ES2328643T3 - Inyector de combustible accionado de forma electromagnetica. - Google Patents
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Abstract
Un inyector de combustible (1) que comprende: una boquilla de inyección (3); una válvula de inyección (7) que tiene un pasador amovible (20) para regular el flujo de combustible a través de la boquilla de inyección (3); un accionador (6) para desplazar el pasador (20) entre una posición cerrada y una posición abierta las cuales, respectivamente, cierran y abren la válvula de inyección (7), un cuerpo de soporte tubular (4) el cual tiene un canal central (5) que se extiende a lo largo de la entera extensión del cuerpo de soporte (4) para alimentar combustible presurizado a la boquilla de inyección (3), y aloja el accionador (6), la válvula de inyección (7), el pasador (20); y un conector (32) para conectar el canal central (5) del cuerpo de soporte (4) a un conducto de alimentación (31) de combustible presurizado y comprende un miembro central (34) que presenta un diámetro exterior mayor que el diámetro interior del canal central (5) del cuerpo de soporte (4), y un miembro inferior cilíndrico (36) que tiene un diámetro exterior más pequeño que el diámetro interior del canal central (5) del cuerpo de soporte (4), y que está alojado dentro del canal central (5); estando el inyector (1) caracterizado porque el miembro central (34) termina en una primera superficie con forma de cono truncado (35); y el extremo superior del cuerpo de soporte (4) tiene una segunda superficie en forma de cono truncado (37) la cual está situada en contacto con la primera superficie en forma de cono truncado (35) del miembro central (34).
Description
Inyector de combustible accionado de forma
electromagnética.
La presente invención se refiere a un inyector
de combustible accionado de forma electromagnética.
Un inyector de combustible electromagnético
comprende un cuerpo de soporte tubular que presenta un canal
central, el cual actúa como conducto del combustible y termina en
una boquilla de inyección regulada por una válvula de inyección
controlada por un accionador electromagnético. La válvula de
inyección tiene un pasador conectado de forma rígida a un inducido
amovible del accionador electromagnético, y el cual es desplazado
por el accionador electromagnético entre una posición cerrada y una
posición abierta las cuales, respectivamente, cierran y abren la
boquilla de inyección en oposición a un resorte el cual mantiene el
pasador en la posición cerrada.
Un ejemplo de inyector de combustible
electromagnético del tipo referido se describe en la Patente
estadounidense 6027050 - A1, la cual se refiere a un inyector de
combustible que tiene un pasador que coopera en un extremo con un
asiento de válvula, y forma parte integrante, en el extremo
opuesto, con un inducido amovible de un accionador
electromagnético; el pasador es guiado por el inducido en la parte
superior, y en la parte inferior por la porción terminal del
pasador que se desliza por dentro de la porción de guía del asiento
de válvula.
Son ampliamente utilizados los inyectores de
combustible electromagnéticos conocidos del tipo anteriormente
referido, al combinar un rendimiento satisfactorio y un bajo coste.
Dado que los inyectores con un pasador accionado de manera
electromagnética, sin embargo, no pueden funcionar con presiones muy
altas de combustible, se han propuesto inyectores con un pasador
accionado de forma hidráulica, esto es, en los cuales el
desplazamiento del pasador de la posición cerrada a la abierta, en
oposición al resorte, se produce mediante fuerzas hidráulicas.
Ejemplos de dichos inyectores se describen en las Solicitudes de
Patente EP - 1036932 - A2, EP - 0921302 - A2, y WO - 0129395 -
A1.
Aunque ofrecen un rendimiento dinámico
satisfactorio y son capaces de funcionar a presiones del combustible
muy altas, los inyectores con un pasador accionado de forma
hidráulica son complicados y costosos de fabricar, al exigir un
circuito hidráulico con una válvula de control accionada de forma
piezoeléctrica, o electromagnética. Así mismo, siempre hay una
cierta cantidad de reflujo de combustible, que es drenado a la
presión ambiente y que tiene los efectos negativos de constituir
una pérdida de energía y una tendencia a calentar el
combustible.
