ES2303632T3 - Valvula de inyeccion de combustible. - Google Patents
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Abstract
Válvula de inyección de combustible (1), en especial para la inyección directa de combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna, con un cuerpo de cierre de válvula (4) que coopera con una superficie de asiento de válvula (6), que está configurada sobre un cuerpo de asiento de válvula (5), para formar un asiento estanco y al menos una abertura de rociado (7) prevista corriente abajo del asiento estanco, que presenta una región de guiado (38) y una región de salida (39) dispuesta en su extremo del lado de rociado, en donde la región de salida (39) se ensancha continuamente a partir de una transición (40) de la región de guiado (38) a la región de salida (39), escalonadamente con al menos un primer escalón (41) y/o al menos parcialmente, en donde un chorro de combustible (42) que sale de la región de guiado (38) por la transición (40) y que se ensancha casi uniformemente con un ángulo de chorro (46), pasa por un extremo (43) de la región de salida (39) en el lado de arrastre por corriente con una dimensión de rendija (47) de una rendija (44) después de un tramo s, y en donde la dimensión de rendija (44) es superior a cero y en la región de salida (39) entre el chorro de combustible (42) y las paredes interiores de la región de salida (39) permanece un primer volumen (45), caracterizada porque el primer volumen (45) presenta una superficie de sección transversal longitudinal (Ag) y se calcula un número característico (B), que caracteriza el primer volumen (45), según la siguiente ecuación: (Ver fórmula) en donde D es un primer diámetro D entre los puntos centrales (48) de la superficie de sección transversal longitudinal Ag, d un segundo diámetro d del chorro de combustible (42) a mitad del tramo s y el número característico B no es inferior a 0,5 y no es superior a 2,5.
Description
Válvula de inyección de combustible.
La invención se basa en una válvula de inyección
de combustible según el género de la reivindicación principal.
Se conoce por ejemplo del documento DE 199 37
961 A1 una válvula de inyección de combustible, que presenta una
abertura de rociado escalonada. La abertura de rociado está dividida
con ello en un orificio de paso y una región de salida en el lado
del rociado o en el lado del arrastre por corriente, en donde la
región de salida se diferencia del orificio de paso en cuanto a
forma, contorno y tamaño.
En la válvula de inyección de combustible
conocida del documento antes citado existe en especial el
inconveniente de que, en el caso de un chorro de combustible
ensanchado de forma correspondiente y que sale del orificio de
paso, partes de la región de salida del chorro de combustible pueden
recibir directamente combustible. Aparte de esto, en el caso de una
región de salida con el mismo contorno y tamaño que el chorro de
combustible no permanece ningún otro volumen en la región de
salida. A causa de los dos inconvenientes, después del proceso de
rociado permanece combustible en la región de la abertura de
rociado, ya que casi no pueden configurarse remolinos gaseosos que,
una vez finalizado el proceso de rociado, evacuan combustible hacia
fuera de la región de la abertura de rociado. Después de un breve
periodo de funcionamiento se forman así residuos de combustión, que
influyen negativamente en el funcionamiento ulterior de la válvula
de inyección de combustible. Aparte de esto, los restos de
combustible que permanecen después del proceso de rociado en la
región de la abertura de rociado aumentan los valores de gases de
escape y el consumo de combustible.
Asimismo, la relación longitud/anchura y la
presión de combustible sólo pueden adaptarse de forma insuficiente
a los diferentes requisitos de de diferentes motores de
combustión.
En el documento
FR-A-2 773 852 se muestra una
válvula de inyección de combustible, que presenta un cuerpo de
válvula, un asiento de válvula fijado con un único canal de rociado
y un elemento de cierre móvil, que engrana con un extremo de
entrada del canal. El canal de rociado está dispuesto al menos en su
extremo de salida con ángulo oblicuo con relación al elemento de
cierre, y el elemento de cierre presenta una punta en forma de un
segmento esférico, del cual al menos un segmento entra en contacto
con la superficie de presión del asiento de válvula. El extremo de
salida de la válvula de inyección presenta una guía por encima del
asiento de válvula y contiene un generador de remolinos entre la
guía y el asiento de válvula.
