ES2277601T3 - Valvula de inyeccion de combustible. - Google Patents
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Abstract
Una válvula de inyección de combustible (10) que comprende: un alojamiento (101) provisto con un orificio de inyección de combustible (103) en uno de sus extremos; un conducto de combustible a alta presión (123), conectado al orificio de inyección de combustible (103); una aguja de la válvula (105), para abrir y cerrar el orificio de inyección de combustible (103); una cámara de control (109); un conducto de alimentación; un conducto de descarga; una válvula de control.
Description
Válvula de inyección de combustible.
La presente invención se refiere a una válvula
de inyección de combustible acorde con el preámbulo de la
reivindicación 1. Más en concreto, la presente invención se refiere
a una válvula de inyección de combustible utilizada en un sistema
de inyección de combustible de tipo conductor común.
Se conoce en el arte un sistema de inyección de
combustible de tipo conductor común, de un motor de combustión
interna. En un sistema de inyección de combustible de conductor
común, se suministra combustible a alta presión, a un depósito (un
conducto común), y es distribuido a respectivas válvulas de
inyección de combustible, desde el depósito. Puesto que siempre hay
combustible a alta presión almacenado en el depósito, en el sistema
de inyección de combustible de conductor común puede mantenerse
siempre la alta presión de la inyección de combustible, procedente
de las válvulas de inyección de combustible, independientemente de
la velocidad del motor. Cuando se utiliza una bomba convencional de
inyección de combustible impulsada por el eje, (una denominada bomba
de inyección de combustible de tipo tirón), la presión de la
inyección de combustible se hace menor cuando disminuye la
velocidad del motor. Por lo tanto, en comparación con un sistema de
inyección de combustible que utiliza una bomba de inyección de
combustible de tipo tirón, puesto que la presión de inyección de
combustible puede fijarse a un valor elevado, puede obtenerse una
mejor atomización del combustible a una velocidad del motor baja,
utilizando el sistema de inyección de combustible de conducto común.
Así, puede mejorarse las condiciones de la combustión y la emisión
de gases de escape, en funcionamiento a baja velocidad, en el
sistema de inyección de combustible de conducto común.
Sin embargo, hay un inconveniente en el sistema
de inyección de combustible conducto común. En una bomba de
inyección de combustible de tipo tirón, la presión de inyección de
combustible es relativamente baja al comienzo de la inyección de
combustible, y se incrementa hacia el término de inyección de
combustible. En general, el combustible inyectado al comienzo de la
inyección de combustible contribuye en buena medida al incremento
de temperatura en la cámara de combustión. Por lo tanto, si se
inyecta una gran cantidad de combustible al comienzo de la
inyección de combustible, la cantidad de NO_{x} (óxido de
nitrógeno) formando por la combustión, se incrementa debido a un
incremento en la temperatura de combustión. Las características de
la inyección de combustible, de la bomba de inyección de
combustible de tipo tirón, son preferibles desde el punto de vista
de la reducción de NO_{x}, puesto que la tasa de inyección de
combustible es baja al comienzo de la inyección de combustible,
debido a una baja presión de inyección de combustible al comienzo de
la inyección de combustible. Así, la cantidad de combustible
inyectado desde las válvulas de inyección de combustible al comienzo
de la inyección de combustible, es relativamente pequeña en la
bomba de inyección de combustible de tipo tirón, y se suprime la
formación de NO_{x}.
Por otra parte, debido a que la presión de
inyección de combustible es sustancialmente constante durante la
inyección de combustible, la cantidad de combustible inyectado al
comienzo de la inyección de combustible se hace relativamente
grande. Esto provoca un incremento en la cantidad de NO_{x}
formado por la combustión.
Para superar este inconveniente, se ha propuesto
las válvulas de inyección de combustible que tienen las mismas
características de inyección de combustible que las de la bomba de
inyección de combustible de tipo tirón, incluso bajo una presión
constante de inyección de combustible, de un sistema de inyección de
combustible de conducto común.
Una válvula de inyección de combustible de este
tipo se revela, por ejemplo, en el documento JP
05-071 438 A.
La válvula de inyección de combustible en la
publicación JP 05-071 438 A, está provista con una
cámara de contrapresión (una cámara de control), que mantiene el
combustible a alta presión para impulsar una aguja hacia una
posición en la que la aguja cierra un orificio de inyección del
combustible. Además, se proporciona una válvula de tres vías
activada por solenoide, que comunica la cámara de contrapresión con
un conducto de combustible a alta presión, y un conducto de
combustible a baja presión, selectivamente. Cuando la válvula de
tres vías se mantiene en una posición en la que la cámara de
contrapresión está conectada a la línea de fuelóleo a alta presión,
puesto que se suministra un fuelóleo alta presión a la cámara de
contrapresión, se mantiene la aguja en la posición que cierra el
orificio de inyección de combustible y, de ese modo, es cerrada la
válvula de inyección de combustible.
Cuando la válvula de tres vías es conmutada a la
posición en que la cámara de contrapresión está conectada a la
línea de combustible a baja presión, se reduce la presión en la
cámara de contrapresión, y la aguja se mueve a una posición en la
que se abre el orificio de inyección de combustible. La válvula de
inyección de combustible en la publicación JP
05-071 438 A está, además, provista con una válvula
de control en el conducto que conecta la válvula de tres vías con
la línea de combustible a baja presión. La válvula de control es
capaz de adoptar tres posiciones, es decir una primera posición que
bloquea por completo el flujo de fuelóleo desde la cámara de
contrapresión a la línea de combustible a baja presión, una segunda
posición que permite un flujo parcial del fuelóleo desde la cámara
de contrapresión a la línea de combustible a baja presión, y una
tercera posición que permite un flujo total del fuelóleo desde la
cámara de contrapresión a la línea de combustible a baja
presión.
En la publicación JP 05-071 438
A, una válvula de tres vías es conmutada a la posición en que la
cámara de contrapresión está conectada a la línea de combustible a
baja presión, durante la inyección de combustible. Además, la
válvula de control es conmutada a la segunda posición al comienzo de
la inyección de combustible, y mantenida en la tercera posición a
continuación.
Cuando la válvula de control es conmutada a la
segunda posición, al comienzo de la inyección de combustible, se
establece un flujo parcial de fuelóleo desde la cámara de
contrapresión a la línea de combustible a baja presión, y la
presión en la cámara de contrapresión disminuye ligeramente. Esto
provoca que la aguja se eleve un poco, y habrá ligeramente el
orificio de inyección de combustible al comienzo de la inyección de
combustible. Cuando la válvula de control es conmutada a la tercera
posición, puesto que se establece un flujo total de fuelóleo desde
la cámara de contrapresión en la línea de combustible a baja
presión, la presión en la cámara de contrapresión cae en gran
medida. Esto provoca que el aguja se eleve mucho y abra por completo
el orificio de inyección de combustible. Así, la cantidad de
combustible inyectado desde el orificio de inyección de combustible
es pequeña al comienzo de la inyección de combustible, y se hace
mayor durante el resto del período de inyección de combustible. En
otras palabras, las características de inyección de combustible de
la válvula de inyección de combustible en la publicación JP
05-071 438 A, son tales que la tasa de inyección de
combustible es pequeña al comienzo de la inyección de combustible,
y grande durante el resto del período de inyección de combustible,
es decir, pueden obtenerse características de inyección de
combustible iguales a las de la bomba de inyección de combustible
tipo tirón, incluso si se utiliza la válvula de inyección de
combustible de la publicación JP 05-071 438 A en un
sistema de inyección de combustible de conducto común.
Sin embargo, la válvula de inyección de
combustible en la publicación JP 05-071 438 A, tiene
también un inconveniente significativo, por cuanto que necesita dos
válvulas activadas por solenoide (es decir la válvula de tres vías
y la válvula de control), para obtener las características de
inyección de combustible que tienen una tasa de inyección de
combustible baja al comienzo de la inyección de combustible, y una
tasa de inyección alta de combustible durante el resto del período
de inyección.