Cuando se montado en un sistema de inyección, el
inyector se conecta a un conducto de alimentación presurizado por
combustible. Más concretamente, el cuerpo de soporte tubular del
inyector queda conectado de una forma estanca a los fluidos al
conducto de alimentación para conectar hidráulicamente el canal
central del cuerpo de soporte, con el conducto de alimentación. La
conexión estanca a los fluidos se lleva a cabo normalmente
utilizando un conector, el cual proporciona una conexión cónica sin
juntas elásticas, esto es, una superficie inclinada del cuerpo de
soporte se mantiene presionada contra una superficie inclinada
correspondiente del conector sin junta elástica entre ellos. Sin
embargo, para asegurar una estanqueidad a largo plazo de dichas
conexiones, incluso en presencia de una vibración continua (típica
de un motor de combustión interna), las partes componentes,
especialmente las superficies inclinadas presionadas unas contra
otras, exigen un maquinado extremadamente preciso, y en cuanto
tales, son retardatarias y costosas de fabricar.
El documento JP 60212669 divulga una boquilla de
inyección de tipo acumulador. Unas primeras vías de combustible de
alta presión son puestas en comunicación a través de una válvula de
retención con una cámara del acumulador mientras que unas segundas
vías de combustible de alta presión son puestas en comunicación a
través de una segunda válvula de control con dicho acumulador.
El documento GB 269735 divulga unas mejoras en
las tuberías de alimentación de combustible en los motores de
combustión interna.
Constituye un objetivo de la presente invención
proporcionar un inyector de combustible accionado de forma
electromagnética diseñado para eliminar los inconvenientes
anteriormente referidos, y que, en particular, sea barato y fácil
de fabricar.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un inyector de combustible accionado de forma
electromagnética de acuerdo con lo expuesto en las Reivindicaciones
que se acompañan.
Una pluralidad de formas de realización no
limitativas de la presente invención se describirá, a modo de
ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
cuales:
La Figura 1 muestra una vista lateral
esquemática, parcialmente en sección, de un inyector de combustible
de acuerdo con la presente invención;
la Figura 2 muestra una vista a mayor escala de
una válvula de inyección del inyector de la Figura 1;
la Figura 3 muestra una vista a mayor escala de
un dispositivo de conexión acoplado al inyector de la Figura 1;
la Figura 4 muestra una forma de realización
alternativa del dispositivo de conexión de la Figura 3.
El número 1 de la Figura 1 indica, como
conjunto, un inyector de combustible, el cual es cilíndricamente
simétrico alrededor de un eje geométrico longitudinal 2, y es
controlado para inyectar combustible desde una boquilla de
inyección 3. El inyector 1 comprende un soporte tubular cilíndrico 4
que varía en cuanto a su sección a lo largo del eje geométrico
longitudinal 2, y que tiene un canal central 5 que se extiende a lo
largo de la entera longitud del cuerpo de soporte 4 para alimentar
el combustible presurizado hasta la boquilla de inyección 3. EL
cuerpo de soporte 4 aloja un accionador electromagnético 6 en una
porción superior, y una válvula de inyección 7 en una porción
inferior. En su uso real, la válvula de inyección 7 es activada por
un accionador electromagnético 6 para regular el flujo de
combustible a través de la boquilla de inyección 3, la cual está
constituida en la válvula de inyección 7.
El cuerpo de soporte 4 está constituido mediante
la conexión de un miembro superior tubular 8 de una sola pieza, que
aloja el accionador electromagnético 6, con un miembro inferior
tubular 9 de una sola pieza, que aloja la válvula de inyección 7.
EL miembro superior tubular 8 comprende, de modo preferente, un
asiento cilíndrico, internamente roscado, para recibir una porción
roscada de un miembro tubular inferior 9. Un manguito cilíndrico
10 de una sola pieza hecho, de modo preferente, de material
plástico, como por ejemplo PEEK 30 CF, puede ajustarse alrededor de
parte del miembro superior tubular 8 y parte del miembro inferior
tubular 9 para aliviar al miembro inferior tubular 9 de las cargas
axiales y transversales (por ejemplo, el esfuerzo de apriete) a las
cuales está sometido el inyector 1.