El documento US 2003/015609 A1 describe una
válvula de inyección de combustible con un fondo de tobera, que
presenta al menos cuatro grupos de orificios de tobera, a través de
los cuales se inyectan corrientes de combustible y colisionan entre
sí. Los grupos de orificios de tobera están dispuestos en dos
agregaciones de tal modo que las corrientes de combustible que
colisionan se reúnen y se dividen en dos direcciones diferentes,
para obtener una mejor pulverización.
En el documento US 2003/164412 se agrega un
disco perforado a la punta de la válvula de inyección de
combustible, para cubrir un orificio de paso de combustible. El
disco perforado debe poder fabricarse mediante un procedimiento de
fabricación simplificado. Por ello el disco está estructurado con
varias capas, que presentan en cada caso varios orificios pero en
una posición relativamente alternada unos con relación a otros. Los
discos perforados se fijan en el cuerpo de válvula mediante un
soporte de placa, que configura un espacio en el que salen el
chorro de combustible o los chorros de combustible durante el
proceso de inyección.
El documento EP-A- 0 116 864
describe una tobera de inyección de combustible, en el que para
evitar roturas de calotas se refuerza la calota y, para evitar el
alargamiento que por ello se produce de los orificios de inyección,
estos se dividen en dos segmentos, uno con sección transversal fija
determinada mediante la ley de inyección y otro segmento mayor que
se conecta hacia fuera, que no tiene ninguna influencia en el chorro
de inyección.
El documento GB 258 431 A1 describe una válvula,
en la que se inserta un cierre esférico para controlar la afluencia
de un líquido a las aberturas de un pulverizador. La abertura de
rociado se abre en una cámara semiesférica o que se abre hacia
abajo.
El documento GB 185 640 A hace patente una
válvula de inyección, mediante la cual se quiere fijar exactamente
en el tiempo la alimentación de combustible. El combustible se
alimenta a una fila anular de aberturas de salida de combustible,
que están previstas en un fondo de tobera y cuya cantidad, forma y
región controla la cantidad de combustible que se quiere inyectar
dentro de un determinado límite temporal.
La válvula de inyección de combustible conforme
a la invención con las particularidades características de la
reivindicación principal tiene la ventaja, frente a esto, de que se
impiden eficazmente residuos de combustible en la región de la
abertura de rociado.
Asimismo puede variarse y elegirse libremente la
relación longitud/anchura de la abertura de rociado y de la presión
de combustible, manteniendo la dimensión de rendija. La adaptación
del comportamiento de inyección de la válvula de inyección de
combustible a diferentes motores de combustión interna puede
realizarse de este modo de forma especialmente sencilla. Se mejoran
la pulverización, los valores de gases de escape y el consumo de
combustible.
Mediante las medidas citadas en las
reivindicaciones subordinadas son posibles perfeccionamientos
ventajosos de la válvula de inyección de combustible indicada en la
reivindicación principal.
De forma ventajosa está dimensionado el primer
volumen remanente según la ecuación indicada en la reivindicación 2
y la dimensión de rendija no es superior a 0,3 mm y no inferior a
0,1 mm, ya que de este modo se consigue un primer volumen adaptado
óptimamente, incluso para diferentes geometrías de la abertura de
rociado o de la región de salida. Se garantiza una configuración de
remolinos óptima en el primer volumen y se impiden con seguridad un
efecto de aspiración entre las paredes interiores de la región de
salida y el chorro de combustible.
Es además ventajoso que la región de guiado y la
región de salida estén dispuestas coaxialmente una respecto a la
otra. Por medio de esto se apoya una configuración de remolinos
especialmente uniforme en el primer volumen.
Mediante una transición que se ensancha
cónicamente en la dirección de rociado, de la región de guiado a la
región de salida, puede guiarse ventajosamente el chorro de
combustible. La geometría del chorro de combustible puede adaptarse
por medio de esto a la geometría de la región de salida.
Mediante una conformación cilíndrica de la
región de salida puede fabricarse de forma especialmente sencilla
la región de salida.
Si la región de guiado penetra en la región de
salida y/o la región de salida se ensancha primero continuamente en
contra de la dirección de rociado, también puede apoyarse la
formación de remolinos.
