ES2299146T3 - Inyector de carburante con un accionador electromagnetico. - Google Patents

Inyector de carburante con un accionador electromagnetico. Download PDF

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Marcello Cristiani
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Abstract

Un inyector de carburante (1) incluyendo: una válvula de inyección (7) incluyendo un chorro de inyección (3) y provista de un pistón (15), que se puede mover con el fin de controlar el flujo de carburante y termina con un cabezal hermético (22); un accionador electromagnético (6) capaz de desplazar el pistón (15) entre una posición cerrada y una posición abierta de la válvula de inyección (7) e incluyendo una bobina (11), un inducido magnético fijo (12), y un inducido (9), que es atraído magnéticamente por el inducido magnético (12) y está conectado mecánicamente al pistón (15); un muelle principal (10) para sujetar el pistón (15) en la posición cerrada de la válvula de inyección (7); un cuerpo de soporte (4) que tiene una forma tubular e incluyendo un canal de alimentación (5) dentro del que están dispuestos el pistón (15) y el muelle (10); y un cuerpo obturador (17), en el que se define un asiento de válvula (16) de la válvula de inyección (7) en el que engancha el cabezal hermético (22); el cuerpo obturador (17) incluye un elemento obturador en forma de disco (18) que sella herméticamente el canal de alimentación (5) en la parte inferior, y un elemento de guía (19), que se eleva del elemento de tapón (18), es de forma tubular, y se aloja dentro del pistón (15).

Description

Inyector de carburante con un accionador electromagnético.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un inyector de carburante con un accionador electromagnético.
Las explicaciones siguientes harán referencia explícita, sin restringir por ello su alcance general, a un inyector con un accionador electromagnético para inyección directa de carburante.
Antecedentes de la invención
Un inyector electromagnético de carburante incluye un cuerpo cilíndrico tubular que tiene un canal central de alimentación que realiza la función de un conducto de carburante y termina con un chorro de inyección controlado por una válvula de inyección operada por un accionador electromagnético. La válvula de inyección está provista de un pistón, que está conectado rígidamente a un inducido móvil del accionador electromagnético de manera que sea desplazado por la acción de dicho accionador electromagnético entre una posición cerrada y una posición abierta del chorro de inyección contra la acción de un muelle que tiende a mantener el pistón en la posición cerrada. El pistón termina con un cabezal hermético que, en la posición cerrada, es empujado por el muelle contra un asiento de válvula de la válvula de inyección con el fin de evitar que el carburante escape. En general, el cabezal hermético está dispuesto dentro del conducto de carburante; en consecuencia, con el fin de cambiar de la posición cerrada a la posición abierta de la válvula de inyección, el cabezal hermético es desplazado en una dirección contraria a la dirección de alimentación del carburante.
Los inyectores electromagnéticos de carburante del tipo antes descrito son simples y económicos de producir y exhiben una buena relación coste/rendimiento. Sin embargo, tales inyectores no aseguran un nivel alto de precisión y de estabilidad al dirigir la inyección de carburante, y tales inyectores son consiguientemente inadecuados para uso en motores de "pulverización guiada", en los que el carburante debe ser inyectado con un nivel de precisión muy alto cerca de la bujía; de hecho, en este tipo de aplicación, un error de menos que un milímetro en la dirección de la corriente de carburante puede dar lugar a humectación de los electrodos de la bujía, poniendo así seriamente en peligro la combustión.
JP3050378 describe un inyector para inyectar directamente carburante a un cilindro de un motor de dos tiempos; el inyector está provisto de un elemento de válvula estructurado en dos piezas en un alojamiento para guiar libremente de forma móvil un primer elemento de válvula provisto de un cabezal de válvula en la punta a lo largo del eje por un elemento de guía y un elemento de hoja. En este caso, un orificio de inyección de carburante en forma de cono que se expande hacia fuera, está formado en la punta del elemento de hoja; además, una unidad de medición de carburante para dar un área en sección transversal de recorrido de flujo constante correspondiente a la diferencia entre la zona en sección transversal de un recorrido de carburante y la zona en sección transversal del elemento de válvula en la dirección de flujo en la longitud especificada y regular la cantidad de inyección de carburante por inyección, está formada antes del orificio de inyección proporcionando un cuello en el pie del cabezal de válvula.
