ES2358869T3

ES2358869T3 - Inyector.

Info

Publication number: ES2358869T3
Application number: ES09100059T
Authority: ES
Inventors: Olaf Ohlhafer; Sebastian Jansen; Sergey Solovyev
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2011-05-16
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: EP2103802A1; DE102008000702A1; EP2103802B1; ATE496216T1; DE502009000293D1

Abstract

Inyector para inyectar combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna, con un espacio interior unido permanentemente a una fuente de alta presión para combustible, el cual puede unirse a través de toberas (3) controladas mediante una aguja de tobera (4) o similar para la inyección de combustible a la cámara de combustión asociada, en donde la aguja de tobera (4) o similar, desplazada por la presión en el espacio interior hasta su posición de cierre que bloquea las toberas (3), puede elevarse desde la posición de cierre mediante un actuador asociado (10) así como mediante la apertura de una válvula de compensación de presión (7, 8) producida en primer lugar por el actuador (10), la cual en su situación de apertura une el espacio interior a una cámara suplementaria (6) normal, fundamentalmente sin presión con la válvula de compensación de presión (7, 8) cerrada, cuya presión trata de elevar la aguja de tobera (4) o similar desde su posición de cierre, caracterizado porque la cámara suplementaria (6) está dispuesta en el lado de entrada de las toberas (3) y, si la aguja de tobera (4) o similar se encuentra en la posición de cierre, puede ventilarse a través de una rendija de estrangulador (18) que permanece entre la aguja de tobera (4) y el lado de entrada de las toberas (3) en la cámara de combustión.

Description

Campo técnico

La invención se refiere a un inyector para inyectar combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna, de forma correspondiente al preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

Se conoce, para introducir combustible en motores de gasoil de inyección directa, usar inyectores controlados por carrera. Esto ofrece la ventaja de que la presión de inyección puede adaptarse a carga y número de revoluciones. La activación se realiza con frecuencia con la conexión intermedia de una cámara de servocontrol que, en el caso de un accionamiento correspondiente de una válvula de control, puede llevarse a una presión muy elevada, en especial a la presión de inyección del sistema de inyección o a una presión en disminución. Esta presión actúa sobre una parte de tipo émbolo de una aguja de tobera que controla las toberas de inyección, en donde la aguja de tobera a alta presión adopta la posición de cierre, que cierra las toberas de inyección, y a presión en disminución la posición de apertura, que une las toberas de inyección a una fuente de alta presión (common-rail) para el combustible a inyectar.

En los inyectores de este tipo es necesario disponer, además de una conexión de alta presión del inyector, de una conexión de baja presión, a través del cual puede circular combustible de vuelta aun depósito fundamentalmente sin presión si se quiere aliviar la presión la cámara de control para abrir la aguja de tobera. Los inyectores de esta clase poseen por ello, por principio, una corriente volumétrica de control necesaria para materializar la carrera de la aguja de tobera así como, dado el caso, una corriente volumétrica de fuga, con la que por un lado son necesarios una complejidad adicional del sistema para conductos de retorno y, por otro lado, una mayor potencia de transporte de la bomba de alta presión para el combustible. El documento WO 99/30029 muestra un inyector de combustible, en el que las toberas de inyección se controlan mediante un pequeño elemento de válvula con masa reducida. Este elemento de válvula está dispuesto en un fijador de elemento de válvula, muy cerca del asiento de válvula asociado sobre las toberas de inyección. Dentro del fijador de elemento de válvula está dispuesta una cámara de control, cuya presión impulsa el elemento de válvula en la dirección de cierre. Esta cámara de control está unida permanentemente a través de un estrangulador a una fuente de combustible a alta presión y se une, al comienzo de la fase de inyección, a través de una válvula de control de presión accionada por un actuador, a una región de baja presión, de tal modo que la alta presión aplicada al asiento de válvula puede elevar el elemento de válvula hasta la posición de apertura.

Hasta ahora no era posible, en los inyectores de la clase citada al comienzo, accionar la aguja de tobera directamente a un actuador electromagnético. Esto se debe a que con ello es necesario superar presiones extremas, de tal modo que el espacio constructivo necesario para actuadores correspondientemente fuertes sería excesivamente grande.

