ES2280757T3 - Circuito de inyeccion de fluido a alta presion. - Google Patents
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Abstract
1- Circuito de inyección de fluido a alta presión (1) que incluye una bomba de inyección de fluido a baja presión (2) conectada mediante conductos (3, 3.1) a un depósito (6) por una parte, y a al menos un inyector-bomba (8) destinado a entregar el fluido a muy alta presión por otra parte, incluyendo un amortiguador de ondas de presión (14) interpuesto entre una salida de la bomba en dirección del inyector-bomba y el inyector-bomba, caracterizado porque el amortiguador está situado en un cuerpo (4) de la bomba (2).
Description
Circuito de inyección de fluido a alta
presión.
El presente invento se refiere a un circuito de
inyección de fluido a alta presión. El invento tiene como objetivo
aumentar el rendimiento del circuito de inyección de fluido a alta
presión. El invento está particularmente destinado al dominio del
automóvil pero puede igualmente aplicarse en otros dominios. En el
dominio del automóvil, este circuito permite inyectar un fluido a
alta presión en el interior de al menos un cilindro de un motor. En
este caso, el fluido es un carburante.
Es conocida la interposición de un amortiguador
de onda de presión en un circuito de inyección de carburante a alta
presión.
Un circuito de inyección de fluido incluye un
depósito de fluido, una bomba hidráulica de inyección de fluido a
baja presión (alrededor de 10 bares o sea aproximadamente 1.000.000
de Pascales) y al menos un inyector-bomba. El
depósito, la bomba de inyección y el inyector-bomba
están unidos mediante conductos que permiten al fluido circular
desde el depósito a través de la bomba de inyección hasta el
inyector-bomba para después circular de nuevo y
volver, en caso de excedente, al depósito. La bomba toma un fluido
que proviene del depósito y aumenta la presión de este fluido hasta
una baja presión. En un ejemplo, esta baja presión está por debajo
de la presión de 10 bares. Este fluido a baja presión es después
expulsado de la bomba de inyección a través de los conductos. De
entre los conductos del circuito, un distribuidor reparte este
fluido a baja presión a diferentes
inyectores-bombas. Después cada
inyector-bomba aumenta la presión hasta 300 bares
máximo y lo inyecta en su propio cilindro a la presión de 2050
bares máximo después de la apertura de una electroválvula.
Un circuito de inyección que incluye dichos
inyectores-bombas que puedan suministrar un fluido a
alta presión presenta la ventaja de ser más eficiente que un
circuito que incluya una bomba de inyección que suministre una
presión de inyección más pequeña. En un ejemplo, una alta presión de
inyección puede corresponder a aproximadamente 2000 bares. Sin
embargo, a alta presión, la bomba o los conductos del circuito
pueden deteriorarse, y el rendimiento de dicho circuito disminuye
sensiblemente.
En el invento, se ha buscado la causa de estos
deterioros y se ha buscado en particular reforzar los distintos
elementos de circuito. Esto fue en vano o, de otro modo, con grandes
costes. Se ha tenido entonces la idea de detectar el comportamiento
temporal transitorio de la presión que reina en el circuito durante
su funcionamiento.
Ha aparecido entonces que la entrega de un
fluido a alta presión podía comportar la formación de una onda de
presión. Esta onda de presión es la consecuencia de una apertura y
de un cierre rápido de la electroválvula del
inyector-bomba. A raíz del cierre rápido de la
electroválvula, puede nacer una onda de presión y propagarse a lo
largo del fluido, y en el sentido inverso del flujo del fluido.
Esta onda de presión puede igualmente comportar
la formación de picos de presión. Cuando estos picos de presión son
demasiado elevados, puede suceder que estos picos deterioren
elementos contenidos en el circuito de inyección, disminuyendo el
rendimiento del circuito de inyección de alta presión. Por ejemplo,
pueden ser obtenidos picos de presión de 60 bares para presiones de
suministro de 2000 bares y deteriorar los elementos contenidos en
el circuito de inyección.
