ES2312190T3 - Valvula de inyeccion de combustible vaporizado. - Google Patents
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Abstract
Una válvula de inyector de gas (1) que incluye: una cámara (21) de válvula que tiene una boca de entrada y una boca de salida (23) que tiene una garganta acampanada, miembro (28) de válvula atrapado dentro de la cámara de válvula y desplazable entre una primera posición en la cual forma sello contra un asiento de válvula (20) que rodea la boca de salida, y una segunda posición en la cual el gas puede fluir de la boca de entrada a la boca de salida; donde el miembro (28) de válvula comprende un disco de material magnetizable duro que tiene uno o varios orificios (29) a través del mismo; y donde una bobina eléctrica se puede conectar selectivamente para crear un campo magnético dentro de la cámara de la válvula para sacar al miembro de válvula de la primera posición a la segunda posición; caracterizada porque se utilizan dos bobinas eléctricas; una primera bobina que tiene una resistencia baja para abrir la válvula rápidamente, y una segunda bobina que tiene una resistencia más alta para mantener la válvula abierta por un periodo de tiempo requerido.
Description
Válvula de inyección de combustible
vaporizado.
Esta invención se refiere a una válvula de
inyector de gas vapor, que es una válvula para la inyección de gas
licuado de petróleo (LPG) y otros combustibles gaseosos, en vez de
gasolina o gasóleo diesel, en el cilindro de un motor de combustión
interna.
El LPG, gas natural e hidrógeno son combustibles
más limpios y potencialmente menos costosos que la gasolina para
los automóviles. Consecuentemente, se están construyendo actualmente
coches con sistemas de combustible LPG, y los coches existentes se
están convirtiendo para funcionar con LPG. En los casos en los que
el motor tiene carburador, la conversión es bastante directa, sin
embargo, ha resultado difícil convertir los sistemas de inyección
de combustible debido al volumen muy alto de LPG que debe ser
inyectado en comparación con la gasolina. El documento
US-A-5.348.233 muestra un ejemplo de
un inyector de combustible gaseoso en altos volúmenes según la
técnica anterior.
La invención es una válvula de inyector de gas,
que incluye: una cámara de válvula que tiene una boca de entrada y
un boca de salida que tiene una garganta acampanado. Un miembro de
válvula está atrapado dentro de la cámara de la válvula y es
desplazable entre una primera posición en la cual forma un cierre
contra un cerco de asiento de válvula que rodea la boca de salida,
y una segunda posición en la cual el gas puede fluir desde la boca
de entrada a la boca de salida. El miembro de válvula comprende un
disco de material magnetizable duro que tiene uno o más orificios a
través del mismo. Una bobina eléctrica se puede alimentar
selectivamente de energía para crear un campo magnético dentro de
la cámara de la válvula para extraer el miembro de válvula de la
primera posición a la segunda posición. Se puede utilizar dos
bobinas eléctricas aunque esto no es esencial. Una primera que
tiene una baja resistencia para abrir la válvula rápidamente, y un
segundo resorte que tiene una resistencia más alta para mantener la
válvula abierta durante el periodo de tiempo requerido. Los
materiales, formas y configuraciones del miembro de válvula y de la
cámara de la válvula, incluyendo las bocas de entrada y salida se
seleccionan para alcanzar flujos de vapor suficientes para el
funcionamiento del motor de combustión interna. La válvula de
inyector puede ser muy compacta y puede originar un ruido en su
funcionamiento que es menor o igual que el de los inyectores de
gasolina.
El miembro de válvula puede comprender un disco
de acero endurecido que tiene una relación del diámetro al espesor
de alrededor 14:1. En un ejemplo el diámetro es 13,8 mm y el espesor
es de 1 mm. La relación del diámetro del disco a los diámetros de
entrada y salida es aproximadamente de 4:1. El disco puede tener una
serie de ocho orificios, teniendo cada uno un diámetro de 1,3 mm,
alrededor de su borde y fuera del área limitada por el asiento de
válvula cuando el miembro de válvula está en la primera posición. La
relación del espesor del disco a la distancia que el disco recorre
entre la primera y la segunda posiciones es aproximadamente de
3,33:1.
