ES2264501T3 - Valvula de inyeccion de combustible. - Google Patents
Valvula de inyeccion de combustible.Info
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Abstract
Una válvula (1) de inyección de combustible, provista de una válvula de control (8) que es desplazada con el fin de controlar una presión en el interior de una cámara de presión (5), que actúa sobre una válvula (4) de orificio de chorro, un dispositivo de accionamiento (17), que genera una fuerza de funcionamiento destinada a desplazar la válvula de control (8), y unos medios de soporte elásticos (22, 22¿), que soportan elásticamente la válvula de control (8) en oposición a la fuerza de funcionamiento, en la cual el dispositivo de accionamiento (17) es capaz de modificar la fuerza de funcionamiento controlando una magnitud de control, los medios de soporte elásticos (22, 22¿) son desplazados conjuntamente con la válvula de control (8), de acuerdo con el incremento de la fuerza de funcionamiento, la válvula de control (8) contacta a tope con un miembro de tope (23) cuando se hace que la válvula de control (8) se desplace hasta una posición intermedia escogida, y el miembro de tope (23) es empujado por la acción de una fuerza de empuje establecida, generada por un miembro elástico (24) separado de los medios de soporte elásticos (22, 22¿), actuando esta fuerza de empuje en el sentido opuesto al de la fuerza de funcionamiento que actúa antes del desplazamiento del miembro de tope (23).
Description
Válvula de inyección de combustible.
La invención se refiere a una válvula de
inyección de combustible.
Una válvula de inyección de combustible se
utiliza para suministrar combustible a un motor de combustión
interna o similar. En general, la válvula de inyección de
combustible está dotada de una válvula de orificio de chorro que es
capaz de desplazarse en una dirección axial dentro de la válvula de
inyección de combustible. Esta válvula de orificio de chorro tiene
una porción de extremo destinada abrir y cerrar el orificio de
chorro, así como una porción de base, situada en el lado opuesto al
de la porción de extremo. Cuando la válvula se cierra, se aplica a
la porción de base una elevada presión de combustible contenida en
una cámara de presión.
Cuando se abre el orificio de chorro con el uso
de la válvula de orificio de chorro, se reduce, en primer lugar, la
presión del fluido contenido en la cámara de presión. Como
consecuencia de ello, en contraste con la elevada presión de
combustible que aún se está aplicando a la porción de extremo de la
válvula de orificio de chorro, la presión aplicada sobre la porción
de base de la válvula de orificio de chorro decrece. Debido a esta
diferencia de presiones, se aporta energía a la válvula de orificio
de chorro, en un sentido de apertura y venciendo la resistencia de
un muelle o resorte de cierre, el cual carga o proporciona energía a
la válvula de orificio de chorro según un sentido de cierre. De
esta forma, la válvula de orificio de chorro se desplaza según el
sentido de apertura y el orificio de chorro de abre.
A la hora de cerrar el orificio de chorro
utilizando la válvula de orificio de chorro, en primer lugar, se
eleva la presión del combustible dentro de la cámara de presión.
Cuando se elimina la diferencia de presiones entre las respectivas
presiones de fluido aplicadas en la porción de extremo y en la
porción de base de la válvula de orificio de chorro, la válvula de
orificio de chorro es desplazada en un sentido de cierre por el
resorte de cierre, y el orificio de chorro se cierra.
En una válvula de inyección de combustible
normal, es necesaria una válvula de control para controlar la
presión de fluido dentro de la cámara de presión, con el fin de
abrir y cerrar la válvula de orificio de chorro de la manera que se
ha descrito anteriormente. La válvula de control que se describe en
el documento USP (Patente norteamericana) Nº 5.779.149 se hace
funcionar por medio de un dispositivo de accionamiento de
electro-estricción. En este documento de la técnica
relacionada, la válvula de control no se hace funcionar directamente
por la extensión del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción. En su lugar, se interpone una
cámara de fluido entre un pistón de gran diámetro, dispuesto en el
lado del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción, y un pistón de pequeño
diámetro, dispuesto en el lado de la válvula de control. Se
transforma una cantidad o magnitud de extensión del dispositivo de
accionamiento de electro-estricción, en la cámara de
fluido, en una fuerza de empuje que actúa como fuerza de
accionamiento. Esta fuerza de empuje se transmite, a continuación,
a la válvula de control.
Es de destacar que, si se utiliza este tipo de
válvula de inyección de combustible en un motor diesel, se ha de
modificar de tal manera que la velocidad de ascenso de la válvula de
orificio de chorro se haga variar de modo que tenga al menos dos
etapas o pasos. Al hacer esto, es posible cambiar la velocidad de
inyección en el momento de inyectar el combustible, y, de esta
forma, es posible lograr las inyecciones apropiadas de combustible,
de acuerdo con las condiciones de la conducción. A la hora de abrir
la válvula de orificio de chorro, esto puede realizarse si la
presión en el interior de la cámara de presión se reduce en dos
etapas. Con el fin de reducir de este modo la presión en la cámara
de presión, es necesario idear cambios en el paso del flujo de
salida del combustible desde la cámara de presión, y controlar el
desplazamiento de la válvula de control de tal manera que se
produzca un desplazamiento cuando la válvula se cierra, y un
desplazamiento en dos pasos cuando la válvula se abre. En otras
palabras, la válvula de control ha de ser controlada de tal forma
que se produzcan desplazamientos en tres pasos.
La técnica relacionada que se ha descrito hasta
ahora ha mostrado que es posible conseguir fácilmente el hecho de
desplazar una válvula de control en desplazamientos de dos pasos,
entre cero y unos desplazamientos máximos, al hacer topar,
respectivamente, la válvula de control contra dos porciones de
asiento enfrentadas entre sí. En consecuencia, si se efectuasen las
modificaciones encaminadas a que la válvula de control pudiera
mantenerse en una posición de desplazamiento intermedio para la que
la válvula de control no topase o se asentase en ninguna de las
porciones de asiento, sería posible realizar desplazamientos en tres
pasos.
Un dispositivo de accionamiento de
electro-estricción o un dispositivo de accionamiento
magnético es capaz de cambiar una fuerza de funcionamiento
modificando una magnitud de control. Sin embargo, la fuerza de
funcionamiento generada se altera con facilidad dependiendo de las
condiciones de temperatura y factores similares. Como consecuencia
de ello, no es posible llevar a cabo con precisión un control tal
que la válvula de control presente un desplazamiento intermedio,
sólo con el uso del control proporcionado por la magnitud de control
del dispositivo de accionamiento.
En consecuencia, es un objeto de la invención
proporcionar una válvula de inyección de combustible que pueda
controlar de forma precisa una válvula de control de forma que
presente un desplazamiento intermedio escogido.
De acuerdo con una realización de la invención
proporcionada a modo de ejemplo, se proporciona una válvula de
inyección de combustible que incluye una válvula de control, un
dispositivo de accionamiento y unos medios de soporte elásticos. En
esta válvula de inyección de combustible, la válvula de control es
desplazada con el fin de controlar una presión dentro de una cámara
de presión, que actúa sobre una válvula de orificio de chorro, el
dispositivo de accionamiento genera una fuerza de funcionamiento
para desplazar la válvula de control, y los medios de soporte
elásticos soportan elásticamente la válvula de control en oposición
a la fuerza de funcionamiento. Además, el dispositivo de
accionamiento es capaz de modificar la fuerza de funcionamiento
controlando una magnitud de control, y los medios de soporte
elásticos son desplazados conjuntamente con la válvula de control
de acuerdo con el incremento de la fuerza de funcionamiento. Además,
la válvula de control contacta a tope con un miembro de tope cuando
la válvula de control es desplazada hasta una posición de
desplazamiento intermedia seleccionada. El miembro de tope es
empujado por una fuerza de empuje de ajuste generada por un miembro
elástico independiente de los medios de soporte elásticos, de tal
manera que esta fuerza de empuje actúa en el sentido opuesto a la
fuerza de funcionamiento, antes del desplazamiento del miembro de
tope.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, en la válvula de inyección de combustible, el dispositivo
de accionamiento es, preferiblemente, un dispositivo de
accionamiento de electro-estricción. Además, se ha
dispuesto preferiblemente, entre la válvula de control y el
dispositivo de accionamiento de electro-estricción,
una cámara de fluido destinada a convertir una magnitud de extensión
del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción en una fuerza de empuje que
actúa como la fuerza de funcionamiento. Además, la cámara de fluido
y un paso de combustible a alta presión de la válvula de inyección
de combustible se encuentran, preferiblemente, comunicados por un
paso de comunicación, y se ha dispuesto preferiblemente, en el paso
de comunicación, una válvula de retención que tan solo permite el
flujo de combustible en dirección a la cámara de fluido.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, en la válvula de inyección de combustible se ha
insertado, preferiblemente, un miembro de pasador en el paso de
comunicación, y se suministra, preferiblemente, a la cámara de
fluido combustible a alta presión contenido en el paso de
combustible a alta presión, el cual ha visto reducida su presión
como consecuencia del paso en torno al miembro de pasador. Por otra
parte, se ha formado preferiblemente una acanaladura de tal manera
que se extiende alrededor de la circunferencia del miembro de
pasador, en una dirección circunferencial.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, se han formado preferiblemente, en la válvula de
inyección de combustible, una primera cámara de fluido y una segunda
cámara de fluido que están enfrentadas una a otra. Por otra parte,
el dispositivo de accionamiento es, de preferencia, el dispositivo
de accionamiento de electro-estricción, y la
segunda cámara de fluido está dispuesta, preferiblemente, entre el
dispositivo de accionamiento de electro-estricción,
para convertir la magnitud de extensión del dispositivo de
accionamiento de electro-estricción en la fuerza de
empuje que actúa como fuerza de funcionamiento, y la válvula de
control. Es más, las presiones de fluido en el interior de la
primera cámara de fluido y de la segunda cámara de fluido son
preferiblemente iguales cuando la magnitud de extensión del
dispositivo de accionamiento de electro-estricción
es
cero.