El accionador electromagnético 6 comprende un
electroimán 11 alojado en una posición fija dentro del cuerpo de
soporte 4, y el cual, cuando es excitado, desplaza un inducido 12 de
material ferromagnético a lo largo del eje geométrico 2 desde una
posición cerrada hasta una posición abierta para abrir la válvula de
inyección 7 en oposición a un resorte 13 el cual mantiene el
inducido 12 en la posición cerrada que cierra la válvula de
inyección 7. El electroimán 11 comprende una bobina seca 14
energizada eléctricamente por una unidad de control electrónico (no
mostrada) y situada fuera del cuerpo de soporte 4; y un núcleo
magnético 15 alojado dentro del cuerpo de soporte 4 y que tiene un
orificio central 16 para permitir el flujo de combustible hasta la
boquilla de inyección 3. Un cuerpo de retención tubular cilíndrico
17 está dispuesto en una posición fija dentro del orificio central
16 dentro del núcleo magnético 15 para permitir el flujo de
combustible hasta la boquilla de inyector 3 y para mantener el
resorte 13 presionado contra el inducido 12. El núcleo magnético 15
está, de modo preferente, conectado al cuerpo de soporte 4 mediante
una soldadura anular dentro del cuerpo de soporte 4.
La bobina 14 del electroimán 11 está alojada
dentro de un cuerpo de asentamiento tubular 18, el cual está
cerrado por la parte inferior, rodea el cuerpo de soporte 4, y está
soldado al cuerpo de soporte 4 mediante una soldadura anular. En la
parte superior, el cuerpo de asiento 18 está cerrado mediante una
placa anular 19 soldada al cuerpo de asiento 18 para aislar la
bobina 14 dentro del cuerpo de asiento 18. Es importante destacar
que, en virtud de su emplazamiento, la bobina 14 disipa considerable
calor, y está aislada del combustible y, por tanto, no resulta
afectada por el efecto mecánico y la lesión química producidas por
el combustible presurizado.
El inducido 12 forma parte de un montaje
amovible, el cual comprende un obturador o pasador 20 que tiene una
porción superior integral con el inducido 12, y una porción inferior
que coopera con un asiento de válvula 21 (Figura 2) de la válvula
de inyección 7 para regular el flujo de combustible a través de la
boquilla de inyección 3 de la manera consabida.
Como se muestra en la Figura 2, el asiento de
válvula 21 está definido por un miembro de estanqueidad 22 con
forma de disco, el cual cierre el fondo del canal central 5 del
cuerpo de soporte 4 de manera estanca a los fluidos, y a través del
cual se extiende la boquilla de inyección 3. Un miembro de guía
tubular 23 se extiende hacia arriba desde el miembro de
estanqueidad 22 con forma de disco, aloja el pasador 20 para definir
una guía de fondo del pasador 20, y tiene un diámetro exterior
sustancialmente igual al diámetro interior del canal central 5 del
miembro de soporte 4.
El pasador 20 termina en una cabeza de obturador
sustancialmente esférica 24, la cual descansa de manera estanca a
los fluidos sobre el asiento de válvula 21. La cabeza de obturador
24 así mismo descansa de manera deslizante contra una superficie
interior cilíndrica del miembro de guía 23, mediante el cual es
guiado en su desplazamiento a lo largo del eje geométrico
longitudinal 2. Unos rebajos 26 (solo se muestra uno en la Figura 2)
están conformados en la cabeza de obturador 24 para definir, entre
cada rebajo 26 y la superficie interior cilíndrica 25 del miembro
de guía 23, un paso de flujo de combustible hasta la boquilla de
inyección 3. En una forma de realización preferente mostrada en la
Figura 2, la boquilla de inyección 3 se define mediante una
pluralidad de orificios de paso 27 que se extienden a partir de una
cámara semiesférica 28 conformada corriente abajo del asiento de
válvula 21.