JP62255569 describe una válvula de inyección de carburante; topes primero y segundo que sirven como topes en un lado móvil, se hacen topar contra un espaciador que sirve como un tope en un lado fijo para mantener constante la carrera operativa de una válvula de aguja. Cuando se ha de regular una cantidad de inyección de carburante, un tornillo que sirve como una unidad reguladora se mueve hacia arriba y hacia abajo mientras el carburante es inyectado, determinando por ello la posición de una caja de válvula con respecto a un cuerpo con el fin de regular la carrera operativa; entonces, la fuerza de empuje de un muelle regulador permite que la caja de válvula se mueva conjuntamente con el tornillo y el muelle permite que la válvula de aguja se mueva conjuntamente con la caja de válvula. Cuando se alcanza una posición de la caja de válvula correspondiente a una cantidad preestablecida de inyección, el tornillo se fija al borde inferior del agujero de un cuerpo por soldadura por puntos.
JP3043659 describe un inyector que inyecta directamente un carburante al cilindro de un motor de dos tiempos; el inyector tiene un elemento de válvula dividido en elementos de válvula primero y segundo, y el primer elemento de válvula es guiado por un elemento de guía y un elemento de hoja y mantenido de tal manera que sea axialmente móvil, y un cabezal de válvula está dispuesto en su extremo superior. El segundo elemento de válvula sobresale al solenoide de unos medios de accionamiento electromagnéticos, y un inducido está fijado a su parte de extremo trasero. En este caso, se forma un paso de retorno de carburante que se extiende desde un paso de derivación formando una parte de un paso de inyección de carburante que se extiende desde un orificio de alimentación de carburante a un orificio de inyección de carburante dispuesto en el lado de extremo interior del elemento de hoja al lado del depósito de carburante.
JP57146049 describe una válvula de inyección de carburante diseñada para evitar el escape del carburante, donde se ha previsto un cuerpo de válvula para abrir o cerrar una boquilla de inyección de su lado interior además de una válvula de seta que controla la cantidad de inyección.
Descripción de la invención
El objeto de la presente invención es proporcionar un inyector de carburante con un accionador electromagnético que no exhibe las desventajas anteriores y, en particular, es simple y económico de producir.
La presente invención proporciona un inyector de carburante con un accionador electromagnético como el expuesto en las reivindicaciones anexas.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran una realización no limitadora de la invención, en los que:
La figura 1 es una vista en sección transversal esquemática con porciones quitadas para mayor claridad de un inyector de carburante producido según la presente invención.
La figura 2 representa una vista ampliada de una válvula de inyección del inyector de la figura 1.
Y la figura 3 representa una vista ampliada de un inducido de un accionador electromagnético del inyector de la figura 1.
Mejor modo de llevar a la práctica la invención
En la figura 1, 1 denota el inyector de carburante general que exhibe una simetría sustancialmente cilíndrica alrededor de un eje longitudinal 2 y es capaz de operar para inyectar carburante desde un chorro de inyección 3 que se abre directamente a una cámara de explosión (no representada) de un cilindro. El inyector 1 incluye un cuerpo monolítico de soporte 4, que es de una forma cilíndrica tubular de sección transversal variable a lo largo del eje longitudinal 2 e incluye un canal de alimentación 5 que se extiende en toda la longitud de dicho cuerpo de soporte 4 con el fin de suministrar el carburante a presión hacia el chorro de inyección 3. El cuerpo de soporte 4 aloja un accionador electromagnético 6 al nivel de una porción superior de dicho cuerpo de soporte y una válvula de inyección 7 al nivel de una porción inferior de dicho cuerpo de soporte; en la operación, la válvula de inyección 7 es accionada por el accionador electromagnético 6 con el fin de controlar el flujo de carburante a través del chorro de inyección 3, que está situado al nivel de dicha válvula de inyección 7.