En el estado de la técnica, los circuitos de
inyección de fluido no se veían afectados por esta onda de presión
por el hecho de que la presurización del fluido se realizaba a baja
presión y porque los elementos contenidos en estos circuitos eran
suficientemente sólidos para no ser dañados por estas ondas de
presión.
Para limitar el deterioro de los elementos
contenidos en un circuito de inyección de fluido a presión y en
particular de fluido a alta presión, habría sido posible realizar
conductos más anchos y más espesos. Sin embargo esta solución
habría sido demasiado voluminosa para el uso de dicho circuito de
inyección en un vehículo. De cualquier forma no habría resuelto el
problema la bomba.
Para atenuar estas ondas de presión
potencialmente generadoras de picos de presión, el invento prevé, en
consecuencia, un amortiguador de ondas de presión interpuesto en
los conductos del circuito de inyección de fluido a alta presión.
En un ejemplo, éste amortiguador está realizado de tal forma que
obliga al fluido a seguir en varias vías caminos de longitudes
diferentes. La dirección del fluido es tal que el fluido debe pasar
a través de secciones de paso estrechas para que el movimiento del
fluido se acelere. Al acelerarse este movimiento del fluido crea
turbulencias. Estas turbulencias rompen el movimiento regular del
fluido, atenuando entonces la onda de presión y los picos de
presión que resultan de ello.
En este ejemplo, el amortiguador incluye un
cilindro, en el interior del cual está dispuesta una varilla. Esta
varilla está dotada de plataformas, delimitando dichas plataformas
compartimentos abiertos. El fluido circula a través de estos
compartimentos por medio de secciones de paso estrechas.
El invento tiene pues como objeto un circuito de
inyección de fluido a alta presión que incluye una bomba de
inyección del fluido a baja presión unida mediante conductos a un
depósito por una parte, y a al menos un
inyector-bomba destinado a suministrar el fluido a
muy alta presión por otra parte, caracterizado porque incluye un
amortiguador de ondas de presión interpuesto entre una salida de la
bomba en dirección del inyector-bomba y el
inyector-bomba y porque el amortiguador está situado
en el cuerpo de la bomba.
Se comprenderá mejor el invento con la lectura
de la descripción siguiente y con el examen de las figuras que le
acompañan. Estas únicamente están presentadas a título indicativo y
no limitativo del invento. Las figuras muestran:
- Figura 1: una representación esquemática de un
circuito de inyección de fluido a alta presión, según el
invento;
- Figura 2: una representación gráfica de al
menos una orden de mando de una electroválvula en función del
tiempo, según el invento;
- Figura 3: un corte longitudinal de un
amortiguador de onda de presión, según el invento;
- Figura 4: un corte transversal de un
amortiguador de onda de presión, según el invento;
- Figura 5: una representación tridimensional de
un amortiguador de onda, según el invento;
- Figura 6: una representación esquemática de
una onda de presión en función de la distancia recorrida, según el
invento;
- Figura 7: una representación gráfica de una
onda de presión en función del tiempo.
La figura 1 muestra un circuito de inyección de
fluido a alta presión 1 que incluye una bomba de inyección 2 de
fluido a baja presión unida mediante conductos 3.1 y 3 a un depósito
6 de fluido 5 y a al menos un inyector-bomba 8
respectivamente, según el invento.
La bomba 2 está incorporada en un cuerpo 4. Una
alimentación de fluido en dicho circuito se efectúa de la siguiente
manera. La bomba 2 aspira el fluido 5 contenido en el depósito 6 por
el conducto 3.1. En un ejemplo, se puede tratar de un depósito de
carburante, como el gasoil. Una vez montado a presión en el interior
de la bomba 2, el fluido 5 es enviado a través de los conductos 3.
