ES2280076T3

ES2280076T3 - Inyector de combustible de un motor de combustion interna.

Info

Publication number: ES2280076T3
Application number: ES05425384T
Authority: ES
Inventors: Mario Ricco; Sisto Luigi De Matthaeis; Adriano Gorgoglione; Alfonso Di Meo; Sergio Stucchi
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2007-09-01
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: DE602005000662D1; EP1612403A1; JP2006017127A; US7740187B2; US20060027684A1; US7527036B2; JP2006017107A; ATE356290T1; EP1612404A1; JP4152972B2; EP1612404B1; US20070205302A1; ES2277229T3; ATE377705T1; DE602005000662T2; JP4276203B2; DE602005003175D1; EP1612403B1; DE602005003175T2; DE602004004254T2

Abstract

Un inyector de combustible (1) para un motor de combustión interna; inyector que termina en una boquilla para inyectar combustible a un correspondiente cilindro del motor, y que comprende: - un cuerpo de inyector hueco (2) que se extiende en una dirección axial (3); - una varilla de control (10) móvil axialmente con respecto al mencionado cuerpo de inyector (2), para abrir/cerrar la mencionada boquilla; - una servo-válvula de control alojada en el mencionado cuerpo de inyector (2), y que comprende: a) un accionador eléctrico; b) una cámara de de control (23), que esta delimitada axialmente en un lado por la mencionada varilla de control (10), comunica con una entrada de combustible (4), y tiene un conducto de descarga (26, 48) que comprende una parte calibrada (42, 52); y c) un obturador (17) móvil axialmente, bajo el control del mencionado accionador eléctrico, entre una posición cerrada en la que cierra el mencionado conducto de descarga (26, 48), y una posición abierta en la que abre elmencionado conducto de descarga (26, 48), para variar la presión en la mencionada cámara de control (23) y así producir el movimiento axial de la mencionada varilla de control (10); mediante lo que - la mencionada servo-válvula comprende además una varilla axial (33) fija con respecto al mencionado cuerpo de inyector (2), y que comprende una superficie lateral externa (34) a través de la cual sale el mencionado conducto de descarga (26, 48); - el mencionado obturador (17) está ajustado a la mencionada superficie lateral externa (34), para deslizar axialmente de forma sustancialmente estanca a fluidos y, en la mencionada posición cerrada, cierra el mencionado conducto de descarga (26, 48) de modo que está sometido a una presión axial resultante ejercida por el combustible, sustancialmente cero; y - la mencionada parte calibrada (42, 52) esta formada de modo que produce remolinos y/o cavitación, en la descarga de combustible próxima al área de cierre entre el mencionado obturador (17) y la mencionada varilla axial (33).

Description

Inyector de combustible de un motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un inyector de combustible de un motor de combustión interna (EP-A-262 539).

Como es sabido, un inyector comprende un cuerpo de inyector, que define una boquilla para inyectar combustible al motor, y aloja una varilla de control, movible a lo largo de un eje para activar una clavija que cierra la boquilla. El cuerpo de inyector también aloja una servo-válvula eléctrica de control, que comprende una cámara de control delimitada axialmente en un lado por la varilla de control, y en el otro lado por una pared final que tiene un agujero de salida que es abierto/cerrado por un obturador, para comunicar con un conducto de descarga y, así, variar la presión en la cámara de control. Más en concreto, la sección transversal del agujero de salida está calibrada para fijar de forma precisa del flujo de combustible desde la cámara de control al conducto de descarga, y obturador es móvil axialmente bajo el control de un accionador eléctrico y el impulso axial de un resorte, que está cargado previamente para mantener cerrada la salida del agujero cuando el accionador eléctrico esta inactivo.

