ES2296827T3 - Injector unificado y modificado para funcionamiento estimulado ultrasonicamente. - Google Patents
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Abstract
Aparato inyector unitario, ultrasónico, de combustible para la inyección de combustible líquido a presión en un motor de combustión interna (30), que acciona el inyector (31) mediante, por lo menos, una leva (27) en la culata que entra en contacto con un empujador (25) de la leva, comprendiendo el aparato: un cuerpo de válvula (33) que define: una cavidad configurada para alojar en la misma, por lo menos, una primera parte (38) de la aguja (36) de un inyector, estando dicha cavidad definida, por lo menos en parte, mediante una pared (40) que es transparente a los campos magnéticos que varían a frecuencias ultrasónicas y que está definida mediante un inserto que está configurado como un elemento cilíndrico anular, un recinto de descarga (17) que comunica con dicha cavidad y configurado para recibir combustible líquido a presión y, por lo menos, una segunda parte de dicha aguja (36) de inyector, una trayectoria (115) del combustible que comunica con dicho recinto de descarga (17) y configurado para suministrar el combustible líquido a presión a dicho recinto de descarga (17), y un orificio de salida (21) que comunica con dicho recinto de descarga (17) y configurado para recibir el combustible líquido a presión desde dicho recinto de descarga (17) y hacer pasar el combustible líquido al exterior de dicho cuerpo de válvula (33); unos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un campo magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, estando llevados a cabo dichos medios, por lo menos en parte, mediante dicho cuerpo de válvula (33); una aguja (36) de un inyector que tiene una primera parte (38) dispuesta en dicha cavidad, y una segunda parte dispuesta en dicho recinto de descarga (17), estando formada dicha primera parte (38) de dicha aguja (36) de inyector por un material magnetoestrictivo sensible a los campos magnéticos que varían a frecuencias ultrasónicas; un detector (51) configurado para indicar cuando el inyector (31) está inyectando combustible líquido a presión en el motor de combustión interna (30); y un control (47) conectado a dicho detector (51) y a dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un campo magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, estando configurado dicho control (47) para activar dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un campo magnético que varía a frecuencias ultrasónicas cuando dicho detector (51) indica que el inyector (31) está inyectando combustible en la cámara de combustión (20) del motor.
Description
Inyector unificado y modificado para
funcionamiento estimulado ultrasónicamente.
La presente invención se refiere a un aparato y
a un método para inyectar combustible en una cámara de combustión,
y en particular a un inyector de combustible unitario o de tipo
inyector-bomba para motores que utilizan levas en
la culata para accionar los inyectores.
Los motores Diesel para locomotoras utilizan
inyectores de combustible unitarios o de tipo
inyector-bomba que están accionados mediante levas
en la culata. Uno de dichos típicos inyectores convencionales
unitarios está representado esquemáticamente en la figura 1A y está
designado globalmente mediante el numeral (10). Este inyector
unitario (10) incluye un cuerpo de válvula (11) que está dispuesto
en una tuerca (29) de inyector. El cuerpo de válvula (11) aloja una
válvula de aguja que puede ser forzada a la posición de cierre de la
válvula para impedir que el inyector inyecte combustible a una de
las cámaras de combustión del motor, la cual está indicada
globalmente mediante el numeral (20).
Tal como se muestra en la figura 1B, que ilustra
una vista en sección transversal a mayor escala del cuerpo de
válvula (11) de la figura 1A, la válvula de aguja incluye un asiento
de válvula (12) de forma cónica que está definido en el interior
hueco del cuerpo de válvula (11) y puede acoplarse con una punta
(13) de forma cónica del extremo de una aguja (14), y contra la
misma. El interior hueco del cuerpo de válvula (11) define además
una trayectoria (15) del combustible que conecta con un depósito de
combustible (16) y con un recinto de descarga (17) que está
dispuesto más abajo de la válvula de aguja. Cada uno de los varios
canales de salida (18) está conectado habitualmente al recinto de
descarga (17) por medio de un orificio de entrada (19) y a la
cámara de combustión (20) por medio de un orificio de salida (21) en
cada uno de los extremos opuestos de cada canal de salida (18). La
válvula de aguja controla si se permite que el combustible fluya
desde el depósito de almacenamiento (16) hacia el recinto de
descarga (17), y a través de los canales de salida (18) hacia la
cámara de combustión (20).
Tal como se muestra en la figura 1B, la punta
(13) de forma cónica de un extremo de la aguja (14), que está
alojada en el interior hueco del cuerpo de válvula (11), es forzada
para realizar un contacto de cierre con el asiento de válvula (12)
mediante un resorte (22) (figura 1A). Tal como se muestra en la
figura 1A, una jaula (28) aloja un resorte (22), de manera que está
dispuesto para aplicar su fuerza antagonista contra el extremo
opuesto de la aguja (14). Una bomba de combustible (23) está
dispuesta encima del extremo de la aguja (14) forzada mediante el
resorte, y está alineada axialmente con la aguja (14). Otro resorte
(24) desvía un empujador (25) de la leva que está dispuesto encima
y alineado axialmente con cada una de las bombas de combustible
(23) y con el extremo de la aguja (14) forzado por el resorte. El
empujador (25) de la leva establece contacto con el pistón (26) que
produce la acción de bombeo de la bomba que obliga al combustible a
presión a penetrar en el cuerpo de válvula (11) de inyector. Una
leva (27) situada en la culata acciona de manera cíclica el
empujador (25) de la leva para vencer la fuerza antagonista del
resorte (24) y comprimir en sentido descendente el pistón (26) el
cual de acuerdo con ello acciona la bomba de combustible (23). El
combustible que es bombeado hacia el cuerpo de válvula (11)
mediante la actuación de la bomba (23), eleva hidráulicamente la
punta (13) de forma cónica de la aguja (14), alejándola del
contacto con el asiento de válvula (12) y de este modo abre la
válvula de aguja y obliga a una carga de combustible a salir por los
orificios de salida (21) de inyector (10) hacia la cámara de
combustión (20) que es abastecida mediante el inyector.
Sin embargo, los orificios de salida de inyector
pueden quedar obstruidos y afectar negativamente de este modo a la
cantidad de combustible que puede penetrar en la cámara de
combustión. Además, es deseable mejorar la eficiencia del
combustible de estos motores, de tal modo que se reduzcan las
emisiones no deseadas debidas al proceso de combustión realizado
por dichos motores.
