ITBO20110569A1 - ELECTROMAGNETIC FUEL INJECTOR WITH MOBILE COIL - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
“INIETTORE ELETTROMAGNETICO DI CARBURANTE CON BOBINA MOBILE†⠀ œ ELECTROMAGNETIC FUEL INJECTOR WITH MOVING COIL â €
SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR
La presente invenzione à ̈ relativa ad un iniettore elettromagnetico di carburante. The present invention relates to an electromagnetic fuel injector.
ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART
Generalmente, un iniettore di carburante elettromagnetico (ad esempio come descritto nella domanda di brevetto EP1619384A2) comprende un corpo tubolare cilindrico dotato di un canale di alimentazione centrale, il quale svolge la funzione di condotto del carburante e termina con un ugello di iniezione regolato da una valvola di iniezione comandata da un attuatore elettromagnetico. La valvola di iniezione à ̈ provvista di uno spillo, il quale à ̈ rigidamente collegato ad una ancora mobile dell’attuatore elettromagnetico per venire spostato dall’azione dell’attuatore elettromagnetico tra una posizione di chiusura ed una posizione di apertura dell’ugello di iniezione contro l’azione di una molla di chiusura che tende a mantenere lo spillo nella posizione di chiusura. Generally, an electromagnetic fuel injector (for example as described in patent application EP1619384A2) comprises a cylindrical tubular body equipped with a central supply channel, which acts as a fuel duct and ends with an injection nozzle regulated by a injection valve controlled by an electromagnetic actuator. The injection valve is equipped with a pin, which is rigidly connected to a movable anchor of the electromagnetic actuator to be moved by the action of the electromagnetic actuator between a closed position and an open position of the Injection nozzle against the action of a closing spring which tends to keep the needle in the closed position.
L’attuatore elettromagnetico comprende una bobina, la quale à ̈ disposta esternamente in una posizione fissa attorno al corpo tubolare, ed un polo magnetico fisso, il quale à ̈ realizzato di materiale ferromagnetico, à ̈ disposto all’interno del corpo tubolare in corrispondenza della bobina ed à ̈ atto ad attrarre magneticamente l’ancora. Il polo magnetico à ̈ centralmente forato e presenta un foro centrale passante avente la funzione di permettere al carburante di fluire verso l’ugello di iniezione ed attraverso il polo magnetico. All’interno del foro centrale del polo magnetico à ̈ disposta la molla di chiusura che à ̈ compressa tra un corpo di riscontro forato piantato all’interno del foro centrale e l’ancora per spingere l’ancora, e quindi lo spillo solidale all’ancora, verso la posizione di chiusura dell’ugello di iniezione. The electromagnetic actuator includes a coil, which is externally arranged in a fixed position around the tubular body, and a fixed magnetic pole, which is made of ferromagnetic material, is arranged inside the tubular body in correspondence of the coil and is able to magnetically attract the anchor. The magnetic pole is centrally perforated and has a central through hole with the function of allowing the fuel to flow towards the injection nozzle and through the magnetic pole. Inside the central hole of the magnetic pole there is the closing spring which is compressed between a perforated striking body planted inside the central hole and the anchor to push the anchor, and therefore the pin integral with the anchor, towards the closing position of the injection nozzle.
I costruttori di motori termici a ciclo Otto (cioà ̈ ad accensione comandata) richiedono sia di aumentare la pressione di alimentazione del carburante (anche oltre i 200 bar) per migliorare la miscelazione del carburante con il comburente (ovvero l’aria aspirata nei cilindri), sia di aumentare la prestazione dinamica degli iniettori elettromagnetici (ovvero di aumentare la velocità di risposta degli iniettori elettromagnetici ai comandi) per essere in grado di iniettare piccole quantità di carburante al fine di frazionare l’iniezione di carburante in più iniettate distinte (in questo modo à ̈ possibile ridurre la generazione di sostanze inquinanti durante la combustione). Tuttavia, in un iniettore elettromagnetico di carburante l’aumento della pressione di alimentazione del carburante determina inevitabilmente una riduzione delle prestazione dinamica, in quanto aumentare le forze idrauliche in gioco obbliga ad utilizzare molle di chiusura ed attuatori elettromagnetici più potenti (grandi) e quindi con una maggiore inerzia. The manufacturers of Otto cycle thermal engines (i.e. with positive ignition) require both to increase the fuel supply pressure (even over 200 bar) to improve the mixing of the fuel with the comburent (i.e. the air sucked into the cylinders ), and to increase the dynamic performance of the electromagnetic injectors (i.e. to increase the response speed of the electromagnetic injectors to the commands) to be able to inject small quantities of fuel in order to split the fuel injection into several distinct injections ( in this way it is possible to reduce the generation of pollutants during combustion). However, in an electromagnetic fuel injector, the increase in the fuel supply pressure inevitably leads to a reduction in dynamic performance, since increasing the hydraulic forces involved obliges the use of more powerful (larger) closing springs and electromagnetic actuators and therefore with greater inertia.
