ES2292068T3 - Bomba hidraulica de combustible para motores de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Una bomba (4) de combustible, de caudal de salida variable, para un motor de combustión interna, incluyendo la bomba (4) de combustible: al menos un cilindro (11); una cámara (22) de volumen variable de la bomba definida en el interior del cilindro (11); un pistón (12) que define el fondo de la cámara (22) de la bomba y es desplazable con respecto al cilindro (11) en una dirección de bombeo (35); al menos una válvula de admisión (26) comunicada con la cámara (22) de la bomba; al menos una válvula de impulsión (27) comunicada con la cámara (22) de la bomba; y un dispositivo de actuación (13) hidráulico/neumático que usa el empuje producido por un fluido de control a presión para desplazar el pistón (12) hacia delante y hacia atrás con respecto al cilindro (11) y en la dirección de bombeo (35) para variar cíclicamente el volumen de la cámara (22) de la bomba; el dispositivo de actuación (13) comprende una primera cámara de actuación (34) situada por debajo de la cámara (22) de la bomba con respecto a la dirección de bombeo (35); un elemento de control (47) para conectar la primera cámara de actuación (34) a un depósito (45) de fluido de control a presión y a un depósito (41) de drenaje de fluido de control; y medios de retorno (37) para ejercer un empuje sobre el pistón (12) en la dirección opuesta a la dirección de bombeo (35) y al empuje ejercido por el fluido de control a presión en la primera cámara de actuación (34); estando caracterizada la bomba (4) de combustible porque los medios de retorno (37) comprenden una segunda cámara de actuación (37) situada por encima de la primera cámara de actuación (34) con respecto a la dirección de bombeo (35), y que recibe fluido de control a presión.

Description

Bomba hidráulica de combustible para motores de combustión interna.

La presente invención se refiere a una bomba de combustible para un motor de combustión interna.

La bomba de combustible según la presente invención puede usarse ventajosamente como bomba de combustible de alta presión en un sistema de inyección directa de combustible con conducto común ("common-rail"), al cual se refiere la siguiente descripción puramente a título de ejemplo.

En los sistemas de inyección directa de combustible por conducto común usados actualmente una bomba de baja presión suministra combustible desde un depósito hasta una bomba de alta presión, que a su vez suministra el combustible a un conducto común; y un número de inyectores están conectados al conducto común y controlados cíclicamente para inyectar en los respectivos cilindros parte del combustible a presión del conducto común. La bomba de alta presión comprende al menos un cilindro con un pistón controlado mecánicamente por el eje motriz para deslizarse hacia atrás y hacia delante dentro del cilindro, una válvula de admisión de una vía que permite que el combustible fluya hasta el interior del cilindro a lo largo de un canal de admisión; y una válvula de impulsión de una vía conectada a un canal de impulsión que termina dentro del conducto común, y que permite que el combustible salga del cilindro.

Para que el sistema de inyección funcione adecuadamente, es importante mantener en todo momento dentro del conducto común una presión deseada del combustible, que normalmente varia con el tiempo. Por esta razón, la bomba de alta presión está diseñada para suministrar al conducto común, en cualquier condición de operación, más combustible del que se consume realmente, y un regulador de presión está conectado al conducto común para mantener dentro del conducto común la presión deseada de combustible drenando el combustible sobrante a un canal de recirculación, que devuelve el combustible sobrante en punto situado aguas arriba de la bomba de baja presión.

Los sistemas de inyección conocidos del tipo anterior tienen varios inconvenientes, teniendo en cuenta que la bomba de alta presión está necesariamente diseñada para suministrar al conducto común ligeramente más combustible del que puede consumirse posiblemente en la condición de máximo consumo. Puesto que la condición de máximo consumo, sin embargo, se produce muy raramente, ello significa que, en todas las demás condiciones de operación, la bomba de alta presión suministra al conducto común mucho más combustible del que se consume realmente, y gran parte del combustible debe ser drenado por el regulador de presión hacia el canal de recirculación. Puesto que el trabajo efectuado por la bomba de alta presión para bombear un combustible, que en última instancia es drenado por el regulador de presión, es claramente "superfluo", el rendimiento energético de los sistemas de inyección del tipo anterior es extremadamente bajo. Además, los sistemas de inyección conocidos del tipo anterior tienden a sobrecalentar el combustible. Es decir, cuando es drenado por el regulador de presión hacia el canal de recirculación, el combustible sobrante pasa de una presión muy alta a una presión sustancialmente atmosférica, y como consecuencia tiende a calentarse. Finalmente, los sistemas de inyección conocidos del tipo anterior son muy voluminosos, teniendo en cuenta el regulador de presión y el canal de recirculación conectado al mismo.