Se puede utilizar un resorte de retorno para
desviar el miembro de válvula a la primera posición.
El extremo acampanado de la boca de salida puede
estar formado por un borde biselado del asiento de válvula, el
bisel pueden ser aproximadamente de 45º, y puede conducir a un
taladro, que puede tener un diámetro de 3,5 mm. El bisel en la
salida puede tener un espesor aproximadamente de 0,85 mm.
A continuación se describirá un ejemplo de la
invención haciendo referencia a los dibujos anexos, en los
cuales:
la Figura 1 es una sección a través de una
válvula de inyector de gas;
la Figura 2 es una vista con despiece ordenado
de la válvula; y
la Figura 3 es una vista ilustrada del miembro
de válvula.
Se han utilizado los mismos números de
referencia a través de los dibujos para referirse a características
correspondientes.
La válvula 1 de inyector de gas tiene un
manguito 2 externo cilíndrico de acero que tiene un diámetro de 24
mm
y una longitud de 35,7 mm. El manguito tiene unas formaciones de rosca de 7/8 de pulgada (22 mm), 3 y 4, en los extremos de entrada y de salida respectivamente. El manguito está cerrado por un casquillo de entrada 5 de acero atornillado en las formaciones 3 de rosca de la entrada, y un casquillo de salida 6 de acero atornillado en las formaciones 4 de rosca en el otro extremo. El casquillo de salida 6 se extiende en el cilindro 2 para entrar en contacto con una pestaña circular 7 que es de una pieza con el cilindro y que se extiende radialmente hacia dentro para definir un orificio circular de 14,3 mm de diámetro, y aproximadamente a 7,5 mm del extremo de salida.
y una longitud de 35,7 mm. El manguito tiene unas formaciones de rosca de 7/8 de pulgada (22 mm), 3 y 4, en los extremos de entrada y de salida respectivamente. El manguito está cerrado por un casquillo de entrada 5 de acero atornillado en las formaciones 3 de rosca de la entrada, y un casquillo de salida 6 de acero atornillado en las formaciones 4 de rosca en el otro extremo. El casquillo de salida 6 se extiende en el cilindro 2 para entrar en contacto con una pestaña circular 7 que es de una pieza con el cilindro y que se extiende radialmente hacia dentro para definir un orificio circular de 14,3 mm de diámetro, y aproximadamente a 7,5 mm del extremo de salida.
El casquillo de entrada 5 comprende una boquilla
8, un cuerpo 9 y una prolongación 10 que se extiende en el orificio
circular limitado por la pestaña 7. Un taladro 11 se extiende
axialmente a través del casquillo de entrada. En la región de la
boquilla 8, el orificio 11 tiene un diámetro relativamente grande de
5,5 mm, que se estrecha a 3 mm conforme pasa a través del cuerpo y
se ensancha a un diámetro intermedio de 4,1 milímetros en la mitad
distal de la prolongación 10 para acomodar un resorte de retorno 12
(mostrado solamente en la Figura 1). La punta 13 de la prolongación
10 se adelgaza y es penetrada por dos orificios 14, cada uno con un
diámetro de 2,5 mm. Se puede ajustar un filtro (no representado) en
la entrada si procede.
El casquillo 6 de salida se hace de acero
inoxidable 304, y tiene una prolongación 15 y un cuerpo 16. La cara
interna del cuerpo tiene un surco 17 circular externo, el cual
coopera con el anillo espaciador 18 para ponerse a tope contra el
lado de la pestaña radial 7 a fin de formar un sello con la ayuda
del anillo toroidal 19. La cara interna del cuerpo se traslapa para
formar un asiento de válvula 20 en su centro.
