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