ES2295603T3

ES2295603T3 - Valvula de inyeccion.

Info

Publication number: ES2295603T3
Application number: ES03740112T
Authority: ES
Inventors: Bernhard Gottlieb; Andreas Kappel; Bernhard Fischer; Tim Schwebel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: JP4465272B2; AU2003285291A1; WO2004016940A1; US20050092854A1; US7108201B2; CN1668841A; DE10232693A1; EP1523620B1; DE50308979D1; JP2005533224A; EP1523620A1

Abstract

Válvula de inyección que inyecta directamente en una cámara de combustión, compuesta por: - una carcasa de válvula (1) configurada cilíndrica hueca con un asiento de válvula en su extremo, - una aguja de válvula (2) interior coaxial con un plato de válvula (4) que interactúa con el asiento de válvula, - una cámara (9) representada entre la carcasa de la válvula (1) y la aguja de la válvula (2), para la aportación del carburante, caracterizada porque las superficies (5, 6) de la carcasa de la válvula (1) y del plato de la válvula (4) presentan, en el estado de cerrado, en la zona de la línea de separación (10) una superficie común lisa, carente de escalones y de bordes y a la vez curvada.

Description

Válvula de inyección.

La invención se refiere a una válvula de inyección, en particular a su punta de inyector, que penetra en una cámara de combustión para la inyección directa en la misma. Mediante esta estructura existe el peligro de que se sedimenten residuos de combustión sobre la punta de inyector. Los sedimentos que se depositan en especial en las proximidades del intersticio de salida del carburante, influyen sobre la geometría del haz cónico de salida, en particular en la forma del ángulo del cono del haz y en la formación de madejas en el haz. Los procedimientos de combustión conducidos el por haz se basan no obstante en la reproducibilidad exacta de los procesos de inyección en gamas de tolerancia estrechas a lo largo de toda la vida del motor, con lo que debe evitarse la formación de sedimentos.

Por el documento de publicación alemán DE-A 100 12 969 se conoce una tobera de inyección que se aloja en una cabeza de cilindro en una máquina de combustión. La tobera de inyección se mueve mediante un elemento de ajuste, abriéndose y cerrándose correspondientemente un elemento de cierre. En estado de cerrado, forman las superficies del cuerpo de cierre y la tobera de inyección una superficie común plana.

El efecto de esta ejecución debe ser evitar la acumulación y fijación de residuos de combustión en la zona de la salida de la tobera. Para ello se forma en la cara frontal de la carcasa de la tobera de inyección con el cuerpo de cierre en estado de cerrado de la tobera de inyección una superficie plana común, con lo que en especial con una superficie de la envoltura del cono la superficie de la tobera de inyección y del cuerpo de cierre orientada hacia la cámara de combustión deben permanecer libre de residuos de combustión. No obstante, la evitación de sedimentos de residuos de combustión en la superficie de la punta del inyector no puede optimizarse con una superficie simplemente plana.

La invención tiene como tarea básica describir una válvula de inyección en cuya punta se eviten en la zona de la salida del fluido sedimentos de residuos de combustión.

La solución a esta tarea tiene lugar mediante la combinación de particularidades de la reivindicación 1. Ventajosos perfeccionamientos pueden tomarse de las reivindicaciones subordinadas.

La invención se basa en el conocimiento de que para evitar indicios de residuos de combustión en la zona de la línea de separación entre un plato de válvula y el asiento de la válvula de una carcasa de válvula, es decir, en la zona de la salida del fluido o bien de la formación del haz de inyección del fluido, exista una superficie común plana, libre de escalones y de bordes y a la vez curvada. Bajo curvatura ha de entenderse en este caso una curvatura hacia fuera, lo cual equivale a un radio de la pieza que es menor que infinito.