En un ejemplo, la bomba de baja presión 2 aumenta la presión del
fluido en 10 bares aproximadamente. Los conductos 3 incluyen aquí un
distribuidor 7 conectado a al menos un
inyector-bomba 8. En un ejemplo, el distribuidor 7
está conectado a cuatro inyectores-bombas 8. El
inyector-bomba 8 está conectado a un cilindro 9 de
un motor (no representado) en el interior del cual desliza un
pistón 9.1. El inyector-bomba está destinado a
expulsar un volumen de fluido a muy alta presión por un orificio
(no representado) obturado en reposo por una aguja de inyector (no
representada). En un ejemplo, la presión del fluido en el momento
de su expulsión del inyector-bomba es de 2050 bares.
El inyector-bomba 8 está igualmente dotado de una
electroválvula 10 cuya apertura 11 y el cierre 12 están controlados
por una orden Oi, figura 2. Por ejemplo, la apertura 11 y el cierre
12 de la electroválvula 10 de cada uno de los
inyectores-bombas 8 están controlados por una orden
de mando O1 a O4, figuras 1 y 2. La electroválvula permite así
permitir una alimentación intermitente de fluido de cada
inyector-bomba. En respuesta a esta orden, la
electroválvula 10 se puede encontrar en fase de apertura 11 o de
cierre 12. La apertura puede estar predeterminada durante un
periodo 13 transitorio de manera que permita una
pre-inyección del fluido en el
inyector-bomba. El fluido es después comprimido en
el interior del inyector-bomba hasta 300 bares. A
300 bares, la aguja del inyector es expulsada del orificio del
inyector-bomba. El fluido es entonces expulsado en
el cilindro del motor a una presión de 2050 bares aproximadamente,
dado que la llegada de carburante en el
inyector-bomba es superior a la cantidad que puede
escaparse por el orificio del inyector-bomba.
Un retorno de fluido en dirección del depósito
se efectúa de la siguiente manera. El fluido circula en el sentido
contrario del sentido seguido por el fluido durante la alimentación
del circuito cuando la electroválvula se abre de nuevo. El exceso
de fluido necesario para un aumento de presión eficaz en el interior
del inyector-bomba vuelve entonces al depósito por
otros conductos (no representados) diferentes de los conductos
3.
Según el invento, el circuito de inyección de
fluido a alta presión 1 incluye un amortiguador de onda de presión
14. El amortiguador 14 está interpuesto entre una salida de la bomba
2 en el sentido del inyector-bomba 8 y el
inyector-bomba 8, figura 1. Más concretamente, el
amortiguador 14 está situado en el interior del cuerpo 4 de la
bomba 2, en el lugar donde se encuentra la salida de la bomba en
dirección del inyector-bomba 8. Éste amortiguador
14, incluye en un ejemplo un cilindro 15, figura 4 con una parte
externa 16 maciza y una parte central 17 hueca. Un corte
transversal del amortiguador permite visualizar una sección
transversal 18 de la parte central 17 del cilindro 15, figura 4. En
esta sección transversal 18, es posible distinguir un perímetro 19,
una superficie 20 y un centro 21. En un ejemplo preferido, el
cilindro 15 es circular, figura 4, pero este cilindro 15 puede
igualmente ser rectangular.
En el lugar donde se sitúa el centro 21 de esta
parte central 17 está insertada una barra 22, figuras 3,5. Esta
barra 22 incluye al menos un disco 23. El corte transversal del
amortiguador 14 permite igualmente visualizar una sección
transversal 24 del disco 23, figura 4. Ésta sección transversal 24
permite distinguir un perímetro 25 y una superficie 26. La barra 22
incluye varios discos 23, figuras 3,4 y 5. En la figura 3 se puede
visualizar un disco 23 en trazo discontinuo situado debajo del
disco 23 presente en el plano del dibujo. En el ejemplo preferido,
la barra 22 incluye seis discos 23 y tiene una longitud de sesenta
milímetros, figuras 3 y 5. Los discos 23 están dispuestos en la
barra 22 unos a continuación de otros según una misma distancia 27.
En el interior de la parte central 17 del cilindro 15, los discos
23 delimitan compartimentos 28. En el ejemplo preferido, los discos
23 tienen la forma de un disco cortado según una cuerda y delimitan
cinco compartimentos 28, figuras
3, 4 y 5.