Para los inyectores, se percibe la necesidad de que el obturador abriendo/cerrando el agujero de salida de la cámara de control, esté sometido a presión sustancialmente cero cuando el obturador esta en la posición cerrada, al efecto de reducir la carga previa del resorte, la fuerza requerida del accionador eléctrico, y por lo tanto el tamaño, en comparación con las soluciones en que el obturador cierra axialmente el agujero de salida. Más en concreto, en los inyectores en los que el obturador esta "equilibrado" en términos de presión axial, incluso una pequeña cantidad de elevación del obturador produce una gran sección de flujo de combustible al conducto de descarga, mejorando así el rendimiento dinámico, es decir eliminando el denominado "rebote" del obturador al término de las carreras de apertura y cierre.

Al mismo tiempo, se percibe también la necesidad de un inyector que, en adición a un obturador "equilibrado", sirva para minimizar las variaciones en la característica de apertura/cierre de la boquilla de inyección, con respecto a las condiciones de diseño.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un inyector de combustible de un motor de combustión interna, diseñado para satisfacer las demandas anteriores de forma directa, a bajo coste y que, en concreto, sea de construcción relativamente sencilla y compacta.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un inyector de combustible para un motor de combustión interna; terminando el inyector en una boquilla para inyectar combustible a un respectivo cilindro del motor, y que comprende:

-: un cuerpo de inyector hueco que se extiende en una dirección axial;

-: una varilla de control movible axialmente con respecto al mencionado cuerpo de inyector, para abrir/cerrar la mencionada boquilla;

-: una servo-válvula de control alojada en el mencionado cuerpo de inyector, y que comprende:

a): un accionador eléctrico;

b): una cámara de control, que esta delimitada axialmente en un lado mediante la mencionada varilla de control, comunica con una entrada de combustible, y tiene un conducto de descarga que comprende una parte calibrada; y

c): un obturador movible axialmente, bajo el control del mencionada accionador eléctrico, entre una posición cerrada en la que cierra el mencionado conducto de descarga, y una posición abierta en la que abre el mencionado conducto de descarga, para variar la presión en la mencionada cámara de control, y así producir el movimiento axial de la mencionada varilla de control;

mediante lo que

-: la mencionada servo-válvula de control comprende también una varilla axial fija con respecto al mencionado cuerpo de inyector, y que comprende una superficie lateral exterior a través de la cual sale el mencionado conducto de descarga;

-: el mencionado obturador esta adaptado a la mencionada superficie lateral externa, para deslizarse axialmente de forma sustancialmente estanca a fluidos y, en la mencionada posición cerrada, cerrar el mencionado conducto de descarga para estar sometido a una presión axial resultante sustancialmente cero, mediante el combustible; y

-: la mencionada parte calibrada esta formada para producir remolinos y/o cavitación en la descarga de combustible, cerca del área del cierre entre el mencionado obturador y la mencionada varilla axial.

A modo de ejemplo, se describirá a una realización preferida de la presente invención, no limitativa, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

la figura 1 muestra una sección transversal, con partes retiradas por claridad, de una realización preferida de un inyector de combustible de un motor de combustión interna, de acuerdo con la presente invención;

las figuras 2 y 3 son similares a la figura 1, y muestran respectivas variaciones del inyector de la figura 1.

El número 1 en la figura 1 indica, como un todo, un inyector de combustible (mostrado parcialmente) para un motor de combustión interna, en concreto un motor diesel (no mostrado).

El inyector 1 comprende un alojamiento o cuerpo 2, aludido normalmente como "cuerpo del inyector", que se extiende a lo largo de un eje longitudinal 3 y que tiene una entrada lateral 4 conectable a un conducto de suministro de combustible a alta presión, por ejemplo a aproximadamente 1 800 barias. El cárter 2 termina con una boquilla (no mostrada) que comunica con una entrada 4, para inyectar combustible a un correspondiente cilindro del motor.