cero.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, en la válvula de inyección de combustible, el combustible
a alta presión procedente de un paso de combustible a alta presión
de la válvula de inyección de combustible, se suministra,
preferiblemente, a la primera cámara de fluido y a la segunda cámara
de fluido, una vez que se ha reducido la presión del combustible a
alta presión.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, en la válvula de inyección de combustible, el fluido a
alta presión procedente del paso de combustible a alta presión de la
válvula de inyección de combustible se suministra, preferiblemente,
a la primera cámara de fluido y a la segunda cámara de fluido.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, en la válvula de inyección de combustible, un área de
recepción de presión situada en la válvula de control, dentro de la
primera cámara de fluido, que recibe presión directa o
indirectamente, se ajusta de modo que sea igual a un área de
recepción de presión situada en la válvula de control, dentro de la
segunda cámara de fluido, que recibe presión directa o
indirectamente.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, en la válvula de inyección de combustible se disponen,
preferiblemente, la primera cámara de fluido y la segunda cámara de
fluido que se encuentran enfrentadas una a otra. Por otra parte, el
dispositivo de accionamiento consiste, preferiblemente, en el
dispositivo de accionamiento de electro-estricción,
y la segunda cámara de fluido se dispone, preferiblemente, entre el
dispositivo de accionamiento de electro-estricción,
para convertir la magnitud de extensión del dispositivo de
accionamiento de electro-estricción en la fuerza de
empuje que actúa como fuerza de funcionamiento, y la válvula de
control. Por otra parte, una presión de fluido en el interior de la
primera cámara de fluido se mantiene, preferiblemente, en una
presión casi constante que no ejerce substancialmente ningún impacto
en el movimiento de la válvula de control y que se ajusta de modo
que sea igual o menor que una presión de fluido contenida en la
segunda cámara de fluido.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, se prefiere que el fluido a baja presión se suministre a
la primera cámara de fluido desde un paso de fluido de baja presión
de la válvula de inyección de combustible.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, en la válvula de inyección de combustible, el área de
recepción de presión situada en la válvula de control, dentro de la
segunda cámara de fluido, que recibe presión directa o
indirectamente, se ajusta de modo que sea mayor que el área de
recepción de presión situada en la válvula de control, dentro de la
primera cámara de fluido, que recibe presión directa o
indirectamente.
La válvula de inyección de combustible de
acuerdo con la invención está dotada de la válvula de control, la
cual es desplazada con el fin de controlar una presión en el
interior de la cámara de presión, que actúa sobre la válvula de
orificio de chorro, el dispositivo de accionamiento que genera la
fuerza de funcionamiento para desplazar la válvula de control, y
los medios de soporte elásticos, que soportan elásticamente la
válvula de control en oposición a la fuerza de funcionamiento. El
dispositivo de accionamiento puede modificar la fuerza de
funcionamiento mediante el control de la magnitud de control, y los
medios de soporte elásticos son desplazados conjuntamente con la
válvula de control, de acuerdo con el incremento de la fuerza de
funcionamiento. Cuando la válvula de control es desplazada hasta
una posición intermedia escogida, ésta contacta a tope con el
miembro de tope. Este miembro de tope es empujado por la fuerza de
empuje de ajuste, generada por el miembro elástico, que es
independiente de los medios de soporte elásticos, de tal manera que
esta fuerza de empuje actúa en el sentido opuesto al de la fuerza
de funcionamiento, antes del desplazamiento del miembro de tope.
Como consecuencia de ello, con el fin de
desplazar adicionalmente la válvula de control desde la posición de
desplazamiento intermedio, es necesario vencer o desequilibrar la
fuerza de empuje que actúa sobre el miembro de tope debido al
miembro elástico, de tal manera que esto desplaza también el miembro
de tope. En otras palabras, incluso si se modifica la fuerza de
funcionamiento, la válvula de control, conjuntamente con el miembro
de tope, no se desplaza de la posición de desplazamiento intermedio
hasta que esta fuerza de empuje es desequilibrada. Esto significa
que es posible ajustar con precisión la válvula de control hasta una
posición de desplazamiento intermedio, mediante el ajuste de la
fuerza de funcionamiento del dispositivo de accionamiento de tal
manera que ésta se encuentre comprendida en un intervalo entre una
fuerza de funcionamiento que hace contactar a tope la válvula de
control con el miembro de tope, y una fuerza de funcionamiento que
desequilibra la fuerza de empuje anteriormente mencionada. Incluso
si la fuerza de funcionamiento real del dispositivo de accionamiento
varía ligeramente con respecto a la magnitud de control, resulta
fácil ajustar la fuerza de funcionamiento dentro del intervalo
anteriormente mencionado. Al hacer esto, es posible controlar de
manera fiable la válvula de control y escoger la posición de
desplazamiento intermedio controlando la magnitud de control del
dispositivo de accionamiento.
Los anteriores y otros objetos, características,
ventajas e implicaciones técnicas e industriales de esta invención
se comprenderán mejor a través de la lectura de la siguiente
descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención,
al considerarla en relación con los dibujos que se acompañan, en los
cuales:
la Figura 1 es una vista en sección transversal
de una válvula de inyección de combustible de acuerdo con una
primera realización de la invención;
la Figura 2 es una figura que ilustra el
funcionamiento de una válvula de control y de una válvula de
orificio de chorro de la válvula de inyección de acuerdo con la
primera realización de la invención, en la cual la referencia (A)
muestra la válvula de control cuando presenta un desplazamiento
nulo, la referencia (B) muestra la válvula de control cuando
presenta un desplazamiento intermedio, y la referencia (C) muestra
la válvula de control cuando presenta un desplazamiento máximo;
la Figura 3 es un gráfico que muestra la
relación existente entre una fuerza de empuje que actúa como una
fuerza de funcionamiento de la válvula de inyección de combustible,
y el desplazamiento de la válvula de control, de acuerdo con la
primera realización de la invención;
la Figura 4 es una vista en sección transversal
que muestra una válvula de inyección de combustible de acuerdo con
una segunda realización de la invención;
la Figura 5 es una vista en sección transversal
que muestra una válvula de inyección de combustible de acuerdo con
una tercera realización de la invención;
la Figura 6 es un diagrama temporal que muestra
un método de inyección de combustible de las válvulas de inyección
de combustible, de acuerdo con cada realización de la invención;
la Figura 7 es un diagrama temporal que muestra
otro método de inyección de combustible de las válvulas de
inyección de combustible de acuerdo con cada realización de la
invención;
la Figura 8 es un diagrama temporal que muestra
otro método de inyección de combustible de las válvulas de
inyección de combustible de acuerdo con cada realización de la
invención;
la Figura 9 es un diagrama temporal que muestra
aún otro método de inyección de combustible de las válvulas de
inyección de combustible de acuerdo con cada realización de la
invención; y
la Figura 10 es un diagrama temporal que muestra
aún otro método de inyección de combustible de las válvulas de
inyección de combustible de acuerdo con cada realización de la
invención.
En la siguiente descripción y en los dibujos que
se acompañan, la invención se describirá con mayor detalle en los
términos de las realizaciones que se proporcionan a modo de
ejemplo.
Realización
Uno
La Figura 1 muestra una vista en sección
transversal que ilustra una válvula de inyección de combustible de
acuerdo con una primera realización. Esta válvula de inyección de
combustible inyecta directamente combustible en los cilindros de,
por ejemplo, un motor diesel o un motor de combustión interna de
inyección por bujías y del tipo de inyección en el cilindro, al
inyectar combustible a alta presión que se presuriza en un
acumulador compartido por cada uno de los cilindros. Por supuesto,
esta válvula de inyección de combustible no es de uso limitado en
dichos cilindros, sino que puede utilizarse para llevar a cabo la
inyección de combustible en, por ejemplo, una lumbrera de admisión.
