IT9053352U1

IT9053352U1 - Perfezionamenti al sistema di otturatore per alta pressione in una val vola pilota di un iniettore elettromagnetico per sistemi di iniezione del combustibile di motori a combustione interna

Info

Publication number: IT9053352U1
Application number: IT053352U
Authority: IT
Inventors: Matthaeis Sisto Luigi De; Mario Ricco
Original assignee: Elasis Sist Ricerca Fita Nel Mez Zogiorno Soc C
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1992-05-01
Also published as: IT220660Z2; JP3094116B2; JPH05133296A; US5244150A; DE69108673T2; EP0484804A1; IT9053352V0; ES2073644T3; EP0484804B1; DE69108673D1

Description

D E S C R I Z I O N E

La presente innovazione si riferisce ad un iniettore elettromagnetico per sistemi di iniezione di combustibile di motori a combustione interna.

Normalmente questi iniettori comprendono un corpo avente un ugello, il quale viene aperto per iniettare il combustibile, azionando una valvola pilota che mette in comunicazione una camera di controllo dell'ugello con un condotto di scarico. La camera è normalmente tenuta in pressione dal combustibile per tenere chiuso l'ugello, tramite un otturatore. L'apertura della valvola pilota, riducendo la pressione nella camera, fa spostare l'otturatore aprendo l'ugello.

Negli iniettori noti, la valvola pilota è normalmente costituita da una sfera, che collabora con una sede conica disposta in corrispondenza di un foro di comunicazione della camera di controllo con il condotto di scarico.

Questo tipo di valvola pilota presenta numerosi inconvenienti. Innanzi tutto il contatto tra la sfera e la sede conica avviene lungo un circonferenza di contatto, per cui, per assicurare una certa tenuta, sia la sfera che la sede devono essere lavorate con estrema precisione, rendendo l'iniettore relativamente costoso. Inoltre, a causa delle notevoli pressioni in gioco, tale accoppiamento è sempre soggetto a un certo trafilamento di combustibile dovuto alla limitata profondità della superficie di contatto tra sfera e superficie conica.

Infine, a causa dell'usura, la sfera tende a scavare un solco sulla superficie conica, creandosi un'impronta o nicchia. Viene così variata la superficie della sfera esposta alla pressione del combustibile e quindi la forza di spinta della sfera verso l'usuale molla di richiamo, per cui peggiora il funzionamento dell 'iniettore.

Scopo dell'innovazione è quello di realizzare un iniettore elettromagnetico avente una valvola pilota della massima semplicità e tale da eliminare gli inconvenienti sopra elencati per gli iniettori noti.

Questo scopo viene raggiunto con 1'iniettore elettromagnetico secondo l'innovazione, il quale comprende un corpo cavo munito di un ugello normalmente chiuso ed atto ad essere aperto per l'iniezione del combustibile nel motore, un organo fissato in detto corpo cavo e formato con una camera di controllo, e una valvola pilota comprendente un foro di comunicazione tra detta camera e un condotto di scarico, e un otturatore controllato da un'ancora di un elettromagnete per aprire detto ugello, detta camera essendo normalmente in comunicazione con il combustibile in pressione, ed è caratterizzato dal fatto che detto foro sbocca su una superficie piana di detto organo, detto otturatore essendo costituito da un elemento a pastiglia avente una faccia piana atta a combaciare con detta superficie, detta ancora portando un attuatore atto ad impegnare la faccia opposta di detto elemento a pastiglia con uno spostamento sostanzialmente perpendicolare a detta superficie .

Per una migliore comprensione dell'innovazione vengono qui descritte alcune forme preferite di realizzazione dell'iniettore, fatte a titolo esemplificativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

Figura 1 è una vista parzialmente sezionata di un iniettore elettromagnetico secondo una prima forma di esecuzione dell'innovazione;

Figura 2 è una sezione della valvola pilota dell' iniettore di Figura 1, in scala ingrandita;

Figura 3 è una sezione della valvola pilota dell'iniettore secondo un'altra forma di esecuzione dell 'innovazione ;

Figura 4 è una sezione della valvola pilota dell'iniettore secondo un'ulteriore forma di esecuzione dell·'innovazione;

Figura 5 è una sezione della valvola pilota dell'iniettore secondo una quarta forma di esecuzione dell 'innovazione;

Figura 6 è una vista in pianta di una variante di un dettaglio delle Figure 3 e 5, in scala ulteriormente ingrandita .

