IT9053354U1

IT9053354U1 - Perfezionamenti alla valvola pilota e alla relativa ancora di comando odi un iniettore elettromagnetico per sistemi di iniezione del combust ibile di motori a combustione interna

Info

Publication number: IT9053354U1
Application number: IT053354U
Authority: IT
Inventors: Matthaeis Sisto Luigi De; Gioia Rita Di; 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: EP0483769A1; IT220662Z2; DE69101897T2; IT9053354V0; ES2056554T3; JP3069752B2; EP0483769B1; US5169066A; DE69101897D1; JPH05133297A

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 un 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 comprende normalmente 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. La sfera è controllata da un elemento dell'ancora di un elettromagnete, la cui corsa è tale che la sfera rimanga sempre in contatto con tale elemento. Inoltre l'ancora è normalmente munita di uno stelo avente una superficie libera conica, la quale viene arrestata, attraverso una seconda sfera, da un arresto registrabile avente la superficie libera pure conica, allo scopo di consentire un certo adattamento nell'allineamento dello stelo rispetto all'arresto.

Questo tipo di valvola pilota presenta numerosi inconvenienti. Innanzi tutto il contatto continuo dell'otturatore con l'elemento dell'ancora rende necessaria un a registrazione molto precisa della corsa dell'ancora. Inoltre la massa relativamente elevata delle parti in movimento, da una parte rende la chiusura dell'otturatore piuttosto pigra, dall'altra sottopone l'otturatore ad un'usura elevata dovuta agli urti di tali masse.

Inoltre, poiché l'arresto dell'ancora attraverso la seconda sfera e le due sedi coniche avviene lungo due circonferenze di contatto, a causa delle notevoli pressioni in gioco, la sfera tende a scavare un solco su ciascuna superficie conica creandosi un'impronta o nicchia. Pertanto l'azione di adattamento della sfera viene ridotta, mentre la corsa dell'ancora risulta variata, per cui occorre registrare l'arresto con una certa frequenza.

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

Questo scopo viene raggiunto con l'iniettore elettromagnetico secondo l'innovazione, il quale comprende una valvola pilota per l'apertura di un ugello di iniezione, la quale include un foro di comunicazione tra una camera di controllo e un condotto di scarico, e un otturatore controllato da un'ancora di un elettromagnete, mezzi di arresto essendo previsti per arrestare la corsa di detta ancora quando viene attratta da detto elettromagnete, ed è caratterizzato dal fatto che la corsa di detto otturatore viene arrestata da un arresto indipendente da detti mezzi di arresto e tale che la corsa di detto otturatore risulti minore della corsa di detta ancora.

Per una migliore comprensione dell'innovazione viene qui descritta una forma preferita di realizzazione dell'iniettore, fatta a titolo esemplificativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui;

Figura 1 è una vista parzialmente sezionata di un iniettore elettromagnetico secondo l'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 di Figura 2 in una diversa posizione operativa;

Figura 4 è una vista in pianta di una variante di un dettaglio della valvola, 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), non visibile nei disegni.

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, il quale è inserito in un foro assiale 32 del nucleo 24, in comunicazione con un condotto 33 di scarico 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 portato dal disco 28 dalla parte opposta rispetto allo stelo 31.

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 spallamento 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, che sbocca su una superficie piana 68 del corpo 38.

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 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 (Figura 2) 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.

Secondo l'innovazione, lo stelo 31 è di pezzo con una porzione filettata 75, con una flangia 76 e con il gambo 37. Lo stelo 31 e il gambo 37 vengono rigidamente fissati sul disco 28 avvitando la porzione filettata 75 in un foro filettato 77 del disco 28 finché la flangia 76 fa battuta contro la superficie del disco 28 stesso. Per evitare lo svitamento accidentale della porzione 75, questa può essere forzata con una coppia supplementare o deformare direttamente parte delle due filettature dell 'accoppiamento .

Questo fissaggio è più affidabile di quelli noti, ad esempio la saldatura o la ribaditura, giacché la superficie di contatto delle due filettature è molto maggiore di quella dei collegamenti noti. Inoltre questi collegamenti noti, a causa delle forti pressioni in gioco e dei frequenti azionamenti, sono in genere soggetti a rotture.

Per arrestare la corsa verso l'alto del disco 28, sul cappellotto 23 è fissato un arresto registrabile, costituito da un gambo 78 di pezzo con un grano filettato 79. Questo è avvitato in una sede filettata 81 del cappellotto stesso 23, la quale è coassiale con il foro 32 e presenta degli scarichi assiali per assicurare la comunicazione con il condotto di scarico 33 {Figura 1). Uno spallamento tra il grano 79 e il gambo 78 serve da appoggio per un'estremità della molla 34.