Cuando se utiliza válvulas activadas por
solenoide, se incrementa el tamaño de la válvula de inyección de
combustible y se complica su construcción. Además, puesto que las
respectivas válvulas funcionan simultáneamente, se necesita fuentes
eléctricas separadas para las respectivas válvulas. Además de lo
anterior, puesto que la sincronización del funcionamiento de las
dos válvulas debe estar controlada de forma precisa para obtener
las características deseadas de inyección de combustible, se
necesita un control complicado para el funcionamiento de las
válvulas.
Además en los motores diesel, en algunos casos
se lleva a cabo una inyección de combustible piloto previamente a
una inyección de combustible principal. Cuando se lleva a cabo una
inyección de combustible piloto, en ocasiones es preferible cambiar
las características de inyección de combustible de la inyección de
combustible piloto respecto de la inyección de combustible
principal, de acuerdo con las condiciones operativas del motor. Sin
embargo, aunque la válvula de inyección de combustible en la
publicación JP 05-071 438 A es capaz de proporcionar
características de inyección de combustible que tienen una tasa de
inyección baja de combustible al comienzo, y una tasa de inyección
alta de combustible durante el resto del período de inyección de
combustible, no es posible utilizar diferentes características de
inyección de combustible para la inyección de combustible piloto y
las inyecciones de combustible principales.
A la vista de los problemas del arte previo
enunciados arriba, el objeto de la presente invención es
proporcionar una válvula de inyección de combustible que tenga una
construcción simple y compacta, y sea capaz de cambiar sus
características de inyección, de acuerdo con las condiciones
operativas del motor, cuando se utiliza en un sistema de inyección
de combustible de conducto común.
El objetivo se consigue mediante una válvula de
inyección de combustible que tenga las características de la
reivindicación 1. Se establece otros desarrollos ventajosos en las
reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona una válvula de inyección de combustible que comprende
un alojamiento provisto con un orificio de inyección de combustible
en uno de sus extremos, un conducto de combustible a alta presión
conectado al orificio de inyección de combustible, una aguja de la
válvula para abrir y cerrar el orificio de inyección de
combustible, una cámara de control formada en el alojamiento en un
extremo de la aguja de la válvula, opuesto al orificio de inyección
de combustible, un conducto de alimentación que conecta el conducto
de combustible a alta presión y la cámara de control, para
suministrar combustible a alta presión a la cámara de control, de
forma que la presión en la cámara de control impulsa la aguja de la
válvula hacia una posición en la que la aguja de la válvula cierra
el orificio de inyección de combustible, al menos dos conductos de
descarga conectados a la cámara de control, para reducir la presión
en la cámara de control mediante descargar combustible desde la
cámara de control al exterior del alojamiento, de forma que la
aguja de la válvula se mueve hacia una posición en la que la aguja
de la válvula abre el orificio de inyección de combustible, una
válvula de control para abrir y cerrar los conductos de descarga, la
válvula de control es capaz de adoptar cualquiera entre, una
primera posición en la que están cerrados la totalidad de los
conductos de descarga, una segunda posición en la que al menos uno
de los conductos de descarga está abierto y al menos uno de los
conductos de descarga está cerrado, y una tercera posición en la que
están abiertos la totalidad de los conductos de descarga.
De acuerdo con la presente invención, la cámara
de control está conectada al conducto de combustible a alta
presión, y siempre se suministra combustible a alta presión a la
cámara de control. La presión en la cámara de control impulsa la
aguja de la válvula, hacia la posición en que esta cierra el
orificio de inyección de combustible. La inyección de combustible
se inicia rebajando la presión en la cámara de control, por medio
de descargar combustible de la cámara de control a través de
conductos de descarga. Las características de la inyección de
combustible son ajustadas por medio de controlar el ritmo de caída
de presión, mediante ajustar el caudal a través de los conductos de
descarga. En esta realización, para ajustar el caudal de combustible
que fluye a través de los conductos de descarga, se proporciona una
válvula de control capaz de adoptar tres posiciones.
Cuando la válvula de control adopta una primera
posición, se cierra la totalidad de los conductos de descarga.
Puesto que no se produce ningún derramamiento de combustible desde
la cámara de control en esta condición, la presión en la cámara de
control se mantiene a un valor elevado debido al combustible
suministrado desde el conducto de combustible a alta presión. Así,
la aguja de la válvula se mantiene en la posición en la que está
cerrado el orificio de inyección de combustible, mediante lo cual no
se produce la inyección de combustible.
Cuando la válvula de control adopta una segunda
posición, puesto que al menos uno de los conductos de descarga está
abierto y al menos uno de los conductos de descarga está cerrado en
esta posición, fluye combustible de la cámara de control saliendo
desde la cámara de control a través solo de los conductos de
descarga abiertos. Por lo tanto, la presión en la cámara de control
disminuye a una velocidad relativamente lenta. Esto provoca que la
aguja de la válvula se mueva hacia la posición en la que está
abierta la inyección de combustible, a una velocidad relativamente
baja, y de ese modo se inicia la inyección de combustible. Sin
embargo, puesto que la velocidad del movimiento de la aguja de la
válvula es relativamente baja, la tasa de inyección de combustible
se incrementa a un ritmo relativamente bajo, cuando la válvula de
control adopta la segunda posición.
Cuando la válvula de control adopta una tercera
posición, puesto que están abiertos la totalidad de conductos de
descarga, una cantidad de combustible relativamente grande sale de
la cámara de control a través de todos los conductos de descarga.
Por lo tanto, la presión en la cámara de control disminuye
rápidamente en la segunda posición de la válvula de control. Esto
provoca que la aguja de la válvula se mueva hacia la posición en la
que abre el orificio de inyección de combustible, y por lo tanto se
lleva a cabo la inyección de combustible con un incremento
relativamente grande en la tasa de inyección de combustible, cuando
la válvula de control adopta la tercera posición. Así, de acuerdo
con la presente invención, las características de inyección de
combustible puede cambiarse mediante conmutar la posición de la
válvula de control, entre la segunda y la tercera posición durante
la inyección de combustible.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona además una válvula de inyección de combustible que
comprende un alojamiento, provisto con un orificio de inyección de
combustible en uno de sus extremos, un conducto de combustible a
alta presión conectado al orificio de inyección de combustible, una
aguja de la válvula para abrir y cerrar el orificio de inyección de
combustible, una cámara de control formada en el alojamiento en un
extremo de la aguja de la válvula opuesto al orificio de inyección
de combustible, una cámara de salida conectada a la cámara de
control a través de, al menos, dos conductos de retorno, un conducto
de salida que conecta la cámara de salida a una parte de baja
presión fuera del alojamiento, y un conducto de alimentación que
conecta el conducto de combustible a alta presión en la cámara de
salida, para suministrar combustible a alta presión a la cámara de
salida, y una válvula de control dispuesta en la cámara de salida y
provista con un elemento de válvula, para cerrar y abrir el
conducto de salida, la válvula de control es capaz de adoptar
cualquiera entre, una primera posición en la que el elemento de
válvula cierra el conducto de salida mientras que abre la totalidad
de los conductos de retorno, una segunda posición en la que el
elemento de válvula abre el conducto de salida mientras que cierra
al menos uno de los conductos de retorno y abre al menos uno de los
conductos de retorno, y una tercera posición en la que el elemento
de válvula abre el conducto de salida y la totalidad de los
conductos de retorno, cuando la válvula de control adopta la primera
posición, el combustible que fluye a la cámara de salida desde el
conducto de alimentación, fluye a la cámara de control a través de
la totalidad de los conductos de retorno y, de ese modo, la presión
en la cámara de control se incrementa e impulsa la aguja de la
válvula hacia una posición en la que la aguja de la válvula cierra
el orificio de inyección de combustible, cuando la válvula de
control adopta cualquiera entre la segunda posición y la tercera
posición, el combustible que fluye a la cámara de salida desde el
conducto de alimentación, sale de la cámara de salida a través del
conducto de salida y, simultáneamente, fluye combustible de la
cámara de control saliendo de la cámara de control, y es descargado
al exterior del alojamiento por vía de la cámara de salida y el
conducto de salida y, de ese modo, disminuye la presión en la
cámara de control, y se permite el movimiento de la válvula hacia
una posición en que la aguja de la válvula abre el orificio de
inyección de combustible.
