ES2865184T3 - Válvula de alivio de presión auxiliar en bomba de combustible de un solo pistón - Google Patents

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Abstract

Una bomba de combustible que tiene una entrada de combustible de baja presión (40) y una cámara de bombeo de un solo pistón (10) para suministrar combustible a alta presión a través de una salida de bomba a un lado de entrada de un conducto común (16), que comprende: una válvula de control (5) para controlar la cantidad de combustible entregada por la bomba de combustible, una válvula de alivio de presión primaria (12) para proteger el sistema de alta presión del exceso de presión, que tiene un lado de entrada en comunicación hidráulica con el lado de entrada del conducto común (16) y un lado de salida lado en comunicación de fluido con la cámara de bombeo (10) y una válvula de alivio de presión auxiliar (19) que tiene: a. un lado de entrada (35) en comunicación hidráulica directa con la cámara de bombeo (10) o en comunicación hidráulica con el lado de entrada del conducto común (16); y b. un lado de salida (36) en comunicación de fluido directa con un paso de combustible (37) a la baja presión de la entrada de la bomba; en donde la válvula de alivio de presión primaria (12) está ubicada en un acople (13) unido a la carcasa de la bomba (3) en la salida de la bomba y la válvula de alivio de presión auxiliar (19) está ubicada completamente dentro de la carcasa de la bomba (3); y en donde el combustible presurizado en la cámara de bombeo de un solo pistón (10) se desplaza a través de una válvula de retención de salida (11) al conducto común (16).

Description

DESCRIPCIÓN
Válvula de alivio de presión auxiliar en bomba de combustible de un solo pistón
Antecedentes
La presente invención se refiere a bombas de combustible de alta presión accionadas por levas de un solo pistón para generar combustible a alta presión en motores de gasolina de inyección directa de conducto común.
Se sabe en la industria que la bomba debe incorporar una válvula de retención de salida para evitar que la presión se purgue desde el conducto mientras la bomba está en el ciclo de carrera de admisión. Se ha convertido en un requisito de la industria incorporar una válvula de alivio de presión dentro de la bomba para proteger todo el sistema de alta presión de un exceso de presión inesperado causado por un mal funcionamiento del sistema. Para proteger el conducto y los inyectores, la válvula de alivio de presión debe estar en comunicación hidráulica con el conducto, es decir, en paralelo con el flujo de la bomba. Dos de estas ejecuciones se describen en las patentes de EE.UU. n° 7401593 y 8.132.558; el documento japonés JP 2000 136763 A propone una válvula de control de presión de combustible que se abrirá temporalmente en la carrera de descarga de la bomba de alta presión para aliviar el combustible del cilindro de bombeo y una válvula de alivio de solenoide que se abrirá temporalmente durante el arranque o la reducción de la velocidad del motor para aliviar el combustible del conducto común, en la que el combustible se descarga al lado de succión de la bomba de combustible. El documento JP 2007 132251 A propone un dispositivo de inyección de combustible que comprende una bomba de alta presión que tiene una cámara de succión y una cámara de émbolo para alimentar a presión el combustible desde la cámara de succión, en el que el dispositivo de inyección de combustible comprende además un medio de reducción de presión para reducir la presión del combustible de una tubería de suministro cuando la presión de combustible en la tubería de suministro se eleva por encima de una presión predeterminada.
Las ejecuciones descritas en la técnica anterior tienen éxito en su capacidad para lograr una presión de alivio razonable desactivando hidráulicamente el dispositivo de alivio durante el evento de bombeo cuando se producen pulsaciones normales de línea de alta presión. Sin embargo, en aplicaciones de bombas de alto rendimiento existen algunas limitaciones importantes. En primer lugar, el aumento necesario del caudal y el tamaño requerido del dispositivo de válvula de alivio se vuelven prohibitivos en su ubicación dentro de una bomba moderna de un solo pistón. En segundo lugar, el caudal añadido en el lado de baja presión de la bomba por parte del dispositivo de válvula de alivio de tamaño ampliado puede provocar un aumento significativo de las pulsaciones de baja presión, lo que conduce a un fallo de los componentes del lado de baja presión.