Mediante la invención se incluye adicionalmente el radio de curvatura de la superficie en la zona de la línea de separación como parámetro de optimización. Con ayuda de una superficie curvada, que por ejemplo puede presentar la forma de una cazoleta de esfera, resultan ventajas especiales en cuanto a la estabilidad del haz y a la evitación de la sedimentación de residuos de combustión en la válvula de inyección o bien en la punta del inyector. Mediante el ajuste específico del radio de curvatura se influye permanentemente sobre el flujo del gas en las proximidades de la salida del carburante, lo cual repercute a su vez positivamente en la estabilidad del haz cuando está abierto el inyector durante el tiempo de inyección. Además, se evita la tendencia a la sedimentación de residuos de combustión cuando está cerrado el inyector durante el tiempo de combustión y de escape.

Mediante una forma especial de la configuración de la superficie en la línea de separación, por ejemplo como paraboloide, elipsoide o hiperboloide, pueden tenerse en cuenta las influencias individuales dentro de una cámara de combustión en relación con el inyector que penetra en la cámara de combustión y los flujos de gas que ello implica mediante la correspondiente adaptación del diseño.

Juntamente con una geometría del canal de salida para el fluido, mediante la que se evita la cavitación, puede generarse así una configuración óptima de una punta de inyector.

Otro perfeccionamiento ventajoso de la invención consiste en que el haz cónico que sale corte la tangente en la superficie del cuerpo de la válvula y del plato de la válvula orientada hacia la cámara de combustión, vista en sección longitudinal, perpendicularmente o casi en perpendicular, ventajosamente en un ángulo de unos 90º \pm 20º.

A continuación se describirá un ejemplo de ejecución en base a una figura esquemática:

La figura muestra una sección axial a través de la punta del inyector simétrica respecto al eje, orientada a la cámara de combustión. La misma está compuesta por una carcasa de válvula 1 con su superficie 5 orientada a la cámara de combustión. Mediante una cámara 9 dentro del inyector, se conduce carburante sometido a presión, que llega a través de un canal de salida 3 a continuación de la cámara 9 al extremo delantero del inyector. La válvula aquí representada está compuesta por un asiento de válvula en la carcasa de la válvula 1 correspondiente a la superficie interior 7 de la carcasa de la válvula 1 y a la superficie interior 8 que interactúa con la misma del plato de la válvula 4 y que genera al abrir un haz cónico. Este debería disgregarse de la manera más uniforme posible y no mediante residuos de combustión que se hayan sedimentado en la superficie exterior del inyector. La aguja de la válvula 2 está configurada o bien unida en su extremo inferior fijamente con el plato de la válvula 4. El plato de la válvula 4 posee la superficie 6 orientada a la cámara de combustión y la superficie interior 8, orientada a la cámara 9. Cuando se encuentra cerrado el inyector, forman las superficies 5, 6 del cuerpo de la válvula 1 y del plato de la válvula 4 orientadas a la cámara de combustión una superficie común lisa sin escalones y sin bordes. Estas consideraciones se realizan en cada caso en cuanto a la línea de separación 10 que va alrededor entre el cuerpo de la válvula 1 y el plato de la válvula 4, ya que en este punto deben poder evitarse permanentemente los residuos de combustión que podrían influir sobre el haz cónico. Las superficies 5, 6 forman conjuntamente una superficie curvada. Con ayuda de una superficie curvada, tal como la que se representa en la figura, por ejemplo una cazoleta de esfera, se obtienen así adicionalmente parámetros de optimización relativos a la estabilidad del haz y se evita el sedimento de residuos de combustión en este punto. Mediante el radio de curvatura se influye positivamente de manera continua sobre el flujo de gas en las proximidades de la salida del carburante y con ello sobre la estabilidad del haz cuando está abierto el inyector durante el tiempo de inyección. Lo mismo rige respecto a la inclinación a sedimentarse de los residuos de combustión cuando está cerrado el inyector durante el tiempo de combustión o de escape.