El objetivo de conseguir una combustión más
eficiente, que incrementa la potencia y reduce la contaminación
debida al proceso de combustión, mejorando de este modo el
rendimiento de los inyectores, se ha intentado realizarlo, en gran
parte, disminuyendo el tamaño de los orificios de salida de inyector
y/o incrementando la presión del combustible líquido suministrado
al orificio de salida. Cada una de estas soluciones pretende
incrementar la velocidad del combustible que sale por los orificios
de inyector.
Sin embargo, estas soluciones introducen
problemas propios tales como: la necesidad de utilizar metales
especiales; problemas de engrase; la necesidad de acabados
micrométricos en las partes móviles; la necesidad de redondear los
pasos internos del combustible; altos costes; e inyección directa.
Por ejemplo, depender de orificios más pequeños significa que los
orificios se obstruyen más fácilmente. Depender de presiones más
elevadas, dentro de la gama de 1.500 bar a 2.000 bar, significa que
deben utilizarse metales especiales que sean suficientemente
resistentes para resistir estas presiones sin deformarse, de una
manera que modifique las características de inyector o que llegue
incluso a destruirlo. Dichos metales especiales incrementan el coste
de inyector. Las presiones más elevadas crean asimismo problemas de
engrase que no pueden ser resueltos confiando en aditivos en el
combustible para la lubricación de las partes móviles de inyector.
Otros medios de engrase tales como la aplicación de un acabado
micrométrico en las partes metálicas móviles, precisan unos costes
muy elevados. Dichas presiones elevadas crean asimismo problemas de
desgaste en los pasos internos de inyector que deben ser
contrarrestados redondeando los pasos, lo cual requiere un
mecanizado que es costoso de llevar a cabo. Estos problemas de
desgaste erosionan también los orificios de salida, y dicha erosión
modifica el carácter del penacho o chorro de inyector a lo largo
del tiempo y afecta al rendimiento. Además, para alcanzar estas
presiones más elevadas, la bomba de combustible debe estar situada
junto al inyector para una inyección directa en vez de estar
dispuesta a una cierta distancia de inyector.
Es conocida la utilización de la energía
ultrasónica para mejorar la atomización del combustible inyectado
en una cámara, y en este terreno se han realizado avances, tal como
se pone en evidencia mediante las patentes USA de propiedad común
Nº 5.803.106, 5.868.153 y 6.053.424. Estas patentes implican
habitualmente el acoplamiento de un transductor ultrasónico en un
extremo de un cuerno ultrasónico, mientras que el extremo opuesto
del cuerno está sumergido en el combustible en la proximidad de los
orificios de salida de inyector, y hace que vibre a frecuencias
ultrasónicas. No obstante, los inyectores de combustible unitarios
no pueden estar provistos de dichos transductores ultrasónicos
debido a la disposición de la bomba de combustible, del empujador de
la leva y de las levas en la culata alineadas axialmente con la
aguja de inyector.
La patente USA 4.389.999 A da a conocer un
inyector de combustible que incluye una válvula de retención que
está sometida a vibraciones ultrasónicas. El inyector comprende una
bobina de accionamiento para inducir oscilaciones ultrasónicas, y
una válvula que comprende material magnetoestrictivo. Según las
explicaciones de la patente USA 4.389.999 A, la totalidad del eje
está formada por un material magnetoestrictivo y está dispuesto en
contacto con el combustible que entra a través de los medios de
entrada.
En la descripción siguiente se desarrollarán en
parte los objetivos y ventajas de la invención, que pueden ser
obvios a partir de la descripción, o pueden aprenderse mediante la
práctica de la invención.
Según un primer aspecto de la presente
invención, el inyector unitario, accionado mediante levas en la
culata es reconvertido con una aguja que tiene una parte alargada
que está compuesta de material magnetoestrictivo. La parte del
cuerpo de inyector que rodea la parte magnetoestrictiva de la aguja
reconvertida puede ser hueca y estar provista de un inserto de
forma anular que define una pared que rodea la parte
magnetoestrictiva de la aguja reconvertida. Esta pared está
compuesta por un material que es transparente a los campos
magnéticos que oscilan a frecuencias ultrasónicas, y puede
utilizarse material cerámico para formar el inserto de forma
anular.
La parte exterior de la pared está rodeada por
una bobina que puede inducir un campo magnético variable en la zona
ocupada por la parte magnetoestrictiva, y hace que la parte
magnetoestrictiva vibre a frecuencias ultrasónicas. Esta vibración
hace que la punta de la aguja que está dispuesta en el combustible
líquido cerca de la entrada del recinto de descarga y de los
canales que conducen a los orificios de salida de inyector, vibre a
frecuencias ultrasónicas y, por consiguiente somete el combustible a
estas vibraciones ultrasónicas. La estimulación ultrasónica del
combustible cuando sale por el orificio de salida, permite que el
inyector consiga el rendimiento deseado trabajando a presiones
menores y con orificios de salida mayores que las soluciones
convencionales que están enfocadas a incrementar la velocidad del
combustible que sale de inyector.
Según otro aspecto de la presente invención,
está dispuesto un control para el accionamiento de la señal que
oscila de forma ultrasónica. El control está configurado de manera
que el accionamiento de la señal ultrasónica oscilatoria que es
suministrada a la bobina, solamente se produce cuando las levas de
la culata están accionando el inyector, de manera que permite que
el combustible fluya a través de inyector y hacia la cámara de
combustión desde los orificios de salida de inyector. De este modo,
el control actúa de manera que la vibración ultrasónica del
combustible solamente se produce cuando el combustible está fluyendo
a través de inyector y hacia la cámara de combustión desde los
orificios de salida de inyector. Este control puede incluir un
detector, tal como un transductor de presión, que está dispuesto en
el empujador de la leva e incluye un transductor piezoeléctrico.
Además, los inyectores pueden estar fabricados
según la presente invención como equipo original más que como
reconversiones.
La figura 1A es una vista en sección transversal
de un inyector convencional unitario de combustible, accionado
mediante levas en la culata.
La figura 1B es una sección transversal a mayor
escala, de una parte del cuerpo de válvula de inyector convencional
unitario de combustible de la figura 1A.
La figura 2 es una representación en forma de
diagrama de una vista parcial, en perspectiva, con partes mostradas
en transparencia (líneas de trazos) de una realización del aparato
de la presente invención.
La figura 3 es una vista parcial, en
perspectiva, de un ejemplo del cuerpo de válvula del aparato de la
presente invención con partes cortadas y partes mostradas en
sección transversal, y estructuras del entorno mostradas en
transparencia (líneas de trazos encadenados).
La figura 4 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea indicada mediante 4-4
en la figura 3.