En el dibujo se han representado de forma
simplificada ejemplos de ejecución de la invención, que se explican
con más detalle en la siguiente descripción. Aquí muestran:
la figura 1 un corte esquemático a través de un
ejemplo de una válvula de inyección de combustible conforme al
estado de la técnica,
la figura 2 un corte esquemático a través de un
primer ejemplo de ejecución de la válvula de inyección de
combustible conforme a la inyección, en la región de la abertura de
rociado y
la figura 3 un corte esquemático a través de un
segundo ejemplo de ejecución de la válvula de inyección de
combustible conforme a la inyección, en la región de la abertura de
rociado.
A continuación se describen a modo de ejemplo
ejemplos de ejecución de la invención. Las piezas constructivas
coincidentes están dotadas con ello en las figuras de símbolos de
referencia coincidentes. Sin embargo, antes de que se expliquen con
más detalle ejemplos de ejecución de la invención con base en las
figuras 2 y 3, se explica brevemente con base en la figura 1 una
válvula de inyección de combustible en sus componentes esenciales
para entender mejor la invención.
Un primer ejemplo de ejecución representado en
la figura 1 de una válvula de inyección de combustible 1 se ha
ejecutado en forma de una válvula de inyección de combustible 1,
para instalaciones de inyección de combustible de motores de
combustión interna con encendido exterior y que comprimen la mezcla.
La válvula de inyección de combustible 1 es especialmente adecuada
para inyectar directamente combustible en una cámara de combustión
no representada de un motor de combustión interna.
La válvula de inyección de combustible 1 se
compone de un cuerpo de tobera 2, en el que está dispuesta una
aguja de válvula 3. La aguja de válvula 3 está unida activamente a
un cuerpo de cierre de válvula 4, que coopera con una superficie de
asiento de válvula 6 dispuesta sobre un cuerpo de asiento de válvula
5 para formar un asiento estanco. En el caso de la válvula de
inyección de combustible 1 se trata en el ejemplo de ejecución de
una válvula de inyección de combustible 1 abierta hacia dentro, que
dispone de una abertura de rociado 7 practicada por ejemplo
mediante un sencillo taladro. El cuerpo de tobera 2 está obturado
mediante una junta 8 con respecto a un polo exterior 9 de una
bobina magnética 10. La bobina magnética 10 está encapsulada en una
carcasa de bobina 11 y arrollada sobre un soporte de bobina 12, que
hace contacto con un polo interior 13 de la bobina magnética 10. El
polo interior 13 y el polo exterior 9 están separados entre sí
mediante un estrechamiento 26 y unidos entre sí mediante una pieza
constructiva de unión 29 no ferromagnética. La bobina magnética 10
se excita a través de una línea 19 mediante una corriente eléctrica,
que puede alimentarse desde un contacto de enchufe 17 eléctrico. El
contacto de enchufe 17 está circundado por una envuelta de material
sintético 18, que puede estar inyectada sobre el polo interior
13.
La aguja de válvula 3 es guiada en una guía de
aguja de válvula 14, que está ejecutada en forma de disco. Para el
ajuste en elevación se utiliza un disco de ajuste 15 emparejado. En
el otro lado del disco de ajuste 15 se encuentra la armadura 20.
Esta está unida en arrastre de fuerza, a través de una primera brida
21, a la aguja de válvula 3 que está unida mediante una costura de
soldadura 22 a la primera brida 21. Sobre la primera brida 21 se
apoya un muelle recuperador 23, que se lleva a pretensión en la
presente forma constructiva de la válvula de inyección de
combustible 1 mediante un manguito 24.
En la guía de aguja de válvula 14, en la
armadura 20 y en un elemento de guiado 36 discurren canales de
combustible 30, 31 y 32. El combustible se alimenta a través de un
conducto de alimentación de combustible central 16 y se filtra
mediante un elemento filtrante 25. La válvula de inyección de
combustible 1 está obturada con respecto a un conducto distribuidor
de combustible no representado ulteriormente y, mediante otra junta
37, con respecto a una cabeza de cilindro no representada
ulteriormente.
En el lado de la armadura 20 en el lado del
rociado está dispuesto un elemento amortiguador 33 anular, que se
compone de un material elastomérico. Está situado sobre una segunda
brida 34, que está unida en unión de material a la aguja de válvula
3 a través de una costura de soldadura 35.