El cárter 2 define una cavidad axial 6 que aloja una servo-válvula de estrangulación 7, que comprende un cuerpo cilíndrico rebordeado denominado "cuerpo de válvula" 8. El cuerpo 8 tiene un orificio axial 9, en el que se desliza axialmente la varilla de control 10 de forma estanca fluidos, y comprende una parte tubular 11a y un reborde de extremo 11b, que descansa sobre un hombro 12 de la cavidad 6.

Más en concreto, la varilla 10 es móvil axialmente al efecto de controlar, de forma conocida, una clavija del obturador (no mostrada) para abrir y cerrar la boquilla de inyección.

El cárter 2 tiene otra cavidad 13 coaxial con el eje 13, y que aloja un dispositivo accionador 14 que comprende un electroimán 15 para controlar una armadura de disco ranurado 16 que termina axialmente con un manguito 17. El electroimán 15 está definido por un núcleo magnético, y tiene una superficie superior 19 perpendicular al eje 3.

El dispositivo 14 se sujeta en su posición mediante un soporte 20, y tiene una cavidad axial 21 que aloja un resorte helicoidal de compresión 22, sometido a carga previa para ejercer impulso sobre la armadura 16, en el sentido puesto a la atracción ejercida por el electroimán 15. Más en concreto, un extremo del resorte 22 reposa contra el soporte 20, y el otro extremo actúa sobre la armadura 16 por vía de una arandela 24.

La servo-válvula 7 comprende también una cámara reguladora o de control 23, delimitada radialmente por la parte 11a, y en comunicación permanente con la entrada 4 - para recibir combustible presurizado - por vía de un canal 25a formado en la parte 11a, y que tiene una parte calibrada 25b, por vía de una cámara anular 25c delimitada radialmente por los cuerpos 8 y 2, y por vía de un conducto (no mostrado) formado en el cuerpo 2.

Aquí y en lo que sigue, se entiende que "parte calibrada" significa un orificio de sección transversal y longitud extremadamente precisas, para producir una diferencia de presión dada entre la entrada y la salida del orificio.

La cámara 23 esta delimitada axialmente en un lado por la varilla 10, y en otro lado por un cuerpo 28, que está formado de una pieza, se interpone entre la cámara 23 y el dispositivo accionador 14, y comprende una parte de base 30 agarrada axialmente contra el reborde 11b, mediante una tuerca con arandela 31 enroscada a una rosca interna 32 del cuerpo 2.

El cuerpo 28 comprende además una varilla 33, que es de menor diámetro que la parte 30, se proyecta desde la parte 30 lo largo del eje 3 hacia la cavidad 21, y esta delimitada externamente por una superficie lateral cilíndrica 34, para guiar el deslizamiento axial del manguito 17. Más en concreto, el manguito 17 tiene una superficie interna cilíndrica 36, ajustada a la superficie lateral 34 de forma sustancialmente estancada fluidos, con una holgura diametral apropiada, por ejemplo de menos de 4 micras, o con la interposición de elementos de sellado.

La cámara 23 también comprende un conducto de descarga o salida de combustible, indicado como un todo por 26, y formado completamente dentro del cuerpo 28. El conducto 26 comprende una primera parte 38 formada a lo largo del eje 3, parcialmente en la parte 30 y parcialmente en la varilla 33; y una segunda parte radial 39 formada en la varilla 33, y que sale a través de la superficie lateral 34. Más en concreto, la parte 38 comprende una parte cónica inicial 40 que se separa hacia la cámara 23, y una parte cilíndrica muerta 41; y la parte 39 comprende una parte calibrada 42 (en el sentido explicado arriba) que sale dentro de la parte 41, y una parte de salida 43 de mayor sección transversal que la parte 42, y conectada con está.

En una variación no mostrada, puede proporcionarse un número mayor de porciones 39, separadas angularmente alrededor del eje 3.

