplaza en un primer intervalo I temporal, primero con el perno 27 del inducido, el recorrido h1 de, por ejemplo, 38 micrómetros, hasta que el elemento de la válvula de control choca en el asiento de la válvula en h = 0. A continuación, la placa 28 del inducido se sigue desplazando en el intervalo I temporal el recorrido de carrera excesiva hasta que, en un recorrido h2 máximo de carrera excesiva de, por ejemplo, 20 micrómetros, choca con el tope 37 de carrera excesiva y se frena allí. En el intervalo II temporal que le sigue ahora, la placa del inducido regresa hasta la placa 26 en forma de hoz mediante el resorte 35 de retorno. En el intervalo III temporal, el perno del inducido y el elemento de la válvula de control se levantan del asiento de la válvula mediante la placa del inducido. Por tanto, la electroválvula se abre brevemente. Al volver hacia atrás la placa del inducido, el elemento de la válvula de control vuelve a chocar en el asiento de la válvula al inicio del intervalo IV temporal. El proceso de oscilación de la placa del inducido conduce a que no pueda iniciarse una nueva activación de la electroválvula en el intervalo III temporal, ya que la electroválvula se abre brevemente en este intervalo temporal. Por tanto, la activación de la electroválvula mediante la solicitación de la tensión del electroimán puede realizarse o bien sólo antes del intervalo II temporal o bien más tarde en el intervalo IV temporal.

En la figura 3 se muestra un detalle de una representación en corte transversal de la electroválvula según la invención. La electroválvula 30 según la invención se diferencia de la electroválvula conocida, mostrada en la figura 1, porque no está previsto ningún resorte de retorno en la electroválvula. Al desconectar el electroimán 29, el inducido se desplaza, junto con la placa 28 del inducido, el perno 27 del inducido y el elemento 25 de la válvula de control, hacia el asiento 24 de la válvula mediante el resorte 31 de cierre. En cuanto el elemento de la válvula de control choca con el asiento 24 de la válvula, la placa 28 del inducido, condicionada por su masa inerte, continúa desplazándose en el perno del inducido ahora estacionario. Este desplazamiento de la placa 28 del inducido sólo acata las leyes de la inercia, fuerza de gravedad, fricción y la hidrodinámica del combustible y se produce libre de una solicitación mediante una fuerza elástica y de retroceso del resorte. En la figura 4 se muestra el desplazamiento resultante de la placa 28 del inducido. Tal como se muestra en la figura 2 en el caso de la electroválvula conocida, la placa 28 del inducido se desplaza en el intervalo I temporal, primero con el perno del inducido, el recorrido h1 de carrera de apertura y, a continuación, tras el choque del elemento de la válvula de control en el asiento de la válvula, con el perno del inducido estacionario, el recorrido h2 de carrera excesiva hasta el tope 37 de carrera excesiva. Allí, persevera la placa 28 del inducido. La superficie 39 en forma de anillo circular, que se acerca al tope 37 de carrera excesiva, de un soporte 40 configurado en la placa 28 del inducido y desplazado por el perno 27 del inducido, forma además, junto con el tope 37 de carrera excesiva, una cámara hidráulica de amortiguación mediante la cual se amortigua el rebote de la placa 28 del inducido en el tope de carrera excesiva. Tal como se observa en la figura 4, en el intervalo II temporal no se produce ninguna oscilación de la placa del inducido y ninguna apertura posterior de la electroválvula con el electroimán desconectado. Por tanto, la electroválvula según la invención puede volver a activarse en cualquier momento una vez que la placa del inducido haya alcanzado su posición en el tope de carrera excesiva.

En caso de una solicitación de tensión del electroimán al abrir la electroválvula, la placa 28 del inducido se traslada muy rápidamente el recorrido h2 hasta el tope 26 fijado en el perno del inducido debido a la fuerza magnética que actúa entonces en este caso el retraso temporal hasta que la placa del inducido alcanza el tope 26 es despreciable. Esto presupone que el recorrido h2 máximo de carrera excesiva no es demasiado grande. Por tanto, el recorrido máximo de carrera excesiva que la placa 28 del inducido puede desplazarse tras un choque del elemento 25 de la válvula de control en el asiento 24 de la válvula al cerrar la electroválvula, a lo largo del perno 27 del inducido a partir del tope 26 fijado en el perno del inducido hasta un rebote en el tope 27 de carrera excesiva, debería ser menor de 100 micrómetros y, preferiblemente, menor de 30 micrómetros.

Claims

1. Electroválvula para controlar una válvula de inyección de un motor de combustión interna, con un electroimán (29), un inducido que comprende un perno (27) del inducido colocado de forma que puede desplazarse en relación con el electroimán y una placa (28) del inducido colocada de forma que puede desplazarse por deslizamiento en el perno del inducido, y con un elemento (25) de la válvula de control que se desplaza con el inducido y actúa conjuntamente con un asiento (24) de la válvula para abrir y cerrar un paso (17) de combustible, de modo que, al presentarse el elemento (25) de la válvula de control en el asiento (24) de la válvula al cerrar la electroválvula, la placa (28) del inducido puede desplazarse, bajo la influencia de su masa inerte, a lo largo del perno del inducido, desde un tope (26) fijado en el perno (27) del inducido, un recorrido (h2) de carrera excesiva, hasta un tope (39) estacionario de la carrera excesiva, caracterizada porque la placa (27) del inducido está colocada de forma que puede desplazarse en el perno del inducido, libre de fuerzas elásticas de retroceso, entre el tope (39) de carrera excesiva y el tope (26) fijado en el perno (27) del inducido.

2. Electroválvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el máximo recorrido (h2) de carrera excesiva que puede desplazarse la placa (28) del inducido a lo largo del perno (27) del inducido, a partir del tope (26) fijado en el perno del inducido hasta chocar en el tope (39) de carrera excesiva, tras chocar el elemento (25) de la válvula de control en el asiento (24) de la válvula al cerrar la electroválvula, es menor de 100 micrómetros y, preferiblemente, menor de 30 micrómetros.