La figura 5 es una vista, en perspectiva, a
mayor escala, de una parte de un ejemplo del cuerpo de válvula del
aparato de la presente invención con partes cortadas y partes
mostradas en sección transversal, y componentes del entorno
mostrados de manera esquemática.
A continuación se hará referencia detallada a
las realizaciones de la invención actualmente preferentes, de las
cuales se ilustran uno o varios ejemplos en los dibujos adjuntos.
Cada uno de los ejemplos se facilita a modo de explicación de la
invención, pero no como limitación de la invención. En realidad,
para los expertos en la técnica será evidente que pueden realizarse
diversas modificaciones y variaciones de la presente invención sin
apartarse del ámbito o del espíritu de la invención. Por ejemplo,
las características ilustradas o descritas como parte de una
realización, pueden ser utilizadas en otra realización para producir
todavía una realización adicional. De este modo, se pretende que la
presente invención abarque dichas modificaciones y variaciones como
si estuvieran dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas y
de sus equivalentes. En la totalidad de los dibujos y de la
descripción, los mismos numerales están asignados a los mismos
componentes.
Tal como se utiliza en la presente descripción,
el término "líquido" se refiere a una forma amorfa (no
cristalina) de la materia, intermedia entre gases y sólidos, en la
cual las moléculas están mucho más concentradas que en los gases
pero mucho menos concentradas que en los sólidos. Un líquido puede
tener un componente único, o estar compuesto por múltiples
componentes. Los componentes pueden ser otros líquidos, sólidos y/o
gases. Por ejemplo, una característica de los líquidos es su
capacidad de fluir como resultado de la aplicación de una fuerza.
Los líquidos que fluyen inmediatamente como consecuencia de la
aplicación de una fuerza y para los cuales la magnitud del caudal
es directamente proporcional a la fuerza aplicada, se denominan
generalmente líquidos newtonianos. Algunos líquidos tienen
respuestas del flujo anormales cuando se les aplica una fuerza, y
presentan propiedades del flujo no newtonianas.
Un pulverizador típico incluye una amplia
diversidad de tamaños de las pequeñas gotas. Las dificultades en la
especificación de la distribución del tamaño de las gotitas han
conducido a la utilización de diversas expresiones del diámetro.
Tal como se utiliza en esta descripción, el diámetro medio Sauter
(SMD) representa la proporción del volumen con respecto al área
superficial de la pulverización (es decir, el diámetro de una
gotita cuya proporción de superficie a volumen es igual a la de la
totalidad de la pulverización).
Según la presente invención, tal como se muestra
de manera esquemática en la figura 2, que no está necesariamente a
escala, un motor de combustión interna (30) con inyectores de
combustible unitarios (31) (de los cuales solamente se muestra uno
en la figura 2) accionados por medio de una leva (27) en la culata,
constituye la planta energética de un aparato a modo de ejemplo,
que se muestra de manera esquemática y que está designado mediante
el numeral (32). Dicho aparato (32) podría ser casi cualquier
dispositivo que requiera una planta energética y podría incluir,
pero sin limitación, una planta generadora de energía eléctrica
estacionaria, un vehículo terrestre tal como una locomotora de
ferrocarril por ejemplo, un vehículo aéreo tal como un aeroplano o
una embarcación marina movida por un motor diesel, tal como un buque
que navegue por el mar.
El aparato inyector ultrasónico de combustible
de la presente invención se indica globalmente en la figura 2
mediante el numeral de designación (31). El inyector unitario (31)
difiere de inyector unitario convencional (10) descrito
anteriormente, principalmente por la configuración del cuerpo de
válvula (33) y la aguja (36), y por la adición de un detector, un
control y una fuente de energía ultrasónica, estando estas
diferencias descritas más adelante. Las características restantes y
el funcionamiento de inyector (31) de la presente invención son los
mismos que los de inyector convencional unitario (10).
En la figura 3 se muestra una realización del
cuerpo de válvula (33) de inyector (31), en una vista en perspectiva
que está cortada parcialmente, y en la figura 4 en una vista en
sección transversal. El cuerpo de válvula (33) del aparato de
inyector ultrasónico unitario de combustible incluye una tobera
(34), un cuerpo envolvente (35) y una aguja (36) de inyector. Las
dimensiones exteriores del cuerpo de válvula (33) corresponden a las
del cuerpo de válvula convencional (11) para el inyector
convencional (10) y de este modo encajan en el interior de la
tuerca convencional (29) de inyector. Sin embargo, a diferencia del
cuerpo de válvula convencional (11), el cuerpo de válvula (33) de
la presente invención puede incluir una vaina de acero de dos piezas
que comprende una tobera (34) y un cuerpo envolvente (35).
La tobera (34) es hueca en la mayor parte de la
longitud de su eje longitudinal central y está configurada para
alojar en su interior la parte de la aguja de inyector (36) que
tiene la punta (13) de forma cónica. La parte hueca del cuerpo de
válvula define el mismo depósito de combustible (16) que el cuerpo
de válvula convencional (11). El depósito (16) está configurado
para recibir y almacenar una acumulación de combustible a presión
además de disponer el paso a través del mismo de una parte de la
aguja (36) de inyector. La parte hueca de la tobera (34) del cuerpo
de válvula (33) define además el mismo recinto de descarga (17) que
el cuerpo de válvula convencional (11). El recinto (17) se comunica
con el depósito (16) de combustible y está configurado para recibir
combustible líquido a presión. La forma de la parte hueca
generalmente es simétrica en sentido cilíndrico para alojar la
forma exterior de la aguja (36), pero se diferencia de la forma de
la aguja en diferentes partes a lo largo del eje central del cuerpo
de válvula (33) para alojar el depósito (16) de combustible y el
recinto de descarga (17). Las partes huecas de forma diferente que
están dispuestas a lo largo del eje central de la tobera (34),
generalmente están comunicadas entre sí e interactúan con la aguja
(36) de la misma manera que estas mismas características lo harían
en el cuerpo de válvula convencional (11) de inyector convencional
(10).
La parte hueca de la tobera (34) del cuerpo de
válvula (33), define asimismo un asiento de válvula (12) que está
configurado, al igual que en el inyector convencional, como una
sección cónica truncada que conecta por un extremo con la abertura
del recinto de descarga (17), y por el extremo opuesto está
configurado en comunicación con el depósito de combustible (16). De
este modo, el recinto de descarga (17) está conectado al depósito
de combustible a través del asiento de válvula (12) de la misma
manera que el cuerpo de válvula convencional (11).