La parte 43 sale de la varilla 33 dentro de una cámara anular 45, formada en la superficie lateral 34 adyacente axialmente a la parte 30, y que es abierta/cerrada por deslizamiento axial del manguito 17. El manguito 17 funciona como un obturador, y es movible entre una posición de límite hacia delante, en la que cierra la salida del conducto 26 y reposa axialmente en un extremo 46, sobre un hombro cónico 46 del cuerpo 28 entre la parte 30 y la varilla 33, y una posición de retirada límite, en la que la armadura 16 descansa axialmente sobre la superficie 19, con la interposición de una placa 100 que define la separación de aire residual entre la armadura 16 y el electroimán 15. En la posición de retirada límite, la armadura 16 conecta la cámara 45 a un conducto de descarga del inyector (no mostrado), por vía de un conducto anular entre la tuerca con arandela 31 y el manguito 17, las ranuras en la armadura 16, la cavidad 21 y una abertura en el soporte 20.

En otras palabras, cuando el electroimán 15 es excitado, la armadura 16 y por lo tanto el obturador 17 son atraídos hacia el electroimán 15, para descargar combustible desde la cámara 23 y reducir la presión de combustible, y así producir el movimiento axial de la varilla 10 para controlar la boquilla de inyección. A la inversa, cuando el electroimán 15 deja de ser excitado, el resorte 22 empuja la armadura 16 y por lo tanto el obturador 17, a la posición de límite delantero.

En la posición del límite hacia delante, puesto que la presión en la cámara 45 solo actúa radialmente sobre la superficie 34, el combustible ejerce un empuje axial resultante de magnitud sustancialmente cero, sobre el manguito 17.

Las figuras 2 y 3 muestran dos variaciones del inyector 1 cuyas piezas componentes se indican, donde es posible, utilizando los mismos números de referencia que en la figura 1. La variación de la figura 2 difiere respecto de la figura 1, en que la cámara 23 tiene un conducto de salida o descarga 48 formado en el cuerpo 28, y completamente a lo largo de un eje recto 49, en pendiente respecto al eje 3. Más en concreto, desde la cámara 23 a la cámara 45, el conducto 48 comprende una parte cónica inicial 50 divergente hacia la cámara 23, y descentrada con respecto al eje 3; una parte cilíndrica 51; una parte calibrada 52 de diámetro menor que la parte 51; y una parte final más anchas 53, que sale dentro de la cámara 45.

La variación de la figura 3 difiere respecto de la figura 1, en que la superficie interna del cuerpo 2 define la cámara 25c de forma que no es completamente cilíndrica. Es decir, la superficie interna indicada como un todo por 55, comprende dos superficies cilíndricas 56, 57 unidas por una superficie cónica 58 que converge axialmente hacia el reborde 11b. La cámara 25c comprende una separación anular 59 delimitada externamente por la superficie 56, y axialmente por un hombro anular 60 del cuerpo 8; y una separación anular 61 delimitada externamente por la superficie 57, y que aloja un anillo de sellado 62 interpuesto entre los cuerpos 8 y 2, y descansa axialmente sobre un hombro anular 64 del cuerpo 2.

Más en concreto, como en la solución de la figura 1, el hombro 60 define una proyección de localización anular 66.

La separación 59 es radialmente menor que la separación 61 de forma que, siendo iguales otras condiciones geométricas y dimensionales, el círculo de sellado de fluido ideal entre el reborde 11b y el hombro 12, está más próximo al eje 3 en la variación de la figura 3 que en las soluciones de la figura 1 y de la figura 2. Como resultado, es menor el área del cuerpo 8 sobre la que actúa axialmente la presión del combustible en la cámara 25c, y por lo tanto también se reduce las fuerzas axiales que actúan sobre el cuerpo 8 hacia la armadura 16.