Con riferimento alla Figura 1, con 10 è genericamente indicato un iniettore per sistemi di iniezione del combustibile di motori a combustione interna, il quale comprende un corpo cavo 11 avente una forma esterna affusolata. Il corpo 11 è munito inferiormente di un ugello di iniezione 12, il quale è in comunicazione con l'usuale camera di alta pressione (ad esempio fino a 1500 bar), non visibile nei disegni.

Come è noto, la camera di alta pressione viene alimentata da un condotto di ingresso 13 del combustibile in pressione, tramite una camera anulare 14 e un condotto interno non visibile nei disegni. Dal condotto 13 il combustibile arriva a pressione elevata, alimentato da una pompa di alta pressione (ad esempio fino a 1500 bar).

Il corpo 11 è inoltre munito internamente di una bussola 15 avente una cavità cilindrica assiale 16, in cui è scorrevole assialmente un'asta 17, la quale è spinta in basso da una molla a spirale, coassiale con l'asta 17. Questa si prolunga verso il basso e termina inferiormente con una punta atta ad impegnare una sede interna dell'ugello 12, per cui ha la funzione di otturatore per l'ugello 12.

L'asta 17 viene controllata da una valvola pilota, genericamente indicata con 19, la quale è comandata da un elettromagnete 20. Questo è portato da una bussola 21 fissata sul corpo 11 mediante una ghiera 22. Sulla bussola 21 è fissato un cappellotto 23 di chiusura superiore del corpo 11.

L'elettromagnete 20 comprende un nucleo magnetico 24, in cui è alloggiata una bobina elettrica 25, alimentata attraverso un collegamento elettrico portato da un'appendice 26 del cappellotto 23. L'elettromagnete 20 comprende inoltre un'ancora magnetica in forma di un disco 28, il quale è alloggiato in una porzione cilindrica 29 della parete interna della bussola 21.

Il disco 28 è fissato su un stelo 31 inserito in un foro assiale 32 del nucleo 24. Il foro 32 è in comunicazione in modo noto con un condotto 33 di scarico del combustibile, il quale attraversa il cappellotto 23 ed è collegato al serbatoio del combustibile.

Nel foro 32 è inoltre alloggiata una molla elicoidale di compressione 34, che spinge verso il basso il disco 28. Questo è munito di un'apertura radiale 36 in comunicazione con il foro assiale 32, ed è solidale inferiormente con un attuatore per la valvola pilota 19, costituito da un gambo 37.

La valvola pilota 19 comprende un organo, o corpo valvolare 38 di forma sostanzialmente cilindrica, il quale è alloggiato in un vano 39, che si estende superiormente alla camera anulare 14. Il corpo 38 è munito inferiormente di uno spailamento 41 inserito a tenuta in una sede dell'estremità superiore della bussola 15.

Superiormente il corpo 38 è munito di una flangia 42 appoggiata contro uno spallamento 43 del corpo 11. Un secondo spallamento 44 del corpo 38 è atto ad alloggiare una guarnizione di tenuta 46, per chiudere a tenuta verso l'alto la camera anulare 14.

Il corpo 38 è formato con una camera di controllo 47, la quale è cilindrica e coassiale con il corpo 38 e comunica inferiormente con la cavità 16. Inoltre la camera 47 comunica, tramite un foro radiale 48, con la camera anulare 14, per cui essa è atta a ricevere il combustibile in pressione dal condotto 13. Infine la camera 47 è in comunicazione con l'esterno verso l'alto, attraverso un foro assiale calibrato 49.