Como se muestra en la Figura 1, el inducido 12
es un cuerpo de una pieza, y comprende un miembro anular 29; y un
miembro en forma de disco 30, el cual cierra la cara inferior del
miembro anular 29, y, a su vez, comprende un orificio de paso
central para recibir una porción superior del pasador 20, y una
pluralidad de orificios de paso periféricos (solo se muestran dos
en la Figura 1), para permitir el flujo de combustible hasta la
boquilla de inyección 3. Una porción central del miembro en forma de
disco 30 está conformada para recibir y retener en posición un
extremo inferior del resorte 13. El pasador 20 está, de modo
preferente, hecho de manera integral con el miembro en forma de
disco 30 del inducido 12 mediante una soldadura anular.
El diámetro exterior del miembro anular 29 del
inducido 12 es sustancialmente igual al diámetro interior de la
porción correspondiente del canal central 5 del cuerpo de soporte 4,
de manera que el inducido 12 puede deslizarse con respecto al
cuerpo de soporte 4 a lo largo del eje geométrico longitudinal 2,
pero no puede desplazarse en sentido transversal con respecto al
eje geométrico longitudinal 2 con respeto al cuerpo de soporte 4.
Al estar el pasador 20 conectado de forma rígida al inducido 12, el
inducido 12, por consiguiente, actúa también como guía superior del
pasador 20, el cual es, por consiguiente, guiado en la parte
superior por el inducido 12 y en la parte inferior por el miembro
de guía 23.
En una forma de realización alternativa no
mostrada, un dispositivo amortiguador de los saltos está conectado
a la cara inferior del miembro en forma de disco 30 del inducido 12
para reducir los saltos de la cabeza de obturador 24 del pasador 20
sobre el asiento de válvula 21 cuando el pasador 20 se desplaza
desde la posición abierta hasta la posición cerrada que cierra la
válvula de inyección 7.
En su uso real, cuando el electroimán 11 es
desenergizado, el inducido 12 no es atraído por el núcleo magnético
15, y la fuerza elástica del resorte 13 empuja el inducido 12, junto
con el pasador 20, hacia abajo, de manera que la cabeza de
obturador 24 del pasador 20 es presionada contra el asiento de
válvula 21 de la válvula de inyección 7 para aislar la boquilla de
inyección 3 respecto del combustible presurizado. A la inversa,
cuando el electroimán 11 es energizado, el inducido 12 es atraído
magnéticamente por la bobina magnética 15 en oposición a la fuerza
elástica del resorte 13, y el inducido 12 junto con el pasador 20,
se desplaza hacia arriba hasta contactar con el núcleo magnético
15, de manera que la cabeza de obturador 24 del pasador 20 sea
levantada proyectándose hacia arriba del asiento de válvula 21 de
la válvula de inyección 7, permitiendo de esta forma que el
combustible presurizado fluya a través de la boquilla de inyección
3.
Como se muestra con claridad en la Figura 1, el
miembro inferior tubular 9 es mucho más largo que el miembro
inferior tubular 8 y aloja casi la totalidad del pasador 20, el cual
es el miembro mecánico responsable de la apertura y cierre de la
válvula de inyección 7. Para evitar los efectos negativos
producidos por la expansión térmica. El miembro inferior tubular 9
y el pasador 20 están hechos con una aleación de expansión térmica
baja, en particular INVAR 36. El manguito cilíndrico 10, por otro
lado, lleva a cabo unas funciones puramente mecánicas para aliviar
al miembro inferior tubular 9 de las cargas axiales y transversales
a las que el inyector 1 es sometido, en uso, y, por consiguiente,
está hecho de acero inoxidable ordinario.
