ES3035007T3 - Valve of a fuel injector - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una válvula de un inyector de combustible para desconectar selectivamente una región de alta presión de una región de baja presión de un combustible, que comprende una abertura en una placa de asiento, una armadura que está diseñada para cerrar la abertura de la placa de asiento, un elemento de resorte que preesfuerza la armadura en la dirección de una posición que cierra la abertura y un electroimán para elevar la armadura desde la posición que cierra la abertura a una posición que libera la abertura, caracterizada por un elemento de amortiguación elásticamente comprimible para limitar una carrera de la armadura en el caso de que la armadura se levante de la placa de asiento a la posición de liberación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Válvula de un inyector de combustible

La presente invención hace referencia a una válvula de un inyector de combustible. Los inyectores de combustible, que también se denominan boquillas de inyección, son un componente esencial de todo motor de combustión interna, ya que mediante estos la cantidad requerida del combustible que se quema se conduce a la cámara de combustión. Para una combustión limpia es muy importante mantener una apertura y un cierre del inyector lo más rápido posibles durante toda la vida útil de un inyector, para poder suministrar continuamente una cantidad exacta de un combustible.

Para el experto es conocido el hecho de que para un pasaje desde un estado cerrado a un estado abierto del inyector se encuentra presente una válvula que separa un área de alta presión del combustible de un área con baja presión. Si las áreas se conectan una con otra, al pasar la válvula a su posición abierta, esto conduce a proceso de inyección de combustible a través del inyector, mediante una cadena de acción hidráulicomecánica.

Según el estado de la técnica, habitualmente se utiliza una electroválvula. En estado cerrado, a una parte de la armadura magnetizable, guiada en una guía, mediante un elemento elástico, se aplica una fuerza de pretensión que presiona la armadura en dirección axial, lejos del imán, hasta una placa de asiento que presenta una abertura. Debido a la presión de la armadura hacia la placa de asiento, la armadura cierra la abertura, de modo que se cierra una conexión del área de alta presión y el área de baja presión del combustible, que se extiende a través de la abertura. Habitualmente, esto se logra debido a que una placa de estanqueidad de la armadura, orientada hacia la placa de asiento, cierra la abertura en la placa de asiento, de modo que el área que se encuentra bajo alta presión está separada de un área con baja presión. El área que se encuentra bajo alta presión corresponde en este caso a la presión del sistema con la que el combustible se inyecta a la cámara de combustión. El área con presión más reducida corresponde en este caso a la presión del depósito o también a la presión ambiente.

En un estado abierto, se libera la conexión entre el área de alta presión y el área de baja presión, mediante la abertura en la placa de asiento, mediante un movimiento axial de la armadura en dirección del imán, de manera que combustible puede circular desde el área de alta presión al área de baja presión. Mediante la cadena de acción hidráulico-mecánica ya brevemente mencionada se libera al menos una entrada de combustible desde el inyector hacia la cámara de combustión, de modo que ingresa combustible a la cámara de combustión.

Al elevarse la armadura desde el estado cerrado al estado abierto, según el estado de la técnica, es habitual que la armadura tope contra una superficie de tope del imán, rebotando contra la superficie de tope, lo que provoca un gran desgaste de la armadura. El rebote también es desventajoso debido a que el rebote afecta en alto grado los tiempos de conmutación de la armadura.

En la solicitud US2014/0367595 A1 se muestra una válvula para controlar una mezcla de combustible-gas, que presenta una pluralidad de elementos de amortiguación formados de manera asimétrica y distanciados radialmente del eje central de una armadura.

En la solicitud EP 1970557 A2 se describe una válvula para inyectores de combustible, en la que un elemento de válvula está conectado de forma fija a una armadura, donde la válvula se encuentra en un estado abierto cuando la armadura o el elemento de válvula se encuentra en una posición intermedia, en la que la armadura es repelida completamente por un electroimán o aún está completamente atraída.

En la solicitud WO 2017/158788 se describe una electroválvula, en la que para reducir un ruido de impacto de una armadura de metal, la misma está provista de un cuerpo grueso elástico de goma.