Manifiesto de la invención

La tarea de la invención consiste ahora en reducir las fuerzas necesarias para abrir un inyector, de tal modo que la aguja de tobera pueda activarse directamente con ayuda de actuadores relativamente débiles.

Esto se consigue mediante las particularidades características de la reivindicación 1. Como resultado pueden producirse de este modo inyectores que pueden funcionar sin conducto de retorno de combustible.

La invención se basa en la idea general de crear una compensación de presión conmutable en la aguja de tobera, de tal modo que las fuerzas generadas hidráulicamente en la aguja de tobera se compensen entre sí, según su orden de magnitud, en el caso de una conmutación correspondiente de la válvula de compensación de presión, y la aguja de tobera pueda elevarse desde la posición de cierre que bloquea las toberas con una fuerzas correspondientemente reducidas, para inyectar combustible en la cámara de combustión correspondiente. De este modo puede producirse después la carrera de apertura de la aguja de tobera con actuadores débiles, que sólo requieren un volumen constructivo reducido. Mediante la compensación de presión producida con una conmutación correspondiente de la válvula de compensación de presión se “prepara”, por lo tanto, la carrera de apertura de la aguja de válvula. La carrera de apertura o la finalización de la posición de apertura de la aguja de tobera se produce mediante una activación correspondiente del actuador.

Conforme a la invención está previsto que la cámara suplementaria, cuya presión se controla mediante la válvula de compensación de presión, esté dispuesta en el lado de entrada de las toberas y, si la aguja de tobera o similar se encuentra en la posición de cierre, pueda ventilarse a través de una rendija de estrangulador que permanece entre la aguja de tobera y el lado de entrada de las toberas en la cámara de combustión. Aquí se aprovecha el hecho de que entre las toberas de inyección puede aplicarse una elevada presión de combustible a una sección transversal relativamente grande de la aguja de tobera, al abrir la válvula de compensación de presión. Por otro lado, al cerrar

la válvula de alivio de presión, se garantiza que una salida de las mínimas cantidades de combustible a través de la rendija de estrangulador y las toberas en la cámara de combustión sea suficiente para aliviar la presión en la cámara suplementaria.

Conforme a una forma de ejecución constructivamente preferida de la invención, la aguja de tobera puede estar configurada como aguja hueca con un taladro axial que se comunica con la fuente de alta presión (common-rail) y la válvula de compensación de presión puede estar dispuesta en el extremo del taladro axial próximo a la tobera, en donde después el cuerpo de válvula de la válvula de compensación de presión controla convenientemente una salida que sigue al taladro axial, la cual desemboca en la cámara suplementaria dispuesta entre las toberas. De este modo se consigue una forma constructiva especialmente compacta del inyector.

Como actuador está prevista de forma preferida una disposición de electroimán, que coopera magnéticamente con una disposición de inducido asociada a la aguja de tobera así como con una disposición de inducido asociada al cuerpo de válvula de la válvula de compensación de presión, para el accionamiento.

Con ello se obtiene por un lado la posibilidad de prever una única disposición de electroimán conjuntamente para válvula de compensación de presión y aguja de tobera.

Por otro lado las disposiciones de inducido de aguja de tobera y válvula de compensación de presión pueden estar combinadas con disposiciones de electroimán específicas, en donde básicamente existe la posibilidad de alimentar eléctricamente las disposiciones de electroimán con independencia entre ellas. De este modo se aumenta la flexibilidad del sistema de inyección. Aparte de esto pueden inyectarse unas cantidades mínimas, dado el caso en fases de inyección especiales, por medio de que sólo se abre la válvula de compensación de presión.

En otra variante las disposiciones de electroimán pueden estar situadas eléctricamente en serie.

Por lo demás se hace referencia, con relación a particularidades preferidas de la invención, a las reivindicaciones y a la siguiente explicación del dibujo, con base en lo cual se describen con más detalle ejecuciones preferidas de la invención.

