ES2262082T3 - Dispositivo inyector de combustible para un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Dispositivo inyector de combustible para un motor de combustión interna, que comprende: un cuerpo de válvula (2), que presenta una entrada (8) destinada a conectarse a una fuente de combustible a presión y una salida (9) destinada a conectarse con la admisión del motor, un obturador (12) que coopera con un asiento de válvula correspondiente, de manera que controla la comunicación entre dicha entrada (8) y dicha de salida (9), medios elásticos (13) que mantienen el obturador en su posición de cierre, un solenoide (17) que coopera con una armadura ferromagnética (18) para producir un desplazamiento del obturador (12) hacia su posición de apertura, medios de dosificación con orificio calibrado (14, 15) para la dosificación de la cantidad de combustible que sale del dispositivo inyector cuando se abre el obturador (12), en el que dichos medios de dosificación con orificio calibrado (14, 15) están separados con respecto a dicho obturador (12) y al asiento de válvula que coopera con el mismo, enel que dichos medios de dosificación con el orificio calibrado (14 15) están dispuestos corriente arriba, con respecto a la dirección del flujo de combustible, de dicho obturador (12) y del asiento de coopera con el mismo, caracterizado porque el solenoide (17) para el control del obturador (12) está dispuesto corriente abajo, con respecto a la dirección del flujo de combustible, a partir del obturador (12), y porque dicha armadura (18) está enfrentada a un extremo del solenoide (17) y es atraída contra dicho extremo cuando se excita el solenoide (17).

Description

Dispositivo inyector de combustible para un motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a dispositivos inyectores de combustible para motores de combustión interna que utilizan un combustible alternativo con respecto a la gasolina o gasóleo, como por ejemplo metano, LPG, hidrógeno u otros combustibles, tanto en estado gaseoso como líquido. Un dispositivo inyector como el que se expone en el preámbulo de la reivindicación 1, se conoce por el documento JP-A-09273451.

En los motores de combustión interna que utilizan combustibles alternativos tales como los referidos anteriormente, el combustible se introduce en el colector de admisión o en los cilindros del motor por medio de dispositivos inyectores. Dichos dispositivos inyectores se obtienen normalmente a partir de dispositivos inyectores de gasolina. Esto es debido a que los motores que utilizan combustibles alternativos no se han extendido todavía lo suficiente para justificar las grandes inversiones que requerirían el respaldar las actividades de diseño dedicadas a un nuevo tipo de dispositivo inyector. En consecuencia, los dispositivos inyectores utilizados hasta el presente en los motores alimentados por metano o LPG son el resultado de un compromiso y por lo tanto no reúnen de forma óptima los requisitos específicos relacionados con la inyección de dichos combustibles alternativos. Es decir, un requisito principal es regular el dispositivo inyector para que trabaje con presiones relativas al uso de tales combustibles, que son bastante más altas que las presiones con las que trabajan los inyectores de gasolina y gasóleo. Por ejemplo, un inyector normal de gasolina inyecta el combustible a una presión de aproximadamente 3 a 4 bar, mientras que las presiones de trabajo del LPG y del metano están ciertamente por encima de los 10 bar. Por otra parte, un dispositivo inyector para un combustible tal como el LPG o el metano no precisa reunir determinados requisitos que son específicos para la inyección de gasolina, tales como el relativo a la forma particular de la pulverización inyectada (forma de pulverización) y a su granulometría. En el caso de la inyección del metano o el LPG, son inútiles las alteraciones de los dispositivos inyectores de gasolina orientadas a obtener una forma y granulometría determinada, siendo suficiente medir la cantidad correcta de combustible durante la inyección.

El objetivo de la presente invención consiste, por tanto, en proporcionar un dispositivo inyector de combustible cuyas características son tales que le hace óptimo concretamente para la inyección de combustibles alternativos tales como el LPG o el metano, y que es al propio tiempo simple y de bajo coste.

Dado este objetivo, el objeto de la invención es un dispositivo inyector según la reivindicación 1.

En el dispositivo inyector según la invención existe una separación de la función de medición del combustible, que se realiza a través de medios de dosificación con un orificio calibrado, a partir de la función de obturación, que realiza el obturador en su posición de cierre La principal ventaja de esta característica es que hace posible explotar otro importante artificio, que es asimismo un objeto de la invención, esto es, dichos medios de dosificación con orificio calibrado están dispuestos corriente arriba, con respecto al flujo de combustible del dispositivo, del obturador mencionado y su asiento de válvula. Gracias a este artificio en el dispositivo según la invención, el control de solenoide del obturador se sitúa corriente abajo de los medios de dosificación mencionados, esto es en el lado de la baja presión, con lo que se asegura una acción de obturación eficiente del obturador a pesar de las presiones de suministro de combustible relativamente altas con respecto a la inyección de gasolina.