Por consiguiente, el objeto de la presente invención consiste en reducir a un mínimo el rebote de la armadura al topar la armadura contra el imán, de manera que puedan moderarse o superarse las desventajas asociadas a ello.

Esto se logra con la ayuda de una válvula de un inyector de combustible que presenta todas las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican configuraciones ventajosas de esa válvula.

Según la invención, la válvula de un inyector de combustible para la separación selectiva de un área de alta presión de un área de baja presión de un combustible comprende una abertura en una placa de asiento, una armadura que está diseñada para cerrar la abertura de la placa de asiento, un elemento de resorte que pretensa la armadura en dirección de una posición que cierra la abertura y un electroimán para elevar la armadura desde la posición que cierra la abertura a una posición que libera la abertura. La válvula según la invención se caracteriza porque además comprende un elemento de amortiguación elásticamente compresible para limitar una carrera de la armadura al elevarse la armadura desde la placa de asiento a la posición de liberación.

Ese elemento de amortiguación elásticamente compresible, por tanto, al activarse el imán y en el caso de una atracción de la armadura, resultante de ello, apartándose de la abertura, amortigua el movimiento de la armadura, de manera que se impide o atenúa el rebote entre el imán y la armadura.

Es ventajoso aquí que el elemento de amortiguación sea un elemento de amortiguación elástico flexible. Como se muestra posteriormente mediante la descripción de las figuras, una realización elástica flexible del elemento de amortiguación, con respecto al movimiento de vibración oscilante de la armadura que se produce al dar contra el elemento de amortiguación, en el caso de una fuerza de atracción magnética continua, apartándose de la abertura, es particularmente muy adecuada para suprimir la vibración oscilante.

Según una modificación opcional de la presente invención, la rigidez del elemento de amortiguación es menor que la rigidez de la armadura.

Además, según la invención puede preverse que el elemento de amortiguación sea un pin de amortiguación con una forma esencialmente cilíndrica, que preferentemente, entre sus dos superficies frontales, posee una reducción de la sección transversal. Una de las dos superficies frontales está diseñada para utilizarse como superficie de tope para la armadura. Con las otras dos superficies frontales puede preverse que el pin esté dispuesto en una escotadura del imán. La reducción de la sección transversal puede representar una ranura circunferencial alrededor de la circunferencia externa del pin, que preferentemente se extiende por completo alrededor de la circunferencia externa. Para una durabilidad mejorada puede preverse que la ranura circunferencial, observado en la sección transversal, presente una forma de arco que está realizada redondeada en las transiciones de la ranura.

Según la invención, el elemento de amortiguación, en su superficie de contacto con la armadura, presenta una sección esférica para reducir a un mínimo una superficie de contacto con la armadura.

Debido a esto, por una parte, se produce una superficie de contacto reducida con la armadura, lo que es deseable con respecto a una fuerza de remanencia del imán lo más reducida posible.

Es ventajoso que el flujo magnético sobre la superficie de contacto sea lo más reducido posible. Por otra parte, mediante la superficie de contacto esférica, de manera ventajosa, se logra que, en el caso de una posición torcida del elemento de amortiguación, entre el elemento de amortiguación y la armadura actúe siempre la misma superficie de contacto.

Además, puede preverse que los polos del electroimán y un lado frontal del elemento de amortiguación que toca la armadura, en un estado distendido del elemento de amortiguación, se sitúen en un plano en común. Expresado de otro modo, por tanto, las secciones del extremo de los polos, orientadas hacia la armadura, así como el lado frontal del elemento de amortiguación que toca la armadura, están dispuestos en un plano en común cuando la armadura se encuentra en su estado distendido y no es atraída por el imán.

Según un perfeccionamiento de la invención, el elemento de amortiguación está realizado separado de una carcasa de un inyector de combustible. De este modo, puede preverse que el elemento de amortiguación se monte y se mantenga posicionado mediante un ajuste con apriete. El ajuste con apriete, por ejemplo, puede implementarse proporcionando en el imán una escotadura en la que se aloja el elemento de amortiguación.