En el cuerpo de válvula (33), al igual que en el
cuerpo de válvula convencional (11), por lo menos uno y
deseablemente más de un orificio (21) de salida de la tobera están
definidos a través de la extremidad inferior de la tobera (34) de
inyector. Cada orificio (21) de salida de la tobera está conectado
al recinto de descarga (17) a través de un canal de salida (18)
definido a través de la extremidad inferior del cuerpo de válvula de
inyector y de un orificio de entrada (19) definido a través de la
superficie interior que define el recinto de descarga (17). Cada
canal (18) y sus orificios (19), (21) pueden tener un diámetro
inferior a 0,1 pulgadas (2,54 mm) aproximadamente. Por ejemplo, el
canal (18) y sus orificios (19), (21) pueden tener un diámetro desde
aproximadamente 0,0001 hasta aproximadamente 0,1 pulgadas (0,00254
a 2,54 mm). Como ejemplo adicional, el canal (18) y sus orificios
(19), (21) pueden tener un diámetro desde aproximadamente 0,001
hasta aproximadamente 0,01 pulgadas (0,0254 a 0,254 mm). Se ha
hallado que los efectos beneficiosos de la vibración ultrasónica del
combustible antes de que el combustible abandone el orificio de
salida (21) de inyector (31) se producen sin tener en cuenta el
tamaño, forma, posición y número de canales (18) y de los orificios
(19), (21) de dicho inyector.
Tal como se muestra en la figura 4, el cuerpo de
la tobera (34) de inyector define asimismo una trayectoria (115)
que está configurada y dispuesta, forzada del eje, en el interior
del cuerpo de la válvula de inyector. La trayectoria (115) del
combustible está configurada para suministrar combustible líquido a
presión al depósito (16) de combustible, y está conectada al
depósito (16) de combustible y comunica con el recinto de descarga
(17).
En la reconversión de un cuerpo de válvula
convencional (11) para formar el cuerpo de válvula (33), las
modificaciones del cuerpo de válvula (11) de inyector unitario
incluyen un nuevo posicionado de los tres pasos (15) de alimentación
de combustible. El material de la tobera (SAE 51501) fue eliminado
del cuerpo envolvente (35) del cuerpo de válvula (33) en la parte
correspondiente a la longitud axial mínima deseada del orificio
axial del cuerpo de válvula (33). Esta longitud deseada es un
tercio de la longitud total, la cual es la distancia teórica desde
el orificio del cuerpo de válvula (33), a la cual la presión del
combustible alcanza un valor mínimo. La nueva posición de los pasos
de combustible requiere taponar los pasos (15) originales del cuerpo
de válvula convencional (11) y la mecanización de nuevos pasos
(115) a una distancia radial mayor de la línea de centros. El nuevo
posicionado de los pasos (115) de alimentación de combustible fue
realizado para dejar un volumen suficiente en el interior del
cuerpo envolvente (35) del cuerpo de válvula (33) para la bobina
eléctrica (descrita más adelante).
Tal como se muestra en la figura 3, un extremo
del cuerpo envolvente (35) está configurado para acoplarse a la
tobera (34). El extremo opuesto del cuerpo envolvente (35) está
configurado para acoplarse a la jaula (28) del resorte (mostrada en
líneas de trazos en la figura 3) que contiene el resorte (22) que
desvía la posición de la aguja (36) al igual que en el inyector
convencional (10). Las consideraciones de diseño para el cuerpo
envolvente (35) incluían el mantenimiento de un área superficial
adecuada para el cierre, y un volumen interno suficiente para la
bobina eléctrica (descrita más adelante). El objetivo de este diseño
del cuerpo envolvente (35) es el de reducir la concentración de
tensiones al mínimo y evitar las fugas de combustible a alta
presión entre las partes acopladas. La estanqueización del
combustible a alta presión se realiza en este inyector particular
mediante las superficies acopladas entre sí de las piezas que están
sujetas mediante la tuerca (29) de inyector. Las superficies de
cierre o superficies de contacto deben estar dimensionadas de tal
manera que la presión de contacto sea significativamente mayor que
la presión de pico de inyección que debe ser retenida. La presión
estática en el interior de la tobera (34) es asimismo la presión de
cierre entre la tobera (34) y el cuerpo envolvente (35) encajado.
La presión de cierre incluía un factor de seguridad del cierre de
1,62 para una presión pico estimada de la inyección de 103 MPa
(15.000 psi).
Tal como se ilustra en la figura 3, por ejemplo,
otra posición crítica en la cual deben evitarse las fugas de
combustible a alta presión es el volumen anular entre la superficie
exterior de la aguja (36) y la superficie interior (37) que define
el orificio axial en el interior del cuerpo de válvula (33). El
orificio interior (37) del cuerpo de válvula (33) y la aguja (36)
dispuesta en el mismo están ajustados de manera selectiva para
mantener unos espacios libres y unas fugas, mínimos. Un valor de
0,005 mm (0,0002 pulgadas) es un espacio libre típico máximo entre
el diámetro exterior de la aguja (36) y el diámetro del orificio
(37) dispuesto inmediatamente antes del depósito (16) en la tobera
(34).
La configuración y el funcionamiento de la
válvula de aguja de inyector (31) de la presente invención son los
mismos que en el inyector convencional (10) descrito anteriormente.
Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 4, el segundo extremo
de la aguja (36) de inyector define una punta conformada con una
superficie cónica (13) que está configurada para acoplarse y para
realizar el cierre contra una parte del asiento de válvula (12) de
forma cónica, definido en la parte hueca del cuerpo de válvula (33)
de inyector. El extremo opuesto de la aguja (36) de inyector está
conectado de modo que desvía la aguja a una posición que coloca la
superficie cónica (13) de la aguja (36) de inyector en un contacto
de cierre con la superficie cónica del asiento de válvula (12), de
manera que impide que el combustible salga del conducto (115) del
combustible pasando hacia el depósito de almacenamiento (16), hacia
el recinto de descarga (17) y a través de los canales de salida
(18), salga por los orificios (21) de salida de la tobera y hacia la
cámara de combustión (20). Tal como se muestra de manera
esquemática en la figura 3, al igual que en el inyector convencional
(11), un resorte (22) proporciona un ejemplo de unos medios para
desviar la superficie cónica (13) de la aguja (36) de inyector,
hasta hacer contacto de cierre con la superficie cónica (12) del
asiento de válvula. De este modo, cuando la aguja (36) de inyector
está dispuesta en su orientación forzada, el combustible no puede
fluir únicamente bajo la fuerza de la gravedad, desde el conducto
(115) del combustible saliendo por los orificios (21) de salida de
la tobera y hacia la cámara de combustión (20) en la cual está
dispuesto el extremo inferior de inyector (31) de combustible.