Gracias a las características mencionadas anteriormente, el dispositivo inyector según la invención puede utilizarse asimismo con presiones de inyección relativamente elevadas, por ejemplo de aproximadamente 30 bar, lo que posibilita conseguir ventajosamente cortos tiempos de inyección, cortos tiempos de respuesta de los transistores del motor, una regulación eficiente y una optimización de las estrategias para el control y reducción de las emisiones contami-
nantes.

El dispositivo inyector según la invención se caracteriza asimismo por una función de seguridad intrínseca, puesto que en caso de fallos en el funcionamiento se mantiene el suministro de presión en posición cerrada y puede por tanto asegurar asimismo una obturación con presiones de hasta 200 bar.

La estructura más simple del dispositivo según la invención con respecto a un dispositivo inyector "derivado del de gasolina" permite asimismo reducir su tamaño, particularmente en dirección axial.

Como se ha mencionado anteriormente, la disposición del solenoide en el lado de la baja presión, en donde dicha presión es de aproximadamente 1 bar, asegura el cierre hacia fuera del solenoide de manera simple y fiable.

Según una característica de la invención, el solenoide está provisto de un elemento ferromagnético desplazable para el control del obturador, elemento que incluye una armadura orientada hacia un extremo del solenoide, que es atraída por dicho extremo cuando se excita el mismo. En un ejemplo de forma de realización, dicha armadura está provista de un pivote dispuesto a través del solenoide y que empuja el obturador hacia su posición abierta cuando el solenoide está excitado. En otra forma de realización, la armadura está conectada directamente con el cuerpo del obturador y lo "empuja" hacia su posición abierta cuando se excita el solenoide.

Los medios de dosificación con un orificio calibrado están constituidos generalmente por un disco o casquillo, con un orificio calibrado para la dosificación del combustible, disco o casquillo que está situado dentro del cuerpo de la válvula. Dicho montaje puede realizarse de cualquiera de las formas conocidas, pero en aras de la simplicidad puede realizarse utilizando, por ejemplo, un muelle que sujete el disco o casquillo dentro de un asiento dispuesto en el cuerpo de la válvula.

Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la descripción siguiente haciendo referencia a los dibujos adjuntos, a título de ejemplos no limitativos, en los cuales

la Figura 1 es una vista en sección de un dispositivo de inyección según una primera forma de realización de la invención,

la Figura 2 es una vista en perspectiva de un detalle de la Figura 1,

la Figura 3 ilustra una variante de la forma de realización de la Figura 1, y

la Figura 4 ilustra una segunda forma de realización del dispositivo según la invención.

Haciendo referencia a la Figura 1, la referencia numérica 1 indica de forma global un dispositivo inyector de combustible para un motor de combustión interna, realizado según la presente invención que reúne de manera óptima los requisitos determinados relativos a la inyección específica de un combustible tal como, por ejemplo, el LPG o el metano. El dispositivo 1 comprende un cuerpo de válvula 1, que en el ejemplo representado en la figura comprende un elemento cilíndrico 3 montado con la interposición de una junta de obturación 5 dentro de un elemento en forma de vaso 4 y situado axialmente entre dicho elemento en forma de vaso y la pared del fondo 6 de un soporte de alojamiento 7. El dispositivo comprende una conexión de entrada 8 que sobresale a través de una abertura de la pared 6, y una conexión de salida 9 definida por el mencionado elemento en forma de vaso 4, que presenta un canal 9a.

Siguiendo con el ejemplo representado en la figura, la entrada 8 y la salida 9 del dispositivo comunican entre sí a través de un paso que incluye el canal axial 10 dentro de la conexión 8, un orificio axial 11 situado dentro del elemento 3, y el conducto de salida definido por la conexión 9.