Además, según la invención puede preverse que la fuerza de pretensión del elemento de resorte pueda regularse, preferentemente mediante arandelas de ajuste, para modificar la posición del elemento de resorte con respecto al elemento de amortiguación y/o a la armadura. De este modo, la fuerza de pretensión de resorte puede regularse con exactitud, y esto también en caso de estar presente una desviación no deseada de la fuerza elástica, del valor de fuerza elástico previsto.

Según un perfeccionamiento de la invención, el lado frontal del elemento de amortiguación, apartado de la armadura, está realizado como un asiento plano. En este caso puede preverse que el asiento plano esté dispuesto en el imán.

Según una modificación opcional de la presente invención, la armadura presenta una elevación en su superficie orientada hacia el elemento de amortiguación, con la que la armadura da contra el elemento de amortiguación. De este modo, por ese motivo, eventualmente en el estado atraído, por tanto, cuando el imán está activo y la armadura se encuentra en la posición de liberación, puede estar proporcionada una distancia entre los núcleos polares del imán y un lado frontal de la armadura no provisto de una elevación. Esto impide el contacto entre la armadura y el imán.

Además, la armadura puede estar realizada de varias piezas, de manera que la misma comprende una parte de armadura y una parte de asiento, o se compone de esas partes.

Según otra realización preferente de la invención, el elemento de resorte es un resorte helicoidal que preferentemente se extiende en forma de una espiral alrededor del elemento de amortiguación, así como se enrosca en forma de una espiral alrededor del elemento de amortiguación. El elemento de amortiguación, por tanto, está alojado parcialmente o por completo en el espacio delimitado por la forma en espiral del elemento de resorte.

Además, según la invención se prevé que la armadura, al pasar desde la posición que cierra la abertura a la posición que libera la abertura, entre en contacto solamente con el elemento de amortiguación. Naturalmente, la armadura, en un estado aún estanco con un una superficie de estanqueidad, toca la placa de asiento y también el elemento de resorte, que ejerce una fuerza elástica que actúa en dirección de la abertura. Sin embargo, no se produce ningún contacto directo entre el imán o una superficie de tope formada por el imán.

Además, puede preverse que la estructura de la válvula presente simetría rotacional con respecto a un eje de rotación que es idéntico a un eje de rotación del elemento de amortiguación.

Además, la presente invención hace referencia a un inyector de combustible con una válvula según una de las variantes antes indicadas, en particular a un inyector de combustible para diesel.

Con la ayuda de la invención antes descrita es posible reducir el rebote de la armadura al topar la armadura contra el imán y, debido a ello, es posible alcanzar una regulación más estable de la cantidad de inyección. Además, el rebote de la armadura más reducido permite la regulación de una carrera de la armadura más reducida, de modo que la armadura, al dar contra el elemento de amortiguación, posee menos impulso, por lo que nuevamente puede moderarse el problema del rebote de la armadura. Como resultado, esos efectos positivos conducen a que pueda alcanzarse una dispersión menor de la cantidad de inyección entre los distintos inyectores, como también entre distintos procesos de inyección de un inyector. Por último, con la ayuda de la presente invención es posible acelerar los tiempos de desconexión de la electroválvula debido a la fuerza de remanencia entre la armadura y el contacto en el elemento de amortiguación. Esto sucede porque debido a una superficie de contacto reducida entre el elemento de amortiguación y la armadura se extiende un flujo magnético menor por el elemento de amortiguación, que lo que sucedería en el caso de una superficie de contacto más grande, como se encuentra habitualmente en el estado de la técnica.

Mediante la siguiente descripción de las figuras se aprecian otras características, particularidades y ventajas de la invención. Muestran:

Figura 1: una vista de una mitad de sección de la válvula según la invención,

Figura 2: un diagrama de fuerza al pasar la armadura entre sus dos posiciones, y

Figura 3: una representación de la carrera de la armadura en función de distintas elasticidades del elemento de amortiguación.