Tal como se muestra de manera convencional y
esquemática, por ejemplo en la figura 2, el accionamiento de la
leva (25) actúa a través de la bomba (23) para vencer la fuerza
antagonista del resorte (24) y obligar al extremo cónico de la
aguja de inyector a separarse del asiento de forma cónica de la
válvula. Esto abre la válvula de modo que permite el flujo de
combustible hacia el recinto de descarga, saliendo por los orificios
(21) de salida de la tobera de inyector de combustible (31) hacia
la cámara de combustión (20) del motor (30) del aparato (32). Esto
se lleva a cabo tal como en los inyectores convencionales unitarios
(10) descritos anteriormente, es decir, mediante la actuación de
una bomba (23) que obliga al combustible a presión a levantar
hidráulicamente la aguja (36), venciendo la fuerza antagonista del
resorte (22).
Tal como se utiliza en la presente descripción,
el término "magnetoestrictivo" se refiere a la propiedad de
una muestra de material ferromagnético que tiene como resultado
cambios en las dimensiones de la muestra, dependiendo de la
dirección y de la magnitud de la magnetización de la muestra. Un
material magnetoestrictivo que es sensible a los cambios magnéticos
que varían a frecuencias ultrasónicas, significa que una muestra de
dicho material magnetoestrictivo puede cambiar sus dimensiones a
frecuencias ultrasónicas.
Según la presente invención, la aguja de
inyector define, por lo menos una primera parte (38) que está
configurada para estar dispuesta en el orificio central axial (37)
definido en el interior del cuerpo de válvula (33). Por ejemplo,
tal como se muestra en las figuras 3 y 4, la primera parte (38) de
la aguja (36) de inyector está indicada mediante punteado y está
formada por material magnetoestrictivo que es sensible a los campos
magnéticos que varían a frecuencias ultrasónicas. La longitud de la
primera parte (38) compuesta por material magnetoestrictivo puede
ser de un tercio aproximadamente de la longitud total de la aguja
(36). No obstante, si se desea, la totalidad de la aguja (36) puede
estar formada del material magnetoestrictivo. Un material
magnetoestrictivo adecuado lo proporciona una aleación
magnetoestrictiva ETREMA-TERFENOL-D®
que puede unirse al acero para formar la aguja de inyector. La
aleación magnetoestrictiva
ETREMA-TERFENOL-D® puede ser
suministrada por ETREMA Products, Inc. de Ames, Iowa. 50010. Otros
materiales magnetoestrictivos adecuados son níquel y Permalloy.
Mediante la aplicación de un campo magnético
alineado a lo largo del eje longitudinal de la aguja (36) de
inyector, la longitud de esta primera parte (38) de la aguja (36) de
inyector aumenta o disminuye ligeramente en dirección axial. Al
eliminar el campo magnético mencionado anteriormente, la longitud de
esta primera parte (38) de la aguja (36) de inyector vuelve a su
longitud sin magnetizar. Por otra parte, el tiempo durante el cual
se produce la dilatación y la contracción es suficientemente corto,
de tal modo que la aguja (36) de inyector puede dilatarse y
contraerse a una velocidad que entra dentro de las frecuencias
ultrasónicas, es decir, de 15 kiloherzios a 500 kiloherzios. La
longitud total de la aguja (36) en el estado sin magnetizar de la
aguja, es la misma que la longitud total de la aguja convencional
(14).
Adicionalmente, según la presente invención, el
orificio axial (37) del cuerpo de válvula (33) de inyector está
definido, por lo menos en parte, mediante una pared (40) que está
compuesta por un material que es transparente a los campos
magnéticos que varían a frecuencias ultrasónicas. Tal como se
expresa en esta descripción y se muestra en las figuras 3 y 4, por
ejemplo, esta pared (40) puede estar compuesta por una parte no
metálica definida por un inserto o elemento postizo compuesto por
un material cerámico tal como bióxido de zirconio parcialmente
estabilizado, que puede ser suministrado por Coors Ceramic Company
de Golden, Colorado. El inserto (40) define la parte de la pared
del orificio axial (37) que es transparente a los campos magnéticos
que varían a frecuencias ultrasónicas. El material cerámico de
bióxido de zirconio parcialmente estabilizado del revestimiento
(40) tiene excelentes propiedades materiales y satisface los
requisitos para un material no conductor entre la bobina (descrita
más adelante) y la aguja (36). El bióxido de zirconio parcialmente
estabilizado tiene una resistencia a la compresión y una
resistencia a la rotura relativamente elevadas comparado con otros
materiales cerámicos técnicos disponibles.
El inserto (40) actúa como un revestimiento que
está formado como un elemento cilíndrico anular que está dispuesto
en una parte hueca del cuerpo envolvente (35). La superficie
interior (39) del inserto (40) está dispuesta de modo que coincide
con la primera parte (38) de la aguja (36) de inyector que está
dispuesta en el interior del orificio axial (37) del cuerpo de
válvula (33) de inyector (31). Tal como se muestra en la figura 4,
por ejemplo, la parte interior hueca (39) del inserto (40) del
cuerpo de válvula (33) define una cavidad cilíndrica que está
configurada para alojar en su interior, por lo menos, una primera
parte (38) de la aguja (36) de inyector. La longitud del orificio
(39) del revestimiento cerámico comprendía la mayor parte del
orificio axial (37) de la parte metálica del cuerpo de válvula (33)
y tenía un diámetro de unas dimensiones de 0,001 pulgadas más
grande que el diámetro del orificio axial (37) con el objeto de
evitar que la aguja (36) se atascara debido a una potencial falta
de concentricidad del conjunto.
Además, según la presente invención, se disponen
unos medios para aplicar, en el interior del orificio axial del
cuerpo de inyector, un campo magnético que puede variar a
frecuencias ultrasónicas. El campo magnético puede cambiar de
conectado a desconectado, o de una primera magnitud a una segunda
magnitud, o puede cambiar la dirección del campo magnético. Estos
medios para aplicar un campo magnético variable a frecuencias
ultrasónicas se llevan a cabo deseablemente, por lo menos en parte,
por medio del el cuerpo de válvula (33) de inyector. Tal como se
explica en esta descripción y se muestra, por ejemplo en la figura
3, los medios para aplicar un campo magnético variable a
frecuencias ultrasónicas en el interior del orificio axial (37),
pueden incluir una fuente de energía eléctrica (46) y una bobina de
alambre (42) enrollada alrededor de la superficie más exterior (43)
del inserto cerámico o del revestimiento (40) y conectada
eléctricamente a la fuente de energía (46).