Para resolver los anteriores problemas, se ha propuesto, según se describe en la Solicitud de Patente EP-0481964-A1, emplear una bomba de alta presión de impulsión variable diseñada para suministrar al conducto común únicamente la cantidad de combustible necesaria para mantener la presión de combustible deseada dentro del conducto común. Más específicamente, la bomba de alta presión comprende un actuador electromagnético para ajustar instantáneamente el caudal de la bomba de alta presión ajustando el instante en que se cierra la válvula de admisión de la bomba de alta presión.

Otra realización de una bomba de alta presión de caudal variable está descrita en la Patente US-6116870-A1, en la cual la bomba de alta presión comprende un dispositivo de regulación conectado a la válvula de admisión para mantener abierta la válvula de admisión durante la carrera de compresión del pistón, y permitir así que el combustible fluya desde el cilindro a lo largo del canal de admisión. La válvula de admisión comprende un cuerpo de la válvula desplazable a lo largo del canal de entrada; y un asiento de la válvula, que encaja de manera hermética con el cuerpo de la válvula, y está situado en el extremo del canal de admisión opuesto al extremo que se comunica con el cilindro. El dispositivo de regulación comprende un elemento de control conectado al cuerpo de la válvula y desplazable entre una posición pasiva, en la cual permite que el cuerpo de válvula encaje de manera hermética con el asiento de válvula, y una posición activa, en la cual impide que el cuerpo de la válvula encaje de manera hermética con el asiento de la válvula; y un actuador electromagnético está conectado al elemento de control para desplazar el elemento de control entre las posiciones pasiva y activa.

Según se ha indicado, en las bombas de alta presión de caudal variable del tipo anterior, el caudal se ajusta ajustando el instante en que se cierra la válvula de admisión de la bomba de alta presión. Más específicamente, el caudal se reduce retrasando el instante de cierre de la válvula de admisión, y se aumenta adelantando el instante del cierre de la válvula de admisión.

Las bombas de alta presión de caudal variable del tipo anterior tienen normalmente dos cilindros, a lo largo de cada uno de los cuales se desliza un pistón para efectuar un ciclo por cada dos rotaciones del eje motriz, de manera que, por cada dos rotaciones completas del eje motriz, la bomba de alta presión efectúa dos carreras de bombeo. En un motor de combustión interna de cuatro cilindros y cuatro tiempos, por cada rotación completa del eje motriz la bomba de alta presión efectúa una carrera de bombeo, y el combustible es inyectado por dos inyectores. Cuando se demanda un caudal igual o próximo al caudal máximo de la bomba, los dos inyectores que inyectan el combustible durante la misma rotación del eje motriz inyectan combustible mientras uno de los pistones de la bomba de alta presión está bombeando combustible hacia el conducto común. Cuando se demanda menos del caudal máximo de la bomba de alta presión, se divide la carrera de la bomba, de manera que el primero de los inyectores que inyectan el combustible durante la misma rotación del eje motriz inyecta combustible mientras que ninguno de los pistones de la bomba de alta presión bombea combustible hacia el conducto común, y el segundo de los inyectores que inyectan el combustible durante la misma rotación del eje motriz inyecta combustible mientras uno de los pistones de la bomba de alta presión está bombeando combustible hacia el conducto común. La resultante disparidad entre los dos inyectores que inyectan el combustible durante la misma rotación del eje motriz produce, para un tiempo de inyección dado, una diferencia en la cantidad de combustible inyectada por los dos inyectores, lo cual afecta obviamente al funcionamiento correcto del motor. Además, la diferencia no es siempre constante, y es sustancial cuando el caudal demandado a la bomba de alta presión está por debajo de un valor límite determinado correspondiente al valor en el cual la división de la carrera de la bomba de alta presión coincide con el inicio de inyección por el primero de los dos inyectores que inyectan el combustible durante la misma rotación del eje motriz.