El accionador electromagnético 6 incluye un electroimán 8, que se aloja en una posición fija dentro del cuerpo de soporte 4 y, cuando es energizado, es capaz de desplazar un inducido 9 de material ferromagnético a lo largo del eje 2 desde una posición cerrada a una posición abierta de la válvula de inyección 7 contra la acción de un muelle principal 10 que tiende a mantener el inducido 9 en la posición cerrada de la válvula de inyección 7. En particular, el electroimán 8 incluye una bobina 11, que es alimentada eléctricamente por una unidad electrónica de control (no representada) y se aloja externamente con relación al cuerpo de soporte 4, y un inducido magnético 12, que se aloja dentro del cuerpo de soporte 4 y exhibe un agujero central 13 con el fin de permitir que el carburante fluya hacia el chorro de inyección 3. Dentro del agujero central 13 del inducido magnético 12 se encuentra un cuerpo de tope 14 en una posición fija, que es de una forma tubular cilíndrica (opcionalmente abierto a lo largo de una generatriz) con el fin de permitir que el carburante fluya hacia el chorro de inyección 3 y es capaz de sujetar el muelle principal 10 comprimido contra el inducido 9.
El inducido 9 es parte de un conjunto móvil, que incluye además una seta o pistón 15 que tiene una porción superior integral con el inducido 9 y una porción inferior que coopera con un asiento de válvula 16 (representado en la figura 2) de la válvula de inyección 7 con el fin de controlar, de manera conocida, el flujo de carburante a través del chorro de inyección 3.
Como se representa en la figura 2, el asiento de válvula 16 es de forma frustocónica y se define por un cuerpo sellante 17, que es monolítico e incluye un elemento obturador en forma de disco 18, que sella herméticamente el canal de alimentación 5 del cuerpo de soporte 4 en la parte inferior y a su través pasa el chorro de inyección 3. Un elemento de guía 19 se eleva del elemento obturador 18, elemento de guía que es de forma tubular, se aloja dentro del pistón 15 con el fin de definir una guía inferior para dicho pistón 15 y tiene un diámetro externo que es menor que el diámetro interno del canal de alimentación 5 del cuerpo de soporte 4, de tal manera que defina un canal anular externo 20 a través del que puede fluir el carburante a presión.
Según otra realización que no se representa, el elemento de guía 19 tiene en la parte superior un diámetro igual al diámetro interno del canal de alimentación 5 del cuerpo de soporte 4; se han perforado agujeros (típicamente dos o cuatro distribuidos simétricamente) en la parte superior del elemento de guía 19 con el fin de suministrar carburante al canal anular 20.
En la parte inferior del elemento de guía 19 están situados cuatro agujeros pasantes 21 (de los que solamente dos se representan en la figura 2), que se abren hacia el asiento de válvula 16 con el fin de permitir que fluya carburante a presión hacia dicho asiento de válvula 16. Los agujeros pasantes 21 están desviados preferiblemente con relación al eje longitudinal 2 de tal manera que no converjan hacia dicho eje longitudinal 2 y con el fin de impartir, durante la operación, un flujo arremolinado a las respectivas corrientes de carburante; alternativamente, los agujeros pasantes 21 pueden converger hacia el eje longitudinal 2. Como se representa en la figura 2, los agujeros 21 forman un ángulo de 90º con el eje longitudinal 2; según otra realización que no se representa, los agujeros 21 están inclinados y forman un ángulo generalmente de entre 60º y 80º con el eje longitudinal 2.
El pistón 15 termina con un cabezal hermético 22 de forma frustocónica, que es capaz de descansar de forma hermética contra el asiento de válvula 16, que es de una forma frustocónica y es una reproducción negativa de la forma frustocónica de dicho cabezal hermético 22. Es importante observar que el cabezal hermético 22 está dispuesto externamente con relación al elemento de guía 19 y es empujado por el muelle principal 10 contra dicho elemento de guía 19; en consecuencia, con el fin de cambiar de la posición cerrada a la posición abierta de la válvula de inyección 7, el cabezal hermético 22 es desplazado hacia abajo a lo largo del eje longitudinal 2, es decir en una dirección que es según la dirección de alimentación del carburante.