La comunicación entre la entrada 8 y la salida 9 se controla mediante un obturador 12 en forma de disco con ranuras periféricas 12a para el paso del fluido (Figura 2). El obturador 12 coopera con un asiento de válvula constituido por una superficie de tope de forma anular definida en la pared del orificio 11 del elemento 3. El obturador es presionado contra dicho asiento de válvula por la acción de un muelle helicoidal 13 situado entre el obturador 12 y un disco 14 fijo en un asiento correspondiente dispuesto en el orificio interior 11 del elemento 3. El disco 14 presenta un orificio calibrado 15 que actúa como dosificador de combustible durante la inyección. En el ejemplo representado en la figura, dicho disco se mantiene contra su asiento por otro disco de forma anular 15 que es presionado asimismo por un extremo redondeado interior del elemento tubular que establece la conexión 8. Dicho elemento está bloqueado en su posición mediante un casquillo provisto de rosca 16 que se acopla dentro de un correspondiente taladro roscado del elemento 3.

La referencia numérica 17 indica un solenoide destinado al control del obturador 12. Dicho solenoide está alojado dentro de un asiento anular dispuesto en el extremo inferior (con referencia al dibujo) del elemento 3 y coopera con un elemento móvil ferromagnético constituido por una armadura 18, básicamente en forma de disco de un diámetro exterior ligeramente inferior al diámetro interior del elemento en forma de vaso 4 y orientado hacia el extremo inferior del solenoide 17. La armadura 18 está solicitada por un muelle 19 hacia su posición de reposo inferior, y es atraída contra el elemento 3, venciendo la acción del muelle 19, cuando se excita el solenoide 17. La armadura 18 está asociada a una barra 20 que pasa a través del orificio interior 11 del elemento 3 y que empuja con su extremo superior el obturador 12 hacia una posición de apertura venciendo la acción del muelle 13, cuando se excita el solenoide 17.

Como resulta evidente a partir de la descripción anterior, en el dispositivo de inyección representado en la Figura 1, la función de dosificación del combustible la desempeña el disco 14 con el orificio calibrado 15, que es un elemento independiente con respecto al obturador 12, desempeñando inversamente este último la función de obturación cuando la válvula está cerrada. Además, el solenoide 17 y la armadura 18 están dispuestos corriente abajo, con respecto al orificio calibrado 15, en la dirección del flujo de combustible, es decir, en el lado de baja presión (por ejemplo de aproximadamente 1 bar), lo que posibilita la obtención de las ventajas citadas anteriormente referidas a la reducción del esfuerzo requerido para el control del obturador 12. De este modo puede asegurarse la función de cierre del obturador a pesar de las presiones de trabajo mucho más elevadas que en el caso de la inyección de gasolina. Las características peculiares mencionadas de la invención afectan asimismo a la reducción del tamaño general del dispositivo, especialmente en dirección axial. Además, el dispositivo presenta una característica intrínseca de seguridad, puesto que en el caso de un fallo de la acción de obturación se aseguran las presiones elevadas de hasta aproximadamente 200 bar. Evidentemente, la posibilidad de trabajar con presiones de obturación elevadas, por ejemplo comprendidos en el intervalo entre 10 y 30 bar, posibilita la reducción de los tiempos de inyección y por tanto reduce asimismo los tiempos de repuesta de los transistores del motor con una regulación más eficiente y una optimización de las estrategias de control y reducción de las emisiones contaminantes.

Haciendo todavía referencia a la Figura 1, debe destacarse que cuando el obturador 12 se encuentra en posición abierta, el combustible fluye a través del canal 10 de la conexión 8, a través del orificio calibrado 15 y finalmente a través del orificio interior 11 del elemento 3 hasta que alcanza el canal de salida 9a que fluye a través de los orificios o pasos dispuestos en la armadura 18 (no representados en la figura).

La Figura 3 se refiere a una variante de constitución del dispositivo inyector representado en la Figura 1. En dicha figura, los elementos que corresponden a los de la Figura 1, son identificados con los mismos números de referencia. Aparte de la estructura diferente del cuerpo de válvula, como resulta evidente a partir de los dibujos, la diferencia principal consiste en que el dispositivo de la Figura 3 está provisto de un obturador esférico que coopera con un asiento de válvula cónico 12b. Por lo que se refiere a todos los demás elementos, la forma de realización de la Figura 3, es igual en su funcionamiento a la de la Figura 1, a excepción de la diferente forma de los diversos elementos que constituyen el dispositivo.