El número de referencia 1 indica el cuerpo de la válvula de
inyección de combustible. Este cuerpo está dividido en cinco partes
a lo largo de un eje central, de tal manera que pueden mecanizarse
una pluralidad de canales o pasos de combustible, y similares, en
interior del cuerpo.
Una primera porción de cuerpo 1a está situada
más cerca de una punta de la válvula de inyección de combustible 1.
Un orificio de chorro 2 se ha formado en la punta de la primera
porción de cuerpo 1a. Además, una porción de un paso 3 de
combustible a alta presión, que conduce al orificio de chorro 2, se
ha formado también en la primera porción de cuerpo 1a. Por otra
parte, se ha formado también una cámara de presión 5 que se
encuentra dispuesta a tope con la porción de base del orificio de
chorro 4, a fin de abrir y cerrar el orificio de chorro 2. La
válvula 4 de orificio de chorro es de tal forma que puede cerrar el
paso 3 de combustible a alta presión en el lado del orificio de
chorro 2 situado aguas arriba de la porción de extremo. Se ha
dispuesto, dentro de la cámara de presión 5, un muelle o resorte 6
de cierre de válvula, que aporta energía o carga la válvula 4 de
orificio de chorro en un sentido de cierre. Como resultado de ello,
cuando la presión del combustible contenido en la cámara de presión
5 se hace igual a una presión de combustible dentro del paso 3 de
combustible a alta presión, la válvula 4 de orificio de chorro se
cierra por la fuerza de carga ejercida por el resorte 6 de cierre
de válvula. En consecuencia, queda bloqueada la comunicación entre
el orificio de chorro 2 y el paso 3 de combustible a alta presión,
y, por tanto, se detiene la inyección.
A continuación, en una segunda porción de cuerpo
1b situada hacia la punta de la válvula 1 de inyección de
combustible, se han formado otra porción del paso 3 de combustible a
alta presión y una primera cámara de fluido 7. A continuación de
esto, en una tercera porción de cuerpo 1c situada en dirección a la
punta de la válvula 1 de inyección de combustible, se han formado
una porción adicional del paso 3 de combustible a alta presión, y
un orificio de deslizamiento 9 de una válvula de control 8, que se
ha formado coaxialmente y que se comunica con la primera cámara de
fluido 7. A continuación, en una cuarta porción de cuerpo 1d situada
en dirección hacia la punta de la válvula 1 de inyección de
combustible, se han formado otra porción del paso 3 de fluido a
alta presión, una cámara de control 10, formada coaxialmente y que
se comunica con el orificio de deslizamiento 9, así como una
porción de un paso 11 de fluido a baja presión, que se comunica con
la cámara de control. Además, se ha formado también un orificio de
deslizamiento 13 de un pistón 12 de pequeño diámetro, formado
coaxialmente y que se comunica con la cámara de control 10.
Una quinta porción de cuerpo 1e está situada en
el extremo de la válvula 1 de inyección de combustible más cercano
al extremo de base. En la quinta porción de cuerpo 1e se han formado
una porción adicional del paso 3 de combustible a alta presión, una
porción del paso 11 de combustible a baja presión, y un orificio de
deslizamiento 15 de un pistón de gran diámetro 14, formado de tal
manera que se comunica con el orificio de deslizamiento 13 del
pistón de diámetro pequeño 12. Una porción del orificio de
deslizamiento 15 del pistón de diámetro grande 14, así como una
porción del orificio de deslizamiento 13 del pistón de diámetro
pequeño 12, constituyen una segunda cámara de fluido 16 que se
llena de combustible y se encuentra interpuesta entre el pistón de
diámetro grande 14 y el pistón de diámetro pequeño 12. Se ha
dispuesto un dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17 de tal forma que haga tope con
el lado de base del pistón de diámetro grande 14. En la segunda
cámara de fluido 16 se ha dispuesto un resorte de disco 18 que se
encarga de cargar el pistón de diámetro grande 14 en dirección
hacia el lado del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17.
El paso 3 de fluido a alta presión, situado en
el interior de la quinta porción de cuerpo 1e, tiene una lumbrera
que conduce al exterior de la válvula de inyección de combustible,
la cual está conectada, por ejemplo, a un acumulador, no mostrado,
compartido por las válvulas de inyección de combustible de todos los
cilindros. El combustible a alta presión contenido en el acumulador
se presuriza por medio de una bomba de alta presión y se suministra
a la válvula 1 de inyección de combustible. Por otra parte, el paso
11 de combustible a baja presión también está provisto de una
lumbrera que conduce al exterior de la válvula de inyección de
combustible y que está conectada, por ejemplo, a una porción de
presión atmosférica de un tanque o depósito de combustible, o
elemento similar. Una presión de combustible dentro del paso 11 de
combustible a baja presión es igual a la presión atmosférica. Estas
cinco porciones de cuerpo 1a, 1b, 1c, 1d y 1e están unidas entre sí
mediante una caja 19, de tal forma que sean herméticas al paso de
aceite.
El centro de la válvula de control 8 situado
dentro de la cámara de control 10, está configurado a partir de una
válvula 8a del lado de la punta y una válvula 8b del lado de la
porción de base, cuyos diámetros se hacen gradualmente más pequeños
en dirección al lado de punta y al lado de porción de base,
respectivamente, de la válvula 1 de inyección de combustible. Un
cilindro de válvula 20, que constituye una porción de asiento de
esta válvula 8b del lado de la porción de base, está dispuesto en la
cámara de control 10. Por otra parte, se ha proporcionado también
un anillo de ajuste 21, que contacta a tope con este cilindro de
válvula 20. Como se muestra en la Figura 1, como resultado del
hecho de que la válvula 8b de lado de la porción de base de la
válvula de control 8, contacta a tope con el cilindro de válvula 20,
la comunicación entre la cámara de control 10 y el paso 11 de
fluido a baja presión queda bloqueada. La válvula de control 8 es de
tal forma que se desliza dentro de un orificio pasante del cilindro
de válvula 10, con el uso de una porción de deslizamiento de
expansión. Se han formado unas muescas o ranuras según la dirección
axial de esta porción de deslizamiento de expansión. Cuando la
válvula 8b del lado de la porción de base de la válvula de control
se separa del cilindro de válvula 20, el interior de la cámara de
control 10 y el paso 11 de combustible a baja presión queden
comunicados a través de estas ranuras.
Por otra parte, la válvula 8a del lado de la
punta de la válvula de control 8 contacta a tope con una porción de
asiento del orificio de deslizamiento 9 de la válvula de control 8
formada en la tercera porción de cuerpo 1c, de tal manera que la
comunicación entre el orificio de deslizamiento 9 y la cámara de
control 10 puede ser bloqueada. La válvula de control 8 tiene la
porción de deslizamiento de expansión con el fin de deslizar dentro
del cilindro de válvula 20, así como otra porción de deslizamiento
de expansión. De este modo, la válvula de control 8 se desliza
coaxialmente dentro del cilindro de válvula 20 y del orificio de
deslizamiento 9. La válvula de control 8 tiene una porción de punta
8c que sobresale hacia el interior de la primera cámara de fluido 7
formada en la segunda porción de cuerpo 1b, así como una porción de
hombro 8d. La válvula de control se carga hacia el lado del
dispositivo de accionamiento de electro-estricción
17 mediante la fuerza de empuje proporcionada desde un primer
muelle o resorte 22 (al que se hace referencia también como los
medios de soporte elásticos 22), a través de la porción de punta
8c.
Además, en la primera cámara de fluido 7 se ha
dispuesto un miembro de tope 23 que rodea a la porción de hombro 8d
y tiene un orificio pasante a través del cual pasa la porción de
punta 8c de la válvula de control 8. Este miembro de tope 23
presenta una primera superficie de tope 23a que rodea al orificio
pasante y con la cual entra en contacto a tope la porción de hombro
8d de la válvula de control 8, como consecuencia del desplazamiento
de la válvula de control 8. Además, el miembro de tope 23 tiene una
segunda superficie de tope 23b que contacta a tope con una pared
interior de la primera cámara de fluido 7, en el lado del
dispositivo de accionamiento de electro-estricción
7, gracias a la fuerza de empuje de un segundo muelle o resorte
24.