En la posición abierta de la válvula de inyección 7, el cabezal hermético 22 está separado del asiento de válvula 16, creando así un agujero que permite el paso del carburante de una sección circular en forma de aro y una forma frustocónica; como resultado, el carburante que es inyectado a través del chorro de inyección 3 exhibe en salida una forma cónica hueca por dentro que tiene un ángulo de abertura que es sustancialmente idéntico al ángulo de abertura 23 del cabezal hermético 22 (coincidiendo exactamente con el ángulo de abertura del asiento de válvula 16).
Como se representa en la figura 3, el inducido 9 incluye un elemento anular 24 y un elemento discoidal 25 que cierra el elemento anular 24 en la parte superior y tiene un agujero central pasante 26 capaz de recibir una porción superior del pistón 15 y una pluralidad de agujeros pasantes periféricos 27 (de los que solamente se representan dos en la figura 1) capaces de permitir que fluya carburante hacia el chorro de inyección 3. Una porción central del elemento discoidal 25 está apropiadamente conformada con el fin de acomodar un extremo superior del muelle principal 10 y mantenerlo en posición. Preferiblemente, el pistón 15 está firmemente conectado con el elemento discoidal 25 del inducido 9 por medio de una soldadura anular.
El elemento anular 24 del inducido 9 tiene un diámetro externo sustancialmente idéntico al diámetro interno de la porción correspondiente del canal de alimentación 5 del cuerpo de soporte 4; de esta manera, el inducido 9 puede deslizar con relación al cuerpo de soporte 4 a lo largo del eje longitudinal 2, pero, con relación al cuerpo de soporte 4, no se puede mover de ninguna forma transversalmente al eje longitudinal 2. Dado que el pistón 15 está conectado rígidamente al inducido 5, es claro que el inducido 9 también realiza la función de guiar la parte superior del pistón 15; como consecuencia, el pistón 15 es guiado en la parte superior por el inducido 9 y en la parte inferior por el elemento de guía 19.
También se ha previsto otro muelle de calibración 28, que se comprime entre el inducido 9 y un cuerpo de tope 29 situado en una posición fija dentro del cuerpo de soporte 4; en particular, el muelle de calibración 28 tiene un extremo superior que descansa contra una pared inferior del cuerpo de tope 29 y un extremo inferior que descansa contra una pared superior del elemento discoidal 25 del inducido 9 en el lado opuesto con relación al muelle principal 10. El muelle de calibración 28 ejerce en el inducido 9 una fuerza elástica que se orienta en la dirección opuesta a la fuerza elástica del muelle principal 10; durante la instalación del inyector 1, la posición del cuerpo de tope 29 se regula de tal manera que se regule consiguientemente la fuerza elástica generada por el muelle de calibración 28 con el fin de calibrar el empuje elástico general que actúa en el inducido 9.
El cuerpo de tope 29 es de una forma circular con una porción central en la que se ha definido un asiento 30 para acomodar el muelle de calibración 28 y una porción periférica en la que están situados una pluralidad de agujeros pasantes 31 (de los que solamente se representan dos en la figura 3) con el fin de permitir que el carburante fluya hacia el chorro de inyección 3. Cada agujero pasante 31 está acoplado a un elemento de filtración 32, que tiene la función de retener los residuos o las impurezas presentes en el carburante.
Como se representa en la figura 1, el pistón 15 se hace de una parte superior 33, que es integral con el inducido 9, y una parte inferior 34, que soporta el cabezal hermético 22; las dos partes 33 y 34 del pistón 15 están unidas una a otra por medio de soldadura. Esta solución hace posible limitar los costos de maquinado, porque solamente la parte inferior 34 que soporta el cabezal hermético 22 se somete a maquinado de precisión, mientras que la parte superior 33 se maquina con menor precisión.