Para eliminar al menos parcialmente el citado inconveniente, se ha propuesto utilizar una bomba de alta presión de caudal variable que tenga dos cilindros, a lo largo de cada uno de los cuales se desliza un pistón para efectuar un ciclo (es decir, una carrera de admisión y una carrera de bombeo) por cada rotación del eje motriz. En un motor de combustión interna de cuatro cilindros y cuatro tiempos, por lo tanto, por cada rotación completa del eje motriz la bomba de alta presión efectúa dos carreras de bombeo, y el combustible es inyectado por dos inyectores. De este modo, uno de los inyectores efectúa siempre una sola inyección por cada carrera de la bomba de alta presión. Cuando se demanda un caudal igual o próximo al caudal máximo de la bomba, todos los inyectores inyectan combustible mientras uno de los pistones de la bomba de alta presión está bombeando combustible hacia el conducto común. Cuando se demanda menos del caudal máximo de la bomba de alta presión, se divide la carrera de la bomba, y todos los inyectores inyectan combustible mientras ninguno de los pistones de la bomba de alta presión está bombeando combustible hacia el conducto común. Esto obviamente reduce la disparidad en el funcionamiento de los inyectores, ya que dentro del mismo intervalo de control, los inyectores inyectan todos combustible mientras uno de los pistones de la bomba de alta presión está bombeando combustible hacia el conducto común, o bien inyectan todos combustible mientras ninguno de los pistones de la bomba de alta presión está bombeando combustible hacia el conducto común. Sin embargo, aun existe un cierto grado de diferencia, en cuanto a que en algunos intervalos de control, los inyectores tienen ciertas características dinámicas, al inyectar el combustible mientras uno de los pistones de la bomba de alta presión está bombeando combustible hacia el conducto común, mientras que en otros intervalos de control, los inyectores tienen características dinámicas diferentes, al inyectar el combustible mientras ninguno de los pistones de la bomba de alta presión está bombeando combustible hacia el conducto común.

Además, el hecho de que los pistones de la bomba de alta presión efectúen un ciclo (es decir una carrera de admisión y una carrera de bombeo) por cada rotación del eje motriz, en lugar de cada dos rotaciones, significa duplicar la velocidad media del pistón, resultando por tanto en problemas obvios en términos de resistencia mecánica y fiabilidad a largo plazo. Alternativamente, se ha propuesto el uso de bombas de alta presión que comprendan cuatro cilindros y, por lo tanto, cuatro pistones, cada uno de los cuales efectúa un ciclo por cada dos rotaciones del eje motriz. Aunque de fabricación más simple, esta solución aumenta en gran medida el coste y el tamaño de la bomba de alta presión.

Adicionalmente, las bombas de combustible conocidas del tipo anteriormente descrito son complicadas y costosas de fabricar, al tener que controlar el elemento de control retrasando el instante en que se cierra la válvula de admisión; y el combustible fluye continuamente a través de la válvula de admisión hacia y desde el cilindro, desperdiciando así obviamente parte de la energía utilizada por la bomba. Finalmente, tales bombas de combustible deben estar conectadas mecánicamente al eje motriz para que el eje motriz produzca el desplazamiento alternativo necesario para accionar el pistón, imponiendo así severas restricciones en términos de situación de la bomba de combustible dentro del compartimento del motor.

El documento CH683447 describe un sistema de accionamiento hidráulico ajustable y sencillo que tiene un cuerpo de válvula desplazándose en la misma dirección que un pistón y con su posición modificada por la posición de una cuña desplazada por un motor a pasos.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar una bomba de combustible para un motor de combustión interna diseñada para eliminar los inconvenientes citados anteriormente y que, en particular, sea de fabricación fácil y económica.

Según la presente invención, se proporciona una bomba de combustible para motores de combustión interna según se describe en las reivindicaciones adjuntas.

Se describirá a título de ejemplo una realización no limitativa de la presente invención, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Figura 1 muestra, esquemáticamente, un sistema de inyección directa de combustible por conducto común que presenta la bomba de alta presión según la presente invención;

las Figuras 2 y 3 muestran dos secciones laterales esquemáticas de dos instantes del funcionamiento de la bomba de alta presión de la Figura 1.

El número 1 de la Figura 1 indica como conjunto un sistema de conducto común para la inyección directa de combustible en un motor de combustión interna que tiene cuatro cilindros (no representado con detalle). El sistema de inyección 1 comprende cuatro inyectores 2, cada uno de los cuales inyecta combustible directamente en la parte superior de un respectivo cilindro (no representado con detalle) del motor, y está alimentado con combustible a presión por un conducto común 3. Una bomba de alta presión 4 suministra combustible al conducto común 3 a lo largo de una tubería 5, y es alimentada con combustible por una bomba de baja presión 6, que extrae combustible de un deposito 7 y está conectada a la bomba de alta presión 4 por una tubería 8.