La segunda cámara de fluido 16 y el paso 3 de
fluido a alta presión se encuentran comunicados por un paso de
comunicación 25. Se ha dispuesto en este paso de comunicación 25 una
válvula de retención 26, que únicamente permite el flujo del
combustible hacia la segunda cámara de fluido 16. Además, se inserta
un miembro de pasador 27 en el paso de comunicación 25. Cuando el
combustible a alta presión que se encuentra dentro del paso 3 de
combustible a alta presión pasa alrededor del miembro de pasador 27,
la presión del combustible disminuye. Además, la presión cae aún
más por efecto de un orificio 28 dispuesto en el paso de
comunicación 25. Se suministra entonces el combustible a la segunda
cámara de fluido 16. Además, el combustible que ha visto su presión
reducida de esta manera se suministra también a la primera cámara
de combustible 7 por medio de un paso en ramificación 29.
En torno a la circunferencia del miembro de
pasador 27 se ha formado una acanaladura 27a que se extiende según
una dirección circunferencial. Como resultado de ello, incluso si se
mezcla una materia extraña de tamaño diminuto, o similar, en el
seno del combustible presurizado suministrado al paso 3 de
combustible de alta presión desde el acumulador, esta materia
extraña es recogida en la acanaladura 27a cuando el combustible
presurizado pasa en torno al miembro de pasador 27 existente en el
paso de comunicación 25. En consecuencia, la materia extraña no
fluye al interior de la primera cámara de fluido 7 ni de la segunda
cámara de fluido 16, y el funcionamiento tanto del miembro de tope
23, situado en la primera cámara de fluido 7, como del pistón de
diámetro pequeño 12 y del pistón de diámetro grande 14, situados en
la segunda cámara de fluido 16, no se ve obstaculizado por materia
extraña.
El paso de comunicación 25 que hace disminuir la
presión del combustible presurizado procedente del paso 3 de
combustible a alta presión, y suministra éste a la primera cámara de
fluido 7 y a la segunda cámara de fluido 16, está conectado al paso
11 de combustible a baja presión a través de un orificio 30.
Dependiendo de la cantidad de combustible que fluye hacia el paso
11 de combustible a baja presión a través del orificio 30, la
presión del combustible suministrado a la primera cámara de fluido 7
y a la segunda cámara de fluido 16 se mantiene en un valor de
presión de ajuste que es igual o superior a la presión atmosférica.
El paso 11 de combustible a baja presión suministra combustible a
baja presión para la lubricación de la circunferencia de una junta
tórica de deslizamiento 31 perteneciente al pistón de diámetro
grande 14.
La Figura 2 muestra secciones transversales de
la zona en torno a la válvula de control 8, con el fin de ilustrar
un control de desplazamiento de la válvula de control 8 en la
válvula de inyección de combustible. La Figura 2(A) muestra,
como la Figura 1, la válvula de inyección de combustible cuando la
válvula de control 8 tiene un desplazamiento nulo. En este
instante, no se aplica ninguna tensión al dispositivo de
accionamiento de electro-estricción 17 y, de esta
forma, la magnitud de su extensión es cero. En consecuencia, la
presión del combustible contenido en la segunda cámara de fluido 16
es la presión de combustible del combustible suministrado desde el
paso de comunicación 25, y es igual a la presión de combustible
dentro de la primera cámara de fluido 7. Por otra parte, un área de
recepción de presión situada en la válvula de control 8, dentro de
la segunda cámara de fluido 16, que recibe indirectamente la
presión a través del pistón de diámetro pequeño 12, esto es, el
área del pistón de diámetro pequeño 12 situada en el lado de la
segunda cámara de fluido 16, y el área de recepción de presión
situada en la válvula de control, dentro de la primera cámara de
fluido 7, que recibe directamente la presión, es decir, el área en
sección transversal de la porción de deslizamiento de expansión de
la válvula de control 8 con respecto al orificio de deslizamiento 9
de la tercera porción de cuerpo 1c, son iguales. En consecuencia,
en este instante, las fuerzas de empuje opuestas entre sí que se
reciben en la válvula de control 8 desde el combustible contenido
en la primera cámara de fluido 7 y desde el combustible contenido
en la segunda cámara de fluido 16, se hacen iguales.
Cuando la válvula de control 8 se desplaza hacia
el lado del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17 en virtud de la fuerza de
empuje ejercida por el primer resorte 22 dispuesto dentro de la
primera cámara de fluido 7, la válvula 8b del lado de la porción de
base contacta a tope con el cilindro de válvula 20 y, de esta
forma, se bloquea la comunicación entre la cámara de control 10 y el
paso 11 de combustible a baja presión. También en este instante, el
primer resorte 22 es desplazado y comprimido de tal manera que se
aplica una primera fuerza de empuje de ajuste, ejercida por el
primer resorte 22, a la válvula de control 8. El paso 3 de
combustible a alta presión está en comunicación tanto con la cámara
de control 10, a través de un orificio 32, como con la cámara de
presión 5, a través de un orificio 33.
De esta manera, la comunicación entre la cámara
de control 10 y el paso 11 de combustible a baja presión queda
bloqueada, y la presión del combustible dentro de la cámara de
control 10 y de la cámara de presión 5 se hace igual a la presión
de combustible elevada que existe dentro del paso 3 de combustible a
alta presión, tal como se indica por el sombreado de comprobación.
Normalmente, la alta presión del combustible contenido en el paso 3
de combustible a alta presión se aplica al lado de punta de la
válvula 4 de orificio de chorro. Sin embargo, cuando la presión de
fluido dentro de la cámara de presión 5 llega a ser igual a esta
presión de fluido elevada, las fuerzas de empuje aplicadas en el
lado de la punta y en el lado de la porción de base de la válvula 4
de orificio de chorro se hacen iguales entre sí. La válvula 4 de
orificio de chorro se cierra por la acción del resorte 6 de cierre
de válvula, dispuesto dentro de la cámara de presión 5, y no se
produce inyección de combustible desde el paso 3 de combustible a
alta presión, a través del orificio de chorro 2.
La cámara de presión 5 está en comunicación con
la cámara de control 10 a través de un orificio 34, y con el
orificio de deslizamiento 9 a través de un orificio 35. Cuando la
válvula de control 8 tiene un desplazamiento nulo, el orificio de
deslizamiento 9 y la cámara de control 10 están en comunicación
entre sí. En este momento, la presión del fluido contenido en el
orificio de deslizamiento 9 también se hace igual a la presión
elevada del combustible contenido en el paso 3 de combustible a
alta presión, tal y como se indica por el sombreado de
comprobación.
Cuando se aplica una tensión al dispositivo de
accionamiento de electro-estricción 17, éste se
extiende. De esta forma, la presión del combustible dentro de la
segunda cámara de fluido 16 se incrementa, y la válvula de control
8 es desplazada al tiempo que opone resistencia a la fuerza de
empuje ejercida por el primer resorte 22. Si se incrementa la
tensión aplicada, la válvula de control se desplaza adicionalmente,
y la porción de hombro 8d de la válvula de control 8 contacta a
tope con la primera superficie de tope 23a del miembro de tope 23,
tal como se muestra en la Figura 2 (B).
En este instante, el segundo resorte 24 es
desplazado y comprimido de tal manera que se aplica una segunda
fuerza de empuje de ajuste al miembro de tope 23, por parte del
segundo resorte 24. Con el fin de desplazar adicionalmente la
válvula de control 8, se hace necesario desplazar el miembro de tope
23 en contra de la resistencia de la fuerza de empuje ejercida por
el segundo resorte 24. Como resultado de ello, la tensión aplicada
se eleva adicionalmente, lo que incrementa aún más la presión del
combustible dentro de la segunda cámara de fluido 16. Sin embargo,
incluso si se incrementa la fuerza de empuje que se aplica a la
válvula de control 8 a través de la segunda cámara de fluido 16,
hasta que esta fuerza de empuje desequilibra la segunda fuerza de
empuje de ajuste del miembro de tope 23, el miembro de tope 23 no es
desplazado, y, en consecuencia, la válvula de control 8 tampoco es
desplazada.
En este instante, la válvula de control 8 se
mantiene en la posición de desplazamiento intermedio, en la cual la
válvula 8b del lado de la porción de base de la válvula de control 8
está separada del cilindro de válvula 20. De esta forma, la cámara
de control 10 y el paso 11 de combustible a baja presión se
comunican entre sí, y la válvula 8a del lado de la punta de la
válvula de control 8 no bloquea el orificio de deslizamiento 9. De
este modo, la presión de fluido en el interior de la cámara de
control 10 se reduce hasta la presión atmosférica en el interior
del paso 11 de combustible a baja presión. En este momento, una
cierta cantidad del combustible a alta presión fluye al exterior,
hacia la cámara de control 10, a través del orificio 34, y, al igual
que ésta, una cierta cantidad del combustible a alta presión fluye
al exterior, hacia la cámara de control 10, desde el orificio de
deslizamiento 9, a través del orificio 35. Por otra parte, una
cierta cantidad del combustible a alta presión procedente del paso
3 de combustible a alta presión fluye al exterior de la cámara de
presión 5, a través del orificio 33. Cuando la cantidad de flujo
total de combustible al exterior es mayor que la cantidad de flujo
total de combustible entrante, la presión de fluido en el interior
de la cámara de presión 5, que se encuentra dentro de la zona de
puntos que se indica en la Figura, disminuye a una velocidad de
acuerdo con la diferencia entre la magnitud del flujo total
saliente de combustible y la magnitud del flujo total entrante de
combustible, es decir, con la cantidad relativa de flujo saliente de
combustible.