Compendio
La presente invención resuelve los inconvenientes de la técnica anterior anteriormente mencionados mediante la adición de un dispositivo de válvula de alivio de presión auxiliar en comunicación directa con la cámara de bombeo de alta presión, aliviando la presión en el lado de baja presión de la bomba durante el evento de bombeo. Esto tiene la ventaja de mantener una presión de alivio razonable de la válvula de alivio primaria, cercana a la presión de funcionamiento normal del conducto. Al igual que en la técnica anterior, esta válvula de alivio primaria se abre solo durante la carrera de carga de la bomba. La nueva válvula auxiliar alivia la presión de la cámara de bombeo durante la carrera de bombeo, "promediando" con ello el reflujo al lado de baja presión de la bomba. Esto mantiene las pulsaciones de baja presión al mínimo y resuelve la necesidad de una válvula de alivio primaria muy grande. Debido a que la válvula de alivio auxiliar está en comunicación directa con la cámara de bombeo, se puede instalar fácilmente dentro de la carcasa de la bomba.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra un esquema de sistema de un sistema de combustible de la técnica anterior para un motor de combustión interna;
La figura 2 muestra un esquema de sistema de un sistema de combustible que incorpora la válvula de alivio auxiliar de acuerdo con la presente divulgación;
La Figura 3 muestra el movimiento del émbolo operativo normal y los perfiles de presión de la bomba del sistema de combustible de la Figura 2;
La Figura 4 muestra los perfiles de presión de la bomba del sistema de combustible de la Figura 2 durante un mal funcionamiento del sistema de alta velocidad;
La Figura 5 muestra una realización del dispositivo de válvula de alivio de presión auxiliar de acuerdo con la presente descripción; y
La Figura 6 muestra un conjunto de acople de salida para usar con una realización alternativa del conjunto de bomba representado en las Figuras 2 y 5.
Descripción detallada
De acuerdo con la Figura 1, una bomba de baja presión 2 presuriza el combustible de un tanque de combustible 1 y lo entrega a una bomba de alta presión a través de un acople de entrada 40. El combustible pasa entonces bajo la influencia de un acumulador 4 a una válvula de control normalmente cerrada 5. Una válvula de control normalmente abierta 5 también es aplicable a dicho sistema de combustible. Una vez que el combustible pasa a través de la válvula de control 5, el combustible se introduce en una cámara de bombeo 10, donde un árbol de levas del motor 9 acciona un pistón o émbolo de bombeo 8 en un movimiento ascendente, presurizando el combustible.
La válvula de control 5 es accionada por un resorte de válvula de control 7 y un solenoide 6 para controlar la cantidad de combustible suministrada por la bomba de alta presión. Esto se logra coordinando la acción de la válvula de control 5 y el movimiento del pistón de bombeo 8, de manera que la válvula de control 5 se cierra cuando el pistón de bombeo 8 es accionado en un movimiento ascendente por el árbol de levas del motor 9. Cuando el combustible es así presurizado, viaja a través de una válvula de retención de salida 11, una línea de alta presión 14 y dentro de un conducto común 16 que alimenta los inyectores de combustible del motor 15. Debido a que los inyectores 15 se alimentan desde un conducto común 16, la sincronización del inyector es flexible.
La presión deseada del conducto es controlada por un circuito de retroalimentación cerrado en la Unidad de Control Electrónico (ECU) 18 que incluye el control de la salida de combustible de alta presión a través del solenoide 6 y la válvula de control 5 en comparación con la señal de salida del sensor de presión del conducto 17 a la ECU 18. Se requiere una válvula de alivio de presión primaria 12 para proteger el sistema de alta presión en caso de un mal funcionamiento del sistema. La válvula de retención de salida 11 y la válvula de alivio de presión primaria 12 están contenidas preferiblemente en un conjunto de acople común 13, pero esto no es necesario para la presente invención.
Como se muestra en las Figuras 2 y 5, un sistema de combustible de acuerdo con la presente divulgación incorpora las características y la función del sistema de combustible de la técnica anterior de la Figura 1, e incluye una válvula auxiliar de alivio de presión 19. La válvula auxiliar de alivio de presión 19 alivia el exceso de presión en la cámara de bombeo producido por un mal funcionamiento del sistema antes de que el exceso de presión pueda alcanzar la línea de alta presión 14 o el conducto común 16. Alternativamente, la válvula de alivio auxiliar 19 puede estar en comunicación de fluido con la línea de alta presión 14 en lugar de la cámara de bombeo 10; sin embargo, hay ventajas para la conexión de fluido directa con la cámara de bombeo 10. En primer lugar, la presión de pico de la cámara y la carga de la leva resultante se minimizan al eliminar la caída de presión adicional a través de la válvula de retención de salida 11. En segundo lugar, no se requiere un alto grado de integridad de obturación para la válvula de alivio auxiliar 19 cuando la presión del conducto común 16 no actúa sobre la válvula de alivio auxiliar 19 (como se muestra en la Figura 2) durante el funcionamiento normal, tal como durante un baño caliente.