En operación, cuando el electroimán 8 está desenergizado, el inducido 9 no es atraído por el inducido magnético 12 y la fuerza elástica del muelle principal 10 empuja el inducido 9, conjuntamente con el pistón 15, hacia arriba; en esta situación, el cabezal hermético 22 del pistón 15 es empujado contra el asiento de válvula 16 de la válvula de inyección 7, evitando que el carburante escape. Cuando el electroimán 8 es energizado, el inducido 9 es atraído magnéticamente por el inducido magnético 12 contra la fuerza elástica del muelle principal 10, y el inducido 9, conjuntamente con el pistón 15, es desplazado hacia abajo hasta que entra en contacto con dicho inducido magnético 12; en esta situación, el cabezal hermético 22 del pistón 15 se baja con relación al asiento de válvula 16 de la válvula de inyección 7 y el carburante a presión puede fluir a través del chorro de inyección 3.
Como se ha indicado previamente, los cuatro agujeros pasantes 21 que se abren hacia el asiento de válvula 16 están dispuestos preferiblemente desviados con relación al eje longitudinal 2 de tal manera que no converjan hacia dicho eje longitudinal 2 y con el fin de impartir, durante la operación, un flujo arremolinado a las respectivas corrientes de carburante. Tal flujo arremolinado del carburante inmediatamente hacia arriba del asiento de válvula 16 hace posible lograr una distribución homogénea y uniforme del carburante alrededor de toda la circunferencia, evitando la formación de zonas "vacías", es decir zonas en la que hay una cantidad reducida de carburante.
Cuando el cabezal hermético 22 del pistón 15 sube con relación al asiento de válvula 16, el carburante llega al chorro de inyección 3 a través del canal anular externo 20 y posteriormente a través de los cuatro agujeros pasantes 21; en otros términos, cuando el cabezal hermético 22 del pistón 15 sube con relación al asiento de válvula 16, el carburante llega al chorro de inyección 3, humectando toda la superficie lateral externa del elemento de guía 19. De esta manera, el elemento de guía 19 es enfriado constantemente por el carburante, que está a una temperatura relativamente baja; este efecto de enfriamiento del elemento de guía 19 es transmitido a todo el cuerpo sellante 17 (que es monolítico) así como al elemento de tapón 18 en el que está situado el chorro de inyección 3. En otros términos, el elemento de guía 19 que constantemente es humedecido internamente y externamente por el carburante actúa como un radiador para disipar el calor recibido de fuera y presente en el elemento de tapón 18.
Pruebas experimentales han demostrado que la reducción de la temperatura operativa del elemento obturador 18 da lugar a una reducción considerable de la formación de depósitos en la superficie externa del elemento obturador 18 y así cerca del asiento de válvula 16. Gracias a dicho efecto de formación reducida de depósitos cerca del asiento de válvula 16, el inyector antes descrito 1 tiene una duración de servicio muy larga.
El inyector antes descrito 1 exhibe numerosas ventajas, porque es simple y económico de producir, permite la calibración exacta de la tasa de flujo de carburante y, sobre todo, exhibe altos niveles de precisión y estabilidad al dirigir la inyección de carburante. Como consecuencia, el inyector antes descrito 1 es especialmente adecuado para uso en un motor de "pulverización guiada", en que el carburante debe ser inyectado con precisión muy alta cerca de la bujía.