Con referencia a los dibujos anexos, las porciones 42, 52 están formadas en una posición tal que producen remolinos y/o cavitación en la descarga de combustible próxima al área de sellado, entre el extremo 46 de obturador 17 y el hombro 47 del cuerpo 28, es decir inmediatamente corriente abajo desde la salida de los conductos 26, 48. Más en concreto, las porciones 42, 52 están formadas cerca de la salida de los conductos 26, 48 para minimizar, corriente abajo desde las porciones 42, 52, los volúmenes de combustible relativamente grandes que de otro modo producirían un flujo laminar desde los conductos 26, 48. Las porciones 43, 53 define en un volumen relativamente pequeño corriente abajo desde las porciones 42, 52 y, por lo tanto, no tienden a producir flujo laminar. Es más, siendo de sección transversal mayor que las respectivas porciones 42, 52, ayudan a producir el efecto de cavitación a la salida en la cámara 45.

En presencia de remolinos y/o cavitación como se ha mencionado arriba, el coeficiente de descarga a través de la parte 42, 52, y por lo tanto el flujo de combustible desde el conducto 26, 48, no se ven afectados por las condiciones de presión ambiental en que se mueve el manguito 17, de forma que se impide que el combustible que fluye desde la cámara 23 varíe con el tiempo y/o con respecto al diseño, en función de las condiciones corriente abajo. De hecho las variaciones en el flujo son extremadamente indeseables, al producir variaciones en el momento de descarga del combustible desde la cámara 23 y, por lo tanto, en el momento de apertura/cierre de la boquilla del inyector 1 con respecto a las condiciones de diseño.

También se reduce las variaciones en el momento de descarga del combustible y, por lo tanto en el momento de apertura/cierre de la boquilla, con respecto a las condiciones de diseño, mediante reducir la deriva estática en la posición axial de los componentes alojados en el cuerpo número 2. Es decir, las elevadas presiones en servicio, en la cámara 25c, normalmente tienen a producir una deriva estática en la posición axial de la parte 30, hacia la armadura 16, reduciendo así el recorrido máximo de la armadura 16 y el manguito 17, y teniendo así como resultado una variación en el flujo de combustible desde la cámara 45 al conducto de descarga, con respecto al diseño, debida a los diferentes momentos de apertura y cierre de la armadura 16 y el manguito 17.

En la variación de la figura 3 se reduce la deriva estática, mediante reducir el tamaño axial de la separación 59 con respecto a la cámara 25c en la figura 1, y reduciendo así la presión axial sobre el cuerpo 8 hacia la armadura 16, como se ha explicado con detalle arriba. La deriva estática se reduce también mediante el alto grado de rigidez de los componentes como un todo, dentro del cuerpo 2, debido a la ausencia de cuerpos adicionales o separadores, entre la cámara 23 y el cuerpo 28.

La ausencia de cuerpos adicionales entre la cámara 23 y el cuerpo 28, reduce también el tamaño axial de la servo-válvula 7, y simplifica enormemente la producción del inyector 1, mediante eliminar el endurecimiento superficial y/o el maquinado de acabado, complejos, que de otro modo serían necesarios para conseguir los ajustes de precisión y las tolerancias de maquinado necesarias para asegurar el sellado metal-metal a alta presión.

Claramente, puede hacerse cambios el inyector 1 tal como se ha descrito e ilustrado aquí sin, no obstante, apartarse del alcance de la presente invención, tal como se define en las reivindicaciones anexas.

En concreto, el cuerpo 28 no necesita tener una parte de base 30 más ancha que la varilla 33, y/o puede comprender un separador de ajuste entre el reborde 11b y el cuerpo 28 aunque, en este caso, se requeriría maquinado de acabado adicional y endurecimiento superficial.