De esta forma, la presión del combustible dentro
de la cámara de presión 5 se ve reducida hasta una presión
predeterminada, y la válvula de orificio de chorro 4 comienza a
abrirse cuando una fuerza de empuje total en el sentido de cierre
de la válvula (que incluye la fuerza de empuje generada por el
resorte 6 de cierre de válvula), ejercida sobre la válvula 4 de
orificio de chorro, se hace una fracción más pequeña que una fuerza
de empuje total en el sentido de apertura de la válvula. Como
resultado de ello, el combustible a alta presión contenido en el
paso 3 de combustible a alta presión es inyectado a través del
orificio de chorro 2. Puesto que la capacidad volumétrica de la
cámara de presión 5 disminuye conjuntamente con la apertura de la
válvula 4 de orificio de chorro, con el fin de abrir aún más la
válvula 4 de orificio de chorro es necesario que se lleve a cabo el
flujo relativo de combustible al exterior de tal manera que la
presión de combustible dentro de la cámara de presión 5 se
mantenga, al menos, igual a la presión predeterminada. (En rigor,
puesto que el área de recepción de presión que recibe la presión
elevada en el lado de la punta de la válvula 4 de orificio de
chorro, en el instante de la apertura de la válvula, se incrementa,
es posible mantener la válvula en una posición abierta, incluso si
la presión del combustible contenido en la cámara de presión 5 es
mayor que la presión predeterminada, gracias al incremento de la
fuerza de empuje en el sentido de la apertura.) De este modo, la
velocidad de apertura de válvula de la válvula 4 de orificio de
chorro se incrementa a medida que se incrementa el flujo relativo
de salida de combustible.
Cuando la tensión aplicada al dispositivo de
accionamiento de electro-estricción 17 se incremente
aún más, la presión en el interior de la segunda cámara de fluido
16 se incrementa adicionalmente. Como consecuencia de ello, la
segunda fuerza de empuje de ajuste generada por el segundo resorte
24 del miembro de tope 23 se ve desequilibrada, y la válvula de
control 8 comienza a desplazarse conjuntamente con el miembro de
tope 23. La válvula de control 8 alcanza el desplazamiento máximo
cuando la válvula de control 8 se desplaza aún más y la válvula 8a
del lado de la punta contacta a tope con el orificio de
deslizamiento 8, tal como se muestra en la Figura 2 (C).
En este instante, la cámara de control 10 se
pone en comunicación con el paso 11 de combustible a baja presión a
través de la válvula de control 8. Sin embargo, la comunicación
entre el orificio de deslizamiento 9 y la cámara de control 10, a
través de la válvula 8a del lado de la punta, queda bloqueada, o, en
otras palabras, en comparación con la posición de desplazamiento
intermedio de la válvula de control 8 que se muestra en la Figura 2
(B), el flujo saliente de una cierta cantidad del combustible a alta
presión contenido en la cámara de presión 5, en dirección a la
cámara de control 10 desde el orificio de deslizamiento 9, a través
del orificio 35, no se produce.
Además, en este momento, la magnitud del flujo
saliente total de combustible es mayor que la magnitud del flujo
entrante total de combustible, y la presión del combustible en el
interior de la cámara de presión 5 disminuye dentro de la zona de
puntos indicada. Como se ha descrito en lo anterior, cuando la
presión del combustible dentro de la cámara de presión 5 disminuye
hasta la presión predeterminada, la válvula 4 de orificio de chorro
comienza a abrirse. Sin embargo, en comparación con el
desplazamiento intermedio de la válvula de control 8, la velocidad
de apertura de válvula de la válvula 4 de orificio de chorro es
lenta, puesto que la magnitud del flujo relativo de salida de
combustible desde la cámara de presión 5 es más pequeña. Además, el
tiempo que lleva a la presión de fluido dentro de la cámara de
presión 5 reducirse hasta la presión predeterminada es más
largo.
La Figura 3 es un gráfico que muestra la
relación existente entre una fuerza de empuje ejercida desde el
dispositivo de accionamiento de electro-estricción
17 y que actúa a través de la segunda cámara de fluido 16, y el
desplazamiento de la válvula de control 8, en la válvula de
inyección de combustible. Se proporcionará un sumario de la
explicación anterior utilizando este gráfico. Cuando no se aplica
ninguna tensión al dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17, la válvula de control 8 se
mantiene con un desplazamiento nulo, para el que la válvula 8b del
lado de la porción de base está en contacto a tope con el cilindro
de válvula 20, debido a la primera fuerza de empuje de ajuste
generada por el primer resorte 22. En este instante, la válvula 4 de
orificio de chorro está cerrada.
Cuando la tensión aplicada al dispositivo de
accionamiento de electro-estricción 17 se incrementa
gradualmente, la fuerza de empuje que actúa a través de la segunda
cámara de fluido 16 se incrementa gradualmente. Cuando la primera
fuerza de empuje de ajuste, generada por el primer resorte 22, es
superada o desequilibrada, la válvula de control 8 se desplaza
conjuntamente con el primer resorte 22 que soporta elásticamente la
válvula de control 8, en contra de la fuerza de empuje ejercida a
través de la segunda cámara de fluido 16. En consecuencia, el
desplazamiento disminuye gradualmente.
Cuando la fuerza de empuje se incrementa hasta
P1, la válvula de control 8 contacta a tope con el miembro de tope
23, y la válvula de control 8 se sitúa en la posición de
desplazamiento intermedio. A continuación de esto, a medida que la
fuerza de empuje se incrementa hasta alcanzar el valor P2, la
segunda fuerza de empuje de ajuste, generada por el segundo resorte
24 antes del desplazamiento del miembro de tope 23, no se ve
desequilibrada, y, por tanto, la válvula de control 8,
conjuntamente con el miembro de tope 23, no es desplazada. En
consecuencia, la válvula de control 8 se mantiene en la posición de
desplazamiento intermedio.
Cuando la fuerza de empuje se hace igual al
valor P2 y la segunda fuerza de empuje de ajuste, generada por el
segundo resorte 24, es desequilibrada, la válvula de control 8
comienza a ser desplazada conjuntamente con el miembro de tope 23.
En este instante, el primer resorte 22 y, en el mismo, el segundo
resorte 24 que carga el miembro de tope 23, han de ser desplazados,
y, de esta manera, el incremento de del desplazamiento que acompaña
al incremento de la fuerza de empuje es lento, en comparación con el
que se produce antes de que se haya alcanzado la posición de
desplazamiento intermedio.
Cuando la fuerza de empuje se hace igual al
valor P3, la válvula 8a del lado de la punta de la válvula de
control 8 contacta a tope con el orificio de deslizamiento 9 y, por
tanto, la válvula de control 8 alcanza el desplazamiento máximo.
Incluso si la fuerza de empuje se incrementa aún más, no se produce
ningún desplazamiento adicional. De este modo, en esta válvula de
inyección de combustible, la válvula de control 8 presenta, de una
manera fiable, un desplazamiento nulo cuando no se aplica ninguna
tensión al dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17. Es más, cuando se aplica una
tensión al dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17 a través de la segunda cámara
de fluido 16, de tal manera que la fuerza de empuje se hace igual o
mayor que el valor P3, la válvula de control 8 presenta, de manera
fiable, el desplazamiento máximo. Por otra parte, cuando se aplica
tensión al dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17 a través de la segunda cámara
de fluido 16, de tal modo que la fuerza de empuje está comprendida
en el intervalo entre P1 y P2, la válvula de control 8 adopta, de
manera fiable, una posición intermedia escogida. Como resultado de
ello, cuando la tensión aplicada al dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17 es tal, que la fuerza de
empuje generada por el dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17 tiene, en promedio, un valor
comprendido entre P1 y P2 (preferiblemente cuando es igual a (P1 +
P2)/2), incluso si la fuerza de empuje real varía ligeramente
debido a diversos factores, es posible que la válvula de control 8
se mantenga de manera fiable en la posición de desplazamiento
intermedio escogida, siempre y cuando la fuerza de empuje no caiga
por debajo de P1 o ascienda por encima de P2.