Una unidad de control 9 regula el caudal de la bomba de alta presión 4 para mantener la presión de combustible en el conducto común 3 igual a un valor deseado, que normalmente varia en función de las condiciones de funcionamiento del motor. La unidad de control 9 regula preferiblemente el caudal de la bomba de alta presión 4 mediante control por contrarreacción, usando como variable de contrarreacción el valor en tiempo real de la presión de combustible en el conducto común 3 detectada por un sensor 10.

Según se muestra en las Figuras 2 y 3, la bomba de alta presión 4 comprende dos cilindros 11 (representándose sólo uno en las Figuras 2 y 3), cada uno de los cuales tiene un pistón 12 desplazado hacia atrás y hacia delante dentro del cilindro 11 por un dispositivo actuador hidráulico 13. Más específicamente, el dispositivo actuador 13 provoca que cada pistón 12 efectúe un ciclo (es decir una carrera de admisión y una carrera de bombeo) por cada dos rotaciones del eje motriz. Por lo tanto, por cada dos rotaciones del eje motriz, cada cilindro 11 de la bomba de alta presión 4 efectúa una carrera de compresión o de bombeo, y la bomba de alta presión 4 efectúa dos carreras de bombeo. El funcionamiento de cada pistón 12 está decalado 360º con respecto al funcionamiento del otro pistón 12, de manera que las carreras de bombeo de los dos pistones 12 no se solapan, sino que están distribuidas simétricamente, de manera que la bomba de alta presión 4 efectúa una carrera de compresión o de bombeo por cada rotación del eje motriz.

Cada cilindro 11 tiene una pared final superior 14, una pared final inferior 15, y una pared lateral 16, y aloja de manera deslizante un respectivo pistón 12 que es cilíndrico y tiene una pared final superior 12, una pared final inferior 18 y una pared lateral 19. La pared final superior 17 del pistón 12 tiene un orificio central cilíndrico 20 en el que encaja parcialmente un cuerpo cilíndrico 21 que se extiende hacia abajo desde la pared final superior 14 del cilindro 11.

Dentro del orificio 20 del pistón 12 está definida una cámara 22 de volumen variable de la bomba, que por abajo y lateralmente está limitada por las correspondientes paredes internas del orificio 20 y por arriba está limitada por una pared final 23 del cuerpo cilíndrico 21. Un canal de admisión 24, conectado a la bomba de baja presión 6 por la tubería 8, y un canal de impulsión 25, conectado al conducto común 3 por una tubería 5, salen a través de la pared final 23 del cuerpo cilíndrico 21. El canal de admisión 24 está regulado por una válvula de admisión 26 de una vía que sólo permite el flujo de combustible hacia el interior de la cámara 22 de la bomba, y el canal de impulsión 25 está regulado por una válvula de impulsión 27 de una vía que sólo permite el flujo de combustible que sale de la cámara 22 de la bomba.

La válvula de admisión 26 comprende un cuerpo 28 de la válvula desplazable a lo largo del canal de admisión 24; y un asiento 29 de la válvula, en el que encaja de manera hermética el cuerpo 28 de la válvula y está situado en el extremo del canal de admisión 24 opuesto al que comunica con la cámara 22 de la bomba. Un muelle 30 empuja el cuerpo 18 de la válvula hasta una posición en la que encaja en el asiento 29 de la válvula. La válvula de admisión 26 está controlada normalmente por presión, en cuanto a que las fuerzas producidas por la diferencia de presión a cada lado de la válvula de admisión 26 son mayores que la fuerza producida por el muelle 30. Más específicamente, la válvula de admisión 26 se cierra cuando la presión de combustible en la cámara 22 de la bomba es mayor que la presión de combustible en la tubería 8, y se abre cuando la presión de combustible en la cámara 22 de la bomba es menor que la presión de combustible en la tubería 28.