De acuerdo con la presente invención, la válvula
de control no está conectada directamente al conducto de
combustible a alta presión, es decir el conducto de combustible a
alta presión está conectado a la cámara de salida. Por lo tanto,
cuando la válvula de control adopta las posiciones segunda o
tercera, se descarga combustible a alta presión procedente del
conducto de combustible a alta presión, desde el conducto de salida,
sin que fluya a la cámara de control. Así, la presión en la cámara
de control disminuye incluso si es muy elevada la presión en el
conducto de combustible a alta presión. Además, cuando la válvula de
control adopta la tercera posición, puesto que está cerrado el
conducto de salida, fluye combustible desde el conducto de
combustible a alta presión, a la cámara de control, a través de la
totalidad de los conductos de retorno. Por lo tanto, se incrementa
rápidamente la presión en la cámara de control, y la aguja de la
válvula cierra el orificio de inyección de combustible, en un lapso
corto.
La presente invención se comprenderá mejor a
partir de la descripción que se expone en lo que sigue, con
referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
la figura 1 muestra esquemáticamente la
configuración general de una realización, cuando la válvula de
inyección de combustible de la presente invención se utiliza en un
sistema de inyección de combustible de conducto común, para un
motor diesel de un automóvil;
la figura 2 es una vista en sección
longitudinal, de una válvula de inyección de combustible acorde con
una realización de la presente invención;
la figura 3 es una vista en sección aumentada,
de una parte de la válvula de inyección de combustible de la figura
2, mostrando la válvula de control en su posición cerrada;
la figura 4 es una vista en sección aumentada,
que muestra la válvula de control en su posición de carrera
media;
la figura 5 es una vista en sección aumentada,
que muestra la válvula de control en su posición de carrera
completa;
la figura 6 es una vista en sección aumentada,
similar a la figura 3, que muestra otra realización de la presente
invención;
la figura 7 es una vista en sección aumentada,
que muestra una modificación de la realización de la figura 6;
la figura 8 es un cuadro de sincronización, que
explica una primera realización de las características de inyección
de combustible obtenidas mediante la válvula de inyección de
combustible acorde con la presente invención;
la figura 9 es un cuadro de sincronización, que
explica una segunda realización de las características de inyección
de combustible obtenidas mediante la válvula de inyección de
combustible acorde con la presente invención;
la figura 10 es un diagrama de sincronización,
que explica una tercera realización de las características de
inyección de combustible obtenidas mediante la válvula de inyección
de combustible acorde con la presente invención;
la figura 11 es un diagrama de sincronización,
que explica una cuarta realización de las características de
inyección de combustible obtenidas mediante la válvula de inyección
de combustible acorde con la presente invención;
la figura 12 es un diagrama de sincronización,
que explica una quinta realización de las características de
inyección de combustible obtenidas mediante la válvula de inyección
de combustible acorde con la presente invención;
la figura 13 es una vista aumentada, en sección
parcial, de una válvula de inyección de combustible acorde con una
realización diferente respecto de las figuras 2 a 7; y
la figura 14 es una vista aumentada, en sección
parcial, de una válvula de inyección de combustible que muestra una
modificación de la realización de la figura 13.
En lo que sigue, se explicará una realización de
la presente invención en detalle, con referencia a los dibujos
anexos.
La figura 1 muestra esquemáticamente un sistema
de inyección de combustible de un motor diesel de automóvil, que
utiliza una válvula de inyección de combustible acorde con una
realización de la presente invención.
En la figura 1, el número de referencia 1
designa un motor de combustión interna (en la figura 1 se utiliza
un motor diesel de cuatro cilindros, que tiene cilindros números 1 a
4), y 10a a 10d de designan válvulas de inyección de combustible
para inyectar directamente combustible a los respectivos cilindros
números 1 a 4. Las válvulas de inyección de combustible 10a a 10d
están conectadas a un depósito (un conducto común) 3, mediante
respectivos conductos de combustible a alta presión 11a a 11d. El
conducto común 3 almacena combustible presurizado, suministrado
desde una bomba de combustible 5 a alta presión, y distribuye
combustible a alta presión a las respectivas válvulas de inyección
de combustible 10a a 10d, a través de tubos de combustible a alta
presión 11a a 11d.
La bomba de combustible a alta presión 5 en esta
realización es, por ejemplo, una de tipo émbolo con un mecanismo de
control de capacidad, y presuriza combustible suministrado desde un
depósito de combustible (no mostrado), a una presión
predeterminada. La cantidad de combustible suministrado desde el
conducto común 3 es controlada por realimentación, mediante una
unidad de control electrónico (ECU) 20, de forma que se mantiene
siempre una presión de combustible objetivo, predeterminada, en el
conducto común 3. Por lo tanto, la presión de combustible en el
conducto común 3 (es decir, la presión de inyección de combustible
de las válvulas de inyección de combustible 10a a 10d) puede
fijarse a un valor elevado, incluso cuando la velocidad del motor es
baja. Además, aunque una parte del combustible en el conducto común
3 fluye saliendo del conducto común 3 cuando se inyecta combustible
desde las válvulas de inyección de combustible 10a a 10d, la presión
de combustible en el conducto común 3 no cambia demasiado, debido a
que el volumen del conducto común 3 es mucho mayor que el volumen
del combustible inyectado por una inyección de combustible. En
otras palabras, la presión de combustible en el conducto común 3
(es decir la presión de inyección de combustible) se mantiene
sustancialmente constante durante el período de inyección de
combustible, de las respectivas válvulas de inyección de combustible
10a a 10d.
En la figura 1, el número de referencia 20
designa una unidad de control electrónico (ECU) 20, que controla el
motor 1. La ECU 20 puede estar construida como un microordenador de
un tipo conocido, y está provista con una memoria de solo lectura
(ROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM), una unidad de
procesamiento (CPU), conectadas entre sí mediante un bus
direccional. La ECU 20 de esta realización lleva a cabo el control
sobre la presión de combustible, en el cual se controla la presión
de combustible del conducto común, en un valor objetivo determinado
a partir de las condiciones operativas del motor, mediante ajustar
la capacidad de descarga de la bomba de combustible a alta presión
5. La ECU 20 lleva a cabo además un control básico del motor, tal
como el control de inyección de combustible, que controla la
sincronización de la inyección de combustible y la cantidad de
inyección de combustible, mediante ajustar la sincronización de
apertura y el período de las respectivas válvulas de inyección de
combustible 10a a 10d.
En esta realización, se dispone un sensor 27 de
presión del combustible, en el conducto común 3, para detectar la
presión de combustible en el conducto común 3. Además, se dispone un
sensor del acelerador 21 cerca del pedal del acelerador (no
mostrado) del motor 1, para detectar el grado de abertura del
acelerador (la cantidad de presión sobre el pedal del acelerador,
mediante un conductor del vehículo). El número de referencia 23 en
la figura 1, es un sensor del ángulo de leva, para detectar el
ángulo de fase rotacional del árbol de levas del motor 1. El sensor
del ángulo de la leva 23 está dispuesto cerca del árbol de levas, y
entrega una señal de impulso de referencia cada 720 grados de
rotación del cigüeñal. El sensor del ángulo de manivela 25 está
dispuesto cerca del cigüeñal del motor 1, y entrega una señal de
impulso del ángulo de manivela cada, por ejemplo, 15 grados de
rotación del cigüeñal.
La ECU 20 calcula la velocidad del motor a
partir del intervalo de la señal de impulso del ángulo de manivela,
procedente del sensor del ángulo de manivela 25. La ECU 20 calcula
además la sincronización de inyección y la cantidad de inyección de
combustible de las válvulas de inyección de combustible 10a a 10d,
en base a la velocidad del motor calculada y el grado de abertura
del acelerador, detectado por el sensor del acelerador 21. En esta
realización, puede utilizarse cualquier método conocido para
calcular la sincronización de la inyección de combustible y la
cantidad de inyección de combustible.