La superficie libera 82 dello stelo 31 è piana, mentre la superficie libera 83 del gambo 78 è bombata.

ossia formata da un calotta sferica. La calotta sferica 83 è atta ad arrestare direttamente la superficie 82 dopo una corsa predeterminata di ampiezza indicata con "a" in Figura 2. La calotta sferica 83 rende inoltre accettabile un certo disallineamento dello stelo 31 rispetto al gambo 78, dovuto alle inevitabili tolleranze di lavorazione.

L'otturatore 67 per il foro 49 è formato da una piastrina, ad esempio di forma circolare, munita di due facce opposte 70 e 71 aventi superfici piane. La superficie della faccia 70 è atta ad appoggiarsi a tenuta contro la superficie 68 del corpo 38. A tale scopo, sia la superficie 68 che la superficie della faccia 70 vengono lavorate con estrema precisione. La faccia 71 è invece atta ad essere impegnata da una superficie 72 dell'estremità del gambo 37, la quale è leggermente bombata, ossia formata da un'altra calotta sferica.

La piastrina 67 è alloggiata in una sede formata da un'ulteriore depressione 66 prevista sulla flangia 58. La depressione 66 è sostanzialmente cilindrica e coassiale con l'organo a campana 51. Tale depressione 66 comprende una parete laterale 84 (Figura 3) e una parete piana 86 di fondo, la quale costituisce l'arresto per la corsa verso l'alto della piastrina 67.

La depressione 66 è dimensionata in modo che la piastrina 67 abbia un certo gioco radiale rispetto alla parete laterale 84 della depressione 66, pur rimanendo sempre in posizione per ricoprire totalmente la superficie 68, per cui essa può muoversi liberamente in direzione assiale. La parete 86 di fondo è disposta in posizione tale che quando il gambo 37 libera la piastrina 67, il movimento verso l'alto di questa, dovuto alla pressione del combustibile nella camera 47, venga arrestato dopo una corsa "b" sostanzialmente minore della corsa "a” dello stelo 31, e quindi del disco 28.

Il foro 49 di comunicazione della camera 47 con la camera anulare 64 sbocca sulla superficie piana 68 della flangia 42 mediante una porzione 87 di foro di diametro maggiore di quello del foro 49, per consentire un maggiore coefficiente di efflusso del combustibile a parità di corsa della piastrina 67. Ovviamente la piastrina 67 deve essere tale da coprire in ogni caso l'intera porzione 87.

Alla scopo di aumentare tale coefficiente di efflusso, alternativamente o in aggiunta alla porzione 87, la piastrina 67 può assumere una forma poligonale, ad esempio mediante sfaccettature tali da lasciare dei tratti circolari 88 (Figura 4) intercalati da tratti piani 89. Vantaggiosamente tale forma può essere formata

mediante tre sfaccettature uguali 89 intercalate con altrettanti tratti circolari 88 pure uguali tra loro come indicato in Figura 4.

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 2. Il gambo 37 tiene allora in basso la piastrina 67 che chiude la porzione 87 e quindi il foro 49. La pressione del combustibile nella camera di controllo 47 (Figura 1), 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 (Figura 2), il disco 28 si sposta verso l'alto, per cui il gambo 37 libera la piastrina 67. La pressione del combustibile nella camera 47 spinge ora la piastrina 67 verso l'alto, e viene arrestata dopo una corsa predeterminata, dalla parete 86 della depressione 66, dopo avere effettuato la corsa "b", come indicato in Figura 3.

Lo stelo 31 del disco 28 si sposta invece fino ad arrestarsi con la superficie 82 contro la calotta 83 dello stelo 78 percorrendo la corsa più lunga "a". Per impedire che il disco 28 rimanga incollato al nucleo 34, la corsa "a" è in ogni caso tale da impedire al disco 34 di andare a contatto con il nucleo 24 stesso. A fondo corsa, tra la calotta 72 del gambo 37 e la faccia 71 della piastrina 67 rimane una luce pari ad "a-b".

Il combustibile della camera 47, attraverso il foro 49, la porzione 87 ed eventualmente le sfaccettature 89 (Figura 4), passa ora nella camera anulare 64 (Figura 3) e quindi, attraverso i fori inclinati 65, nella camera anulare 56, avviandosi verso il condotto di scarico 33. Poiché l'arresto 86 non è soggetto ad usura, la corsa "b" della piastrina 67 è costante, per cui il tempo di apertura della valvola 19 non cambia mai, anche se l'usura può aumentare entro certi limiti il tempo di caduta dell'ancora 28.