La bobina eléctrica (42) fue unida directamente
al revestimiento (40) y plastificada para impedir cortocircuitos de
las espiras de la bobina con el cuerpo envolvente (35) de la tobera.
Tal como se muestra, por ejemplo en las figuras 3 y 4, la bobina de
cable (42) puede estar incrustada en el material de plastificado, lo
cual está representado en conjunto mediante el sombreado punteado
designado mediante el numeral (48). Tal como se muestra, por
ejemplo en las figuras 3 y 4, la puesta a tierra de un extremo de la
bobina (42) se realizó a través del contacto con uno de los lados
de una arandela de cobre (49). El lado opuesto de la arandela (49),
que podría estar formada por otro material conductor aparte de
cobre, se caracteriza de manera deseable por tener ondulaciones
(52) (línea de trazos en la figura 4) que podrían comprimirse contra
la tobera (34) cuando el cuerpo de válvula (33) está montado en la
tuerca metálica (29) de inyector para garantizar un buen contacto
eléctrico con la tobera (34).
Un anillo de contacto (44) está conectado al
otro extremo de la bobina (42) y está incrustado en el material de
plastificado (48) tal como se muestra, por ejemplo, en las figuras 3
y 4. La conexión eléctrica de la bobina (42) a la fuente de energía
ultrasónica (46) se realizó a través de una sonda eléctrica (54)
tensada elásticamente que se mantenía en contacto eléctrico con el
anillo de contacto (44). Tal como se muestra, por ejemplo, en las
figuras 4 (esquemáticamente) y 5 (a mayor escala, perspectiva en
corte), el extremo posterior de la sonda (54) está roscado en la
tuerca (29) de inyector y un manguito de aislamiento eléctrico (55)
rodea la sección de la sonda (54) que se extiende a través de un
orificio (41) en el cuerpo envolvente (35) de la tobera. Para
garantizar que el orificio (41) en el cuerpo envolvente (35) esté
alineado con el orificio roscado en la tuerca (29) de inyector
durante el montaje, se fabricó una aguja maciza de acero inoxidable
(50) para la alineación, y se introdujo en la tobera (34) y en el
cuerpo envolvente (35) tal como se muestra, por ejemplo en las
figuras 3 y 4.
Tal como se muestra esquemáticamente en las
figuras 2 y 5 por ejemplo, la sonda (54) puede estar conectada a su
vez a un cable eléctrico (45) que está conectado eléctricamente a
una fuente de energía eléctrica (46) que puede activarse mediante
un control (47) para oscilar a frecuencias ultrasónicas. Desde una
cierta perspectiva, la combinación de la aguja (36) compuesta por
un material magnetoestrictivo y la bobina (42), funciona como un
transductor magnetoestrictivo que convierte la energía eléctrica
proporcionada por la bobina (42) en la energía mecánica de la aguja
(36) que se dilata y se contrae. En las patentes USA Nº 5.900.690 y
5.892.315 de propiedad común y en el texto explicativo de las
mismas se da a conocer un ejemplo adecuado de un control (47) para
dicho transductor magnetoestrictivo.
Debe tomarse nota en particular de la figura 5
en las patentes 5.900.690 y 5.892.315 y del texto explicativo de la
misma.
Adicionalmente, según la presente invención, la
conexión eléctrica de la bobina (42) a frecuencias ultrasónicas
está gobernada por medio del control (47), de modo que la conexión
eléctrica de la bobina (42) a frecuencias ultrasónicas solamente se
produce cuando la aguja (36) de inyector está posicionada de tal
modo que el combustible fluye desde el depósito de almacenamiento
(16) hacia el recinto de descarga (17). Tal como se muestra
esquemáticamente en la figura 2, el control (47) puede recibir una
señal de un detector de presión (51) que está dispuesto en el
empujador (25) de la leva y detecta cuando la leva (27) establece
contacto con el empujador (25). Cuando la leva (27) hace descender
el empujador (25), la bomba (23) es accionada y bombea combustible
al cuerpo de válvula (33) incrementando de este modo la presión en
el combustible en el interior del cuerpo de válvula (33) de modo
que abre hidráulicamente la válvula de aguja y hace que el
combustible a inyectar salga por los orificios (21) de inyector
(31). El detector de presión (51) puede incluir un transductor de
presión tal como un transductor piezoeléctrico que genera una señal
eléctrica cuando está sometido a presión. Según esto, el detector
de presión (51) envía una señal eléctrica al control (47), el cual
puede incluir un amplificador para amplificar la señal eléctrica
recibida desde el detector (51). El control (47) está configurado
para suministrar a continuación esta señal eléctrica amplificada
con el objeto de activar la fuente de energía oscilatoria (46) que
activa la bobina (42) a través del cable (45) e induce el campo
magnético oscilatorio deseado en la parte magnetoestrictiva (38) de
la aguja (36). El control (47) controla asimismo la magnitud y la
frecuencia de las vibraciones ultrasónicas a través de su control de
la fuente de energía (46). Para conseguir la sincronización de la
aplicación de las vibraciones ultrasónicas y la inyección del
combustible por el inyector, según se desee, pueden utilizarse
otras formas de control.
Durante la inyección de combustible, el extremo
(13) de la aguja (36) de forma cónica de inyector está dispuesto de
manera que sobresalga hacia el recinto de descarga (17). La
dilatación y la contracción de la longitud de la aguja (36) de
inyector producida por el alargamiento y la contracción de la parte
magnetoestrictiva (38) de la aguja (36) de inyector se considera
que hace que el extremo (13) de forma cónica de la aguja (36) de
inyector se desplace respectivamente una pequeña distancia, entrando
y saliendo del recinto de descarga (17), actuando como una especie
de pistón. Este movimiento alternativo de entrada y salida se
considera que produce una perturbación mecánica medible del
combustible líquido en el interior del recinto de descarga (17), a
la misma frecuencia ultrasónica que los cambios en el campo
magnético en la parte magnetoestrictiva (38) de la aguja (36) de
inyector. Esta perturbación ultrasónica del combustible que sale de
inyector (31) a través de los orificios de salida (21) de la
tobera, tiene como resultado una atomización mejorada del
combustible que es inyectado en la cámara de combustión (20). Esta
mejora de la atomización tiene como resultado una combustión más
eficiente que incrementa la potencia y reduce la contaminación del
proceso de combustión. La vibración ultrasónica del combustible
antes de que el combustible salga por los orificios de inyector
produce un penacho que es una pulverización uniforme de forma
cónica de combustible líquido, hacia la cámara de combustión (20)
que es abastecida mediante el inyector (31).
