ES2230404T3 - Sistema de inyeccion de gas para motores de combustion interna. - Google Patents
Sistema de inyeccion de gas para motores de combustion interna.Info
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Abstract
Sistema de inyección de gas, particularmente de metano, para un motor de combustión interna, que comprende: - una pluralidad de inyectores controlados electromagnéticamente (2), asociados a los distintos cilindros del motor, - un colector de distribución (4) o raíl que comunica con dichos inyectores (2), - un depósito de alimentación (5) del colector de distribución (4) en el que se acumula el gas presurizado, - una válvula de regulación de presión (7) interpuesta en la conexión entre dicho depósito (5) y dicho colector de distribución (4), - una unidad de control electrónica (6) dispuesta para controlar los inyectores (2) y el tiempo de apertura, para medir la cantidad de gas inyectada en cada cilindro según las condiciones de funcionamiento del motor, y - una válvula de apertura y cierre (12) dispuesta en la salida del depósito, que comprende un elemento de válvula (18), que coopera con un asiento de válvula (20) y un solenoide (23) para retornar el elemento de válvula (18) a una condición abierta contra la acción de los medios elásticos (21), caracterizado porque dicho elemento de válvula (18) está realizado en un material metálico y porque dicho asiento de válvula (20) está realizado en un cuerpo de material metálico.
Description
Sistema de inyección de gas para motores de
combustión interna.
La presente invención se refiere a sistemas de
inyección de gas, particularmente de metano, para motores de
combustión interna del tipo que comprende:
- una pluralidad de inyectores controlados
electromagnéticamente, asociados a los distintos cilindros del
motor,
- un colector o raíl de distribución que se
comunica con dichos inyectores,
- un depósito de alimentación del colector de
distribución en el que se acumula el gas presurizado,
- una válvula de regulación de presión
interpuesta en la conexión entre dicho depósito y dicho colector de
distribución,
- una unidad de control electrónica dispuesta
para controlar los inyectores y el tiempo de apertura, para medir la
cantidad de gas inyectada en cada cilindro según las condiciones de
funcionamiento del motor, y
- una válvula de apertura y cierre dispuesta en
la salida del depósito.
La válvula solenoide de apertura y cierre cumple
con las normas en vigor y asegura la posibilidad de cerrar el
depósito herméticamente en cualquier condición de emergencia, por
ejemplo en el caso de un accidente que suponga una fuga de gas en
los tubos situados aguas abajo del depósito.
Las válvulas de apertura y cierre utilizadas
hasta la fecha en los sistemas del tipo especificado anteriormente
utilizan un elemento de válvula de material metálico deformable,
típicamente realizado en goma sintética, con los consecuentes
problemas de rigidez cuando está frío. Por lo tanto, el uso de
elementos de válvula de material plástico no resulta ventajoso
porque existe el riesgo de que se corte o se rompa el material que
forma el elemento de válvula, como consecuencia de la presión a la
que se encuentra sometido contra el asiento de válvula
correspondiente, que una vez más, provoca problemas de rigidez.
El objetivo de la invención es realizar una
válvula de apertura y cierre del tipo perfeccionado para su uso en
sistemas de inyección de gas del tipo descrito anteriormente, que
garantice una buena calidad de rigidez en todas las condiciones de
funcionamiento y, particularmente, en todas las temperaturas de
funcionamiento.
Para alcanzar dicho objetivo, la invención se
refiere a un sistema del tipo descrito en el preámbulo,
caracterizado porque dicha válvula de apertura y cierre comprende un
elemento de válvula de material metálico, que coopera con un asiento
de válvula, también realizado en un material metálico, y un
solenoide para retornar el elemento de válvula a una condición
abierta contra la acción de los medios elásticos.
El uso de contacto metal-metal de
la válvula según la invención asegura una geometría fija de la
válvula en todas las condiciones de funcionamiento y,
particularmente, a cualquier temperatura y presión de funcionamiento
de la válvula.