La flangia 42 del corpo 38 è solidale con un organo a campana 51, il quale viene fissato al corpo cavo 11 mediante una ghiera filettata 52 avvitata in una sede filettata 53 (Figura 2) del corpo 11. L'organo 51 comprende un manicotto 54, il quale forma con la superficie interna della ghiera 52 una camera anulare 56. La superficie interna del manicotto 54 costituisce una guida di precisione per il gambo di azionamento 37 della valvola 19.

L'organo a campana 51 comprende inoltre un anello 57 che abbraccia la flangia 42 del corpo 38, in modo tale che l'organo 51 tenga il manicotto 54 centrato rispetto al corpo 38. Infine l'organo 51 comprende una flangia 58 avente una porzione anulare piana 59, la quale viene tenuta dalla ghiera 52 in impegno con una porzione piana anulare 61 della flangia 42.

La superficie superiore della flangia 42 comprende una depressione 62, la quale forma, con un'analoga depressione 63 della flangia 58, una camera anulare 64. Questa comunica con la camera anulare 56 mediante due o più fori inclinati 65, che attraversano la flangia 58.

Un'ulteriore depressione centrale 66 della flangia 58 è atta ad alloggiare un otturatore 67 della valvola 19, il quale viene controllato dal gambo 37 per aprire e chiudere il foro 49.

Il funzionamento dell'iniettore è il seguente.

Normalmente l'elettromagnete 21 è diseccitato e la molla 34 tiene il disco 28 distanziato dal nucleo 24, come in Figura 1. Il gambo 37 tiene allora in basso l'otturatore 67 che chiude il foro 49. La pressione del combustibile nella camera di controllo 47, attraverso la cavità 16 contribuisce allora alla spinta verso il basso l'asta 17 operata dalla rispettiva molla, per cui l'estremità inferiore dell'asta 17 tiene chiuso l'ugello 12.

Quando si eccita l'elettromagnete 20, il disco 28 si sposta verso l'alto, per cui il gambo 37 libera l'otturatore 67. La pressione del combustibile nella camera 47 spinge ora l'otturatore 67 verso l'alto, per cui il combustibile, attraverso il foro 49, passa nella camera anulare 64 (ved. anche Figura 2). Da questa camera 64 il combustibile passa, attraverso i fori inclinati 65, nella camera anulare 53 e quindi si avvia verso il condotto di scarico 33.

La riduzione della pressione nella camera di controllo 47 consente ora all'asta 17 di spostarsi verso l'alto, per effetto della pressione del combustibile nella camera di pressione. L'estremità inferiore dell'asta 17 apre così l'ugello 12, per cui si effettua l'iniezione del combustibile nel cilindro del motore.

Quando cessa l'eccitazione dell'elettromagnete 20, la molla 34 spinge il disco 28 di nuovo verso il basso, per cui il gambo 37 riporta l'otturatore 67 in posizione di chiusura del foro 49. La camera di controllo 47 ritorna così in pressione, per cui anche l'asta 17 ritorna in posizione bassa di chiusura dell'ugello 12.

Come è noto, l'azionamento della valvola pilota 19 è molto delicato, sia come temporizzazione del comando, sia come velocità di risposta di tale valvola al comando. La corsa dell'ancora 28, e quindi dell'otturatore 67, è dell'ordine del decimo di millimetri, e quindi piccolissima. Inoltre la tenuta dell'otturatore 67 sul foro 49 è sempre problematica.

Secondo una caratteristica dell'innovazione, il foro 49 sbocca su una superficie 68 (Figure 2-5) della flangia 42, la quale è perfettamente piana. Tale superficie 68 è inoltre perpendicolare all'asse del manicotto 58 e del gambo 37 e quindi perpendicolare alla direzione di spostamento di quest'ultimo. A sua volta l'otturatore 67 è formato da un elemento a pastiglia avente una faccia inferiore 70 con una superficie perfettamente piana e atta a fare tenuta contro la superficie 68 della flangia 42.