La distancia real entre la punta (13) de la
aguja (36) y el orificio de entrada (19), o el orificio de salida
(21), cuando la válvula de aguja está abierta en ausencia del campo
magnético oscilatorio, no se modificó con respecto a la que tenía
en el cuerpo de válvula convencional (11). En general, la distancia
mínima entre la punta (13) de la aguja (36) y el orificio de
entrada (19) de los canales (18) que conducen a los orificios de
salida (21) de inyector (31) en una situación dada, puede ser
determinada fácilmente por un técnico en la materia sin una
experimentación excesiva. En la práctica, dicha distancia estará
comprendida dentro de una gama de unas 0,002 pulgadas (unos 0,05
mm) hasta aproximadamente 1,3 pulgadas (unos 33 mm), aunque pueden
utilizarse distancias mayores. Dicha distancia determina la magnitud
con la que se aplica la energía ultrasónica al líquido a presión,
distinta de la que existe al entrar en el orificio de entrada (19).
En otras palabras, cuanto mayor es la distancia, mayor es la
cantidad de líquido a presión que es sometido a la energía
ultrasónica. En consecuencia, generalmente son deseables distancias
cortas con el objeto de reducir al mínimo la degradación del
líquido a presión y otros efectos perjudiciales que pueden derivarse
de la exposición del líquido a la energía ultrasónica.
Inmediatamente antes de que el combustible
líquido entre por el orificio de entrada (19), la punta vibrante
(13) que está en contacto con el combustible líquido transmite
energía ultrasónica al combustible. Parece que las vibraciones
cambian la viscosidad aparente y las características de flujo de los
combustibles líquidos de viscosidad elevada. Asimismo, parece que
las vibraciones mejoran la velocidad del flujo y/o mejoran la
atomización del chorro de combustible cuando éste entra en la cámara
de combustión (20). La aplicación de energía ultrasónica parece
mejorar (es decir, disminuir) el tamaño de las pequeñas gotas de
combustible líquido y reducir la distribución de tamaños de las
gotas del penacho de combustible líquido. Además, la aplicación de
energía ultrasónica parece incrementar la velocidad de las gotitas
de combustible líquido que salen por el orificio (21) de inyector
hacia la cámara de combustión (20). Las vibraciones producen
asimismo la descomposición y la expulsión de los contaminantes que
atascan los orificios (19) de entrada de inyector, los canales (18)
y los orificios de salida (21). Las vibraciones pueden ocasionar
asimismo el emulsionado del combustible líquido con otros
componentes (por ejemplo, componentes líquidos) o aditivos que
pueden estar presentes en el chorro de combustible.
El inyector (31) de la presente invención puede
ser utilizado para emulsionar combustibles líquidos con componentes
múltiples así como aditivos del combustible líquido y contaminantes,
en el punto en que los combustibles líquidos son introducidos en el
motor de combustión interna (30). Por ejemplo, el agua arrastrada
por determinados combustibles puede ser emulsionada mediante las
vibraciones ultrasónicas, de modo que la mezcla combustible/agua
puede ser utilizada en la cámara de combustión (20). Los
combustibles mezclados y/o las mezclas de combustibles que incluyen
componentes tales como, por ejemplo, metanol, agua, etanol, gasoil,
gas propano líquido, bio-diesel o similares, pueden
asimismo ser emulsionadas. La presente invención puede tener
ventajas en los motores para combustibles múltiples, porque pueden
utilizarse de modo que las características de la velocidad de flujo
de los diversos combustibles que pueden ser utilizados en los
motores de combustibles múltiples (es decir, las viscosidades
aparentes) resulten compatibles. Como alternativa, y/o
adicionalmente, puede ser deseable añadir agua a uno o varios
combustibles líquidos y emulsionar los componentes inmediatamente
antes de la combustión como una forma de controlar la combustión
y/o de reducir las emisiones de escape. Asimismo, puede ser deseable
añadir un gas (por ejemplo, aire, N_{2}O, etc.) a uno o varios
combustibles líquidos y mezclar o emulsionar ultrasónicamente los
componentes inmediatamente antes de la combustión como una forma de
controlar la combustión y/o de reducir las emisiones de escape.
Una ventaja de inyector (31) de la presente
invención es que es autolimpiante. Debido a la vibración ultrasónica
del combustible antes de que el combustible salga por los orificios
(21) de inyector, las vibraciones pueden desalojar cualquier tipo
de partícula que de otro modo podría obstruir el canal (18) y sus
orificios de entrada y de salida (19), (21), respectivamente. Esto
es, la combinación de la presión suministrada y las fuerzas
generadas mediante la excitación ultrasónica de la aguja (36) en el
interior del combustible a presión directamente antes de que el
combustible salga por la tobera (34), puede eliminar las
obstrucciones que de otro modo podrían bloquear el orificio de
salida (21). Según la invención, el canal (18) y su orificio de
entrada (19) y el orificio de salida (21) están de este modo
adaptados para ser autolimpiantes cuando la aguja (36) de inyector
es excitada con energía ultrasónica (sin aplicar energía ultrasónica
directamente al canal -18- y a sus orificios -19-, -21-) mientras
el orificio de salida (21) recibe líquido a presión de la cámara de
descarga (17) y el líquido pasa al exterior de inyector (31).
Aunque la especificación ha sido descrita con
detalle con respecto a las realizaciones específicas de la misma,
se comprenderá que los expertos en la técnica, después de conseguir
la comprensión de lo anterior, pueden imaginar fácilmente
modificaciones de estas realizaciones y variaciones de las mismas.