La válvula de impulsión 27 comprende un cuerpo 31 de la válvula desplazable a lo largo del canal de impulsión 25; y un asiento 32 de la válvula, en el que encaja de manera hermética el cuerpo 31 de la válvula y está situado en el extremo del canal de impulsión 25 que comunica con la cámara 22 de la bomba. Un muelle 33 empuja el cuerpo 31 de la válvula hasta una posición en la que encaja en el asiento 32 de la válvula. La válvula de impulsión 27 está controlada por presión, en cuanto a que las fuerzas producidas por la diferencia de presión a cada lado de la válvula de impulsión 27 son mayores que la fuerza producida por el muelle 33. Más específicamente, la válvula de impulsión 27 se abre cuando la presión de combustible en la cámara 22 de la bomba es mayor que la presión de combustible en la tubería 5 (es decir, en el conducto común 3), y se cierra cuando la presión de combustible en la cámara 22 de la bomba es menor que la presión de combustible en la tubería 5 (es decir, en el conducto común 3). Dentro del cilindro 11 está definida una cámara de actuación 34 de volumen variable, que por abajo y lateralmente está limitada por la pared final inferior 15 y la pared lateral 16 del cilindro 11, y por arriba está limitada por la pared final 18 del pistón 12. Dependiendo del movimiento del pistón 12 dentro del cilindro 11 en una dirección de bombeo 35, la variación del volumen de la cámara de actuación 34 es obviamente opuesta a la de la cámara 22 de la bomba. Es decir, cuando el volumen de la cámara de actuación 34 es mínimo (según se muestra en la Figura 2), el volumen de la cámara 22 de la bomba es máximo, y viceversa. La pared lateral 16 del cilindro 11 está equipada con un anillo de estanqueidad 36 (o un anillo de tipo tórico y hecho preferiblemente de material polimérico) para cerrar herméticamente la cámara de actuación 34 con respecto a la cámara 22 de la bomba.

Dentro del cilindro 11 está definida una cámara de actuación 37 adicional situada por encima de la cámara de actuación 34 en la dirección de bombeo 35, y está definida entre una porción de la pared lateral 16 del cilindro 11 y una correspondiente porción de la pared lateral 19 del pistón 12. Más específicamente, el cilindro 11 tiene un rebaje anular inferior formado en la pared lateral 16 del cilindro 11, limitado por arriba por la pared lateral 16 del cilindro 11, y limitado por abajo por una expansión anular 38 del pistón 12. Dependiendo del movimiento del pistón 12 dentro del cilindro 11 en una dirección de bombeo 35, la variación del volumen de la cámara de actuación 37 es obviamente opuesta a la de la cámara de actuación 34. Es decir, cuando el volumen de la cámara de actuación 34 es mínimo (según se muestra en la Figura 2), el volumen de la cámara de actuación 37 es máximo, y viceversa. Debajo de la cámara de actuación 37, la pared lateral 19 del pistón 12 está equipada con un anillo de estanqueidad 39 (o un anillo de tipo tórico y hecho preferiblemente de material polimérico) para cerrar herméticamente la cámara de actuación 37 con respecto a la cámara de actuación 34. Por encima de la cámara de actuación 37, la pared lateral 16 del cilindro 11 encaja con un anillo de estanqueidad 40 (o un anillo de tipo tórico y hecho preferiblemente de material polimérico) para cerrar herméticamente la cámara de actuación 37 con respecto a la cámara 22 de la bomba.

Según se muestra en las Figuras 1, 2 y 3, el dispositivo de actuación 13 comprende un depósito 41 de aceite a presión atmosférica, desde el cual se extiende un conducto 42 que tiene una bomba 43 y una válvula anti-retorno 44 para suministrar aceite a presión a un acumulador hidráulico 45. El acumulador hidráulico 45 está conectado por un conducto 46 a una válvula de solenoide 47, proporcional y de tres vías, desde la cual se extiende un conducto 48 que desemboca en el interior de la cámara de actuación 34, y un conducto 49 que desemboca en el interior del depósito 41. Durante la utilización real, la válvula de solenoide 47 sirve para aislar la cámara de actuación 34, conectando la cámara de actuación 34 al depósito 41, y conectando la cámara de actuación 34 al acumulador hidráulico 45.

La cámara de actuación 37 está conectada permanentemente al acumulador hidráulico 45 por el conducto 46. Según se muestra claramente en los dibujos adjuntos, el área de la superficie total de la cámara de actuación 37 perpendicular a la dirección de bombeo 35 es mucho menor que el área de la superficie total de la cámara de actuación 34 perpendicular a la dirección de bombeo 35, de manera que, cuando ambas cámaras de actuación 34 y 37 están llenas de aceite a presión, el empuje ascendente ejercido por la cámara de actuación 34 es mucho mayor que el empuje descendente ejercido por la cámara de actuación 37. En una realización diferente no representada, se proporciona una válvula de solenoide adicional, proporcional y de tres vías, para aislar la cámara de actuación 37, para conectar la cámara de actuación 37 al depósito 41, y para conectar la cámara de actuación 37 al acumulador hidráulico 45.