Se crea una cámara cilíndrica 21 dentro de la
válvula. La cámara está limitada radialmente por la pestaña 7 y el
espaciador 18, y en un lado por el asiento de válvula 20. El otro
lado de la cámara 21 está limitado por el extremo distal 13 de la
prolongación 10. El interior del espaciador 18, el asiento 20 de la
válvula y el extremo distal 13 son todos ellos endurecidos. El
asiento de la válvula tiene un bisel 22 de 45º que conduce a un
taladro 23 que tiene un diámetro de 3 mm. El taladro se ensancha
posteriormente en la boquilla.
Una boquilla de salida 24 está conectada en la
prolongación 15 del casquillo 6 de salida para facilitar una mezcla
de gas mejorada con el aire entrante.
Un soporte de plástico 25 que porta unas bobinas
eléctricas se ajusta sobre la prolongación 10 del casquillo 5. Los
anillos toroidales 26 y 27 sellan los extremos respectivos del
soporte de plástico entre la cara interna del cuerpo 9 y la pestaña
7. El soporte de plástico 25 porta dos bobinas. La primera bobina
está formada por hilo de 0,28 mm de alambre y tiene 135 vueltas
para dar una impedancia de 1,6 \Omega, y la segunda bobina está
formada por hilo de 0,18 mm ate y tiene 360 vueltas para dar una
impedancia de 15,2 \Omega. Las bobinas están conectadas a unos
bornes de alimentación eléctrica (no representados) para permitirles
ser conectados a una fuente externa de energía eléctrica (no
representada) bajo el control del ordenador de a bordo del vehículo
(no representado). La primera bobina, de baja impedancia, se conecta
durante 2 a 3 milisegundos por una conexión a tierra de transistor
con a dispositivo de conmutación de una forma que no carga el
ordenador. Esto abre el inyector rápidamente. La segunda bobina, de
alta impedancia, coincide con los 15 \Omega esperados de los
inyectores por el ordenador de a bordo, y es controlada por el
ordenador de manera normal para mantener el inyector abierto por el
tiempo requerido. De este modo, el inyector se abre rápidamente pero
no de tal manera que sobrecargue el ordenador. La FEM (fuerza
electromotriz) posterior puede también ser alimentada de nuevo al
ordenador si procede para comprobar que los inyectores están
conectados correctamente. El dispositivo de conmutación está
encapsulado en la clavija de cableado del inyector.
Una válvula de oscilación 28 reside en la cámara
cilíndrica 21. La válvula comprende un disco de acero de bajo
contenido en carbono AS1442/M1020 endurecido usando un proceso de
carbonitruración hasta la dureza 58 Rockwell C. El disco pesa
0,9538 gramos. El disco tiene un diámetro de 13,8 mm y un espesor de
1,2 mm que se rectifica a 1 mm después de su endurecimiento. El
disco tiene una serie de ocho orificios 29, cada uno de los cuales
tiene un diámetro de 1,3 mm, alrededor de su borde exterior del
asiento de válvula 20. Los centros de los orificios 29 están a 4,2
mm del centro del disco 28. La válvula se puede desplazar entre una
primera posición en la cual se cierra contra el asiento de válvula
20, y una segunda posición en la cual se aparta del asiento de
válvula. El recorrido de la válvula de disco es 0,3 mm.
El inyector trabaja de la siguiente manera. Se
ajustan unos adaptadores a la boquilla de entrada 8 y a la boquilla
de salida 24 de modo que el inyector pueda ser colocado en lugar de
los inyectores de gasolina originales. El gas atraviesa la boquilla
de entrada 8, y pasa a través del taladro 11 al disco 28 de la
válvula. Si el disco 28 de la válvula está cerrado contra el
asiento 20 de salida, se corta el flujo de gas y se acumula en la
cámara 21. Cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de
las bobinas eléctricas, el disco 28 de la válvula es atraído al
núcleo del solenoide, lo cual levanta el disco de su asiento
permitiendo que el vapor pase, por medio de los orificios
transversales 14, a través de los orificios 29 en el disco y a
través del orificio de salida 23.
La válvula se puede hacer funcionar con tiempos
de abertura de 1,4 milisegundos, tiempos de cierre de 2,0
milisegundos y un caudal de vapor de 80 litros por minuto.