L'elemento a pastiglia 67 può avere una forma circolare con un diametro leggermente inferiore a quello della depressione 66, per cui esso è atto a muoversi con un certo gioco in tale depressione 66. L'elemento 67 viene impegnato sulla faccia superiore dalla superficie dell'estremità inferiore del gambo 37. Questa superficie è genericamente sferica, per cui esercita sull'elemento 67 un'azione diretta perpendicolarmente alla superficie 68 della flangia 42.

Secondo la forma di realizzazione di Figure 1 e 2, l'elemento 67 è in forma di una piastrina, la cui faccia superiore 71 presenta anch'essa superficie piana. A sua volta la superficie inferiore del gambo 37 è costituita da una calotta sferica 72 atta ad agire sulla superficie della faccia 71. In tal modo si ottiene una notevole economicità nella fabbricazione della valvola 19 e del gambo 37.

Secondo la forma di realizzazione di Figura 3, l'elemento 67 è pure in forma di una piastrina, la cui faccia superiore ha una forma piano-concava, costituita da una porzione a cava sferica 73 e una porzione anulare piana 74. Vantaggiosamente la cava 73 è sostanzialmente costituita da una semisfera.

La superficie inferiore del gambo 37 è invece piano-convessa e comprende una porzione a calotta sferica 75 di diametro leggermente inferiore a quello della cava 73 e un anello piano 76. L'azione della calotta 75 sulla cava 73 ha quindi una componente tale da centrare sempre la piastrina 67 rispetto al foro 49.

Secondo la forma di realizzazione di Figura 4, l'elemento a pastiglia 67 ha la faccia inferiore 68 piana e la faccia superiore a forma a calotta sferica 77. Vantaggiosamente questo elemento 67 è sostanzialmente costituito da una sfera sfaccettata sulla superficie 68, in modo da ottenere una calotta 77 costituita almeno da una semisfera, ossia in modo che l'elemento 67 includa il piano diametrale della sfera, parallelo alla superficie 68.

La superficie inferiore del gambo 37 è invece piano-concava e comprende una porzione a cava sferica 78 di diametro leggermente inferiore a quello della calotta 77 e un anello 79. L'azione della cava 78 sulla calotta 77 presenta anche in questo caso una componente tale da centrare sempre l'elemento 67 rispetto al foro 49. Inoltre in questo caso si ha il vantaggio che la cava 78 del gambo 37 agisce sulla parte più spessa dell'elemento 67.

Secondo la forma di realizzazione di Figura 5, l'otturatore della valvola 19 è costituito da una piastrina 67 piano-concava comprendente una porzione a cava sferica 73, simile a quella di Figura 3. La superficie inferiore del gambo 37 è pure piano-concava e comprende una porzione a cava sferica 78, simile a quella di Figura 4. Tra la cava 73 e la cava 78 è ora inserita una sfera 80, la quale facilità l'adattabilità e il centraggio dell'azione del gambo 37 sulla piastrina 67.

Come visto prima la forma esterna dell'elemento a pastiglia 67 può essere circolare. Altrimenti, tale forma può essere sostanzialmente poligonale mediante sfaccettature tali da lasciare dei tratti circolari 81 (Figura 6) intercalati da tratti piani 82. Vantaggiosamente tale forma può essere ottenuta mediante tre sfaccettature uguali 82 intercalate con altrettanti tratti circolari 81 pure uguali tra loro come indicato in Figura 6. In Figura 6 è stata rappresentata la piastrina 67 piano-concava delle Figure 3 e 5. Tuttavia anche la piastrina 67 di Figura 2 e l'elemento 67 di Figura 4 possono essere sfaccettate in modo analogo. Da quanto visto sopra risultano evidenti i vantaggi dell'iniettore secondo l'innovazione rispetto agli iniettori noti. Infatti la lavorazione di precisione delle superfici piane 68 e 70 è molto più economie della lavorazione di superfici sferiche usate negli iniettori noti, mentre le superfici sferiche dell'otturatore 67 e del gambo 37, non essendo destinate a fare tenuta, possono essere ottenute con una lavorazione più economica .

Inoltre il contatto delle superfici piane 68 e 70 non è soggetto alla formazione dell'impronta dovuta all'usura, né a perdite dovute alla trafilatura del combustibile, giacché questo deve attraversare una distanza relativamente maggiore di superfici di tenuta a contatto .