En estado de reposo de la válvula de inyección
de combustible 1 se aplica a la armadura 20 el muelle recuperador
23 en contra de su dirección de elevación, de tal modo que el cuerpo
de cierre de válvula 4 se mantiene en contacto estanco con la
superficie de válvula 6. Al excitarse la bobina magnética 10 ésta
establece un campo magnético, que mueve la armadura 20 en contra de
la fuerza elástica del muelle recuperador 23 en la dirección de
elevación, en donde la elevación está prefijada mediante una rendija
de trabajo 27 situada en la posición de reposo entre el polo
interior 12 y la armadura 20. La armadura 20 arrastra también en la
dirección de elevación la primera brida 21, que está soldada a la
aguja de válvula 3. El cuerpo de cierre de válvula 4 unido a la
aguja de válvula 3 se eleva desde la superficie de asiento de
válvula 6, y el combustible es rociado a través de la abertura de
rociado 7.
Si se desconecta la corriente de bobina, se
desexcita del polo interior 13 la armadura 20 después de una
reducción suficiente del campo magnético a causa de la presión del
muelle recuperador 23, con lo que la primera brida 21 unida a la
aguja de válvula 3 se mueve en contra de la dirección de elevación.
La aguja de válvula 3 se mueve por medio de esto en la misma
dirección, con lo que el cuerpo de cierre de válvula 4 se asienta
sobre la superficie de asiento de válvula 6 y se cierra la válvula
de inyección de combustible 1.
La figura 2 muestra un corte esquemático a
través de un primer ejemplo de ejecución de la válvula de inyección
de combustible 1 conforme a la invención en la región de la abertura
de rociado 7. La abertura de rociado 7 se compone de una región de
guiado 38 dispuesta en el lado de afluencia y de una región de
salida 39, dispuesta para esto en el lado de rociado después de una
transición 40 o de un primer escalón 41. El escalón perpendicular
41 ensancha la región de guiado 38, después de la transición 40 a
una región de salida 39 que discurre cilíndricamente. En este
ejemplo de ejecución la región de guiado 38 y la región de salida 39
están dispuestas coaxialmente entre sí.
En el ejemplo de ejecución se ha representado
mediante trazos un chorro de combustible 42, que sale de la región
de guiado 38 hasta la región de salida 39 o a la cámara de
combustión no representada. El chorro de combustible 42 se ensancha
cónicamente al salir de la región de guiado 38, a partir de la
transición, con un ángulo de chorro 46. En el ejemplo de ejecución
el chorro de combustible 42 sale coaxialmente de la región de
guiado 38, en donde los límites exteriores del chorro de combustible
42 salen de la región de salida 39 por un extremo 43 de la región
de salida 39, manteniendo una rendija 44 con una dimensión de
rendija 47. La dimensión de rendija 47 es con ello superior a 0. La
rendija 44 con la dimensión de rendija 47 se presenta con ello a la
distancia más corta entre el chorro de combustible 42 y el extremo
del lado de rociado 43. El límite exterior del chorro de
combustible 42 cubre con ello un tramo s entre la transición 40 y la
rendija 44.
Entre la rendija 44, los límites exteriores del
chorro de combustible 42 y las paredes interiores de la región de
salida 39, durante el proceso de inyección, en la región de salida
39 permanece un primer volumen 45 sin recibir el chorro de
combustible 42. Durante el proceso de inyección se reduce la presión
en el primer volumen 45 y de este modo se impulsa la vaporización
del combustible. En el volumen 45 se forman remolinos de gas que
contribuyen, en especial tras finalizar el proceso de inyección, a
eliminar de la abertura de rociado 7 restos de combustible.
Una superficie de sección transversal
longitudinal Ag que se produce en el corte longitudinal del primer
volumen 45 presenta puntos centrales 48, cuya distancia representa
un primer diámetro D. El corte longitudinal plano se produce con
ello sobre un eje central no representado de la región de salida 39.
Un segundo diámetro d se presenta igualmente en un corte
longitudinal de este tipo entre dos puntos, que están situados sobre
los límites exteriores del chorro de combustible 42 a mitad del
tramo s.
En el ejemplo de ejecución mostrado, la
dimensión de rendija es de entre 0,1 mm y 0,3 mm, con preferencia
de 0,2 mm.