Encima de la cámara de actuación 37 se provee una abertura de recuperación de aceite entre el anillo de estanqueidad 36 y el anillo de estanqueidad 40, que se origina en una cámara anular formada en la pared lateral 16 del cilindro 11, y que está conectada permanentemente al depósito 41 de aceite mediante el conducto 49.

A continuación se describirá el funcionamiento de uno de los dos cilindros 11 de la bomba de alta presión 4, así como del inicio de la carrera descendente o carrera de admisión del respectivo pistón 12.

Al inicio de la carrera descendente o carrera de admisión del pistón 12, la unidad de control 9 controla la válvula de solenoide 47 para que conecte la cámara de actuación 34 al deposito 41, por lo que la presión de aceite en la cámara de actuación 34 baja hasta sustancialmente la presión atmosférica. Al mismo tiempo, la cámara de actuación 37 se comunica con el acumulador hidráulico 45, y por lo tanto se llena de aceite a presión. El empuje ejercido por el aceite a presión en la cámara de actuación 37 es mayor que el empuje sustancialmente nulo ejercido por el aceite en la cámara de actuación 34, por lo que el pistón 12 se desplaza gradualmente en la dirección de bombeo 35 desde la posición de punto muerto superior hasta la posición de punto muerto inferior. El aumento gradual de volumen de la cámara 22 de la bomba produce un vacío en la cámara 22 de la bomba, abriendo así la válvula de admisión 6 y llenando de combustible la cámara 22 de la bomba.

En el momento en que el pistón 12 alcanza la posición de punto muerto inferior (representada en la Figura 2), la porción superior del cilindro 11 está llena de combustible, y el pistón 12 invierte la dirección y comienza su carrera ascendente o carrera de compresión. Para cuyo propósito la unidad de control 9 controla la válvula de solenoide 47 para conectar la cámara de actuación 34 al acumulador hidráulico 45, de manera que el aceite a presión que penetra en la cámara de actuación 34 empuje el pistón 12 hacia arriba en la dirección de bombeo 35. Según se ha indicado, el área de la superficie total de la cámara de actuación 37 perpendicular a la dirección de bombeo 35 es mucho menor que el área de la superficie total de la cámara de actuación 34 perpendicular a la dirección de bombeo 35, de manera que, cuando ambas cámaras de actuación 34 y 37 están llenas de aceite a presión, el empuje ascendente ejercido por la cámara de actuación 34 es mucho mayor que el empuje descendente ejercido por la cámara de actuación 37. La válvula de admisión 26 se cierra cuando el pistón 12 comprime el combustible en la cámara 22 de la bomba hasta una presión superior a la de la tubería 8; y la presión en el interior de la cámara 22 de la bomba continua aumentando hasta que en última instancia abre la válvula de impulsión 27 para suministrar al conducto común 3 combustible a presión desde la cámara 22 de la bomba.

Al llegar a la posición de punto muerto superior, el pistón 12 deja de comprimir el combustible en el interior de la cámara 22 de la bomba, y el descenso resultante de la presión de combustible en el interior de la cámara 22 de la bomba cierra la válvula de impulsión 27. En ese punto, el pistón 12 inicia otra carrera descendente o carrera de admisión, y el ciclo anterior se repite.

Obviamente, la presión a la cual es comprimido el combustible en la cámara 22 de la bomba durante la carrera ascendente o carrera de compresión del pistón 12 es sustancialmente igual a la presión de aceite en el interior de la cámara de actuación 34 multiplicada por la relación entre el área de la pared final inferior 18 del pistón 12 y el área de la pared final inferior de la cámara 22 de la bomba (la contribución negativa de la cámara de actuación 37 es más o menos despreciable). Por ejemplo, con una relación de 1/5 entre el área de la pared inferior de la cámara 22 de la bomba y el área de la pared inferior 18 del pistón 12, puede bombearse combustible a 1000 bar usando aceite presurizado aproximadamente a 210 bar. Los 10 bars suplementarios de la presión de aceite compensan la contribución negativa de la cámara de actuación 37 y las inevitables pérdidas de carga.