A continuación se explicará la construcción de
las válvulas de inyección de combustible 10a a 10d. Puesto que las
válvulas de inyección de combustible 10a a 10d son idénticas, las
válvulas de inyección de combustible 10a a 10d se designarán en
general por el número de referencia 10, en la explicación que
sigue.
La figura 2 es una vista en sección
longitudinal, de la válvula de inyección de combustible 10 de esta
realización.
En la figura 2, el número 101 denota un
alojamiento de la válvula de inyección de combustible que tiene
forma sustancialmente cilíndrica, 103 denota un orificio de
inyección formado al fondo del alojamiento 101, y 105 denota una
aguja de válvula, de la válvula de inyección de combustible 10.
El número 123 es un conducto de combustible a
alta presión formado en el alojamiento 101. El conducto de
combustible a alta presión 123 está conectado al conducto común 3,
a través del tubo de combustible a alta presión (11a a 11d en la
figura 1) en uno de sus extremos, y está conectado a una cámara de
presión 107 formada alrededor de la aguja de la válvula 105, en la
parte por debajo de una parte 105a de guía de la aguja, de esta.
Cuando la válvula de inyección de combustible 10
está cerrada, la punta de la aguja de válvula 105 es impulsada
hacia un asiento de boquilla formado alrededor del orificio de
inyección 103, y cierra el orificio de inyección 103. En esta
posición, la presión en la cámara de presión 107 impulsa la aguja de
la válvula 105 hacia arriba (en sentido abriendo el orificio de
inyección 103, es decir un sentido de apertura de la válvula). La
fuerza hacia arriba ejercida sobre la aguja de la válvula 105, es
igual a la presión de combustible en la cámara de presión 107,
multiplicada por el área que recibe la presión (es decir, el área
calculada mediante sustraer el área del asiento de boquilla (105c)
del área de la sección transversal de la parte de guía de la aguja
105a).
En el alojamiento 101, hay formada una cámara de
control 109, en el extremo de la aguja de la válvula 105 opuesto al
orificio de inyección 103. Como se explicará más abajo, el conducto
de combustible a alta presión 123 está conectado a la cámara de
control 109, y la presión que el combustible de esta ejerce sobre el
extremo (una parte de control del pistón) de la aguja de la válvula
105, impulsa la aguja de la válvula en sentido hacia abajo (es
decir, un sentido de cierre de la válvula). Además, un resorte 111
para impulsar la aguja 105 en el sentido de cierre, está dispuesto
en la cámara de control 109. Cuando la presión en la cámara de
presión y la presión en la cámara de control 109, son la misma, la
aguja 105 es impulsada mediante el resorte 111 en el sentido de
cierre. Así, se mantiene la aguja 105 en la posición que cierra el
orificio de inyección 103, mediante el resorte 111 y, de ese modo,
se impide una inyección de combustible errónea debida al movimiento
hacia arriba de la aguja 105, provocado por la presión en una cámara
de combustión.
\newpage
En el alojamiento 101, hay dispuesta una cámara
de salida 130, que está conectada a la cámara de control 109
mediante conductos de retorno 201 y 203, como se explicará más
abajo. La cámara de salida 130 está conectada a una parte de baja
presión de combustible, fuera de la válvula de inyección de
combustible (tal como el depósito de combustible) mediante un
conducto de salida 127. El número 300 en la figura 2 es una válvula
de control, para bloquear la comunicación entre la cámara de salida
120 y el conducto de salida 117.
La válvula de control 300 está conectada
hidráulicamente a un accionador piezoeléctrico 303, por vía de una
cámara hidráulica 301. El accionador piezoeléctrico 303 está
provisto con un pistón 305 opuesto a la cámara hidráulica 301.
Cuando se aplica una tensión eléctrica al accionador piezoeléctrico
303, el pistón 305 se mueve hacia abajo y la cantidad de
desplazamiento de este se corresponde con la tensión aplicada. El
desplazamiento del pistón 305 es transmitido al extremo superior de
la válvula de control 300. Esto provoca que la válvula de control
se mueva hacia abajo, en una cantidad calculada mediante multiplicar
la proporción entre las áreas en sección transversal, del pistón
305 y de la parte superior de la válvula de control 300, por la
cantidad de desplazamiento del pistón 305. Por lo tanto, mediante
aplicar tensión eléctrica al accionador piezoeléctrico 303, la
válvula de control 300 se mueve hacia abajo en una cantidad
correspondiente a la tensión eléctrica aplicada y, por lo tanto,
comunica la cámara de salida con el conducto de salida 117.
La figura 3 es una vista en sección, aumentada,
de la parte de la válvula de inyección de combustible 10 que rodea
la cámara de control 130 y la cámara de salida 109 en la figura
2.
Tal como puede verse a partir de la figura 3, la
cámara de control 109 y la cámara de salida 130 están conectadas
mediante conductos de retorno 201 y 203, que tienen reguladores 201a
y 203a, respectivamente. Además, la cámara de control 109 está
conectada al conducto de combustible a alta presión 123 mediante
conductos de alimentación 207, 209 y un regulador 209a. Como se
muestra en la figura 3, el conducto de retorno 203 se abre a la
cámara de salida 130, en la posición directamente por debajo de la
válvula de control 300. Por lo tanto, cuando la válvula de control
300 se mueve a la posición en que la parte inferior de esta
sobresale del suelo de la cámara de salida 130, es decir cuando la
válvula de control 300 adopta una posición de carrera completa, se
bloquea el conducto de retorno 203. Por otra parte, el conducto de
retorno 209 se abre a la cámara de salida 130, en la posición que
comunica la cámara de salida 130 con la cámara de control 109,
independientemente de la posición de la válvula de control 300. En
esta realización, el conducto de retorno 201, la cámara de control
130 y el conducto de salida 117 forman un conducto de descarga para
descargar combustible desde la cámara de control 109 al exterior
del alojamiento 101, mientras que el conducto de retorno 203, la
cámara de salida 130 y el conducto de salida 117 constituyen otro
conducto de descarga para descargar combustible de la cámara de
control 109 al exterior del alojamiento 101.
En la válvula de inyección de combustible 10 de
esta realización, la inyección de combustible se lleva a cabo
mediante mover la válvula de control 300, por medio de aplicar una
tensión eléctrica al accionador piezoeléctrico 303. El
desplazamiento (la subida) de la válvula de control 300 puede
controlarse con una respuesta extremadamente buena, mediante
ajustar la tensión eléctrica aplicada al accionador piezoeléctrico
303. En esta realización, la válvula de control 300 está controlada
de forma que adopta selectivamente una de las siguientes tres
posiciones:
una posición de cierre, en la que la válvula de
control 300 bloquea la comunicación entre la cámara de salida 130 y
el conducto de salida 117 (la posición de la figura 3);
una posición de carrera completa, en la que la
válvula 300 es colindante con el suelo de la cámara de salida 130,
y bloquea la comunicación entre la cámara de salida 130 y el
conducto de retorno 203 (la posición de la figura 5); y
una posición de carrera intermedia, en la que la
válvula de control 300 se desplaza a la posición entre la posición
de cierre y la posición de carrera completa, donde tanto el conducto
de salida 117 como el conducto de retorno 203 están conectados a la
cámara de salida 130 (la posición en la figura 4).
Los modos de funcionamiento de la válvula de
inyección de combustible correspondiente a estas tres posiciones,
se explican con referencia a las figuras 3 a 5.
Cuando la válvula de control 300 se mueve a la
posición de cierre, la cámara de salida 130 está aislada respecto
del conducto de salida 117. Sin embargo, puesto que la cámara de
control 109 está conectada al conducto de combustible a alta
presión 123, a través de los conductos de alimentación 207 y 209, la
presión del combustible en la cámara de control 109 se mantiene a
un valor igual al del conducto de combustible a alta presión 123.
Por tanto la aguja de la válvula 105 es impulsada por la presión en
la cámara de control 109, junto con la fuerza del resorte 111, y
bloquea el orificio de inyección 103. Así, no se inyecta combustible
desde la válvula de inyección de combustible 10, en esta
posición.