Explicación del dibujo

En el dibujo muestran:

la figura 1 una serie de imágenes en corte A a E de diferentes estados de funcionamiento de un inyector conforme a la invención,

la figura 2 el detalle II en la figura 1 y

la figura 3 una imagen en corte de una forma de ejecución del inyector conforme a la invención, modificada respecto a la figura 1.

Conforme a la figura 1 el inyector posee un cuerpo de inyector 1, cuyo espacio interior está unido permanentemente a una fuente de alta presión (common-rail) para combustible. El cuerpo de inyector 1 se prolonga en el dibujo hacia abajo en un cuerpo de tobera 2, cuyo espacio interior se comunica con el espacio interior del cuerpo de inyector 1. El cuerpo de tobera 2 tiene fundamentalmente la forma de un tubo, cuyo extremo libre está formado por una punta cónica dotada de toberas 3. Estas toberas desembocan en una cámara de combustión no representada de un motor de combustión interna.

Para controlar las toberas se usa una aguja de tobera 4, que aquí está configurada como aguja hueca y presenta de modo similar al cuerpo de tobera la forma de un tubo, cuyo extremo inferior en el dibujo está formado por una punta cónica. Cuado la aguja de tobera 4 adopta su posición final inferior, se asienta estancamente con una arista anular, en la transición a la punta cónica inferior, sobre un asiento anular 5 en el lado interior de la punta cónica del cuerpo de tobera 2. El asiento 5 está dispuesto radialmente por fuera de los lados de entrada de las toberas 3. De forma correspondiente a esto, los lados de entrada de las toberas 3 están bloqueados por el espacio anular entre el lado exterior de la aguja de tobera 4 y el perímetro interior del cuerpo de tobera 2, cuando la aguja de tobera 4 se asienta sobre el asiento 5. Dado el caso el asiento 5 puede estar también configurado como reborde anular, que coopera de forma estanca con la punta cónica de la aguja de tobera 4.

Entre el lado exterior de la punta cónica de la aguja de tobera 4 y el lado interior de la punta cónica del cuerpo de tobera 2 permanece una cámara suplementaria 6, cuya finalidad se explica más adelante. Esta cámara suplementaria 6 se comunica con el espacio interior de la aguja de tobera 4 a través de un taladro 7, que sigue al taladro axial de la aguja de tobera 4 y que se controla mediante un cuerpo de válvula 8 esférico, pequeño en el ejemplo representado, de una válvula de compensación de presión 7, 8.

Para accionar la aguja de tobera 4 o el cuerpo de válvula 8 se usan disposiciones de electroimán 10 y 11 anulares, dispuestas axialmente una tras otra en el cuerpo de inyector 4. La disposición de electroimán 10 que controla la aguja de tobera 4 coopera con una disposición de inducido 12, dispuesta en el extremo opuesto de la aguja de tobera 4, es decir, la disposición de inducido 12 recibe una fuerza al alimentarse eléctricamente la disposición de electroimán 10, que intenta elevar la aguja de tobera 4 desde el asiento 5. El cuerpo de válvula 8 está unido a su disposición de inducido 13 asociada a través de una varilla 14, que atraviesa el taladro central de la disposición de electroimán 10 y que se tensa hacia abajo mediante un muelle de cierre 15, configurado por ejemplo como muelle de compresión helicoidal y que se sujeta entre una brida sobre la varilla 14 y una superficie de contrafuerte sobre la disposición de electroimán 10, de tal modo que el cuerpo de válvula 8 en posición de cierre se lleva al asiento asociado sobre el taladro 7.

Si se alimenta con corriente la disposición de electroimán 11, se tira hacia arriba de la disposición de inducido 13 en la figura 1, y el cuerpo de válvula 8 de la válvula de compensación de presión 7, 8 deja libre el taladro 7, de tal modo que la cámara suplementaria 6 está unida al espacio interior de la aguja de tobera 4 y con ello al espacio interior del cuerpo de inyector 1, que está sometido a alta presión.