En esta válvula de inyección de combustible, la
segunda cámara de fluido 16 está formada entre el pistón de
diámetro grande 14, dispuesto en el lado del dispositivo de
accionamiento de electro-estricción 17, y el pistón
de diámetro pequeño 12, dispuesto en el lado de la válvula de
control. Como resultado de esto, es posible incrementar
substancialmente la presión en el interior de la segunda cámara de
fluido 16 utilizando una cantidad o magnitud de extensión muy
pequeña del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17. La válvula de inyección de
combustible utiliza el dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17 para el funcionamiento de la
válvula de control 8. Sin embargo, es posible utilizar otros
dispositivos de accionamiento que pueden modificar la fuerza de
funcionamiento para la válvula de control mediante el uso del
control de una magnitud de control tal como una tensión, a fin de
combinar el dispositivo de accionamiento de
electro-estricción y la cámara de fluido. Por
ejemplo, puede emplearse un dispositivo de accionamiento de
solenoide para hacer funcionar la válvula de control. Este
dispositivo de accionamiento de solenoide es capaz de generar
directamente una fuerza de funcionamiento para la válvula de
control, tal como una fuerza de atracción magnética o una fuerza de
repulsión magnética, mediante el control de una magnitud de control,
esto es, la tensión. Como resultado, es también posible suprimir el
uso de una segunda cámara de fluido.
Es de destacar el hecho de que, cuando la
válvula de control 8 es desplazada desde la posición de
desplazamiento máximo hasta la posición de desplazamiento nulo, en
particular, la capacidad volumétrica de la segunda cámara de fluido
16 se incrementa rápidamente y, de esta forma, la presión decrece de
modo repentino, debido al resorte de disco 18. En este instante, el
combustible, que tiene una presión superior a la presión
atmosférica, fluye hacia el interior de la segunda cámara de fluido
16 a través de la válvula de retención 26. Como consecuencia de
ello, se produce una presión negativa dentro de la segunda cámara de
fluido 16, y no se forma un vacío en el interior de la segunda
cámara de fluido 16 debido a la precipitación del gas contenido en
el seno del combustible. Si se hubiese de formar dicho vacío,
incluso si se extendiera el dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17, la presión dentro de la
segunda cámara de fluido 16 no aumentaría lo suficiente, y
resultaría imposible llevar a cabo con precisión el control del
desplazamiento de la válvula de control 8.
Segunda
realización
En la Figura 4 se muestra una válvula de
inyección de combustible de acuerdo con una segunda realización de
la invención. Con el fin de explicar las diferencias entre esta
válvula de inyección de combustible y la de la primera realización
que se ha descrito en lo anterior, se han asociado números de
referencia adicionales a los miembros o elementos relevantes. Sin
embargo, puesto que todos los otros miembros son los mismos que los
de la válvula de inyección de combustible que se muestra en la
Figura 1, se omitirá aquí la explicación de estos miembros. De
acuerdo con la válvula de inyección de combustible de la segunda
realización, la primera cámara de fluido 7 está llena de
combustible a la presión atmosférica, debido a su comunicación con
el paso 11 de combustible a baja presión.
De acuerdo con la válvula de inyección de
combustible de la primera realización, que se muestra en la Figura
1, la capacidad volumétrica de la primera cámara de fluido 7
disminuye conjuntamente con el desplazamiento de la válvula de
control 8. Dicho con rigor, cuando la presión en el interior de la
primera cámara de fluido 7, incluyendo el paso ramificado 29,
ajustado con una presión de ajuste que es mayor que la presión
atmosférica, llega a ser ligeramente superior, ello provoca que la
fuerza de empuje ejercida a través de la segunda cámara de fluido
16, se eleve lo suficiente como para desplazar la válvula de control
8. Sin embargo, si la primera cámara de fluido 7 está en
comunicación con el paso 11 de fluido a baja presión, como en esta
válvula de inyección de combustible, incluso si la capacidad
volumétrica de la primera cámara de fluido 7 disminuye conjuntamente
con el desplazamiento de la válvula de control 8 de la forma
anteriormente descrita, la presión en el interior de la primera
cámara de fluido 7 no aumenta. Por supuesto, de acuerdo con esta
válvula de inyección de combustible, así como con la válvula de
inyección de combustible que se muestra en la Figura 1, es posible
llevar a cabo fácilmente el control del dispositivo de
accionamiento de electro-estricción 17 de tal manera
que la válvula de control 8 presente la posición de desplazamiento
intermedio escogida.
De acuerdo con la válvula de inyección de
combustible de la segunda realización, el combustible a alta presión
procedente del paso 3 de combustible a alta presión, cuya presión
ha sido reducida por la acción del miembro de pasador 27 y el
orificio 28, se suministra a la segunda cámara de fluido 16, como
era el caso con la válvula de inyección de combustible mostrada en
la Figura 1. En consecuencia, la presión del combustible dentro de
la segunda cámara de fluido 16 es, normalmente, más alta que la
presión atmosférica. Además, un pistón de diámetro pequeño 12’,
destinado a transmitir una fuerza de empuje a la válvula de control
8, tiene un diámetro mayor que el del pistón equivalente de la
válvula de inyección de combustible que se muestra en la Figura 1.
En línea con esto, con el fin de aplicar una fuerza de empuje a la
válvula de control 8, en el sentido de su desplazamiento,
utilizando la diferencia de presiones existente entre la primera
cámara de fluido 7 y la segunda cámara de fluido 16, incluso cuando
la válvula de control 8 presenta un desplazamiento nulo, es
necesario ajustar o regular una primera fuerza de empuje de ajuste
de un primer muelle o resorte 22’ situado dentro de la primera
cámara de fluido 7, de forma que sea mayor que la fuerza de empuje
del resorte equivalente de la primera realización que se muestra en
la Figura 1.
Tercera
realización
En la Figura 5 se muestra una válvula de
inyección de combustible de acuerdo con una tercera realización de
la invención. Con el fin de explicar las diferencias entre esta
válvula de inyección de combustible y la de la primera realización
que se ha descrito anteriormente, se han asociado números de
referencia adicionales a los miembros o elementos relevantes. No
obstante, puesto que todos los otros miembros son los mismos que
los de la válvula de inyección de combustible que se muestra en la
Figura 1, se omitirá aquí la explicación de estos miembros. De
acuerdo con la válvula de inyección de combustible de la tercera
realización, la segunda cámara de fluido 16 se encuentra en
comunicación con el paso 3 de combustible a alta presión, a través
de la válvula de retención 26. En consecuencia, de acuerdo con esta
válvula de inyección de combustible, como resultado de la
comunicación, tanto de la primera cámara de fluido 7 como de la
segunda cámara de fluido 16, con el paso 3 de fluido a alta
presión, la primera cámara de fluido 7 y la segunda cámara de fluido
16 se llenan de combustible a alta presión. Si la primera cámara de
fluido 7 se comunica, de esta forma, con el paso 3 de combustible a
alta presión, como ocurre con la válvula de inyección de combustible
de la segunda realización, incluso si la capacidad volumétrica de
la primera cámara de fluido 7 disminuye conjuntamente con el
desplazamiento de la válvula de control 8, la presión en el interior
de la primera cámara de fluido 7 no aumenta. Por supuesto, de
acuerdo con esta válvula de inyección de combustible, del mismo modo
que con la válvula de inyección de combustible que se muestra en la
Figura 1, puede llevarse a cabo fácilmente un control del
dispositivo de accionamiento de electro-estricción
17 tal que la válvula de control 8 presente el desplazamiento
intermedio escogido.
Además, puesto que el combustible a alta presión
se suministra a la segunda cámara de fluido 16, es obvio que,
cuando la válvula de control 8 presenta el desplazamiento nulo, no
se genera ningún vacío en el interior de la segunda cámara de
fluido 16. Es más, las presiones del combustible dentro de la
primera cámara de fluido 7 y la segunda cámara de fluido 16 son
iguales. Como resultado de esto, en particular, no es necesario
ajustar o regular la primera fuerza de ajuste del primer resorte,
situado dentro de la primera cámara de fluido 7, de forma que sea
mayor que la fuerza equivalente ejercida en la válvula de inyección
de combustible que se muestra en la Figura 1.
De acuerdo con las tres válvulas de inyección de
combustible anteriormente descritas, se suministra combustible a la
primera cámara de fluido 7 y a la segunda cámara de fluido 16. Sin
embargo, es posible utilizar un fluido hidráulico distinto del
combustible.
De esta manera, las válvulas de inyección de
combustible de acuerdo con la invención pueden lograr fácilmente la
inyección del combustible con velocidades o caudales de inyección
susceptibles de ser modificados. Por lo tanto, son posibles, por
ejemplo, los métodos de inyección de combustible que se explican en
lo que sigue.