Cuando la válvula de control 300 adopta la
posición de carrera intermedia, la cámara de salida 130 está
conectada al conducto de salida 117. Además, la cámara de salida
130 está también conectada a la cámara de control 109, por vía de
conductos de retorno 201 y 203, en esta posición. Así, el
combustible en la cámara de control 109 fluye a la cámara de salida
130, a través de ambos conductos de retorno 201 y 203, y después
fluye saliendo de la cámara de salida 130 a través del conducto de
salida 117. Aunque el combustible fluye a la cámara de control 109
desde el conducto de alimentación 209, la presión en la cámara de
control 109 cae rápidamente en esta condición. Cuando la presión en
la cámara de control 109 disminuye hasta el punto en que la suma de
la fuerza ejercida sobre la aguja 105 mediante la presión en la
cámara de control 109, y la fuerza del resorte 111, se hace menor
que la fuerza ejercida sobre la aguja 105 mediante la presión en la
cámara de presión 107, la aguja 105 se mueve y abre el orificio de
inyección 103. Así, se inyecta combustible a alta presión en la
cámara de presión 107, desde el orificio de inyección 103 de la
válvula de inyección de combustible 10. En la posición de carrera
intermedia 107 de la válvula de control 300, puesto que la velocidad
de la caída de presión en la cámara de control 109 es elevada,
también se torna alta la velocidad del movimiento de la aguja 105
para abrir el orificio de inyección 103. Puesto que la tasa de
inyección de combustible se hace mayor cuando el desplazamiento de
la aguja 105 es mayor, el ritmo de incremento de la tasa de
inyección de combustible se hace mayor cuando la válvula de control
300 adopta la posición de carrera intermedia.
Cuando la válvula de control 300 adopta la
posición de carrera completa, el conducto de retorno 203 se cierra
mediante la válvula de control 300, y la cámara de salida 130 y la
cámara de control 109 se conectan solo mediante el conducto de
retorno 201. Por lo tanto, fluye fuelóleo saliendo de la cámara de
control 109, solo a través del conducto de retorno 201, mediante lo
que se hace relativamente pequeña la velocidad de la caída de
presión en la cámara de control 109. Así, la aguja 105 se mueve a
una velocidad relativamente lenta, y el ritmo de incremento en la
tasa de inyección de combustible se hace pequeño cuando la válvula
de control 300 adopta su posición de carrera completa.
Cuando la válvula de control 300 vuelve a su
posición cerrada, en la figura 3, bien desde la posición o de
carrera intermedia (figura 4) o desde la posición de carrera
completa (figura 5), se detiene la salida de combustible a través
del conducto de salida 117, puesto que el conducto de salida 117
está cerrado por la válvula de control 300, y se reduce el ritmo de
caída de presión en la cámara de control 109, y se incrementa la
presión en la cámara de control 109, por medio del fuelóleo que
fluye desde los conductos de retorno 207 y 209. Así, cuando la
válvula de control 300 vuelve a su posición cerrada en la figura 3,
la aguja 105 es presionada contra el orificio de inyección 103, y
se detiene la inyección de combustible.
La velocidad del movimiento de la aguja 105, en
la posición de carrera completa y en la posición de carrera
intermedia de la válvula de control 300, puede determinarse mediante
ajustar por anticipado los tamaños de los reguladores 201a y 203a
de los conductos de retorno 201 y 203, y el regulador 209a del
conducto de alimentación 209.
En la realización de la figura 5, la precisión
de la inyección de combustible (es decir, la precisión en la
cantidad y la sincronización de la inyección de combustible) es baja
si es prolongado el tiempo requerido para detener realmente la
inyección de combustible (es decir, el tiempo requerido por la aguja
105 para cerrar completamente el orificio de inyección 103),
después de que la válvula de control 300 vuelve a la posición
cerrada. Por lo tanto, es preferible incrementar la presión en la
válvula de control 300 tan rápidamente como sea posible. Es cierto
que el ritmo del incremento de presión en la cámara de control 109
puede incrementarse mediante incrementar el caudal de un flujo de
combustible hacia la cámara de control 109, después de que la
válvula de control 300 vuelva a la posición cerrada, mediante
incrementar el tamaño del regulador 209a del conducto de
alimentación 209. Sin embargo, si el caudal del flujo de combustible
hacia la cámara de control 109 se incrementa, se reduce también el
ritmo de la caída de presión al comienzo de la inyección de
combustible, y se torna pequeña la velocidad de la elevación de la
aguja al comienzo de la inyección de combustible.
La figura 6 muestra otra realización de la
válvula de inyección de combustible 10, que resuelve este problema.
En la realización de la figura 6, puede acortarse el tiempo
requerido para detener la inyección de combustible después de que
la válvula de control 300 vuelve a su posición cerrada, mientras que
se mantiene alta la velocidad de elevación de la aguja 105, al
comienzo de la inyección de combustible.
Como se muestra en la figura 6, se proporciona
un segundo conducto de alimentación 211, con un regulador 211a que
conecta el conducto de retorno 203 al conducto de alimentación 207,
en la parte corriente arriba del regulador 209a. Mediante conectar
el conducto de alimentación 207 al conducto de alimentación 209, a
través del segundo conducto de alimentación 209 y el regulador
209a, fluye siempre combustible a alta presión hacia el conducto de
retorno 203, desde el conducto de combustible a alta presión 123.
Sin embargo, puesto que el regulador 203a está provisto en el
conducto de retorno 203, la mayor parte del combustible que fluye al
conducto de retorno 203 desde el segundo conducto de alimentación
211, fluye a la cámara de salida 130 sin fluir a la cámara de
control 109, cuando el conducto de retorno 203 no está cerrado (es
decir, cuando la válvula de control 300 está en la posición de
carrera intermedia). En otras palabras, la mayor parte del
combustible suministrado desde el segundo conducto de alimentación
211 se fuga al conducto de salida 117 desde la cámara de salida
130, sin fluir a la cámara de control 109. Por lo tanto, en la
posición de carrera intermedia de la válvula de control 300, donde
es preferible mantener una velocidad de elevación de la aguja 105
grande, la velocidad de elevación de la aguja 105 es
sustancialmente la misma que en la realización de la figura 3.
Por otra parte, cuando la válvula de control 300
está en la posición de carrera completa de la posición cerrada,
fluye combustible a alta presión suministrado desde el segundo
conducto de alimentación 211, a la cámara de control 109 a través
del conducto de retorno 203 y el regulador 203a. Por lo tanto, en la
posición de carrera completa de la válvula de control 300, donde es
preferible mantener más baja la velocidad de elevación de la aguja,
la velocidad de elevación de la aguja 105 puede fijarse a un valor
menor que en la realización de la figura 3. Además, puesto que el
ritmo de caída de presión en la cámara de control 109 es
incrementado mediante el combustible que fluye a la cámara de
control 109 desde el segundo conducto de alimentación 211, en la
posición de cierre de la válvula de control 300, se reduce el
tiempo requerido para detener por completo la inyección de
combustible después de que la válvula de control 300 vuelve a la
posición cerrada. Así, en esta realización se mejora más la
precisión de la inyección de combustible.
La figura 7 muestra un ejemplo de modificaciones
a la válvula de inyección de combustible 10 en la figura 6. Aunque
el segundo conducto de alimentación 211 está conectado al conducto
de retorno 203 en la figura 6, el segundo conducto de alimentación
211 está conectado directamente a la cámara de salida 130 en esta
realización. Mediante conectar el segundo conducto de alimentación
211 directamente a la cámara de salida 130, el maquinado del
segundo conducto de alimentación 211 y el regulador 211a de este,
pueden simplificarse enormemente en comparación con la realización
de la figura 6.
Como se ha explicado arriba, puede cambiarse las
características de inyección de combustible de la válvula de
inyección de combustible, mediante activar solo la válvula de
control 300, es decir no se necesita ninguna otra válvula además de
la válvula de control 300, en la válvula de inyección de combustible
de la realización explicada en las figuras 3 a 7. Por lo tanto, la
construcción de la válvula de inyección de combustible puede ser
compacta y sencilla de acuerdo con estas realizaciones. Además,
puesto que solo es necesaria la válvula de control para manejar la
válvula de inyección de combustible, solo se necesita una fuente
eléctrica, y puede simplificarse el sistema de control para cambiar
las características de inyección de combustible, de la válvula de
inyección de combustible.