La figura 1 muestra una vista de una mitad de sección de la válvula 1 según la invención. La placa de asiento 3, que separa el área de alta presión (en el lado inferior) de un área de baja presión (en el lado superior), presenta una abertura 2 que puede conectar una con otra un área de alta presión y un área de baja presión de combustible. Esa abertura 2 está cerrada por una armadura 4 que, con su superficie de estanqueidad 15, hermetiza la abertura 2 en su estado cerrado. La armadura 4 puede elevarse desde esa posición cuando se activa el imán 6, y, así aleja la armadura 4 de la abertura 2. En un estado desactivado del imán 6, un resorte helicoidal 5 se encarga de que la armadura 4, con su superficie de estanqueidad 15, se presione contra la abertura 2. El imán 6 presenta una bobina 61, así como un revestimiento de la bobina 62, de manera que mediante una circulación de corriente a través de la bobina 61 puede generarse una fuerza magnética. En el espacio delimitado por el resorte helicoidal 5 está dispuesto un elemento de amortiguación 7 que corresponde a un pin de amortiguación en la representación mostrada. Ese pin de amortiguación 7 posee un primer lado frontal 8 que está orientado hacia la armadura 4. En este caso, el lado frontal 8 está redondeado, así como corresponde a una sección de una esfera, de modo que al dar la armadura 4 contra el elemento de amortiguación 7 sólo se produce un área de contacto lo menor posible entre la armadura 4 y el elemento de amortiguación 7. Además, se aprecia que el elemento de amortiguación 7 presente una escotadura 14 en su circunferencia que procura una rigidez más reducida y, con ello, una cierta elasticidad del elemento de amortiguación 7. Esa escotadura 14, en este caso, puede estar proporcionada redondeada, como puede apreciarse en el símbolo de referencia 12. El elemento de amortiguación 7 puede sostenerse en el imán 6 mediante un ajuste con apriete. Además, para regular la fuerza de pretensión del elemento de resorte 5 puede estar proporcionada una arandela de ajuste 11 , con la que el resorte, en su posición, puede desplazarse en dirección axial.

De este modo, la armadura 4 puede presentar una elevación 13 con la que la armadura 4 da contra la superficie de contacto 8 del elemento de amortiguación 7.

Para que la armadura sea guiada durante un pasaje desde su posición de estanqueidad a la posición que libera la abertura 2, está proporcionada una guía de armadura 16. Un anillo espaciador 17 protege la armadura 4 desde la carcasa 10 de un inyector de combustible. Los polos magnéticos del imán 6 están identificados con el símbolo de referencia 9.

El eje de simetría 13 muestra que la válvula 1 está estructurada con simetría especular y/o simetría rotacional.

En un estado cerrado, a una parte magnetizable, guiada en la guía de armadura 16, aquí de la armadura 4, mediante el elemento de resorte 5, se aplica una fuerza que puede definirse mediante la arandela de ajuste 11, de la fuerza de pretensión, que cierra la armadura 4 en dirección axial, lejos del imán 6, hacia una parte de estanqueidad de la placa de asiento 3. Del modo indicado, la placa de asiento 3 separa un área de alta presión de un área de baja presión del combustible.

En un estado abierto, se libera la conexión entre el área de alta presión y el área de baja presión, mediante la abertura 2 en la placa de asiento 3, mediante un movimiento axial de la armadura 4 en dirección del imán 6, de manera que combustible puede circular desde el área de alta presión dispuesta abajo en la Figura 1, al área de baja presión que está dispuesta por encima de la placa de asiento 3 en la Figura 1. Mediante una cadena de acción hidráulico-mecánica se libera al menos una entrada de combustible desde el inyector hacia la cámara de combustión, y se suministra combustible a la cámara de combustión.

Para la apertura de la electroválvula 1, por tanto, para el pasaje entre un estado cerrado a uno abierto, mediante una fuente de tensión se genera corriente que circula por las espiras de la bobina 61. Las espiras de la bobina 61 están rodeadas por un revestimiento de bobina 62 que, a su vez, está rodeado radialmente hacia el interior y el exterior por un núcleo ferromagnético 6 que se utiliza para reforzar el campo magnético inducido por la corriente en la bobina 61.