3, 4 y 5.
Los discos 23 son idénticos y las normales a sus
cuerdas están orientadas según un ángulo 29 diferente de un disco a
otro respecto de un eje 30 definido por la barra 22 y que pasa por
el centro 21. Preferentemente, los discos 23 están orientados,
alternativamente, unos respecto de otros según un ángulo de 180º
respecto al eje 30 de la barra 22, figuras 4 y 5. Los discos 23
están dispuestos perpendicularmente al eje 30, figura 3. En otro
ejemplo, sería posible prever una orientación de un ángulo diferente
de 180º, produciendo una progresión helicoidal de estas
orientaciones.
Según el invento, la superficie 26 del disco 23
corresponde al menos a la mitad de la superficie 20 de la sección
18 de la parte central 17 del cilindro 15. El perímetro 25 del disco
23 casa igualmente parcialmente con el perímetro 19 de la parte
central 17 de la sección 18 del cilindro 15, figura 4.
El perímetro 25 del disco 23 tiene una porción
31 y una porción 32. La porción 31 casa con el perímetro 19 del
cilindro 15 mientras que la porción 32 no casa, figura 4.
El perímetro 19 del cilindro 15 tiene igualmente
una porción 33 que casa con el disco 23 y una porción 34 que no
casa. Así la porción 32 del disco 23 y la porción 34 del cilindro 15
delimitan un orificio lateral 35 respecto al eje 30 definido por la
barra 22, figura 4. Por el hecho de la presencia de este orificio
lateral 35 en cada disco 23, los compartimentos 28 están abiertos
al interior del cilindro 15, figura 3.
El disco 23 está realizado de tal manera que,
según un eje 38 perpendicular al eje 30 definido por la barra 22,
un punto de la porción 31 del perímetro 25 del disco 23 está
separado de otro punto de la porción 32 del perímetro 25 en una
distancia 36.
Además, un punto de la porción 32 está separado
de un punto de la porción 34 según el eje 38 perpendicular al eje
30 de la barra 22 en una distancia 37. En el ejemplo preferido, la
distancia 36 es de 4,5 milímetros y la distancia 37 es de 1,5
milímetros, para un diámetro de 6 milímetros más o menos el 20%. Se
obtiene así un buen compromiso entre el tamaño de la robustez.
Cuando el fluido 5 a baja presión es inyectado
en el interior de los conductos 3, el fluido 5 sufre en su
recorrido una ligera depresión, figura 6. Esta ligera depresión, o
pérdida de carga, está representada por una curva 39 lineal
decreciente en función de la distancia recorrida por el interior de
los conductos 3. El fluido 5 en movimiento percute la
electroválvula 10 en el momento del cierre de esta última. El fluido
5 es inyectado en el interior del cilindro 9 mediante una apertura
y un cierre rápidos de la electroválvula 10. El cierre 12 rápido de
la electroválvula 10, controlado por la orden O, provoca una onda de
presión 40, figura 6. Esta onda 40 se desplaza en el sentido
contrario del desplazamiento del fluido 5 en el caso de la
alimentación de fluido del circuito. Este desplazamiento en sentido
contrario se produce desde el inyector-bomba 8 hasta
el lugar donde se encuentra la bomba 2.
Esta onda de presión 40 se desplaza en el
espacio y en el tiempo, figuras 6 y 7. Esta onda de presión 40 emite
al menos un pico de presión 41 después del cierre de la
electroválvula 10, figura 7. Por ejemplo, en la figura 7 están
representados cuatro picos de presión 41 de una onda de presión 40
resultante de la apertura 11 y del cierre 12 sucesivos de la
electroválvula 10 de cada uno de los cuatro
inyectores-bombas 8 de fluido. Estos picos de
presión 41 pueden alcanzar hasta una presión de 60 bares.
Los orificios laterales 35 y la disposición de
los discos 23 unos encima de otros crean estrechamientos y
ensanchamientos de las secciones en el interior del cilindro 15 del
amortiguador 14. Estos estrechamientos y estos ensanchamientos de
secciones obligan al fluido a romper su trayectoria rectilínea. La
onda inversa debe pasar por los mismos lugares.