La corsa "b" garantisce però subito il massimo coefficiente di efflusso del combustibile e la camera di controllo 47 ritorna (Figura 1) così in pressione, per cui anche l'asta 17 ritorna in posizione bassa di chiusura dell'ugello 12. La riduzione della pressione nella camera di controllo 47 consente ora all'asta 17 di spostarsi verso l'alto e l'estremità inferiore dell'asta 17 apre 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 (Figura 3) spinge il disco 28 di nuovo verso il basso, per cui il gambo 37, dopo una corsa pari ad "a-b", reimpegna la piastrina 67 riportandola in posizione di chiusura della porzione 87 e quindi del foro 49. In tal modo, al momento dell'impegno della piastrina 67 da parte del gambo 37, l'inerzia dell'ancora 28, 31, 37 si scarica almeno in parte sulla piastrina 67, che viene scagliata contro la superficie 68, per cui la chiusura della camera 47 risulta più rapida .

Da quanto visto sopra risultano evidenti i vantaggi dell'iniettore secondo l'innovazione rispetto agli iniettori noti. Infatti non solo l'apertura e la chiusura della valvola pilota risultano più veloci, ma sono anche praticamente eliminate le registrazioni dell'arresto 78 dell'ancora. Infatti l'iniezione non è più determinata dalla corsa dell'ancora, mentre la massa della piastrina 67 è così piccola che praticamente non crea usura sull'arresto 86. Inoltre l'arresto diretto dello stelo 31 contro il gambo 78 elimina le variazioni di corsa dovute all'impronta della sfera sulle due superfici libere, mentre la relativa lavorazione risulta molto più economica della lavorazione delle superfici coniche usate negli iniettori noti.

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, la piastrina 67 può avere la superficie superiore 72 cava o bombata per essere impegnata da una superficie complementare del gambo 37. Inoltre, il fissaggio dell'elettromagnete 20 e del corpo valvolare 38 sul corpo 11 dell'iniettore 10 possono assumere forme diverse. Infine, la porzione 87 di foro potrà essere delimitata da una superficie conica con diametro crescente verso la piastrina 67, anziché cilindrica, per facilitare l'efflusso ed evitare inneschi di turbolenze.

Claims

R IV E N D I C A Z I O N I 1. Iniettore elettromagnetico per sistemi di iniezione del combustibile di motori a combustione interna, comprendente una valvola pilota (19) per l'apertura di un ugello di iniezione (12), la quale include un foro (49) di comunicazione tra una camera di controllo (47) e un condotto di scarico (33), e un otturatore (67) controllato da un'ancora (28) di un elettromagnete (20), mezzi di arresto (78) essendo previsti per arrestare la corsa (a) di detta ancora (28) quando viene attratta da detto elettromagnete (20), caratterizzato dal fatto che la corsa di detto otturatore (67) viene arrestata da un arresto (86) indipendente da detti mezzi di arresto (78) e tale che la corsa (b) di detto otturatore (67) risulti minore della corsa (a) di detta ancora (28).
2. Iniettore secondo la rivendicazione 1, in cui detta ancora è costituita da un disco (28) solidale con uno stelo (31), e in cui detti mezzi di arresto comprendono un elemento (78) portato da un grano registrabile (79) coassiale con detto stelo (31), caratterizzato dal fatto che la superficie libera (83) di detto elemento (78) è bombata ed è atta ad arrestare direttamente la superficie libera (82) di detto stelo stelo (31).
3. Iniettore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto foro (49) sbocca su una superficie piana (68) di un organo valvolare (38), detto otturatore essendo costituito da una piastrina (67) avente una faccia piana (70) atta a combaciare con detta superficie piana (68), la faccia opposta (71) di detta piastrina (67) essendo atta ad essere impegnata da un gambo (37) solidale con detto stelo (31) ed estendentesi su detto disco (28) dalla parte opposta a detto stelo (31).
4. Iniettore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto stelo (31) comprende una porzione filettata (75) mediante cui è rigidamente fissato su detto disco (28), detto gambo (37) essendo di pezzo con detto stelo (31) ed essendo guidato da un manicotto (54) fissato su detto corpo valvolare (38).
5. Iniettore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto corpo valvolare (38) è fissato a tenuta in uno corpo cavo (11) mediante una ghiera filettata (52) e un organo a campana (51) portante detto manicotto (54), detta piastrina (67) essendo mobile entro una sede (66) formata in detto organo a campana (51) e comprendente detto arresto (86).
6. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che detto foro (49) termina in una porzione (87) di diametro maggiorato per aumentare il coefficiente di efflusso del combustibile da detta camera (47).
7. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che detta piastrina (67) ha una forma sostanzialmente poligonale per facilitare la caduta di pressione in detta camera (47).
8. Iniettore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta forma poligonale comprende una serie di lati piani (89) alternati con lati circolari (88).
9. Iniettore elettromagnetico per sistemi di iniezione di combustibile di motori a combustione interna, sostanzialmente come descritto con riferimento agli annessi disegni.