Si intende che alle forme di realizzazione dell'iniettore descritte possono essere apportate varie altre modifiche e perfezionamenti senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni. Ad esempio, il fissaggio dell'elettromagnete 20 e del corpo valvolare 38 sul corpo 11 dell'iniettore 10 possono assumere forme diverse.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Iniettore elettromagnetico per sistemi di iniezione di combustibile di motori a combustione interna, comprendente un corpo cavo (11) munito di un ugello (12) normalmente chiuso ed atto ad essere aperto per l'iniezione del combustibile nel motore, un organo (38) fissato in detto corpo cavo (11) e formato con una camera di controllo (47), e una valvola pilota comprendente un foro (49) di comunicazione tra detta camera (47) e un condotto di scarico (33), e un otturatore (67) controllato da un'ancora (28) di un elettromagnete (20) per aprire detto ugello (12), detta camera (47) essendo normalmente in comunicazione con il combustibile in pressione, caratterizzato dal fatto che detto foro (49) sbocca su una superficie piana (68) di detto organo (38), detto otturatore essendo costituito da un elemento a pastiglia (67) avente una faccia piana (70) atta a combaciare con detta superficie (68), detta ancora (28) portando un attuatore (37) atto ad impegnare la faccia opposta (71, 73, 77) di detto elemento a pastiglia (67) con uno spostamento sostanzialmente perpendicolare a detta superficie (68).
2. Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto attuatore è in forma di un gambo (37) solidale con detta ancora (28), detta faccia opposta (71, 73, 77) essendo atta ad essere impegnata da una superficie sferica (72, 75, 78) dell'estremità libera di detto gambo (37).
3. Iniettore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto organo è costituito da un corpo valvolare (38) avente detta superficie piana (68), detto corpo valvolare (38) essendo fissato a tenuta in detto corpo cavo (11) mediante una ghiera filettata (52) e un organo a campana (51).
4. Iniettore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto gambo (37) è guidato un manicotto (54) portato da detto organo a campana (51), detto elemento a pastiglia (67) essendo mobile entro una sede (66) formata in detto organo a campana (51).
5. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che detta faccia opposta (71) è anch'essa piana e viene impegnata da una superficie a calotta sferica (72) di detta estremità libera.
6. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che detta faccia opposta (73) e la superficie sferica (72, 78) di detta estremità libera sono una concava e l'altra a calotta.
7. Iniettore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta superficie a calotta (75) è portata da detta estremità libera, detta faccia opposta (73) essendo concava con un raggio leggermente maggiore di quello di detta calotta (75).
8. Iniettore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta superficie a calotta (75) è portata da detta estremità libera ed è piano-sferica, detta superficie concava essendo portata da detta faccia opposta (73) ed essendo piano-concava con la porzione concava di raggio leggermente maggiore di quello della sfera di detta calotta (75).
9. Iniettore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento a pastiglia (67) è costituito da una calotta sferica (77) ottenuta dalla sfaccettatura di una sfera per formare detta faccia piana (68), detta superficie concava (78) essendo portata da detta estremità libera.
10. Iniettore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta calotta sferica (77) è costituita da una porzione di sfera maggiore o uguale a metà della sfera.
11. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che la superficie di detta faccia opposta (73) e la superficie (78) di detto gambo (37) sono entrambe piano-concave, una sfera (80) essendo disposta tra le porzioni concave di dette due superfici piano-concave (73, 78).
12. Iniettore secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che ciascuna superficie piano-concava (73, 78) comprende una porzione sferica avente un diametro leggermente maggiore di quello di detta sfera (80).
13. Iniettore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento a pastiglia (67) ha una forma sostanzialmente poligonale comprendente una serie di tratti piani (82) alternati con tratti circolari (81).
14. Iniettore elettromagnetico per sistemi di iniezione di combustibile di motori a combustione interna, sostanzialmente come descritto con riferimento agli annessi disegni.