Claims (9)

1. Un inyector de carburante (1) incluyendo:
una válvula de inyección (7) incluyendo un chorro de inyección (3) y provista de un pistón (15), que se puede mover con el fin de controlar el flujo de carburante y termina con un cabezal hermético (22);
un accionador electromagnético (6) capaz de desplazar el pistón (15) entre una posición cerrada y una posición abierta de la válvula de inyección (7) e incluyendo una bobina (11), un inducido magnético fijo (12), y un inducido (9), que es atraído magnéticamente por el inducido magnético (12) y está conectado mecánicamente al pistón (15);
un muelle principal (10) para sujetar el pistón (15) en la posición cerrada de la válvula de inyección (7);
un cuerpo de soporte (4) que tiene una forma tubular e incluyendo un canal de alimentación (5) dentro del que están dispuestos el pistón (15) y el muelle (10); y
un cuerpo obturador (17), en el que se define un asiento de válvula (16) de la válvula de inyección (7) en el que engancha el cabezal hermético (22); el cuerpo obturador (17) incluye un elemento obturador en forma de disco (18) que sella herméticamente el canal de alimentación (5) en la parte inferior, y un elemento de guía (19), que se eleva del elemento de tapón (18), es de forma tubular, y se aloja dentro del pistón (15);
donde el cabezal hermético (22) es de una forma frustocónica, está dispuesto externamente con relación al elemento de guía (19) y es empujado por el muelle principal (10) contra dicho elemento de guía (19) en una dirección contraria a la dirección de alimentación del carburante; el asiento de válvula (16) tiene una forma frustocónica que es una reproducción negativa de la forma frustocónica del cabezal hermético (22) de tal manera que, en la posición abierta de la válvula de inyección (7), el cabezal hermético (22) esté separado del asiento de válvula (16), creando así un agujero que permite el paso del carburante de una sección circular en forma de aro y una forma frustocónica con el fin de impartir una forma cónica hueca por dentro al carburante inyectado;
el inyector (1) se caracteriza porque:
a)
un extremo del muelle principal (10) descansa contra el inducido (9); se ha previsto un muelle de calibración (28), que incluye un extremo que descansa contra el inducido (9) en el lado opuesto al muelle principal (10)
b)
el muelle de calibración (28) es comprimido entre el inducido (9) y un cuerpo de tope (29) situado en una posición fija dentro del cuerpo de soporte (4); la posición del cuerpo de tope (29) se puede regular durante la instalación de tal manera que regule consiguientemente la fuerza elástica generada por el muelle de calibración (28) con el fin de calibrar el empuje elástico general que actúa en el inducido (9);
c)
el cuerpo de tope (29) incluye una pluralidad de agujeros pasantes (31) con el fin de permitir que el carburante fluya hacia el chorro de inyección (3), y un elemento de filtración (32) acoplado a cada agujero pasante (31) y que tiene la función de retener los residuos o impurezas presentes en el carburante.
2. Un inyector (1) según la reivindicación 1, donde el elemento de guía (19) tiene al menos en parte un diámetro externo que es menor que el diámetro interno del canal de alimentación (5) con el fin de definir un canal externo (20) para el carburante; en la parte inferior del elemento de guía (19) están situados varios agujeros pasantes (21) que se abren hacia el asiento de válvula (16).
3. Un inyector (1) según la reivindicación 2, donde los agujeros pasantes (21) del elemento de guía (19) forman un ángulo de entre 60º y 80º con un eje longitudinal (2) del inyector (1).
4. Un inyector (1) según la reivindicación 2, donde los agujeros pasantes (21) del elemento de guía (19) forman un ángulo de 90º con un eje longitudinal (2) del inyector (1).
5. Un inyector (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, donde los agujeros pasantes (21) del elemento de guía (19) están dispuestos desviados con relación a un eje longitudinal (2) del inyector (1) de tal manera que no converjan hacia dicho eje longitudinal (2) y con el fin de impartir, al operar, un flujo arremolinado a las respectivas corrientes de carburante.
6. Un inyector (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el elemento de guía (19) define una guía inferior para el pistón (15).
7. Un inyector (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el inducido (9) incluye un elemento anular (24) y un elemento discoidal (25) que cierra el elemento anular (24) en la parte superior y tiene un agujero central pasante (26) capaz de recibir una porción superior del pistón (15) y una pluralidad de agujeros pasantes periféricos (27) capaces de dejar que fluya carburante hacia el chorro de inyección (3).
8. Un inyector (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el cuerpo de tope (29) es de una forma circular con una porción central en la que se ha definido un asiento (30) para acomodar el muelle de calibración (28) y una porción periférica en la que están situados la pluralidad de agujeros pasantes (31).
9. Un inyector (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el pistón (15) se hace de una parte superior (33), que es integral con el inducido del accionador electromagnético (6), y una parte inferior (34), que soporta el cabezal hermético (22) y está unida a la parte superior (33) por medio de soldadura.
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