A continuación, se explica ejemplos del control
de la velocidad de elevación de la aguja 105 (es decir, el control
de las características de inyección de combustible de la válvula de
inyección de combustible), utilizando válvulas de inyección de
combustible de las figuras 3, 6 y 7.
Como se ha explicado antes, la posición de la
válvula de control 300 puede conmutarse libremente entre la
posición cerrada, la posición de carrera intermedia y la posición de
carrera completa, mediante cambiar la tensión eléctrica aplicada al
accionador piezoeléctrico 303 en las válvulas de inyección de
combustible de las figuras 3, 6 y 7. Además, puesto que la
respuesta del accionador piezoeléctrico 303 es extremadamente alta,
la posición de la válvula de control 300 puede conmutarse durante un
período de inyección de combustible. Por lo tanto, las
características de inyección de combustible de las válvulas de
inyección de combustible de las figuras 3, 6 y 7 pueden modificarse
durante el funcionamiento del motor, de acuerdo con la condición
operativa, como se explica a continuación en las figuras 8 hasta
12.
(1) Figura
8
La figura 8 es un ejemplo de características de
inyección de combustible utilizadas cuando el intervalo entre la
inyección de combustible piloto y la inyección de combustible
principal, es relativamente pequeño. En la figura 8, el eje
horizontal y el eje vertical representan el tiempo y la tasa de
inyección de combustible, respectivamente. En esta realización,
cuando el intervalo entre la inyección de combustible piloto y la
inyección de combustible principal son relativamente pequeños, (A)
la válvula de control 300 se mantiene en la posición de carrera
intermedia durante la inyección de combustible piloto, para obtener
una alta velocidad de elevación de la aguja 105 y, (B) la válvula
de control 300 se mantiene en la posición de carrera completa
durante la inyección principal de combustible, para obtener una
velocidad de elevación de la aguja 105 relativamente baja.
Manteniendo una velocidad de elevación alta, la
verdadera presión de inyección de combustible en el orificio de
inyección 103 de la válvula de inyección de combustible (una presión
eficaz de la inyección de combustible), se incrementa rápidamente
en la inyección de combustible piloto, y puede inyectarse una
pequeña cantidad a una velocidad elevada, durante la inyección de
combustible piloto. Puesto que el combustible inyectado a alta
velocidad tiene una gran capacidad de penetración, el combustible
inyectado se quema después de alcanzar la periferia exterior de la
cámara de combustión, incluso aunque la cantidad de inyección de
combustible sea pequeña. Por lo tanto, cuando se lleva a cabo la
inyección de combustible principal, el combustible inyectado
mediante la inyección de combustible principal empieza a quemarse
desde la parte que contacta con la combustión de gas formada por la
inyección de combustible piloto, en la periferia exterior de la
cámara de combustión. En otras palabras, la combustión del
combustible inyectado por la inyección de combustible principal,
procede desde la periferia externa de la cámara de combustión hacia
el centro de la cámara de combustión. Así, la temperatura de
combustión del combustible inyectado por la inyección de combustible
principal se hace baja y, de ese modo, se suprime la formación de
NO_{x}.
Además, puesto que la velocidad de elevación de
la aguja es relativamente pequeña durante la inyección de
combustible principal, la tasa de inyección de combustible al
comienzo de la inyección de combustible principal es relativamente
baja, en las características de inyección de combustible de la
figura 8. Por tanto en esta realización, puede anticiparse la
sincronización del inicio de la inyección de combustible principal,
sin perjudicar la combustión. Así, se hace posible completar la
inyección de combustible principal en una sincronización
relativamente anticipada, antes de que la temperatura en la cámara
de combustión se haya reducido cerca del término de la carrera de
expansión para, de ese modo, suprimir el incremento de humo del gas
de escape, provocado por el combustible inyectado durante la
carrera de expansión.
(2) Figura
9
La figura 9 muestra una segunda realización de
las características de inyección de combustible utilizadas por las
válvulas de inyección de combustible de las realizaciones explicadas
arriba. En esta realización, de forma similar a la figura 8, (A) la
válvula de control 300 se mantiene en la posición de carrera
intermedia durante la inyección de combustible piloto, para obtener
una alta velocidad de elevación de la aguja 105, y (B) la válvula
de control 300 se mantiene en la posición de carrera completa, para
obtener una velocidad de elevación de la aguja 105 relativamente
baja, durante la primera mitad de la inyección de combustible
principal. Sin embargo, (C) la válvula de control 300 es conmutada
entre la posición de carrera completa y la posición de carrera
intermedia, en la mitad de la inyección principal. Mediante mantener
la válvula de control 300 en la posición de carrera intermedia
durante la segunda mitad de la inyección de combustible principal,
se incrementa la tasa de inyección de combustible rápidamente,
durante la segunda mitad de la inyección de combustible, de forma
similar al caso en que se utiliza una bomba de inyección de
combustible de tipo tirón. Por lo tanto, la inyección de
combustible principal se completa antes que en la figura 8, y se
suprime adicionalmente la formación de humo en el gas del
escape.
(3) Figura
10
La figura 10 muestra una tercera realización de
las características de inyección de combustible utilizadas cuando
se lleva a cabo la inyección de combustible piloto en una
sincronización previa a la de las figuras 8 y 9. En este caso,
puesto que se lleva a cabo la inyección de combustible piloto en un
periodo relativamente temprano, de una carrera de compresión de un
cilindro, la presión y la temperatura en la cámara de combustión no
son lo suficientemente elevadas. Además, puesto que la posición del
pistón es relativamente baja en el cilindro, cuando se lleva a cabo
la inyección de combustible piloto, el combustible inyectado
mediante la inyección de combustible piloto es apto para alcanzar
la pared del cilindro sin evaporarse, y para pegarse a la pared en
forma líquida. Cuando el combustible líquido se pena la pared del
cilindro, puede producirse la dilución del combustible y el
deterioro de la lubricación de los anillos del pistón debido al
combustible líquido.
Para impedir estos problemas, se mantiene la
válvula de control 300 en su posición de carrera completa, cuando
se lleva a cabo la inyección de combustible piloto anticipada.
Mediante mantener la válvula de control 300 en la posición de
carrera completa durante la inyección de combustible piloto
anticipada, puesto que se reduce el ritmo de incremento de la
presión eficaz de la inyección de combustible, el combustible
inyectado por la inyección de combustible piloto forma un spray que
tiene baja penetración y, por lo tanto, el combustible inyectado
por la inyección de combustible piloto no alcanza la pared del
cilindro en forma líquida. Así, no se tiene los problemas
provocados por el combustible líquido adherido al cilindro.
(4) Figura
11
La figura 11 muestra una cuarta realización de
las características de inyección de combustible de las válvulas de
inyección de combustible, cuando se lleva a cabo una inyección de
combustible posterior. Una inyección de combustible posterior, es
una inyección de combustible que se lleva a cabo después de que se
ha completado una inyección de combustible principal. La inyección
de combustible posterior es necesaria cuando la cantidad de
inyección de combustible es excesivamente grande, y puede provocar
un incremento en el humo del gas de escape, debido a combustión
incompleta. En este caso, puesto que la inyección de combustible
posterior se lleva a cabo durante la carrera de expansión del
cilindro, donde la posición del pistón es baja en el cilindro, y la
presión y la temperatura en el cilindro se reducen, puede producirse
problemas debido a la adhesión de combustible líquido a la pared
del cilindro. Por lo tanto, de forma similar al caso de la figura
10, en este caso la válvula de control 300 se mantiene en la
posición de carrera completa, durante la inyección posterior de
combustible. Mediante mantener la válvula de control 300 en la
posición de carrera completa, el combustible inyectado durante la
inyección posterior de combustible forma spray, que tiene una baja
penetración, y no se produce la unión de combustible líquido a la
pared del cilindro.
(5) Figura
12
La figura 12 muestra una quinta realización de
las características de inyección de combustible, de las válvulas de
inyección de combustible.