El miembro superior tubular 8 está, de modo
preferente, hecho de acero inoxidable de gran resistencia a la
atracción con características magnéticas pobres (esto es, no
magnético y, por consiguiente, de baja permeabilidad magnética en
comparación con la del aire). Podría utilizarse, por ejemplo, una
aleación de hierro - cobalto, como por ejemplo el ISI 440C
endurecido y templado. El cuerpo de asiento 18, la placa anular 19,
el núcleo magnético 15, y el inducido 12 (o al menos el miembro
tubular 9 del inducido 12) están hechos de acero inoxidable
magnético (esto es, con una permeabilidad magnética mucho mayor que
la del aire), como por ejemplo VACUFLUX 50.
En una forma de realización alternativa no
mostrada, el cuerpo de soporte 4 está constituido en una sola pieza
y está hecho enteramente de acero inoxidable de gran resistencia a
la tracción con características magnéticas pobres.
El inyector 1, de acuerdo con lo anteriormente
descrito, es barato y fácil de fabricar, al estar constituido
mediante la conexión de un número pequeño de partes, cada una de las
cuales es cilíndricamente simétrica y, por consiguiente, fácil de
fabricar por medio de operaciones de torneado estándar, fácilmente
automatizadas, que no conllevan un herramental especializado. Así
mismo, los análisis de simulación y las pruebas han mostrado que el
inyector 1, de acuerdo con lo anteriormente descrito, es capaz de
funcionar a presiones de combustible muy altas (próximas a los 100
millares de pascalios) manteniendo al tiempo un rendimiento dinámico
excelente (esto es, unos tiempos de inyección precisos).
Como se muestra en las Figuras 3 y 4, el cuerpo
de soporte 4 del inyector 1 está conectado a un conducto de
alimentación de combustible presurizado 31 por medio de un conector
32. Más concretamente, el cuerpo de soporte 4 está conectado de
manera estanca a los fluidos al conducto de alimentación 31 para
conectar el canal central 5 del cuerpo de soporte 4 de forma
hidráulica al conducto de alimentación 31.
El conector 32 es cilíndricamente simétrico
alrededor del eje geométrico longitudinal 2, y comprende un miembro
superior cilíndrico 33, el cual es sustancialmente igual, en cuanto
a su diámetro exterior, al diámetro interior del conducto de
alimentación 31, y tiene una porción terminal exterior roscada la
cual se enrosca por dentro del conducto de alimentación 31. El
conector 32 comprende así mismo un miembro central 34 mayor en
cuanto al diámetro exterior que el miembro superior 33 y que
termina con una superficie 35 en forma de cono truncado; y un
miembro inferior cilíndrico 36 más pequeño, en cuanto a su diámetro
exterior, que el diámetro interior del canal central 5 del cuerpo
de soporte 4, y el cual está situado dentro del canal central 5.
Para este fin, el extremo superior del cuerpo de soporte 4 tiene
una superficie en forma de cono truncado 37, la cual está situada
en contacto con la superficie en forma de cono truncado 35 del
miembro central 34 del conector 32.
Para mantener el conector 32 presionado contra
el cuerpo de soporte 4, un miembro de sujeción anular 38 está
atornillado a una superficie exterior roscada 39 del cuerpo de
soporte 4 para contactar, con una presión determinada, con una
superficie superior anular 40 del miembro central 34 del conector
32.
Una junta anular elástica 43 está dispuesta
entre una superficie exterior 41 del miembro inferior 36 y una
superficie interior 42 del canal central 5. Para facilitar el
montaje de la junta anular 43, el miembro inferior 36 termina con
un ensanchamiento anular 44 para retener la junta 43 sobre el
miembro inferior 36 durante el montaje.
En la forma de realización de la Figura 3, la
junta anular 43 es una junta tórica hecha de material polimérico
elástico y tiene una sección transversal maciza de forma oval.
En la forma de realización de la Figura 4, la
junta anular 43 es una junta de labios hecha de material polimérico
elástico y tiene una sección transversal en forma de U invertida,
parcialmente hueca. Un resorte anular 45 con forma de U invertida
está, de modo preferente, insertado dentro de la junta de labios
anular 43, y puede estar hecha de metal o de material
elastomérico.