Haciendo referencia a la Figura 3, la parte inferior del gráfico muestra la elevación del émbolo S y las rampas de bombeo y carga definidas por el árbol de levas, mientras que el gráfico superior muestra el perfil de presión de la cámara de bombeo que funciona normalmente Pch (línea continua) y perfil de presión de línea de alta presión Pl (línea discontinua). La válvula de alivio de presión primaria 12 (Figura 2) está configurada para abrirse a la presión Pr1 con un margen "a", para evitar aperturas no deseadas. La válvula de alivio de presión auxiliar está configurada para abrirse a la presión Pr2 con un margen "b" sobre la presión de la cámara de pico normal y un margen "c sobre la presión de la cámara de bombeo estabilizada. La válvula de alivio auxiliar 19 puede funcionar durante breves períodos cuando la presión de pico de la cámara de bombeo excede Pr2 (b < 0) o para duraciones extendidas, cuando c < 0.
Como se muestra en la Figura 4, la válvula de alivio de presión primaria 12 (Figura 2) opera durante el tiempo Tr1 cuando pl está en, o ligeramente por encima de, la presión de apertura Pr1. A medida que aumenta la velocidad de la bomba, la presión de línea Pl aumenta debido al mayor caudal de la bomba y al flujo restringido a través de la válvula de alivio de presión primaria 12. Cuando se aumenta la velocidad de la bomba, la válvula de alivio de presión primaria también funciona durante menos tiempo TR1b, que está determinada por la diferencia entre la presión de línea Pl y presión de la cámara de bombeo Pch (designado APR1b) cuando APR1b es mayor o igual que Pr1. La válvula de alivio de presión auxiliar 19 (Figura 2) funciona durante un tiempo máximo Tr2 siempre que la presión de la cámara de bombeo esté por encima del punto de ajuste Pr2. Pch Normal es el perfil de presión de la cámara de bombeo durante el funcionamiento normal de la bomba, como se muestra en la Figura 3.
Como se muestra en la Figura 5, la válvula de alivio de presión auxiliar 19 comprende un cuerpo de válvula cilíndrico 20 que tiene un lado de entrada 35 en comunicación hidráulica con el conducto común 16 aguas abajo de la válvula de retención de salida 11 y la válvula de alivio de presión primaria 12. Un lado de salida 36 del cuerpo de válvula 20 está en comunicación hidráulica con un paso de combustible 37. El paso de combustible 37 está en comunicación hidráulica con un anillo de alimentación de baja presión 38 que está en comunicación con el lado de baja presión del conjunto de bomba, aguas arriba de la válvula de control 5.
Un asiento de obturación de la válvula de alivio 21 que tiene un orificio pasante 25 está configurado en el lado de entrada 35 del cuerpo de válvula 20. Una bola 22, un asiento de resorte 23 y un resorte 24 están configurados entre el asiento de obturación 21 y un orificio de salida 26. El orificio de salida 26 está en el lado de salida 36 del cuerpo de la válvula y está configurado en comunicación hidráulica con el paso de combustible 37. En una realización alternativa (no mostrada), los diversos componentes se pueden ensamblar por separado en un orificio en la carcasa de bomba 3 que comprende el cuerpo de válvula 20.
El resorte de la válvula de alivio 24 está situado dentro del cuerpo de válvula 20 para aplicar una carga a través del asiento del resorte 23 y forzar a la bola 22 a que se obture contra el asiento de obturación 21 de la válvula de alivio, que se ajusta a presión en el cuerpo de válvula 20. La presión de apertura puede ser ajustada presionando el asiento de obturación 21 de la válvula de alivio más profundamente en el orificio del cuerpo de válvula 20 hasta que el resorte 24 esté adecuadamente comprimido. Una vez que se establece la presión de alivio, el conjunto de la válvula de alivio auxiliar 19 se instala en la carcasa de bomba 3 ajustando a presión el cuerpo de válvula 20 en la carcasa de bomba 3.
Durante el funcionamiento de la válvula de alivio auxiliar, el líquido fluye desde la cámara de bombeo 10 y pasa a través del orificio 25 y alrededor de la bola 22. Una vez que el líquido pasa alrededor de la bola 22, el líquido pasa alrededor del asiento del resorte 23 y a través del orificio 26. Una vez que el líquido pasa a través del orificio 26 puede pasar después al lado de baja presión de la bomba aguas arriba de la válvula de control 5.