Debido al campo magnético, una fuerza actúa entre el polo magnético 9 del imán 6 y la armadura 4. En el caso de una señal de corriente suficientemente fuerte y una duración de control suficientemente prolongada, la fuerza magnética de atracción entre el polo magnético 9 y la armadura 4 supera la fuerza de pretensión opuesta del resorte 5. Como resultado, la armadura es atraída entonces en dirección del imán 6, en dirección axial, de manera que se libera la abertura 2 en la placa de asiento 3.

La armadura 4 se acelera siempre de forma continua debido a la fuerza magnética de atracción que aumenta al reducirse la distancia, hasta que la armadura 4 topa contra el elemento de amortiguación 7. De este modo, la armadura 4 da contra una superficie de contacto 8 del elemento de amortiguación 7, que anteriormente está diseñado mediante un pin.

El pin de amortiguación 7 actúa como un resorte muy duro, pero en comparación con la armadura 4 posee una rigidez comparativamente reducida. De este modo, puede preverse que la rigidez del pin de amortiguación, así como del elemento de amortiguación, sea menor que el 70 %, preferentemente menor que el 50 % y de modo más preferente menor que el 30 % de la rigidez de la armadura 4. El pin de amortiguación 7 frena completamente la armadura 4, donde el pin de amortiguación 7 se comprime elásticamente. De este modo, exceptuando el contacto entre la armadura 4 y el pin 7, no se produce ningún otro contacto mecánico entre la armadura 4 y el imán 6.

Después de una compresión máxima del pin 7, la fuerza de recuperación del resorte 5, así como del pin 7, provoca un alargamiento del pin 7 en dirección de la abertura 2 de la placa de asiento 3. En un proceso oscilante, una deformación del pin 7 se regula a un grado en el que la suma de las fuerzas que actúan sobre la armadura 4 (la fuerza magnética de atracción y la fuerza de recuperación de repulsión mediante el resorte 5 y la deformación del pin) se cancelan mutuamente en el equilibrio de fuerzas.

Con una desconexión de la fuente de tensión se reducen nuevamente la corriente eléctrica, así como el campo magnético. La fuerza magnética que atrae la armadura 4 disminuye muy rápido debido a ello y ya no puede superar la fuerza de recuperación del resorte. A continuación, la armadura es presionada por el resorte 5 de regreso al estado cerrado, de manera que se cierra la abertura 2 en la placa de asiento 3 mediante la armadura 4, y el espacio de alta presión (por debajo de la placa de asiento 3) nuevamente está separado del espacio de baja presión (por encima de la placa de asiento 3), de modo que mediante la cadena de acción hidráulicomecánica se cierran nuevamente una o varias entradas de combustible desde el inyector hacia la cámara de combustión y ya no se introduce combustible en la cámara de combustión.

Como se muestra en la Figura 2, la realización del tope de la armadura 4 en el elemento de amortiguación 7, que está diseñado de forma relativamente elástica flexible, conduce a un comportamiento muy ventajoso de la armadura 4. Si la armadura 4 da contra el elemento de amortiguación 7, el mismo sólo vibra con una amplitud de vibración muy reducida por un periodo previsible.

La Figura 3 muestra ese comportamiento de vibración de la armadura mediante la carrera de la armadura h en comparación con distintas elasticidades del elemento de amortiguación 7. Con una línea continua se muestra una elasticidad dura, mientras que en la realización discontinua está representada una elasticidad flexible del elemento de amortiguación 7. Puede apreciarse que la amplitud de vibración de la realización elástica flexible Ahwe es menor que la realización elástica dura Ahhe. Esto se debe a que la deformación del elemento de amortiguación 7 al rebotar la armadura conduce a que la distancia entre el imán 6 y la armadura 4 primero se reduzca a una distancia que es menor que aquella distancia que se regularía en el equilibrio de fuerzas estático. Esto conduce a que la fuerza magnética FMág que atrae la armadura 4, entre la armadura 4 y el imán 6, aumente de manera sobreproporcional en comparación con una fuerza de recuperación FRecup que aumenta de forma lineal, causada por el resorte y el elemento de amortiguación 7. El aumento de fuerza sobreproporcional atenúa en alto grado el efecto de recuperación del elemento de amortiguación 7, de manera que se reduce el rebote de la armadura al topar contra el imán.