El fluido 5 que sale de la bomba 2 penetra en el
interior del amortiguador 14. La trayectoria 42 del fluido en el
interior del cilindro 15 tiene una forma sinusoidal, figura 3. En la
extremidad opuesta donde entra el fluido 50, la onda de presión 40
penetra en el interior del cilindro 15 y describe una misma
trayectoria 43 visible en trazos discontinuos en la figura 3. El
fluido 5 bajo presión crea turbulencias en el interior de los
compartimentos 28 después de su paso a través de los orificios
laterales 35 que atenúan sensiblemente los picos de presión de la
onda de presión hasta 50% de su valor máximo.
Claims (11)
1. Circuito de inyección de fluido
a alta presión (1) que incluye una bomba de inyección de fluido a
baja presión (2) conectada mediante conductos (3, 3.1) a un depósito
(6) por una parte, y a al menos un inyector-bomba
(8) destinado a entregar el fluido a muy alta presión por otra
parte, incluyendo un amortiguador de ondas de presión (14)
interpuesto entre una salida de la bomba en dirección del
inyector-bomba y el inyector-bomba,
caracterizado porque el amortiguador está situado en un
cuerpo (4) de la bomba (2).
2. Circuito (1) según la
reivindicación 1, caracterizado porque el amortiguador (14)
incluye un cilindro (15) en el que está insertada una barra (22)
que tiene al menos un disco (23).
3. Circuito (1) según la
reivindicación 2, caracterizado porque una superficie (26) de
una sección (24) del disco (23) corresponde al menos a la mitad de
una superficie (20) de una sección (18) de una parte central (17)
del cilindro (15) y que un perímetro (25) del disco (23) casa
parcialmente con un perímetro (19) de la sección (18) del cilindro
(15).
4. Circuito (1) según la
reivindicación 3, caracterizado porque una distancia (36) que
separa un primer punto de una porción (31) del perímetro (25) del
disco (23) casa con el perímetro (19) del cilindro (15) por una
parte, de un segundo punto del perímetro (25) del disco (23) que no
casa con el perímetro (19) del cilindro (15) por otra parte, siendo
ésta distancia, medida según un eje (38) perpendicular al eje (30)
de la barra (22), de 4,5 milímetros.
5. Circuito (1) según la
reivindicación 4, caracterizado porque una distancia (37) que
separa un segundo punto de una porción (32) del perímetro (25) del
disco (23) que no casa con el perímetro (19) del cilindro (15) por
una parte, de un tercer punto de una porción (31) del perímetro (19)
del cilindro (15) que no casa con el perímetro (25) del disco (23),
siendo ésta distancia, medida según un eje (38) perpendicular al
eje (30) de la barra (22), de 1,5 milímetros.
6. Circuito (1) según una de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque la barra (22)
incluye varios discos (23) y porque estos discos (23) están
dispuestos en la barra (22) unos después de otros según una misma
distancia (27).
7. Circuito (1) según una de las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque los discos (23)
son idénticos y están orientados según un ángulo (29) diferente de
un disco (23) a otro respecto a un eje (30) definido por la barra
(22).
8. Circuito (1) según la
reivindicación 7, caracterizado porque los discos (23) están
orientados unos respecto de otros según un ángulo de 180º respecto
al eje (30).
9. Circuito (1) según una de las
reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque el disco (23)
está dispuesto perpendicularmente al eje (30).
10. Circuito (1) según la reivindicación
3 y según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado
porque una porción (32) del perímetro (25) del disco (23) que no
casa con el perímetro (19) del cilindro (15), así como una porción
(34) del perímetro (25) del cilindro (15) que no casa con el
perímetro (25) del disco (23) delimitan un orificio lateral (35)
respecto al eje
(30).
(30).
11. Circuito (1) según las
reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque la barra (22)
incluye seis discos (23) que delimitan cinco compartimentos (28)
abiertos al interior del cilindro (15).
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