La figura 6 representa un conjunto de acople de salida 39 para su uso con una realización alternativa del conjunto de bomba. En la realización alternativa, la válvula de retención de salida 11 y la válvula de alivio de presión primaria 12 están sustituidas por el conjunto de acople de salida de la Figura 6. El conjunto de acople de salida 39 está en comunicación hidráulica con la cámara de bombeo 10 en un extremo y con la línea de alta presión 14 en el otro extremo. Una salida/asiento de alivio de presión 27 está fijado y obturado con el acople de salida 39 mediante un ajuste de interferencia. Una válvula de retención de salida 28 es cerrada contra el asiento de salida/alivio de presión 27 por un resorte de retención de salida 29 y es guiada por un tope de retención de salida 30.
Un resorte de alivio de presión 32 imparte una fuerza de carga elástica sobre el asiento de resorte 33, que carga elásticamente y obtura una bola de alivio de presión 31 contra la salida/asiento de alivio de presión 27. La copa de ajuste 34 se ajusta por interferencia en el extremo del conjunto de acople en comunicación hidráulica con el cámara de bombeo 10, apoyándose contra el resorte 32 hasta que se alcanza la presión de apertura deseada de la bola 31.
Durante el funcionamiento normal de la bomba, el flujo de combustible sigue las flechas hacia la derecha durante la fase de bombeo del ciclo operativo. Durante la fase de carga, la válvula de retención de salida 28 se cierra, evitando cualquier reflujo a través del acople hacia la cámara de bombeo 10. Si la presión en el sistema durante la fase de carga excede la fuerza de carga elástica proporcionada por el resorte de alivio de presión 32, la bola de alivio de presión 31 será forzada hacia la cámara de bombeo 10, permitiendo que el combustible fluya en la dirección de las flechas dirigidas hacia la izquierda, hacia la cámara de bombeo 10.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Una bomba de combustible que tiene una entrada de combustible de baja presión (40) y una cámara de bombeo de un solo pistón (10) para suministrar combustible a alta presión a través de una salida de bomba a un lado de entrada de un conducto común (16), que comprende: una válvula de control (5) para controlar la cantidad de combustible entregada por la bomba de combustible, una válvula de alivio de presión primaria (12) para proteger el sistema de alta presión del exceso de presión, que tiene un lado de entrada en comunicación hidráulica con el lado de entrada del conducto común (16) y un lado de salida lado en comunicación de fluido con la cámara de bombeo (10) y una válvula de alivio de presión auxiliar (19) que tiene:
a. un lado de entrada (35) en comunicación hidráulica directa con la cámara de bombeo (10) o en comunicación hidráulica con el lado de entrada del conducto común (16); y
b. un lado de salida (36) en comunicación de fluido directa con un paso de combustible (37) a la baja presión de la entrada de la bomba;
en donde la válvula de alivio de presión primaria (12) está ubicada en un acople (13) unido a la carcasa de la bomba (3) en la salida de la bomba y la válvula de alivio de presión auxiliar (19) está ubicada completamente dentro de la carcasa de la bomba (3); y
en donde el combustible presurizado en la cámara de bombeo de un solo pistón (10) se desplaza a través de una válvula de retención de salida (11) al conducto común (16).
2. La bomba de la reivindicación 1, en la que la válvula de alivio de presión primaria (12) tiene una presión de apertura estática (Pr1) que es menor que una presión de apertura estática (Pr2) de la válvula de alivio de presión auxiliar (19).
3. La bomba de la reivindicación 1 o 2, en la que la válvula de retención de salida (11) en comunicación hidráulica con una línea de combustible de alta presión (14) también está ubicada en el acople (13).
4. La bomba de la reivindicación 1 o 2, en la que la válvula de retención de salida (11) en comunicación hidráulica con una línea de combustible de alta presión (14) está contenida en un acople separado de la válvula de alivio de presión primaria (12) y tanto la válvula de retención de salida (11) como la válvula de alivio de presión primaria (12) están en comunicación hidráulica con una línea de combustible de alta presión (14).
5. La bomba de una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la bomba incluye una válvula de control (5) que permite que el combustible a baja presión desde la entrada de combustible (40) se desplace a la cámara de bombeo (10) durante una carrera de carga de la bomba, y el lado de salida (36) de la válvula auxiliar de alivio de presión (19) está en comunicación hidráulica directa con un anillo de alimentación de baja presión (38) o con un paso de baja presión aguas arriba de la válvula de control (5).
6. La bomba de la reivindicación 5, en la que una unidad de control electrónico (18) controla la salida de combustible a alta presión, la unidad de control electrónico (18) está configurada para abrir o cerrar la válvula de control (5) a través de un solenoide (6), al recibir una señal de salida procedente de un sensor de presión de conducto (17) en comunicación hidráulica con el conducto común (16).