Evidentemente la forma del contorno exterior común del cuerpo de la válvula 1 y del plato de la válvula 4 no queda limitada a las cazoletas con forma de esfera, sino que pueden utilizarse todas las formas de superficie fáciles de generar, como por ejemplo paraboloide, elipsoide, hiperboloide, cuando mediante las mismas puede influirse favorablemente sobre la estabilidad del haz y la tendencia a la coquización. Como cierre final en la punta de la válvula, puede estar prevista una configuración con forma de tronco.

La superficie interior 7 del cuerpo de la válvula 1 forma juntamente con la superficie interior 8 del plato de la válvula 4 el canal de salida 3 para el carburante. El canal de salida 3 del carburante debe estar configurado tal que la sección recorrida por el flujo en la dirección del flujo, es decir, desde el interior hacia el exterior, es constante o se reduce. De esta manera se evita con seguridad la cavitación en el carburante y la superficie de estanqueidad o bien línea de estanqueidad que se encuentra en el borde exterior del canal de salida 3 no se ve dañada. Las superficies interiores 7, 8 del cuerpo de la válvula 1 y del plato de la válvula 4, se encuentran en la dirección del flujo bajo un ángulo agudo, es decir, bien casi en paralelo o en forma tangencial cuando el inyector está cerrado. La dirección de la tangente, en la figura la evolución de la superficie 8, determina el ángulo del haz cónico \alpha.

Mediante esta configuración se rompen todos los residuos de combustión eventualmente sedimentados a pesar de todo en la zona de la línea de separación 10 al abrir la válvula y se arrancan con el haz de carburante a elevada presión, con lo que se minimiza cualquier otra influencia sobre la geometría del haz cónico.

Claims

1. Válvula de inyección que inyecta directamente en una cámara de combustión, compuesta por:

-: una carcasa de válvula (1) configurada cilíndrica hueca con un asiento de válvula en su extremo,

-: una aguja de válvula (2) interior coaxial con un plato de válvula (4) que interactúa con el asiento de válvula,

-: una cámara (9) representada entre la carcasa de la válvula (1) y la aguja de la válvula (2), para la aportación del carburante,

caracterizada porque

las superficies (5, 6) de la carcasa de la válvula (1) y del plato de la válvula (4) presentan, en el estado de cerrado, en la zona de la línea de separación (10) una superficie común lisa, carente de escalones y de bordes y a la vez curvada.

2. Válvula de inyección según la reivindicación 1, en la que la superficie curvada de la válvula de inyección viene representada por un paraboloide, un hiperboloide, o un elipsoide, en particular una cazoleta de esfera.

3. Válvula de inyección según la reivindicación 2, en la que el extremo anterior de la válvula de inyección está configurado con forma de tronco, como con un tronco de paraboloide, un tronco de hiperboloide, un tronco de elipsoide o un tronco de cazoleta de esfera.

4. Válvula de inyección según una de las reivindicaciones precedentes, en la que uno o varios radios de curvatura de la estructura de la superficie de la punta de la válvula de inyección son inferiores al radio de la carcasa de la válvula (1).

5. Válvula de inyección según una de las reivindicaciones precedentes, en la que la cámara (9) para la entrada del carburante continúa en un canal de salida (3) que queda limitado por la superficie interior (7) del cuerpo de la válvula (1) y la superficie interior (8) del plato de la válvula (4).

6. Válvula de inyección según la reivindicación 5, en el que el canal de salida (3) está configurado tal que la sección recorrida por el carburante permanece constante o desciende en la dirección del flujo.

7. Válvula de inyección según una de las reivindicaciones precedentes, en la que un haz cónico que sale por la línea de separación (10) con la válvula abierta, corta la tangente en las superficies orientadas a la cámara de combustión (5, 6) del cuerpo de la válvula (1) y del plato de la válvula (4) perpendicularmente o casi perpendicularmente a un ángulo de unos 90º \pm 20º.