El inyector representado de la figura 1 funciona de la manera siguiente:

Las disposiciones de electroimán 10 y 11 están conectadas eléctricamente en serie y de forma correspondiente pueden alimentarse conjuntamente mediante una fuente de tensión eléctrica 16, si se cierra un interruptor 17. En primer lugar este interruptor puede estar abierto conforme a la imagen A, es decir las disposiciones de electroimán 10 y 11 no tienen corriente eléctrica, y la aguja de tobera 4 así como el cuerpo de válvula 8 de la válvula de compensación de presión 7, 8 son presionados por la presión hidráulica en el cuerpo de inyector 1 o en el cuerpo de tobera 2 sobre sus respectivos asientos. En esta fase la cámara suplementaria 6 está ventilada en la cámara de combustión conectada a la salida de tobera, ya que conforme a la figura 2 entre el lado exterior del cono de la aguja de tobera 4 y el lado de entrada de las toberas 3 en forma de reborde anular permanece abierta una pequeña rendija de estrangulador 18. Al comienzo de una fase de inyección deseada se alimentan eléctricamente las disposiciones de electroimán 10 y 11 mediante el cierre del interruptor 17. A causa de su pequeña sección transversal, el cuerpo de válvula 8 de la válvula de compensación de presión 7, 8 puede elevarse desde su asiento de inmediato mediante las fuerzas magnéticas, que actúan entre la disposición de electroimán 11 y la disposición de inducido 13. De este modo se carga con alta presión la cámara suplementaria 6 a través del taladro 7, de tal modo que las fuerzas magnéticas que actúan entre la disposición de inducido 12 y la disposición de electroimán 10 son suficientes, en unión a las fuerzas de presión hidráulicas en la cámara suplementaria 6, para elevar la aguja de tobera 4 desde su asiento 5. Esta situación está representada en la imagen C. De este modo se comunica el lado entrada de las toberas 3, a través del espacio interior del cuerpo de tobera 2, con el espacio interior del cuerpo de inyector 1 y se inyecta combustible a través de las toberas 3 en la cámara de combustión conectada.

Para finalizar la fase de inyección se abre de nuevo al interruptor 17, de tal modo que finaliza la alimentación de las disposiciones de electroimán 10 y 11. Esto conduce en primer lugar, conforme a la imagen D, a que el cuerpo de válvula 8 de la válvula de compensación de presión 7, 8 adopta de nuevo su posición de cierre y bloquea el taladro 7 con relación a la cámara suplementaria 6. Esto tiene asimismo la ventaja de que la aguja de tobera 4 recibe la presión hidráulica en el cuerpo de inyector 1 o en el cuerpo de tobera 2 así como la fuerza del muelle de cierre 15 en la dirección de cierre y se asienta sobre el asiento 5, en cuanto la cámara suplementaria 6 se ha vaciado suficientemente a través de las toberas 3. De este modo se alcanza la situación de la imagen E o A.

La rendija de estrangulador 18 que permanece en la posición de cierre de la aguja de tobera 4 en el lado de entrada de las toberas 3 tiene, como se ha representado anteriormente, por un lado la función de que la cámara suplementaria 6 pueda ventilarse con la válvula de compensación de presión 9 cerrada en la cámara de combustión. Asimismo esta rendija de estrangulador 18 tiene el efecto, con la válvula de compensación de presión 7, 8 que se abre, de que en la cámara suplementaria 6 puede producirse un aumento rápido de presión, porque en primer lugar sólo es arrastrada a través de las toberas 3 una pequeña parte del combustible, que afluye a través del taladro 7 y está sometido a alta presión, a causa de la acción estranguladora de la rendija de estrangulador. Como resultado se consigue por lo tanto, mediante una rendija de estrangulador 18 muy estrecha, una apertura rápida de la aguja de tobera 4 al principio de la fase de inyección.

En la descripción de funcionamiento anterior se ha partido de la base de que las disposiciones de electroimán 10 y 11 se alimentan simultáneamente o se desconectan simultáneamente de la corriente eléctrica. Esto no es imprescindible. Más bien es también posible y ventajoso poder alimentar eléctricamente las disposiciones de electroimán 10 y 11 con independencia la una de la otra.