Debe entenderse que el caudal instantáneo de la bomba de alta presión 4, es decir, la cantidad de combustible a presión suministrado al conducto común 3 por cada carrera de la bomba, es directamente proporcional a la variación de volumen de la cámara 22 de la bomba durante la correspondiente carrera ascendente o carrera de compresión. Dada el área constante de la cámara 22 de la bomba, la variación de volumen de la cámara 22 de la bomba durante la carrera ascendente o carrera de compresión es directamente proporcional a la longitud real o útil de la carrera ascendente o carrera de compresión. Por lo tanto, variando la longitud real de la carrera ascendente o carrera de compresión del pistón 12 puede regularse con precisión el caudal instantáneo de la bomba de alta presión 4.

La longitud real de la carrera ascendente o carrera de compresión del pistón 12 puede variarse fácilmente regulando adecuadamente la sincronización de control de la válvula de solenoide 47. Es decir, para aumentar la longitud real de la carrera ascendente o carrera de compresión del pistón 12, la unidad de control 9 aumenta el intervalo de tiempo durante el cual la válvula de solenoide 47 conecta la cámara de actuación 34 al acumulador hidráulico 45, y viceversa.

En una realización diferente, no representada, el pistón 12 no tiene el orificio 20, y el cilindro 11 no tiene el correspondiente cuerpo 21, por lo que el canal de admisión 24 y el canal de impulsión 25 desembocan en la pared final superior 14 del cilindro 11, y la cámara 22 de la bomba está limitada por arriba por la pared final superior 14 del cilindro 11, está limitada lateralmente por la pared lateral 16 del cilindro 11, y está limitada por abajo por la pared final superior 17 del pistón 12.

En una realización diferente, el dispositivo de actuación 13 es neumático en lugar de hidráulico.

La bomba de alta presión 4 descrita anteriormente es económica y fácil de fabricar, ya que todas sus partes componentes son o bien fácilmente adquiribles (la válvula de admisión 26, la válvula de impulsión 27, la válvula solenoide 47 y, en términos generales, el circuito de aceite en su conjunto) o son cilíndricamente simétricas y por lo tanto fáciles de fabricar en un torno. La bomba de alta presión 4 descrita anteriormente no incluye un flujo de retorno de combustible a través de la válvula de admisión 26, puede ser sustancialmente colocada libremente dentro del compartimento motor, al no estar operada mecánicamente, y permite un ajuste de caudal extremadamente preciso. Finalmente, la bomba de alta presión 4 descrita anteriormente permite también controlar libremente la sincronización del suministro de combustible. Es decir, en lugar de una única carrera de la bomba, pueden efectuarse un número de carreras sucesivas de la bomba simplemente deteniendo temporalmente la carrera ascendente del pistón 12 en el interior del cilindro 11 (controlando simplemente la válvula de solenoide 47 para aislar la cámara de actuación 34 respecto al acumulador hidráulico 45). Controlando la sincronización del caudal de combustible de la bomba de alta presión 4, puede hacerse que todos los inyectores 2 inyecten siempre combustible aunque no se esté bombeando combustible mediante el pistón 12 hacia el conducto común 3, o que siempre inyecten combustible mientras el pistón 12 esté bombeando combustible hacia el conducto común 3. Las ventajas de esta solución son obvias: el hecho de que los inyectores 2 inyecten siempre combustible aunque el pistón 12 de la bomba de alta presión 4 esté o no esté bombeando combustible permite simplificar y mejorar el control de los inyectores 2.

Claims (11)

1. Una bomba (4) de combustible, de caudal de salida variable, para un motor de combustión interna, incluyendo la bomba (4) de combustible:

al menos un cilindro (11);

una cámara (22) de volumen variable de la bomba definida en el interior del cilindro (11);

un pistón (12) que define el fondo de la cámara (22) de la bomba y es desplazable con respecto al cilindro (11) en una dirección de bombeo (35);

al menos una válvula de admisión (26) comunicada con la cámara (22) de la bomba;

al menos una válvula de impulsión (27) comunicada con la cámara (22) de la bomba; y