7. La bomba de una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la válvula de alivio de presión auxiliar (19) está ubicada completamente dentro de la carcasa de la bomba (3) con el lado de entrada (35) de la válvula auxiliar (19) en comunicación de fluido directa con la cámara de bombeo (10).
8. La bomba de una de las reivindicaciones 1 a 7, en la que
la bomba incluye un acople de salida (39) que tiene un resorte de retención de salida (29) en un primer extremo que carga elásticamente una válvula de retención de salida (28) cerrada contra una salida/ asiento de alivio de presión (27) que encaja por interferencia dentro del acople de salida (39), apoyándose el resorte de control de salida en un tope de control de salida en un extremo axialmente opuesto a la válvula de control de salida (30), y un resorte de alivio de presión (32) en un segundo extremo del acople de salida (39) que carga elásticamente un asiento de resorte (33) y la presión bola de alivio (31) contra la salida/asiento de alivio de presión (27), estando el resorte de alivio de presión apoyado en una copa de ajuste (34) en un extremo axialmente opuesto al asiento del resorte (33) y la bola de alivio de presión (31); y
el primer extremo del acople de salida (39) está en comunicación hidráulica con la línea de combustible de alta presión (14), y el segundo extremo del acople de salida (39) está en comunicación hidráulica con la cámara de bombeo (10).
9. La bomba de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el lado de entrada (35) de la válvula auxiliar (19) está en comunicación de fluido directa con una línea de alta presión (14) en comunicación hidráulica con el lado de entrada del conducto común (16).
10. Método de protección contra sobrepresión en una bomba de combustible, teniendo la bomba de combustible una entrada de combustible de baja presión (40), una cámara de bombeo de un solo pistón (10); una válvula de control (5) que permite que el combustible de baja presión fluya desde la entrada de combustible (40) a la cámara de bombeo (10) durante una carrera de carga del pistón (8), una salida de la bomba para descargar el combustible a alta presión de la cámara de bombeo (10) durante una carrera de bombeo del pistón (8) a un conducto común (16), en donde el combustible presurizado en la cámara de bombeo de un solo pistón (10) viaja a través de una válvula de retención de salida (11) al conducto común (16); una válvula de alivio de presión primaria (12) para proteger el sistema de alta presión del exceso de presión que tiene un lado de entrada en comunicación hidráulica con el conducto común (16) y un lado de salida en comunicación de fluido con la cámara de bombeo (10); una válvula de alivio de presión auxiliar (19) ubicada completamente dentro de la carcasa de bomba (3) con un lado de entrada en comunicación hidráulica directa con la cámara de bombeo (10) o con un lado de entrada en comunicación hidráulica con el lado de entrada del conducto común (16) un lado de salida en comunicación hidráulica directa con un paso de baja presión (37) aguas arriba de la válvula de control (5); comprendiendo el método:
cuando la presión en el conducto común (16) excede un primer límite (Pr1), abrir la válvula de alivio primaria (12), haciendo fluir el combustible en una dirección desde el conducto común (16), a través de la válvula de alivio de presión primaria (12) y hacia la cámara de bombeo (10); y
cuando la presión (Pch) en la cámara de bombeo supera un segundo límite (Pr2), abrir la válvula auxiliar de alivio de presión (19), haciendo fluir combustible desde la cámara de bombeo (10) al paso de baja presión (37) aguas arriba de la válvula de control (5) durante la carrera de bombeo.
11. El método de la reivindicación 10, en el que
en la válvula de alivio de presión primaria (12) la presión de apertura estática (Pr1) es menor que la presión de apertura estática de la válvula de alivio de presión auxiliar (19) (Pr2);
el flujo de combustible hacia la cámara de bombeo (10) comienza cuando la válvula de alivio primaria (12) se abre durante la carrera de carga del pistón (8); y
el flujo de combustible desde la cámara de bombeo (10) comienza cuando la válvula de alivio auxiliar (19) se abre durante la carrera de bombeo del pistón (8).
12. El método de la reivindicación 10 u 11, en el que un circuito de retroalimentación cerrado que comprende una unidad de control electrónico (18) controla la presión en el conducto común (16) mediante el control de la salida de combustible de alta presión, comprendiendo el método además un sensor de presión del conducto (17) que detectar una presión en el conducto común (16) y enviar una señal de salida a la unidad de control electrónico (18), después de que la señal de salida procedente del sensor de presión del conducto (17) sea recibida por la unidad de control electrónico (18) que controla un solenoide (6) para abrir o cerrar la válvula de control de salida (5).
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