En esta realización, (A) la válvula de control
300 es conmutada primero a la posición de carrera intermedia, al
comienzo de la inyección de combustible y, (B) la válvula de control
300 es de nuevo conmutada a la posición de carrera completa, cuando
la aguja 105 comienza a elevarse. En las realizaciones primera y
segunda de las características de inyección de combustión (figuras
8 y 9), se mantiene la válvula de control 300 en la posición de
carrera completa, al comienzo de la inyección de combustible, para
obtener una tasa de inyección de combustible relativamente baja al
comienzo de la inyección de combustible. Sin embargo, como se ha
explicado en las figuras 3 y 5, el ritmo de disminución en la
presión en la cámara de control 109 se hace pequeño cuando la
válvula de control 300 está en la posición de carrera completa
puesto que, en esta posición, el combustible sale de la cámara de
control 109 solo a través del conducto de retorno 201 (figura 5).
Por lo tanto, se necesita un tiempo relativamente largo antes de
que la presión en la cámara de control 109, sea lo suficientemente
baja para comenzar la elevación de la aguja, desde el momento en
que se recibe una señal ordenando la inyección de combustible (es
decir, se aplica una tensión eléctrica al accionador piezoeléctrico
303). Esto provoca un retardo relativamente grande del verdadero
inicio de la inyección de combustible, después de haberse recibido
la señal que ordena la inyección de combustible. Cuando el retardo
temporal se hace grande, puesto que la desviación de la
sincronización real de inyección de combustible y la cantidad
respecto de los valores objetivo se hace grande, la precisión de la
inyección de combustible se torna baja.
Por lo tanto, para reducir el retardo del
arranque real de la inyección de combustible, en esta realización
se mantiene la válvula de control 300 en la posición de carrera
intermedia. Cuando la válvula de control 300 se mantiene en la
posición de carrera intermedia, puesto que el combustible en la
cámara de control 109 fluye saliendo de ambos conductos de retorno
201 y 203, la presión en la cámara de control 109 cae rápidamente y,
por lo tanto, la aguja 105 comienza a elevarse un breve lapso
después de que se recibe la orden de inyección de combustible. Así,
mediante mantener la válvula de control 300 en la posición de
carrera intermedia, al comienzo de la inyección de combustible, en
esta realización se reduce el retardo del comienzo real de la
inyección de combustible. Además, la válvula de control 300 es
conmutada a la posición de carrera completa una vez que la aguja
empieza a elevarse en esta realización. Mediante conmutar la
posición de la válvula de control 300 a la posición de carrera
completa, se torna baja la posición de elevación de la aguja después
de que ha comenzado a elevarse. Por lo tanto, el incremento en la
tasa de inyección de combustible se reduce después del inicio de la
inyección de combustible, y la tasa de inyección de combustible al
comienzo de la inyección de combustible se mantiene en un valor
bajo.
El periodo entre momento en que la aguja empieza
a elevarse y el momento en que se recibe la orden de inyección de
combustible, cambia de acuerdo con la presión en la cámara de
control 109 (es decir, la presión del conducto común). En esta
realización, el tiempo requerido por la aguja para comenzar a
elevarse se determina experimentalmente, utilizando una válvula de
inyección de combustible real. En este experimento, se lleva a cabo
inyecciones de combustible mientras que la válvula de control 300
se mantiene en la posición de carrera intermedia, y se mide el
tiempo requerido por la aguja 105 para empezar a moverse, bajo
diversas presiones de conducto común, y la relación entre la
presión de conducto común y el tiempo necesario antes del inicio
real de la inyección de combustible, se almacena en la ECU 20 en
forma de tabla numérica.
En el control de inyección de combustible
llevado a cabo por la ECU 20, se determina el tiempo necesario antes
del verdadero inicio de la inyección de combustible, a partir de la
presión del conducto común, utilizando la tabla numérica explicada
arriba. Al comienzo de la inyección de combustible, la ECU 20
mantiene la válvula de control 300 en la posición de carrera
intermedia para el período temporal indicado arriba y, después de
que ha transcurrido este período de tiempo, conmuta la posición de
la válvula 300 a la posición de carrera completa. Así, en esta
realización se reduce enormemente el retardo del arranque real de la
inyección de combustible.
Además, aunque el tiempo requerido antes del
arranque real de la inyección de combustible, se determina a partir
de la tabla numérica basada en las medidas reales, si la válvula de
inyección de combustible está equipada con un sensor de elevación
de la aguja, que detecta la cantidad de elevación de la aguja 105, o
un sensor de sincronización de la elevación de la aguja, que
detecta que la aguja 105 ha comenzado a elevarse, puede llevarse a
cabo la conmutación de la válvula de control 300 desde la posición
de carrera intermedia hasta la posición de carrera completa, cuando
se detecta el inicio de la elevación de la aguja mediante alguno de
los sensores indicados arriba. Esto incrementa adicionalmente la
precisión de la inyección de combustible.
A continuación se explicará realizaciones de la
construcción de la válvula de inyección de combustible acorde con
la presente invención, que son diferentes respecto de las de las
figuras 3, 6 y 7, con referencia a las figuras 13 y 14.
Como puede verse a partir de las figuras 13 y
14, la construcción de la válvula de inyección de combustible en
esta realización, es diferente respecto de la dada en la figura 3,
por cuanto que el conducto de alimentación 209 está conectado a la
cámara de salida 130, en lugar de a la cámara de control 109. En la
construcción de la figura 3, puesto que el conducto de alimentación
209 está conectado a la cámara de control 109, fluye combustible a
la cámara de control 109 desde el conducto de alimentación 209,
incluso cuando el combustible en la cámara de control 109 fluye
saliendo de esta a través de los conductos de retorno 201 y 203 (o
solo desde el conducto de retorno 201).
Por lo tanto, una cantidad relativamente grande
de combustible fluye a la cámara de control 109 desde el conducto
de alimentación 209, especialmente cuando es elevada la presión del
conducto común (es decir, la presión en el conducto de combustible
a alta presión 123). Por otra parte, la cantidad de combustible que
fluye saliendo de la cámara de control 109 se hace relativamente
pequeña, especialmente cuando la válvula de control 300 está en la
posición de carrera completa. Por lo tanto, en este caso debe
reducirse la cantidad de combustible que fluye a la cámara de
control 109 a través del conducto de alimentación 209, a un valor
menor que la cantidad de combustible que fluye saliendo de la
cámara de control 109 a través del conducto de retorno 201, para
llevar a cabo la inyección de combustible. Así, el regulador 209a
está dispuesto en el conducto de alimentación 209 en la figura 3,
para reducir la cantidad de combustible que fluye a la cámara de
control 109.
Sin embargo, en la construcción de la figura 3
es difícil determinar el tamaño del regulador 200a en el conducto
de alimentación 209. Si se determina el tamaño del regulador 209a de
tal forma que la cantidad de combustible que fluye a través del
conducto de alimentación 209 se reduce a un valor apropiado, cuando
la presión de conducto común (es decir, la presión en el conducto
de combustible a alta presión 123) es elevada, la cantidad de
combustible que fluye a la cámara de control 109 a través del
conducto de alimentación 209, se hace excesivamente pequeña cuando
la presión del conducto común es baja. Esto provoca un retardo en la
sincronización de la detención de la inyección de combustible, y
reduce la precisión de la inyección de combustible.
La realización en la figura 13 soluciona este
problema mediante conectar el conducto de alimentación 209 a la
cámara de salida 130. Mediante conectar el conducto de alimentación
209 a la cámara de salida 130, el combustible que fluye a través
del conducto de alimentación 209, fluye a la cámara de salida 130 y
es descargado desde el conducto de salida 117 durante la inyección
de combustible (es decir, cuando la válvula de control 300 está en
la posición de elevación media o en la posición de carrera
completa), sin fluir a la cámara de control 109. Así, de acuerdo
con la presente invención, el inicio de la inyección de combustible
(es decir, el movimiento de la aguja 105) no está afectado mediante
el combustible que fluye a través del conducto de alimentación 209.