Existe por ejemplo la posibilidad de alimentar en determinadas fases sólo la disposición de electroimán 11 para accionar la válvula de compensación de presión 7, 8. De este modo sólo se abre la válvula de compensación de presión 7,8, de tal modo que las toberas 3 sólo reciben combustible a través del taladro 7, de la cámara suplementaria 6 y de la rendija de estrangulador 18. De este modo existe la posibilidad de, en fases de inyección

5 especiales, inyectar de forma reproducible cantidades de combustible muy pequeñas.

Dado el caso las disposiciones de inducido 12 y 13 conforme a la figura 3 pueden accionarse también mediante una única disposición de electroimán 19. Para esto las disposiciones de inducido 12 y 13 están dispuestas conforme a la figura 3 coaxialmente entre ellas. En este caso el muelle de cierre 15 de la válvula de compensación de presión 7, 8 puede estar sujetado por encima de la disposición de electroimán 19 entre la base del cuerpo de inyector 1 y una

10 brida sobre la varilla 14, que atraviesa un taladro central de la disposición de electroimán 19. Es importante que la disposición de inducido 13 de la válvula de compensación de presión 7, 8 tenga una suficiente movilidad axial también en la posición final superior (posición de apertura) de la aguja de tobera 4 y de la disposición de inducido 12 asociada, para poder abrir o cerrar la válvula de compensación de presión 7, 8.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Inyector para inyectar combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna, con un espacio interior unido permanentemente a una fuente de alta presión para combustible, el cual puede unirse a través de toberas (3) controladas mediante una aguja de tobera (4) o similar para la inyección de combustible a la cámara de combustión asociada, en donde la aguja de tobera (4) o similar, desplazada por la presión en el espacio interior hasta su posición de cierre que bloquea las toberas (3), puede elevarse desde la posición de cierre mediante un actuador asociado (10) así como mediante la apertura de una válvula de compensación de presión (7, 8) producida en primer lugar por el actuador (10), la cual en su situación de apertura une el espacio interior a una cámara suplementaria (6) normal, fundamentalmente sin presión con la válvula de compensación de presión (7, 8) cerrada, cuya presión trata de elevar la aguja de tobera (4) o similar desde su posición de cierre, caracterizado porque la cámara suplementaria (6) está dispuesta en el lado de entrada de las toberas (3) y, si la aguja de tobera (4) o similar se encuentra en la posición de cierre, puede ventilarse a través de una rendija de estrangulador (18) que permanece entre la aguja de tobera (4) y el lado de entrada de las toberas (3) en la cámara de combustión.
2.

Inyector según la reivindicación 1, caracterizado porque la aguja de tobera (4) está configurada como aguja hueca con un taladro axial que se comunica con la fuente de alta presión y la válvula de compensación de presión (7, 8) está dispuesta en el extremo del taladro axial en el lado de la tobera.
3.

Inyector según la reivindicación 2, caracterizado porque el cuerpo de válvula (8) de la válvula de compensación de presión (7, 8) controla una salida (7) que sigue al taladro axial, la cual desemboca en la cámara suplementaria (6) dispuesta entre las entradas de las toberas (3).
4.

Inyector según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el espacio interior está dispuesta una disposición de electroimán (10, 11), que coopera con una disposición de inducido (12) dispuesta sobre la aguja de tobera (4) así como con una disposición de inducido (13) asociada a la válvula de compensación de presión (7, 8).
5.

Inyector según la reivindicación 4, caracterizado porque para las disposiciones de inducido (12, 13) están previstos electroimanes (10, 11) aparte, que pueden alimentarse por separado.
6.

Inyector según la reivindicación 4, caracterizado porque un único electroimán (19) coopera con ambas disposiciones de inducido (12, 13).
7.

Inyector según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el cuerpo de válvula (8) de la válvula de compensación de presión (7, 8) está configurado con una pequeña sección transversal a la que se aplica presión hidráulica en la dirección de cierre y esta sección transversal, en cuanto a orden de magnitudes, es menor que la sección transversal de la aguja de tobera (4).
8.

Inyector según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el espacio interior está unido a un common-rail que forma la fuente de alta presión.