un dispositivo de actuación (13) hidráulico/neumático que usa el empuje producido por un fluido de control a presión para desplazar el pistón (12) hacia delante y hacia atrás con respecto al cilindro (11) y en la dirección de bombeo (35) para variar cíclicamente el volumen de la cámara (22) de la bomba; el dispositivo de actuación (13) comprende una primera cámara de actuación (34) situada por debajo de la cámara (22) de la bomba con respecto a la dirección de bombeo (35); un elemento de control (47) para conectar la primera cámara de actuación (34) a un depósito (45) de fluido de control a presión y a un depósito (41) de drenaje de fluido de control; y medios de retorno (37) para ejercer un empuje sobre el pistón (12) en la dirección opuesta a la dirección de bombeo (35) y al empuje ejercido por el fluido de control a presión en la primera cámara de actuación (34);

estando caracterizada la bomba (4) de combustible porque los medios de retorno (37) comprenden una segunda cámara de actuación (37) situada por encima de la primera cámara de actuación (34) con respecto a la dirección de bombeo (35), y que recibe fluido de control a presión.

2. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en la reivindicación 1, en la cual el cilindro (11) está limitado por dos superficies finales (14, 15) y por una pared lateral (16), y aloja el pistón (12) de manera deslizante; el pistón (12) es cilíndrico, y comprende una pared final inferior (18), que define una pared de la primera cámara de actuación (34), y una pared lateral (19); y la segunda cámara de actuación (37) es una cámara anular, y está definida entre la pared lateral (19) del pistón (12) y la pared lateral (16) del cilindro (11).

3. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en la reivindicación 2, en la cual la segunda cámara de actuación (37) está definida por un rebaje anular formado en la pared lateral (16) del cilindro (11), y está limitada por abajo, con respecto a la dirección de bombeo (35), por una expansión anular (38) del pistón (12).

4. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en las reivindicaciones 2 ó 3, en la cual un primer anillo elástico de estanqueidad (39) está situado entre la segunda cámara de actuación (37) y la primera cámara de actuación (34), y dos segundos anillos elásticos de estanqueidad (36, 40) están situados entre la segunda cámara de actuación (37) y la cámara (22) de la bomba.

5. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en la reivindicación 4, en la cual una abertura de recuperación está formada en la pared lateral (16) del cilindro (11), está conectada permanentemente al depósito (41) de drenaje de fluido de control, y está situada entre los dos segundos anillos elásticos de estanqueidad (36, 40).

6. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en una de las reivindicaciones 1 a 5, en la cual el dispositivo de actuación (13) comprende un elemento adicional de control para conectar la segunda cámara de actuación (37) al depósito (45) de fluido de control a presión y al depósito (41) de drenaje de fluido de control.

7. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en una de las reivindicaciones 1 a 5, en la cual la segunda cámara de actuación (37) está conectada permanentemente al depósito (45) de fluido de control a presión, y tiene un área de la superficie total, perpendicular a la dirección de bombeo (35), más pequeña que el área total de la superficie, perpendicular a la dirección de bombeo (35), de la primera cámara de actuación (34).

8. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en una de las reivindicaciones 1 a 7, en la cual el cilindro (11) aloja al pistón (12), y está limitado por dos superficies finales (14, 15), respectivamente superior e inferior, opuestas y encaradas entre si; el pistón (12) es cilíndrico, y comprende una pared final inferior (18), que define una pared de la primera cámara de actuación (34), y una pared final superior (17) a través de la cual está formado un orificio central (20) que define la cámara (22) de la bomba; y un cuerpo cilíndrico (21) se extiende desde la pared final superior (14) del cilindro (11), se introduce por el orificio central (20) del pistón (12), define una pared superior de la cámara (22) de la bomba, y aloja la válvula de impulsión (27) y la válvula de admisión (26).

9. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en una de las reivindicaciones 1 a 8, en la cual se proporciona un número de anillos elásticos de estanqueidad (36, 39, 40) para aislar la cámara (22) de la bomba con respecto a la primera cámara de actuación (34), y que están hechos de un material polimérico.

10. Una bomba (4) de combustible según se reivindica en una de las reivindicaciones 1 a 9, en la cual una unidad de control (9) varía la cantidad de combustible que debe bombearse por cada carrera de la bomba ajustando la longitud útil de la carrera de compresión del pistón (12) mediante la regulación de la sincronización de control del elemento de control (47).

11. Un sistema (1) de inyección directa de combustible para un motor de combustión interna, que comprende una bomba (4) de combustible según se reivindica en una de las reivindicaciones 1 a 10 que actúa como bomba de alta presión de caudal variable; comprendiendo además el sistema (1) un conducto común (3) alimentado por la bomba (4) de alta presión que a su vez alimenta a un número de inyectores (2).