Aunque se haya descrito la invención haciendo
referencia a un ejemplo particular, se debería apreciar que las
dimensiones de la válvula cambiarán para válvulas de diferente
tamaño. También se debería entender que los casquillos de entrada y
de salida no necesitan ser atornillados sobre el manguito cilíndrico
de la válvula de inyector, y que se puede utilizar cualquier otro
método de unión conveniente, por ejemplo engaste.
El combustible en vapor se suministra al
inyector desde un depósito de líquido, y antes de que alcance el
inyector pasa a través de un regulador de dos etapas y de un filtro
a fin de acondicionarlo para su combustión. En la primera etapa del
regulador el líquido aproximadamente a 7 bar (100 psi,
libras/pulgada cuadrada) se convierte a gas aproximadamente a 2,8
bar (40 psi). El gas entonces pasa a través de una trayectoria
laberíntica angosta donde es calentado por el líquido refrigerante
del motor antes de entrar en el segundo regulador. El segundo
regulador "de presión de gas" baja la presión de gas a la
presión del distribuidor de entrada. Se filtra el gas mientras sale
del regulador, y nuevamente en el inyector.
Claims (11)
1. Una válvula de inyector de gas (1) que
incluye: una cámara (21) de válvula que tiene una boca de entrada y
una boca de salida (23) que tiene una garganta acampanada, miembro
(28) de válvula atrapado dentro de la cámara de válvula y
desplazable entre una primera posición en la cual forma sello contra
un asiento de válvula (20) que rodea la boca de salida, y una
segunda posición en la cual el gas puede fluir de la boca de entrada
a la boca de salida; donde el miembro (28) de válvula comprende un
disco de material magnetizable duro que tiene uno o varios
orificios (29) a través del mismo; y donde una bobina eléctrica se
puede conectar selectivamente para crear un campo magnético dentro
de la cámara de la válvula para sacar al miembro de válvula de la
primera posición a la segunda posición; caracterizada porque
se utilizan dos bobinas eléctricas; una primera bobina que tiene
una resistencia baja para abrir la válvula rápidamente, y una
segunda bobina que tiene una resistencia más alta para mantener la
válvula abierta por un periodo de tiempo requerido.
2. Una válvula de inyector de gas según la
reivindicación 1, donde el miembro (28) de válvula comprende un
disco de acero endurecido que tiene una relación de diámetro a
espesor de aproximadamente 14:1.
3. Una válvula de inyector de gas según la
reivindicación 2, en la que el diámetro del disco es de 13,8 mm y
el espesor es de 1 mm.
4. Una válvula de inyector de gas según la
reivindicación 2 o la reivindicación 3, en la que la relación del
diámetro del disco a los diámetros de la entrada y la salida es
aproximadamente de 4:1.
5. Una válvula de inyector de gas según
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, donde el disco tiene una
serie de ocho orificios (29), cada uno de los cuales tiene un
diámetro de 1,3 mm, alrededor de su borde y fuera del área limitada
por el asiento (20) de válvula cuando el miembro (28) de la válvula
está en la primera posición.
6. Una válvula de inyector de gas según
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en la que la relación del
espesor del disco a la distancia que recorre el disco entre la
primera y la segunda posiciones es aproximadamente de 3,33:1.
7. Una válvula de inyector de gas según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que se utiliza
un resorte de retorno (12) para desviar al miembro de válvula a la
primera posición.
8. Una válvula de inyector de gas según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el extremo de
la boca de salida (23) está formado por un borde biselado (22) del
asiento (20) de válvula.
9. Una válvula de inyector de gas según la
reivindicación 8, en la cual el bisel (22) es de aproximadamente
45º.
10. Una válvula de inyector de gas según las
reivindicaciones 8 ó 9, donde el bisel (22) conduce a un taladro
(23) que tiene un diámetro de 3,5 mm.
11. Una válvula de inyector de gas según
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde el bisel (22) en
la salida tiene un espesor de aproximadamente de 0,85 mm.
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