Claims

1. Un inyector de combustible (1) para un motor de combustión interna; inyector que termina en una boquilla para inyectar combustible a un correspondiente cilindro del motor, y que comprende:

-: un cuerpo de inyector hueco (2) que se extiende en una dirección axial (3);

-: una varilla de control (10) móvil axialmente con respecto al mencionado cuerpo de inyector (2), para abrir/cerrar la mencionada boquilla;

-: una servo-válvula de control alojada en el mencionado cuerpo de inyector (2), y que comprende:

a): un accionador eléctrico;

b): una cámara de de control (23), que esta delimitada axialmente en un lado por la mencionada varilla de control (10), comunica con una entrada de combustible (4), y tiene un conducto de descarga (26, 48) que comprende una parte calibrada (42, 52); y

c): un obturador (17) móvil axialmente, bajo el control del mencionado accionador eléctrico, entre una posición cerrada en la que cierra el mencionado conducto de descarga (26, 48), y una posición abierta en la que abre el mencionado conducto de descarga (26, 48), para variar la presión en la mencionada cámara de control (23) y así producir el movimiento axial de la mencionada varilla de con- trol (10);

mediante lo que

-: la mencionada servo-válvula comprende además una varilla axial (33) fija con respecto al mencionado cuerpo de inyector (2), y que comprende una superficie lateral externa (34) a través de la cual sale el mencionado conducto de descarga (26, 48);

-: el mencionado obturador (17) está ajustado a la mencionada superficie lateral externa (34), para deslizar axialmente de forma sustancialmente estanca a fluidos y, en la mencionada posición cerrada, cierra el mencionado conducto de descarga (26, 48) de modo que está sometido a una presión axial resultante ejercida por el combustible, sustancialmente cero; y

-: la mencionada parte calibrada (42, 52) esta formada de modo que produce remolinos y/o cavitación, en la descarga de combustible próxima al área de cierre entre el mencionado obturador (17) y la mencionada varilla axial (33).

2. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque la mencionada parte calibrada (42, 52) esta formada cerca de la salida del mencionado conducto de descarga (26, 48).

3. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 1 o la 2, caracterizado porque la mencionada parte calibrada (42) esta formada en la mencionada varilla axial (33).

4. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 3, caracterizado porque la mencionada parte calibrada (42) se extiende radialmente.

5. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el mencionado conducto de descarga (48) esta formado en una dirección recta (49).

6. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mencionado conducto de descarga (26, 48) termina con una parte (43, 53), que tiene una sección transversal mayor que la de la mencionada parte calibrada (42, 52).

7. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mencionado conducto de descarga (26, 48) esta formado completamente en un solo cuerpo fijo (28) que comprende la mencionada varilla axial (33), y define axialmente la mencionada cámara de control (23) en el lado opuesto a la mencionada varilla de control (10).

8. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 7, caracterizado porque la mencionada cámara de control (23) esta delimitada radialmente mediante una parte tubular (11a) que forma parte de un cuerpo de válvula (8) diferenciado respecto del mencionado cuerpo fijo (28); el mencionado cuerpo fijo (28) comprendiendo una parte de base (30) de diámetro mayor que la mencionada varilla axial (33), definiendo axialmente la mencionada cámara de control (23), y agarrada axialmente contra el mencionado cuerpo de válvula (8).

\newpage

9. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la mencionada cámara de control (23) esta delimitada radialmente mediante una parte tubular (11a), que a su vez define hacia afuera una cámara anular (25c) que conecta la mencionada cámara de control (23) a la mencionada entrada (4); la mencionada cámara anular (25c) comprendiendo una primera separación anular (61), que aloja un anillo de sellado (62) interpuesto entre la mencionada parte tubular (11a) y el mencionado cuerpo de inyector (2), y una segunda separación anular (59) delimitada axialmente por un hombro (60) de la mencionada parte tubular (11a), y radialmente menor que la mencionada primera separación anular (61).

10. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 9, caracterizado porque las mencionadas separaciones anulares primera y segunda (61, 59) están definidas, sobre el mencionado cuerpo de inyector (2), mediante respectivas superficies cilíndricas (57, 56) conectadas entre sí mediante una superficie cónica (58), que converge desde la primera hacia la segunda separación anular.