De acuerdo con ello, el ámbito de la presente invención debe ser
valorado como el de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (18)
1. Aparato inyector unitario, ultrasónico, de
combustible para la inyección de combustible líquido a presión en
un motor de combustión interna (30), que acciona el inyector (31)
mediante, por lo menos, una leva (27) en la culata que entra en
contacto con un empujador (25) de la leva, comprendiendo el
aparato:
un cuerpo de válvula (33) que define: una
cavidad configurada para alojar en la misma, por lo menos, una
primera parte (38) de la aguja (36) de un inyector, estando dicha
cavidad definida, por lo menos en parte, mediante una pared (40)
que es transparente a los campos magnéticos que varían a frecuencias
ultrasónicas y que está definida mediante un inserto que está
configurado como un elemento cilíndrico anular, un recinto de
descarga (17) que comunica con dicha cavidad y configurado para
recibir combustible líquido a presión y, por lo menos, una segunda
parte de dicha aguja (36) de inyector, una trayectoria (115) del
combustible que comunica con dicho recinto de descarga (17) y
configurado para suministrar el combustible líquido a presión a
dicho recinto de descarga (17), y un orificio de salida (21) que
comunica con dicho recinto de descarga (17) y configurado para
recibir el combustible líquido a presión desde dicho recinto de
descarga (17) y hacer pasar el combustible líquido al exterior de
dicho cuerpo de válvula (33);
unos medios para aplicar en el interior de dicha
cavidad un campo magnético que varía a frecuencias ultrasónicas,
estando llevados a cabo dichos medios, por lo menos en parte,
mediante dicho cuerpo de válvula (33);
una aguja (36) de un inyector que tiene una
primera parte (38) dispuesta en dicha cavidad, y una segunda parte
dispuesta en dicho recinto de descarga (17), estando formada dicha
primera parte (38) de dicha aguja (36) de inyector por un material
magnetoestrictivo sensible a los campos magnéticos que varían a
frecuencias ultrasónicas;
un detector (51) configurado para indicar cuando
el inyector (31) está inyectando combustible líquido a presión en
el motor de combustión interna (30); y
un control (47) conectado a dicho detector (51)
y a dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un
campo magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, estando
configurado dicho control (47) para activar dichos medios para
aplicar en el interior de dicha cavidad un campo magnético que varía
a frecuencias ultrasónicas cuando dicho detector (51) indica que el
inyector (31) está inyectando combustible en la cámara de combustión
(20) del motor.
2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
dicha pared incluye material cerámico.
3. Aparato, según la reivindicación 2, en el que
dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un campo
magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, incluyen una bobina
eléctricamente conductora (42) dispuesta alrededor de dicha pared
(40).
4. Aparato, según la reivindicación 2, en el que
dicho cuerpo de válvula (33) está compuesto por una sección
metálica y una sección no metálica, y dicha sección no metálica
incluye dicha pared (40) de dicha cavidad.
5. Aparato, según la reivindicación 2, en el que
dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un campo
magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, incluye una bobina
eléctricamente conductora (42) dispuesta alrededor de dicho inserto
cerámico (40).
6. Aparato, según la reivindicación 5, en el que
dicha sección no metálica de dicho cuerpo de válvula (33) incluye
material de plastificado (48) que incrusta dicha bobina
eléctricamente conductora en su interior.
7. Aparato, según la reivindicación 2, en el que
dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un campo
magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, incluye una fuente
de energía (46) y una bobina eléctricamente conductora (42)
dispuesta alrededor de dicho inserto cerámico (40).
8. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un campo
magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, incluye una bobina
eléctricamente conductora (42) dispuesta alrededor de dicha pared
(40) de dicha cavidad, y dicha sección no metálica de dicho cuerpo
de válvula (33) incluye material de plastificado (48) que incrusta
dicha bobina eléctricamente conductora (42) en su interior.
9. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un campo
magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, está dispuesto, por
lo menos en parte, en el interior de dicho cuerpo de válvula
(33).
10. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que dicho detector (51) incluye un transductor piezoeléctrico que
está dispuesto para detectar una magnitud predeterminada de la
presión de contacto de un empujador de la leva (25), por lo menos,
sobre una de las levas.
11. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que dichos medios para aplicar en el interior de dicha cavidad un
campo magnético que varía a frecuencias ultrasónicas, incluye una
bobina eléctricamente conductora (42) dispuesta alrededor de dicha
cavidad.
12. Aparato, según la reivindicación 1, que
comprende además una serie de orificios de salida (21), estando
configurado y dispuesto cada uno de dichos orificios de salida (21)
para comunicar con dicho recinto de descarga (17) y para recibir el
combustible líquido a presión de dicho recinto de descarga (17) y
hacer pasar el combustible líquido al exterior de dicho cuerpo de
válvula (33).
13. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que las frecuencias ultrasónicas varían desde unos 15 kHz hasta
unos 500 kHz.
14. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que las frecuencias ultrasónicas varían desde unos 15 kHz hasta
unos 60 kHz.
15. Motor de combustión interna, en el que dicho
motor incluye el aparato de la reivindicación 1.
16. Vehículo que comprende: el motor de la
reivindicación 15.
17. Generador eléctrico que comprende: el motor
de la reivindicación 15.
18. Método para la reconversión de un aparato
inyector de combustible unitario, ultrasónico, para la inyección de
combustible líquido a presión en un motor de combustión interna (30)
que acciona el inyector mediante válvulas en la culata (27),
incluyendo este inyector (31) una válvula de aguja que puede ser
forzada a la posición de cierre de la válvula cuando el asiento de
la válvula está cerrado contra un extremo de la aguja (36) mientras
que el extremo opuesto de la aguja está acoplado a una leva de la
culata (25) que acciona la apertura y el cierre de la válvula de
aguja y de este modo controla el suministro de combustible a través
de los orificios de salida (21) de inyector (31) hacia la cámara de
combustión (20) que es abastecida mediante el inyector (31),
comprendiendo el método:
eliminar la aguja (36) de inyector y sustituirla
por una aguja que tiene una parte alargada que está compuesta por
un material magnetoestrictivo;
vaciar la parte del cuerpo de inyector que rodea
la parte magnetoestrictiva de la aguja reconvertida;
disponer un inserto de forma anular (40) que
define una pared que es transparente a los campos magnéticos
oscilatorios a frecuencias ultrasónicas y disponer dicho inserto en
dicha parte hueca o vaciada del cuerpo de inyector, de modo que
dicho inserto (40) rodee dicha parte magnetoestrictiva de la aguja
reconvertida;
rodear el exterior de dicha pared (40) con una
bobina (42) que puede inducir un campo magnético variable en la
zona ocupada por la parte magnetoestrictiva y hacer que de esta
manera la parte magnetoestrictiva vibre a frecuencias
ultrasónicas;
disponer en el inyector (31) un detector (51)
que está configurado para detectar, por lo menos, cuando una de las
levas está accionando el inyector (31) para inyectar combustible en
la cámara de combustión (20) del motor;
conectar eléctricamente dicha bobina (42) a una
fuente de energía ultrasónica (46); y
conectar eléctricamente dicho detector (51) a un
control (47) que está conectado eléctricamente a dicha fuente de
energía (46) y que está configurado para activar dicha fuente de
energía (46) solamente cuando dicho detector (51) indica que una de
las levas está actuando sobre el inyector (31) para inyectar
combustible en la cámara de combustión (20) del motor.
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