En una forma de realización práctica de la
invención, dicho elemento de válvula presenta una conformación de
esfera y el asiento de válvula cooperante presenta una forma que
define una parte anular de superficie esférica formada en una parte
que se estrecha de un conducto de salida de flujo de un gas.
Según una característica adicional de la presente
invención, el elemento de válvula retorna a la posición cerrada por
medio de un resorte que tiende a empujarlo en la misma dirección que
el flujo de gas procedente del depósito.
La cavidad que forma el asiento de válvula se
puede obtener por estampación en el lado metálico de dicho conducto
mediante el mecanizado con una herramienta giratoria de metal
duro.
La geometría de la válvula se puede predeterminar
de manera que dicha válvula también actúe como una válvula de
limitación de flujo para cortar automáticamente el flujo de gas si
el suministro tiende a incrementarse sobre un valor determinado
después de una fuga aguas abajo del depósito, por ejemplo debido a
la rotura de un tubo provocada por un accidente. Para este
propósito, la válvula solenoide es adecuada para aplicar una fuerza
de atracción sobre el elemento de válvula, que resulta superior en
una primera etapa, con el fin de provocar la separación del elemento
de válvula de su asiento, y que resulta inferior en una segunda
etapa posterior, con el fin de mantener el elemento de válvula
abierto. Durante esta etapa, un flujo de gas que excede un umbral
predeterminado puede superar la atracción relativamente baja del
solenoide. Dicho resultado se puede obtener variando la corriente
eléctrica del solenoide y/o dando la forma adecuada a los bobinados
de las distintas zonas del solenoide.
A continuación se describen las características y
ventajas adicionales, únicamente a título de ejemplo, haciendo
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 ilustra un diagrama de un sistema
de inyección de metano para un motor de combustión interna que
utiliza una válvula de apertura y cierre según la invención,
- la figura 2 muestra una vista ampliada en
sección transversal de una forma de realización preferida de la
válvula según la invención, y
- la figura 3 ilustra una vista ampliada de un
detalle de la figura 2.
Haciendo referencia a la figura 1, el número de
referencia 1 indica de forma genérica un sistema de inyección
electrónica de metano para un motor de combustión interna. Dicho
sistema comprende una pluralidad de inyectores (o válvulas de
inyección) 2 controlados de forma electromagnética asociados a los
distintos cilindros del motor. Los detalles de ensamblaje de dichos
inyectores 2 no se describen ni se ilustran en el presente
documento, debido a que los inyectores se pueden realizar de
cualquier modo según la técnica anterior y debido a que dichos
detalles no se encuentran incluidos en el objetivo de la presente
invención. Los inyectores 2 reciben el metano a través de las
conducciones 3 respectivas desde un colector de distribución, o raíl
4. Dicho colector de distribución 4 a su vez recibe el metano de un
depósito 5 en el que se acumula el metano a presión alta (por
ejemplo a una presión del orden de 200 bar). Los solenoides de
control de los inyectores 2 están controlados por una unidad de
control electrónica 6 de acuerdo con una base de las señales
S_{1}, S_{2}, ..., S_{n}, indicativa de los diversos
parámetros de funcionamiento del motor, incluyendo la posición del
pedal acelerador, la velocidad de revoluciones del motor, la
temperatura ambiente, la altitud, etc. Una válvula reguladora de
presión 7, que también está controlada por la unidad de control 6,
se interpone en la conexión entre el depósito 5 y el colector de
distribución 7. La unidad de control 6 también recibe las señales de
salida por parte de los sensores de presión 8, 9 indicativas de la
presión que existe en el colector de distribución 4 y en la
conducción 10 que conecta el depósito 5 a la válvula de regulación
de presión 7, respectivamente. Ésta última reduce la presión del gas
al valor existente en el depósito 5 al valor existente en el
colector 4, conectado a la válvula 7 por medio de la conducción 11.