Finalmente, la Figura 4 ilustra otra forma de realización en la que el eje del solenoide 17, en lugar de coincidir con el eje común de las conexiones de entrada y salida 8, 9, como es el caso de las Figuras 1 y 3, es ortogonal al mismo. Asimismo, en la Figura 4, los componentes que corresponden a los representados en la Figuras 1 y 3 son identificados con los mismos números de referencia. Como puede apreciarse en la figura, las conexiones 8, 9 están definidas por unos elementos montados en las caras opuestas del elemento 3, mientras que el solenoide 17 con sus extremos 17a está dispuesto dentro de un cuerpo 33 alojado en un asiento cilíndrico definido por el elemento 3 y bloqueado en su posición mediante un nuevo elemento 31 montado sobre el elemento 3. Un elemento de cierre 30 de la cavidad interior 11 está fijado, por ejemplo mediante unión por rosca, dentro del extremo del elemento 3 opuesto al elemento 31. Dicha cavidad se encuentra en comunicación directa con el canal 10 de la conexión de entrada 8 y está enfrentada a un casquillo 14 que presenta el orificio dosificador calibrado 15, casquillo que se mantiene en su posición mediante un muelle 34 situado entre el casquillo 14 y el elemento de cierre 30. El orificio calibrado 15 termina por su parte superior en una cavidad ensanchada del casquillo 14, que actúa como asiento del obturador 12, básicamente esférico y conectado directamente a la armadura 18. Esta última está controlada por el solenoide 17, que está montado cómo ya se ha indicado, dentro del elemento 3 en tal posición que el eje del solenoide es ortogonal al eje del canal 10 de la conexión de entrada 8, y -tal como puede apreciarse- al eje del canal de la conexión de salida 9. Cuando se excita el solenoide, el mismo atrae la armadura 18 "tirando" del obturador 12 hacia arriba, con lo que abre la comunicación entre la cavidad 11 y un orificio 32 que comunica con el canal 9a de la salida 9, que es coaxial con el canal 10, en el lado opuesto del elemento 3.

Como resulta evidente, la forma de realización de la Figura 4 conserva todas las ventajas referidas anteriormente a pesar de las diferentes forma y disposición de los elementos que constituyen el dispositivo.

Claims (8)

1. Dispositivo inyector de combustible para un motor de combustión interna, que comprende:

un cuerpo de válvula (2), que presenta una entrada (8) destinada a conectarse a una fuente de combustible a presión y una salida (9) destinada a conectarse con la admisión del motor,

un obturador (12) que coopera con un asiento de válvula correspondiente, de manera que controla la comunicación entre dicha entrada (8) y dicha de salida (9),

medios elásticos (13) que mantienen el obturador en su posición de cierre,

un solenoide (17) que coopera con una armadura ferromagnética (18) para producir un desplazamiento del obturador (12) hacia su posición de apertura,

medios de dosificación con orificio calibrado (14, 15) para la dosificación de la cantidad de combustible que sale del dispositivo inyector cuando se abre el obturador (12),

en el que dichos medios de dosificación con orificio calibrado (14, 15) están separados con respecto a dicho obturador (12) y al asiento de válvula que coopera con el mismo,

en el que dichos medios de dosificación con el orificio calibrado (14 15) están dispuestos corriente arriba, con respecto a la dirección del flujo de combustible, de dicho obturador (12) y del asiento de coopera con el mismo,

caracterizado porque el solenoide (17) para el control del obturador (12) está dispuesto corriente abajo, con respecto a la dirección del flujo de combustible, a partir del obturador (12), y

porque dicha armadura (18) está enfrentada a un extremo del solenoide (17) y es atraída contra dicho extremo cuando se excita el solenoide (17).

2. Dispositivo inyector según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha armadura (18) está conectada rígidamente con el obturador (12) y está dispuesta de manera que empuja dicho obturador hacia su posición de apertura cuando se excita el solenoide (17).

3. Dispositivo inyector según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha armadura (18) está provista de una barra (20) para empujar el obturador (2) hacia su posición de apertura cuando se excita el solenoide (17).

4. Dispositivo inyector según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha entrada (8) y dicha salida (9) están alineadas básicamente sobre el mismo eje, que coincide sustancialmente con el eje del solenoide (17).

5. Dispositivo inyector según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha entrada (8) y dicha salida (9) se encuentran alineadas básicamente sobre un eje ortogonal al eje del solenoide (17).

6. Dispositivo inyector según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios de dosificación con el orificio calibrado comprenden un disco o casquillo (14) con un orificio axial que comprende por lo menos una parte (15) que presenta un diámetro calibrado.

7. Dispositivo inyector según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho disco o casquillo (14) está bloqueado dentro de un asiento correspondiente en el cuerpo de válvula (2).

8. Dispositivo inyector según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho disco o casquillo (14) se mantiene en su asiento dentro del cuerpo de válvula por medio de un muelle (13, 34).