La Figura 6 muestra un diagrama temporal de un
método de inyección de combustible. El eje vertical muestra el
caudal de inyección del combustible. Con este método de inyección
del combustible, cuando las secuencias de regulación temporal de
una inyección de combustible piloto y de una inyección de
combustible principal se encuentran relativamente cercanas entre
sí, la válvula de control 8 se mantiene en la posición intermedia y
se ajusta una velocidad de elevación de la válvula 4 de orificio de
chorro de tal manera que sea rápida para la inyección del
combustible piloto. Entretanto, para la inyección de combustible
principal, la válvula de control 8 se ajusta en el desplazamiento
máximo y la velocidad de elevación de la válvula 4 de orificio de
chorro se regula de tal manera que sea comparativamente lenta.
Como resultado, cuando comienza la inyección de
combustible piloto, la presión del combustible en las inmediaciones
del orificio de chorro situado en el interior de la válvula de
inyección de combustible, crece rápidamente y, de esta forma, es
posible inyectar la pequeña cantidad de combustible de la inyección
piloto a una alta velocidad. Este combustible de inyección piloto,
que se inyecta a una velocidad elevada, tiene una gran fuerza de
penetración. En consecuencia, incluso aunque la cantidad de
inyección es pequeña, el combustible inyectado alcanza las
inmediaciones del área periférica de la cámara de combustión y, a
continuación, se quema. En consecuencia, el combustible inyectado
en el instante de la inyección de combustible principal comienza a
quemarse desde la sección o zona del combustible que alcanza los
gases de combustión generados por la inyección de combustible
piloto y formados en el área periférica de la cámara de combustión.
A continuación de esto, el combustible de inyección principal se
quema en dirección al centro de la cámara de combustión desde la
zona periférica. Como resultado de ello, la temperatura de
combustión del combustible de inyección principal es
comparativamente baja, y se inhibe la generación de NO_{x}.
Por otra parte, puesto que la velocidad de
elevación de la válvula 4 de orificio de chorro es comparativamente
lenta para la inyección de combustible principal, el caudal de
inyección de combustible durante el inicio de la inyección de
combustible principal es comparativamente bajo. En consecuencia,
incluso aunque se haga avanzar la regulación temporal de la
inyección de combustible, no se produce ningún efecto perjudicial en
el estado de la combustión, y, de esta forma, es posible completar
la inyección de combustible con una regulación temporal
comparativamente rápida. Es más, es también posible limitar el
incremento de los humos generados como consecuencia del combustible
inyectado durante la carrera de expansión, que tienen una baja
temperatura de combustión.
La Figura 7 muestra un diagrama temporal
correspondiente a otro método de inyección del combustible, similar
al ilustrado en la Figura 6. En este método de inyección de
combustible, la válvula de control se mantiene en la posición de
desplazamiento intermedio, y la velocidad de elevación de la válvula
4 de orificio de chorro es lenta para la inyección de combustible
piloto. Mientras tanto, para la inyección de combustible principal,
durante la primera mitad del intervalo de tiempo de inyección, la
válvula de control 8 se ajusta en el desplazamiento máximo y la
velocidad de elevación de la válvula 4 de orificio de chorro se
ajusta de modo que sea comparativamente lenta. Durante la segunda
mitad del intervalo de tiempo de inyección, la válvula de control 8
se ajusta en la posición de desplazamiento intermedio y la
velocidad de elevación de la válvula 4 de orificio de chorro se
ajusta o regula de modo que sea rápida. En consecuencia, si se
compara con el método de inyección de combustible que se muestra en
la Figura 6, el caudal de inyección de combustible durante la
segunda mitad de la inyección de combustible principal se eleva, y
es posible agilizar la finalización de la inyección de combustible.
Por lo tanto, es posible limitar el incremento de los humos incluso
de una forma más fiable.
La Figura 8 muestra un diagrama temporal para un
método de inyección de combustible adicional, similar al que se
muestra en la Figura 6. En este método de inyección de combustible,
la inyección de combustible piloto se lleva a cabo en un intervalo
de tiempo comparativamente temprano o adelantado de la carrera de
compresión, la válvula de control 8 se ajusta en el desplazamiento
máximo, y la velocidad de elevación de la válvula 4 de orificio de
chorro se ajusta de modo que sea lenta durante la inyección de
combustible piloto. Mientras tanto, también durante la inyección de
combustible principal, la válvula de control 8 se ajusta en el
desplazamiento máximo y la velocidad de elevación de la válvula 8
de orificio de chorro se ajusta o regula de modo que sea lenta. Sin
embargo, existe la posibilidad de que se produzca un problema,
puesto que, en el intervalo de tiempo comparativamente adelantado
de la carrera de compresión, la presión y la temperatura en la
cámara de combustión no se elevan de forma suficiente, y el pistón
se encuentra asimismo en una posición alejada del punto muerto
superior. Como resultado de ello, cabe la posibilidad de que el
combustible de inyección pueda alcanzar las paredes internas del
cilindro mientras permanece en un estado líquido, y fijarse
fácilmente a las paredes. Este combustible impregnado puede
entonces provocar la dilución del aceite lubricante.
Sin embargo, en este método de inyección de
combustible, durante la inyección de combustible piloto que se
lleva a cabo en el intervalo de tiempo comparativamente adelantado
de la carrera de compresión, la velocidad de elevación de la
válvula 4 de orificio de chorro es comparativamente lenta. En
consecuencia, el incremento de la presión del combustible en el
interior de la válvula de inyección de combustible, en las
proximidades del orificio de chorro, es muy ligero, y la inyección
de combustible piloto, en la que se inyecta una cantidad de
combustible pequeña, se lleva a cabo a una velocidad baja. En
consecuencia, el combustible de la inyección piloto forma un
rociado que tiene una escasa fuerza de penetración, de manera que el
problema de la adhesión a las paredes internas del cilindro ya no
se produce.
La Figura 9 muestra un diagrama temporal
correspondiente a un método de inyección de combustible adicional,
similar al que se muestra en la Figura 6. En este método de
inyección de combustible, se lleva a cabo, después de la inyección
de combustible principal, una inyección de combustible posterior en
la que se inyecta de nuevo combustible. La inyección de combustible
posterior se realiza con el propósito de inhibir la generación de
humos de escape que resultan de la combustión incompleta del
combustible cuando la magnitud de la inyección de combustible
principal es grande. En este caso, la inyección de combustible
posterior se lleva a cabo en el curso de la carrera de expansión,
cuando se reduce la temperatura y la presión dentro de la cámara de
combustión. Además, el pistón se encuentra en una posición alejada
del punto muerto superior. Como resultado de ello, al igual que la
inyección de combustible piloto del intervalo de tiempo adelantado
que se realiza en el método de inyección de combustible descrito en
la Figura 8, la válvula de control se ajusta en el desplazamiento
máximo y la velocidad de elevación de la válvula 4 de orificio de
chorro se regula de tal manera que sea comparativamente lenta. En
consecuencia, la fuerza de penetración del combustible de inyección
posterior se reduce, y se inhibe la adhesión a las paredes internas
del cilindro.
La Figura 10 muestra un diagrama temporal
correspondiente a aún otro método de inyección de combustible,
similar al que se ilustra en la Figura 6. En este método de
inyección de combustible, durante la inyección principal de
combustible, la válvula de control 8 se ajusta en la posición de
desplazamiento intermedio y, cuando se inicia la elevación de la
válvula 4 de orificio de chorro, la válvula de control 8 se ajusta
en su desplazamiento máximo. Durante la inyección de combustible
principal, es preferible que el caudal de inyección de combustible
se ajuste en un valor comparativamente lento, con el fin de inhibir,
en particular, la generación de un ruido substancial como
consecuencia de la combustión en la que se produce la ignición de
una sola vez de grandes cantidades de combustible, durante el
periodo inicial de la inyección de combustible. Con el fin de lograr
esto, en el método de inyección de combustible que se ha explicado
anteriormente, la válvula de control 8 se ajusta en su
desplazamiento máximo y la velocidad de elevación de la válvula 4 de
orificio de chorro se regula o ajusta de modo que sea
comparativamente lenta durante la inyección de combustible
principal.
Sin embargo, como consecuencia de llevar esto a
cabo, la velocidad a la que se reduce la presión del combustible en
el interior de la cámara de presión 5 se ralentiza. Debido a esto,
se requiere un intervalo de tiempo comparativamente largo para que
elevada presión del combustible dentro de la cámara de presión 5 se
reduzca a una presión a la que se inicie la elevación de la válvula
4 de orificio de chorro en contra de la resistencia del resorte 6
de cierre de válvula. En otras palabras, el retardo temporal entre
la emisión de la orden de inyección de combustible y el inicio de
la inyección real del combustible se incrementa. Con el propósito de
reducir este retardo temporal, en este método de inyección de
combustible, la válvula de control 8 se ajusta, al mismo tiempo que
se emite la orden de inyección de combustible, en la posición de
desplazamiento intermedio, con lo que se acelera la velocidad a la
que se reduce la presión del combustible en el interior de la cámara
combustible 5. En el instante en que la presión del combustible
dentro de la cámara de presión 5 se reduce hasta la presión a la
que se inicia la elevación de la válvula 4 de orificio de chorro, la
válvula de control 8 se ajusta en el desplazamiento máximo. A
continuación de esto, la magnitud del flujo relativo de salida de
combustible desde la cámara de presión 5 se ajusta de forma que sea
pequeña, la velocidad de elevación de la válvula 4 de orificio de
chorro se ralentiza, y el caudal de inyección durante la inyección
real de combustible se hace más pequeño.