El conector 32, de acuerdo con lo anteriormente
descrito, proporciona un medio de asegurar una estanqueidad a largo
plazo, incluso en presencia de vibración continua, y es barato y
fácil de fabricar, mediante unas partes componentes que no
requieren un maquinado particularmente preciso.
Claims (8)
1. Un inyector de combustible (1) que
comprende:
- una boquilla de inyección (3);
- una válvula de inyección (7) que tiene un pasador amovible (20) para regular el flujo de combustible a través de la boquilla de inyección (3);
- un accionador (6) para desplazar el pasador (20) entre una posición cerrada y una posición abierta las cuales, respectivamente, cierran y abren la válvula de inyección (7), un cuerpo de soporte tubular (4) el cual tiene un canal central (5) que se extiende a lo largo de la entera extensión del cuerpo de soporte (4) para alimentar combustible presurizado a la boquilla de inyección (3), y aloja el accionador (6), la válvula de inyección (7), el pasador (20); y un conector (32) para conectar el canal central (5) del cuerpo de soporte (4) a un conducto de alimentación (31) de combustible presurizado y comprende un miembro central (34) que presenta un diámetro exterior mayor que el diámetro interior del canal central (5) del cuerpo de soporte (4), y un miembro inferior cilíndrico (36) que tiene un diámetro exterior más pequeño que el diámetro interior del canal central (5) del cuerpo de soporte (4), y que está alojado dentro del canal central (5);
- estando el inyector (1) caracterizado porque el miembro central (34) termina en una primera superficie con forma de cono truncado (35); y el extremo superior del cuerpo de soporte (4) tiene una segunda superficie en forma de cono truncado (37) la cual está situada en contacto con la primera superficie en forma de cono truncado (35) del miembro central (34).
2. Un inyector (1) de acuerdo con la
Reivindicación 1, en el que el conector (32) comprende un miembro
superior cilíndrico (33) que tiene un diámetro exterior
sustancialmente igual al diámetro interior del conducto de
alimentación (31), y que comprende una porción terminal roscada por
fuera que se atornilla por dentro del conducto de alimentación
(31).
3. Un inyector (1) de acuerdo con las
Reivindicaciones 1 o 2, en el que un miembro de sujeción anular (38)
está dispuesto para mantener el conector (32) accionado contra el
cuerpo de soporte (4), y está atornillado a una superficie interior
roscada (39) del cuerpo de soporte (4) para contactar, con una
presión determinada, con una superficie superior anular (40) del
miembro central (34) del conector (32).
4. Un inyector (1) de acuerdo con una de las
Reivindicaciones 1 a 3, en el que una junta anular (43) está
insertada entre una superficie exterior (41) del miembro inferior
(36) y una superficie interior (42) del canal central (5).
5. Un inyector (1) de acuerdo con la
Reivindicación 4, en el que la junta anular (43) es una junta tórica
hecha de material polimérico plástico y que tiene una sección
transversal maciza de forma oval.
6. Un inyector (1) de acuerdo con la
Reivindicación 4, en el que la junta anular (43) es una junta de
labios hecha de material polimérico elástico y que tiene una
sección transversal con forma de U invertida, parcialmente
hueca.
7. Un inyector (1) de acuerdo con la
Reivindicación 6, en el que un resorte con forma de U invertida
(45), anular, está insertado dentro de la junta de labios anular
(43).
8. Un inyector (1) de acuerdo con una de las
Reivindicaciones 4 a 7, en el que el miembro inferior (36) del
conector (32) termina en un ensanchamiento anular (44) para
retener la junta anular (43) sobre el miembro inferior (36).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000466A ITBO20040466A1 (it) | 2004-07-23 | 2004-07-23 | Iniettore di carburante con attuazione elettromagnetica |
| ITBO04A0466 | 2004-07-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2328643T3 true ES2328643T3 (es) | 2009-11-16 |
Family
ID=34979616
Family Applications (2)
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