Además, cuando la válvula de control 300 está en la posición
cerrada, el combustible que fluye a la cámara de salida 130 desde
el conducto de alimentación 209, fluye además a la cámara de control
109 a través de ambos conductos de retorno 201 y 203. Por lo tanto,
la presión en la cámara de control 109 se incrementa en un breve
lapso, incluso si es baja la presión del conducto común. Así, se
mantiene la precisión de la inyección de combustible, incluso
cuando la presión de la inyección de combustible (la presión del
conducto común) es baja.
En esta realización, si el tamaño (el diámetro)
del conducto de alimentación 209 es demasiado pequeño, se retardará
la finalización de la inyección de combustible. Además, si el tamaño
del conducto de alimentación 209 es demasiado grande, puesto que la
cantidad de combustible descargado a través del conducto de salida
117 se incrementa durante la inyección de combustible, se incrementa
la pérdida de energía en la bomba de combustible. Por lo tanto, es
preferible determinar el tamaño del conducto de alimentación 209 con
una base experimental, de tal forma que el tamaño del conducto de
alimentación 209 sea adecuado para todas las condiciones operativas
del motor.
La figura 14 muestra un ejemplo de una
modificación de la realización de la figura 13. En la figura 14,
aunque el conducto de alimentación 209 está también conectado a la
cámara de salida 130, se proporciona un segundo conducto de
alimentación 213 que conecta el conducto de combustible a alta
presión 213 a la cámara de control 109, además de al conducto de
alimentación 209. Además, hay dispuesto un regulador 213a en el
segundo conducto de alimentación 213, para reducir la cantidad de
combustible que fluye hacia la cámara de control 109. En esta
realización, como puede verse a partir de la figura 14, fluye
combustible a la cámara de control 109 a través del segundo
conducto de alimentación 213, incluso cuando la válvula de control
300 está en la posición de elevación media o en la posición de
carrera completa, y fluye combustible saliendo de la cámara de
control 109 a través de los conductos de retorno 201 y 203. Por lo
tanto, el tamaño del regulador 213a del segundo conducto de
alimentación 213, se fija en un valor relativamente pequeño, de
forma que la presión en la cámara de control 109 disminuye a un
ritmo razonable cuando la válvula de control 300 es conmutada a la
posición de elevación media o a la posición de carrera completa, e
incluso cuando la presión del conducto común es elevada. Por otra
parte, cuando la válvula de control 300 es conmutada la posición
cerrada, fluye combustible a la cámara de control 109 a través del
segundo conducto de alimentación 213, así como desde el conducto de
alimentación 209, por vía de los conductos de retorno 201 y 203. Por
lo tanto, el ritmo de incremento de presión en la cámara de control
109 se incrementa, y puede reducirse el retardo en el cierre de la
válvula de inyección de combustible (el retardo en la parada de la
inyección de combustible).
Como se ha explicado arriba, de acuerdo con la
presente invención, la construcción de la válvula de inyección de
combustible es sencilla y compacta, y puede obtenerse fácilmente las
características deseadas de inyección de combustible, de acuerdo
con la condición operativa del motor, cuando se utiliza en un
sistema de inyección de combustible de conducto común.
Se proporciona una válvula de inyección de
combustible con una aguja de válvula que es impulsada, mediante la
presión del combustible en una cámara de control, a una posición
cerrada en la que la aguja de la válvula cierra el orificio de
inyección de combustible. Un conducto de alimentación con una parte
estrangulada, conecta un conducto de combustible a alta presión,
con la cámara de control. La cámara de control está conectada a una
cámara de salida, mediante los conductos de retorno. La cámara de
salida tiene un conducto de salida para descargar combustible de la
cámara de salida, al exterior de la válvula de inyección de
combustible. Se proporciona una válvula de control en la cámara de
salida. La válvula de control es capaz de adoptar cualquiera entre,
una posición cerrada en la que está cerrado el conducto de salida,
una posición de elevación media en la que el conducto de salida y
los conductos de retorno están abiertos, y una posición de carrera
completa en la que están abiertos el conducto de salida y solo un
conducto de retorno. En la posición cerrada de la válvula de
control, la presión en la cámara de control es elevada, y la aguja
de la válvula se mantiene en una posición cerrada. En la posición
de carrera intermedia y en la posición de elevación total, el
combustible en la cámara de control es descargado a través del
conducto de salida, por vía de conductos de retorno y la cámara de
salida. Esto provoca que la aguja de la válvula se mueva a la
posición en que está abierto el orificio de inyección de
combustible. Sin embargo, en la posición de elevación total, puesto
que solo está abierto un conducto de retorno, el ritmo de caída de
presión en la cámara de control es menor, y la velocidad de la
elevación de la aguja de la válvula es menor. Por lo tanto, puede
cambiarse las características de inyección de combustible, mediante
conmutar la posición de la válvula de control, entre la posición de
elevación media y la posición de elevación total, durante la
inyección de combustible.
Claims (4)
1. Una válvula de inyección de combustible (10)
que comprende:
- un alojamiento (101) provisto con un orificio de inyección de combustible (103) en uno de sus extremos;
- un conducto de combustible a alta presión (123), conectado al orificio de inyección de combustible (103);
- una aguja de la válvula (105), para abrir y cerrar el orificio de inyección de combustible (103);
- una cámara de control (109) formada en el alojamiento, en un extremo de la aguja de la válvula (105) opuesto al orificio de inyección de combustible (103);
- un conducto de alimentación (207, 209), que conecta el conducto de combustible a alta presión (123) y la cámara de control (109), para suministrar combustible a alta presión a la cámara de control (109), de forma que la presión en la cámara de control (109) impulsa la válvula de la aguja (105), hacia una posición en la que la aguja de la válvula (105) cierra el orificio de inyección de combustible (103),
- un conducto de descarga (203, 130, 117) conectado a la cámara de control (109), para reducir la presión en la cámara de control (109) mediante descargar combustible de la cámara de control (109) al exterior del alojamiento, de forma que la aguja de la válvula (105) se mueve hacia una posición en la que la aguja de la válvula (105) abre el orificio de inyección de combustible (103); y
- una válvula de control (300) para abrir y cerrar el conducto de descarga (203, 130, 117),
caracterizado por
un segundo conducto de descarga (201, 130, 117)
conectado a la cámara de control (109) para reducir la presión en
la cámara de control (109) mediante descargar combustible de la
cámara de control (109) al exterior del alojamiento, de forma que
la aguja la válvula (105) se mueve hacia una posición en la que la
aguja de la válvula (105) abre el orificio de inyección de
combustible (103); donde la válvula de control (300) es capaz de
adoptar cualquiera de entre una primera posición en la que la
totalidad de los conductos de descarga (201, 130, 117 y 203, 130,
117) están cerrados, una segunda posición en la que al menos uno de
los conductos de descarga (201, 130, 117) está abierto y al menos
uno de los conductos de descarga (203, 130, 117) está cerrado, y una
tercera posición en la que la totalidad de los conductos de
descarga (201, 130, 117 y 203, 130, 117) están abiertos.
2. Una válvula de inyección de combustible (10)
como la expuesta en la reivindicación 1, en la que al menos uno de
los conductos de descarga (201, 130, 117 y 203, 130, 117) está
provisto con una parte estrangulada (201a, 203a) en la parte que
hay entre la cámara de control (109) y la válvula de control (300),
para limitar el combustible que fluye a su través, y el conducto de
combustible a alta presión (123) está conectado a, al menos, un
conducto de descarga (203, 130, 117) en la parte que hay entre la
parte estrangulada (203a) y la válvula de control (300).
3. Una válvula de inyección de combustible (10)
acorde con la reivindicación 1, en la que el conducto de
alimentación (207, 209) conecta el conducto de combustible a alta
presión (123) y la cámara de control (109), por vía de una cámara
de salida (130) y una parte de los conductos de descarga (201,
203).
4. Una válvula de inyección de combustible (10)
como la expuesta la reivindicación 3, que comprende además un
segundo conducto de alimentación (213) con una parte estrangulada
(213a), que conecta directamente el conducto de combustible a alta
presión (123) con la cámara de control (109).
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