Esto está representado gráficamente en la Figura 2, en donde la línea continua representa la magnitud de la fuerza magnética FMág y la línea discontinua la magnitud de la fuerza de recuperación FRecup. Si la armadura 4 ahora, por ejemplo, en una realización con un elemento de amortiguación elástico duro, debido a la fuerza magnética, sólo es atraída hasta la distancia xai, entonces la fuerza magnética Fai resultante es menor que aquella fuerza magnética F<a>2 que se alcanza en el caso de una atracción de la armadura 4 hasta la posición<xa>2, que resulta en el caso de una realización del elemento de amortiguación elástico flexible.

Sin embargo, puesto que en la realización con un elemento de amortiguación elástico flexible, en conjunto actúa sobre la armadura 4 una fuerza más intensa que lo que sucedería en el caso de una realización elástica dura, el comportamiento de vibración de la armadura 4, que continúa hasta que haya sido adoptado un equilibrio de fuerza estático, se reduce notablemente. Debido a esto puede alcanzarse una regulación más estable de la cantidad de inyección, lo que en conjunto conduce a una mejora de un inyector de combustible.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Válvula (1) de un inyector de combustible para la separación selectiva de un área de alta presión de un área de baja presión de un combustible, que comprende:

una abertura (2) en una placa de asiento (3),

una armadura (4) que está diseñada para cerrar la abertura (2) de la placa de asiento (3), un elemento de resorte (5) que pretensa la armadura (4) en dirección de una posición que cierra la abertura (2),

un electroimán (6) para elevar la armadura (4) desde la posición que cierra la abertura (2) a una posición que libera la abertura (2), y

un elemento de amortiguación (7) elásticamente compresible para limitar una carrera de la armadura al elevarse la armadura (4) desde la placa de asiento (3) a la posición de liberación,

caracterizada porque

el elemento de amortiguación (7), en su superficie de contacto con la armadura (4), presenta una sección esférica (8) para reducir a un mínimo una superficie de contacto con la armadura (4), y

la armadura (4), al pasar desde la posición que cierra la abertura (2) a la posición que libera la abertura (2), en la que la armadura (4) está completamente frenada por el elemento de amortiguación (7), exceptuando el contacto con el elemento de amortiguación (7), no tiene otro contacto mecánico con el electroimán (6) o una superficie de tope formada por el electroimán.

2. Válvula (1) según la reivindicación 1, donde el elemento de amortiguación (7) es un elemento de amortiguación (7) elástico flexible.

3. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde la rigidez del elemento de amortiguación (7) es menor que la rigidez de la armadura (4).

4. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde el elemento de amortiguación (7) es un pin de amortiguación con una forma esencialmente cilindrica, que preferentemente, entre sus dos superficies frontales, posee una reducción de la sección transversal (12).

5. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde los polos (9) del electroimán (6) y un lado frontal del elemento de amortiguación (7) que toca la armadura (4), en un estado distendido del elemento de amortiguación (7), se sitúan en un plano en común.

6. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde el elemento de amortiguación (7) está realizado separado de una carcasa (10) de un inyector de combustible.

7. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde la fuerza de pretensión del elemento de resorte (5) puede regularse, preferentemente mediante arandelas de ajuste (11), para modificar la posición del elemento de resorte (5) con respecto al elemento de amortiguación (7) y/o a la armadura (4).

8. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde el lado frontal del elemento de amortiguación (7), apartado de la armadura (4), está realizado como un asiento plano.

9. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde la armadura (4) presenta una elevación (13) en su superficie orientada hacia el elemento de amortiguación (7), con la que la armadura (4) da contra el elemento de amortiguación (7).

10. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde la armadura (4) está realizada de varias piezas, y comprende una parte de armadura y una parte de asiento, o se compone de esas partes.

11. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde el elemento de resorte (5) es un resorte helicoidal que se extiende en forma de una espiral alrededor del elemento de amortiguación (7).

12. Válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde la estructura de la válvula (1) presenta simetría rotacional con respecto a un eje de rotación (13) que es idéntico a un eje de rotación del elemento de amortiguación (7).

13. Inyector de combustible con una válvula (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en particular un inyector de combustible para diesel.