El sistema ilustrado en el dibujo es el objeto de la solicitud de
patente italiana anterior TO2000A001099 presentada por el
solicitante el 24 de febrero de 2000 y secreta en fecha de prioridad
a la presente solicitud. En dicho sistema, el dispositivo de
regulación de presión 7 se controla por medio de la unidad de
control 6 para variar la presión del gas en el colector de
distribución 4 según las señales de salida de los sensores 8, 9 para
obtener un valor de presión en el colector de distribución, que está
predeterminado según los parámetros de funcionamiento del motor.
A pesar de que el ejemplo ilustrado en el
presente documento toma como referencia el sistema propuesto
anteriormente por el solicitante, se deberá resaltar que la
invención se puede aplicar en general a cualquier sistema de
inyección de gas electrónico para un motor de combustión interna y,
como consecuencia, a sistemas diferentes del que se describe en la
presente solicitud de patente del solicitante.
De forma específica, el sistema 1 también
comprende una segunda técnica ya conocida, es decir una válvula de
apertura y cierre 12, que también se controla por medio de la unidad
de control 6 para cortar completamente la salida del depósito 5 en
condiciones de emergencia.
La Figura 2 ilustra una forma de realización
preferida de la válvula 12 según la presente invención. En este
ejemplo, la válvula comprende un cuerpo 13 con una cavidad interior
14 para instalar un paso de entrada 15, destinado a su conexión con
la salida del depósito (el flujo de gas de la válvula se indica
mediante las flechas F) en comunicación con un paso de salida 16,
destinado a su conexión con el tubo 10 conectado al dispositivo de
regulación de presión 7.
Un pistón cilíndrico 17 de material metálico con
un resalte final de superficie esférica 18, que forma el elemento de
válvula de la válvula, se monta de manera que se pueda deslizar en
la cavidad 14. El elemento de válvula 18, realizado en material
metálico (típicamente en acero), coopera con un asiento de válvula
también realizado en acero, formado en una parte que se estrecha 19
de un conducto que comunica dicha cavidad 14 con dicho paso de
salida 16.
Tal y como aparece en el detalle de la figura 3,
que muestra el elemento de válvula 18 en la posición abierta, el
asiento de válvula coopera con un elemento de válvula 18 que
comprende un rebaje 20 que define una parte anular de superficie
esférica, cuyo radio r es esencialmente igual al radio r del
elemento de válvula esférico 18.
El elemento de válvula 18 se presiona contra el
asiento de válvula 20 por medio de un resorte en espiral 21
interpuesto de forma operativa entre el pistón 17 y un elemento
final 22, que define el paso de entrada 15, presentando una ranura
circular que actúa como un asiento para el solenoide 23 de la
válvula solenoide. Cuando se activa dicho solenoide 23, se empuja el
pistón 17 hasta que entra en contacto con una superficie final 24
del elemento 22 contra la acción del resorte 21. En esta situación,
el gas de entrada en el paso 15 fluye en el paso de salida 16 a
través de un orificio axial 25 realizado en el pistón 17, desde
donde diversos orificios 26 llevan al interior de una cámara 27,
delimitada por un pistón 17 que se comunica con el paso de salida
16.
En el ejemplo que se muestra, la parte del cuerpo
13 en la que está formada la cavidad de deslizamiento 14 del pistón
17 está realizada en un elemento separado 28, en el cual también
está formado el paso de salida 16. El elemento 28 se sostiene contra
el elemento 22 por medio de una tapa anular 29 que está atornillada
en el elemento 22 de manera que el solenoide 23 permanece bloqueado
en la ranura circular del elemento 22 por medio del elemento 28.
Obviamente, los detalles de construcción se proporcionan en el
presente documento a título de ejemplo no limitativo y no restringen
el alcance de protección de la invención.