Para conformar óptimamente la configuración de
remolinos en el primer volumen, en el ejemplo de ejecución mostrado
un número característico B que caracteriza el primer volumen es al
menos 0,5, pero como máximo 2, 5 y con preferencia 1,5.
El número característico B se calcula según la
fórmula siguiente:
B =
\frac{/D\pi . Ag/}{/d .\pi .
s/}
en donde todos los valores
afectados con dimensiones se indican en mm o
mm^{2}.
La figura 3 muestra un corte esquemático a
través de un segundo ejemplo de ejecución de la válvula de inyección
de combustible 1 conforme a la invención en la región de la
abertura de rociado 7, que tiene el mismo efecto que el primer
ejemplo de ejecución de la figura 2, pero está configurado en una
ejecución en dos partes.
A diferencia del primer ejemplo de ejecución de
la figura 2, la región de guiado 38 penetra en la región de salida
39, en donde la transición 40 en la dirección de rociado se ensancha
cónicamente. Aparte de esto la región de salida 39 discurre a
partir del extremo de la transición 40, en el lado de rociado,
primero en contra de la dirección de rociado para pasar después a
una región cilíndrica, que se prolonga hasta el extremo 43 de la
región de salida 39 en el lado de rociado.
La invención no está limitada a los ejemplos de
ejecución representados y es también apropiada, por ejemplo, para
válvulas de inyección de combustible que se abren hacia fuera o
válvulas de varios orificios.
Claims (8)
1. Válvula de inyección de combustible (1), en
especial para la inyección directa de combustible en una cámara de
combustión de un motor de combustión interna, con un cuerpo de
cierre de válvula (4) que coopera con una superficie de asiento de
válvula (6), que está configurada sobre un cuerpo de asiento de
válvula (5), para formar un asiento estanco y al menos una abertura
de rociado (7) prevista corriente abajo del asiento estanco, que
presenta una región de guiado (38) y una región de salida (39)
dispuesta en su extremo del lado de rociado, en donde la región de
salida (39) se ensancha continuamente a partir de una transición
(40) de la región de guiado (38) a la región de salida (39),
escalonadamente con al menos un primer escalón (41) y/o al menos
parcialmente, en donde un chorro de combustible (42) que sale de la
región de guiado (38) por la transición (40) y que se ensancha casi
uniformemente con un ángulo de chorro (46), pasa por un extremo (43)
de la región de salida (39) en el lado de arrastre por corriente
con una dimensión de rendija (47) de una rendija (44) después de un
tramo s, y en donde la dimensión de rendija (44) es superior a cero
y en la región de salida (39) entre el chorro de combustible (42) y
las paredes interiores de la región de salida (39) permanece un
primer volumen (45), caracterizada porque el primer volumen
(45) presenta una superficie de sección transversal longitudinal
(Ag) y se calcula un número característico (B), que
caracteriza el primer volumen (45), según la siguiente
ecuación:
B =
\frac{/D\pi . Ag/}{/d .\pi .
s/}
en donde D es un primer diámetro D
entre los puntos centrales (48) de la superficie de sección
transversal longitudinal Ag, d un segundo diámetro d del chorro de
combustible (42) a mitad del tramo s y el número característico B
no es inferior a 0,5 y no es superior a
2,5.
2. Válvula de inyección de combustible según la
reivindicación 1, caracterizada porque la dimensión de
rendija (47) no es superior a 0,3 mm y no es inferior a 0,1 mm.
3. Válvula de inyección de combustible según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la región de
guiado (38) y la región de salida (39) están dispuestas
coaxialmente entre sí.
4. Válvula de inyección de combustible según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
transición (40) se ensancha cónicamente en la dirección de
rociado.
5. Válvula de inyección de combustible según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
región de salida (39) es cilíndrica.
6. Válvula de inyección de combustible según una
de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la región
de guiado (38) penetra en la región de salida (39).
7. Válvula de inyección de combustible según la
reivindicación 6, caracterizada porque en el extremo de la
transición (40) en el lado del rociado, la región de salida (39) se
ensancha primero continuamente en contra de la dirección de
rociado.
8. Válvula de inyección de combustible según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
región de salida (39) en la región del extremo (43) en el lado de
arrastre por corriente es cilíndrica.
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