En este método de inyección de combustible, es
posible observar si se ha iniciado la elevación de la válvula 4 de
orificio de chorro utilizando la presión del combustible en el
interior de la cámara de presión 5, observada directamente a partir
de la elevación de la válvula 4 de orificio de chorro, o bien
determinada basándose en un instante de ajuste de acuerdo con la
presión del combustible en el interior del paso 3 de fluido a alta
presión. Por otra parte, si bien la válvula 4 de orificio de chorro
se ajusta en su desplazamiento máximo antes del comienzo real de la
elevación de la válvula 4 de orificio de chorro, es posible reducir
el retardo temporal, dependiendo del ajuste de la válvula 4 de
orificio de chorro en la posición de desplazamiento intermedio.
La válvula de inyección de combustible de
acuerdo con la invención está dotada de la válvula de control 8, la
cual es desplazada con el fin de controlar la presión en el interior
de la cámara de presión 5, que se aplica a la válvula 4 de orificio
de chorro, el dispositivo de accionamiento de
electro-estricción 17, que genera una fuerza de
funcionamiento para desplazar la válvula de control 8, y los medios
de soporte elásticos 22, que soportan elásticamente la válvula de
control en oposición a la fuerza de funcionamiento. Por otra parte,
el dispositivo de accionamiento 17 es capaz de modificar la fuerza
de funcionamiento controlando la magnitud de control, y los medios
de soporte elástico 22 son desplazados conjuntamente con la válvula
de control 8, de acuerdo con el incremento de la fuerza de
funcionamiento. Además, cuando la válvula de control 8 es
desplazada hasta la posición intermedia escogida, ésta contacta a
tope con el miembro de tope 23. Este miembro de tope 23 es empujado
por la fuerza de empuje de ajuste, generada por el segundo muelle o
resorte 24, el cual es independiente de los medios de soporte
elásticos 22, de manera que actúa en el sentido opuesto a la fuerza
de funcionamiento antes del desplazamiento del miembro de tope. Al
estructurar de esta forma la válvula de inyección de combustible,
es posible controlar de forma precisa la válvula de control 8, de
tal manera que presente la posición de desplazamiento intermedio
escogida.
Si bien la invención se ha descrito con
referencia a realizaciones de la misma proporcionadas a modo de
ejemplo, debe comprenderse que la invención no está limitada a las
realizaciones o construcciones ejemplares. Al contrario, se
pretende que la invención cubra diversas modificaciones y
disposiciones equivalentes, según se define en las
reivindicaciones.
Claims (11)
1. Una válvula (1) de inyección de
combustible, provista de una válvula de control (8) que es
desplazada con el fin de controlar una presión en el interior de
una cámara de presión (5), que actúa sobre una válvula (4) de
orificio de chorro, un dispositivo de accionamiento (17), que genera
una fuerza de funcionamiento destinada a desplazar la válvula de
control (8), y unos medios de soporte elásticos (22, 22’), que
soportan elásticamente la válvula de control (8) en oposición a la
fuerza de funcionamiento, en la cual el dispositivo de accionamiento
(17) es capaz de modificar la fuerza de funcionamiento controlando
una magnitud de control,
los medios de soporte elásticos (22, 22’) son
desplazados conjuntamente con la válvula de control (8), de acuerdo
con el incremento de la fuerza de funcionamiento,
la válvula de control (8) contacta a tope con un
miembro de tope (23) cuando se hace que la válvula de control (8)
se desplace hasta una posición intermedia escogida, y
el miembro de tope (23) es empujado por la
acción de una fuerza de empuje establecida, generada por un miembro
elástico (24) separado de los medios de soporte elásticos (22, 22’),
actuando esta fuerza de empuje en el sentido opuesto al de la
fuerza de funcionamiento que actúa antes del desplazamiento del
miembro de tope (23).
2. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque
el dispositivo de accionamiento (17) es un
dispositivo de accionamiento de electro-estricción
(17),
se ha dispuesto, entre la válvula de control (8)
y el dispositivo de accionamiento de
electro-estricción (17), una cámara (16) de fluido
destinada a convertir una magnitud de extensión del dispositivo de
accionamiento de electro-estricción (17) en una
fuerza de empuje que actúa como fuerza de funcionamiento,
la cámara de fluido (16) y un paso (3) de
combustible a alta presión, de la válvula (1) de inyección de
combustible, están comunicados por un paso de comunicación (25),
y
en el paso de comunicación (25) está dispuesta
una válvula de retención (26), que permite únicamente el flujo de
combustible en dirección a la cámara (16) de fluido.
3. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque
un miembro de pasador (27) está insertado en el
paso de comunicación (25),
se suministra a la cámara de fluido (16)
combustible a alta presión, contenido dentro del paso (3) de
combustible a alta presión, el cual tiene una presión reducida como
consecuencia de su paso en torno al miembro de pasador (27), y
hay formada una acanaladura (27a) de tal manera
que se extiende en torno a una circunferencia del miembro de
pasador (27) según una dirección circunferencial.
4. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque
incluye:
una primera cámara de fluido (7) y una segunda
cámara de fluido (16), mutuamente enfrentadas; y
caracterizada porque
caracterizada porque
el dispositivo de accionamiento (17) es un
dispositivo de accionamiento de electro-estricción
(17),
la segunda cámara de fluido (16) está dispuesta
entre el dispositivo de accionamiento de
electro-estricción (17), a fin de convertir una
magnitud de extensión del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción (17) en una fuerza de empuje que
actúa como fuerza de funcionamiento, y la válvula de control (8),
y
las presiones de fluido en la primera cámara de
fluido (7) y en la segunda cámara de fluido (16) son iguales cuando
la magnitud de la extensión del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción (17) es cero.
5. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque
el combustible a alta presión procedente de un
paso (3) de combustible a alta presión de la válvula (1) de
inyección de combustible, se suministra a la primera cámara de
fluido (7) y a la segunda cámara de fluido (16) una vez que se ha
reducido la presión del combustible a alta presión.
6. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque
el combustible a alta presión procedente de un
paso (3) de combustible a alta presión, de la válvula (1) de
inyección de combustible, se suministra a la primera cámara de
fluido (7) y a la segunda cámara de fluido (16).
7. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6,
caracterizada porque incluye:
un área de recepción de presión, de la válvula
de control (8) que recibe presión de manera directa o indirecta,
dentro de la primera cámara de fluido (7), que es igual a un área de
recepción de presión, de la válvula de control (8) y que recibe
presión de manera directa o indirecta, dentro de la segunda cámara
de fluido (16).
8. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque
incluye:
una primera cámara de fluido (7) y una segunda
cámara de fluido (16), mutuamente enfrentadas; y
caracterizada porque
el dispositivo de accionamiento (17) es un
dispositivo de accionamiento de electro-estricción
(17),
la segunda cámara de fluido (16) está dispuesta
entre el dispositivo de accionamiento de
electro-estricción (17), a fin de convertir una
magnitud de extensión del dispositivo de accionamiento de
electro-estricción (17) en una fuerza de empuje que
actúa como fuerza de funcionamiento, y la válvula de control
(8),
y
y
una presión de fluido dentro de la primera
cámara de fluido (7) se mantiene en un valor de presión casi
constante que no tiene, substancialmente, ningún impacto sobre el
movimiento de la válvula de control (8) y que se ajusta de modo que
sea igual o menor que una presión de fluido en el interior de la
segunda cámara de fluido (16).
9. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque
se suministra fluido a baja presión a la primera
cámara de fluido (7) desde un paso (11) de fluido a baja presión,
de la válvula (1) de inyección de combustible.
10. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9,
caracterizada porque incluye:
un área de recepción de presión, de la válvula
de control (8) que recibe presión de manera directa o indirecta,
dentro de la segunda cámara de fluido (16), se ajusta para que sea
más grande que un área de recepción de presión de la válvula de
control (8), que recibe presión de manera directa o indirecta,
dentro de la primera cámara de fluido (7).
11. Una válvula de inyección de combustible
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizada porque, durante una condición de desplazamiento
intermedio, una cámara de control (10) y dicha cámara de presión
(5) se conectan a un paso (11) de combustible a baja presión, y,
durante una condición de desplazamiento máximo, únicamente dicho
paso (11) de combustible a baja presión se conecta con dicha cámara
de presión (5).
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