Tal y como aparece en la descripción anterior, el
concepto básico de la invención es que una válvula de apertura y
cierre para un sistema de inyección de gas electrónico, en el que
tanto el elemento de válvula 18 como el asiento de válvula
cooperante 20 son realizados en elementos de material metálico. El
contacto metal-metal asegura la buena calidad de la
rigidez en cualquier condición de funcionamiento, gracias a la
estabilidad de su geometría en cualquier temperatura y presión de la
válvula.
Tal y como se ha ilustrado anteriormente, la
ranura anular 20 que forma el asiento de válvula se puede realizar
por medio de estampado o de mecanizado, por medio de una herramienta
giratoria de metal duro.
Además, tal y como se ha indicado anteriormente,
se puede predisponer la válvula de manera que el solenoide 23
aplique una fuerza de atracción al elemento de válvula 18 que es
mayor en un primer intervalo de tiempo determinado para permitir el
desacoplado del elemento de válvula en su asiento y que es inferior
durante una segunda etapa sólo para mantener el elemento de válvula
abierto. De este modo, si el flujo de gas que pasa a través de la
válvula abierta excede un valor de umbral predeterminado, por
ejemplo debido a la fuga de los tubos aguas abajo de la válvula, la
geometría de la válvula generará una caída de presión a través del
paso 19 que superará la atracción del solenoide y provocará el
cierre de la válvula otra vez. De este modo, la válvula según la
invención también actúa como una válvula de limitación de flujo.
Este efecto se puede obtener debido a que el resorte 21 empuja al
elemento de válvula en la misma dirección que el flujo de gas
procedente del depósito.
Además, se pueden introducir numerosos cambios en
la construcción y en las formas de realización de la invención
prevista en el presente documento sin por ello apartarse del alcance
de la invención, tal y como se define en las reivindicaciones
siguientes.
Claims (4)
1. Sistema de inyección de gas, particularmente
de metano, para un motor de combustión interna, que comprende:
- una pluralidad de inyectores controlados
electromagnéticamente (2), asociados a los distintos cilindros del
motor,
- un colector de distribución (4) o raíl que
comunica con dichos inyectores (2),
- un depósito de alimentación (5) del colector de
distribución (4) en el que se acumula el gas presurizado,
- una válvula de regulación de presión (7)
interpuesta en la conexión entre dicho depósito (5) y dicho colector
de distribución (4),
- una unidad de control electrónica (6) dispuesta
para controlar los inyectores (2) y el tiempo de apertura, para
medir la cantidad de gas inyectada en cada cilindro según las
condiciones de funcionamiento del motor, y
- una válvula de apertura y cierre (12) dispuesta
en la salida del depósito, que comprende un elemento de válvula
(18), que coopera con un asiento de válvula (20) y un solenoide (23)
para retornar el elemento de válvula (18) a una condición abierta
contra la acción de los medios elásticos (21), caracterizado
porque dicho elemento de válvula (18) está realizado en un material
metálico y porque dicho asiento de válvula (20) está realizado en un
cuerpo de material metálico.
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho elemento de válvula (18) presenta
una conformación esférica y el asiento de la válvula (20) con el que
coopera consiste en una cavidad que define una parte anular de
superficie esférica, formada en una parte que se estrecha (19) de un
conducto de salida de gas.
3. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho elemento de válvula (18) retorna a
la posición cerrada por medio de un resorte (21) que tiende a
empujarlo en la misma dirección que el flujo de gas del
depósito.
4. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho solenoide (23) resulta adecuado
para aplicar una fuerza de atracción sobre el elemento de válvula
(18) que resulta superior en una primera etapa de una duración
predeterminada, con el fin de provocar el desacoplado del elemento
de válvula (18) de su asiento (20), y resulta inferior en una
segunda etapa posterior para mantener el elemento de válvula (18)
abierto, de manera que en el caso de un flujo de gas excesivo debido
a una fuga en los tubos aguas abajo con respecto a la válvula de
apertura y cierre (12), el elemento de válvula se cerrará y también
actuará como una válvula de limitación de flujo.
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