In altre parole, quando l’ugello di iniezione à ̈ chiuso, esiste una forza autoclavica di origine idraulica che spinge sull’otturatore e mantiene l’otturatore nella posizione chiusa (ovviamente tanto maggiore à ̈ la pressione di alimentazione del carburante, tanto maggiore à ̈ questa forza autoclavica). Quindi per potere aprire l’ugello di iniezione l’attuatore elettromagnetico deve generare sullo spillo una forza che vinca la forza autoclavica sommata alla forza elastica esercitata dalla molla di chiusura; tuttavia, non appena l’ugello di iniezione si apre la forza autoclavica scompare di colpo e quindi per potere richiudere rapidamente l’ugello di iniezione (come à ̈ necessario fare per iniettare una piccola quantità di carburante) si deve comunque attendere che l’attuatore elettromagnetico azzeri (o comunque riduca grandemente) la forza di attrazione magnetica applicata sullo spillo. Essendo la forza di attrazione magnetica, al momento dell’apertura dello spillo, rilevante (per vincere la forza autoclavica), à ̈ evidente che à ̈ complesso azzerare (o comunque ridurre grandemente) tale forza di attrazione magnetica in un tempo molto piccolo. In other words, when the injection nozzle is closed, there is an autoclavic force of hydraulic origin that pushes on the shutter and keeps the shutter in the closed position (obviously the greater the fuel supply pressure, the greater is this autoclavic force). Therefore, in order to open the injection nozzle, the electromagnetic actuator must generate a force on the needle that overcomes the autoclavic force added to the elastic force exerted by the closing spring; however, as soon as the injection nozzle opens the autoclavic force disappears suddenly and therefore to be able to quickly close the injection nozzle (as it is necessary to do to inject a small amount of fuel) you must still wait for the € ™ electromagnetic actuator eliminates (or in any case greatly reduces) the magnetic attraction force applied to the needle. Since the magnetic attraction force, at the moment of opening the needle, is relevant (to overcome the autoclavic force), it is evident that it is complex to reset (or at least greatly reduce) this magnetic attraction force in a very short time.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare un iniettore elettromagnetico di carburante, il quale iniettore sia privo degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide an electromagnetic fuel injector, which injector is free from the drawbacks described above and is at the same time easy and economical to manufacture.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un iniettore elettromagnetico di carburante in accordo con quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. According to the present invention, an electromagnetic fuel injector is produced in accordance with what is claimed in the attached claims.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
- la figura 1 Ã ̈ una sezione longitudinale secondo un primo piano di sezione longitudinale di un iniettore di carburante realizzato in accordo con la presente invenzione; Figure 1 is a longitudinal section according to a first longitudinal section plane of a fuel injector made in accordance with the present invention;
- la figura 2 à ̈ una sezione longitudinale secondo un secondo piano di sezione longitudinale e perpendicolare al primo piano di sezione dell’iniettore della figura 1; - figure 2 is a longitudinal section according to a second plane of longitudinal section and perpendicular to the first section plane of the injector of figure 1;
- la figura 3 illustra in scala ingrandita un particolare della figura 1; e Figure 3 shows a detail of Figure 1 on an enlarged scale; And
- la figura 4 illustra in scala ingrandita un particolare della figura 2. - figure 4 shows a detail of figure 2 on an enlarged scale.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Nelle figure 1-4, con il numero 1 à ̈ indicato nel suo complesso un iniettore di carburante, il quale presenta sostanzialmente una simmetria cilindrica attorno ad un asse 2 longitudinale ed à ̈ atto ad essere comandato per iniettare carburante da un ugello 3 di iniezione. L’iniettore 1 comprende un corpo 4 di supporto, il quale ha una forma tubolare cilindrica a sezione variabile lungo l’asse 2 longitudinale e presenta un canale 5 di alimentazione che si estende lungo tutta la lunghezza del corpo 4 di supporto stesso per alimentare il carburante in pressione verso l’ugello 3 di iniezione. Il corpo 4 di supporto supporta in corrispondenza di una propria porzione superiore un attuatore 6 elettromagnetico ed in corrispondenza di una propria porzione inferiore una valvola 7 di iniezione che delimita inferiormente il canale 5 di alimentazione ed à ̈ provvista di un otturatore o spillo 8 mobile che à ̈ disposto all’interno del corpo 4 di supporto, à ̈ mobile assialmente (ovvero parallelamente all’asse 2 longitudinale) e termina inferiormente con una testa di otturazione che si appoggia a tenuta contro una sede valvolare della valvola 7 di iniezione. In uso, la valvola 7 di iniezione viene azionata dall’attuatore 6 elettromagnetico per regolare il flusso di carburante attraverso l’ugello 3 di iniezione, il quale à ̈ ricavato in corrispondenza della valvola 7 di iniezione stessa. In altre parole, in uso l’attuatore 6 elettromagnetico sposta lo spillo 8 assialmente tra una posizione di chiusura ed una posizione di apertura della valvola 7 di iniezione. In figures 1-4, the number 1 indicates as a whole a fuel injector, which substantially has a cylindrical symmetry around a longitudinal axis 2 and is adapted to be controlled to inject fuel from an injection nozzle 3 . The injector 1 comprises a support body 4, which has a cylindrical tubular shape with variable section along the longitudinal axis 2 and has a supply channel 5 which extends along the entire length of the support body 4 itself for feed the fuel under pressure towards the injection nozzle 3. The support body 4 supports an electromagnetic actuator 6 in correspondence with its own upper portion and in correspondence with its own lower portion an injection valve 7 which delimits the supply channel 5 below and is provided with a movable shutter or needle 8 which It is arranged inside the support body 4, is axially movable (ie parallel to the longitudinal axis 2) and ends at the bottom with a sealing head which rests tightly against a valve seat of the injection valve 7. In use, the injection valve 7 is operated by the electromagnetic actuator 6 to regulate the flow of fuel through the injection nozzle 3, which is obtained in correspondence with the injection valve 7 itself. In other words, in use the electromagnetic actuator 6 moves the needle 8 axially between a closed position and an open position of the injection valve 7.
L’attuatore 6 elettromagnetico comprende una bobina 9 che à ̈ disposta all’interno del corpo 4 tubolare, à ̈ meccanicamente solidale allo spillo 8 per spostarsi assieme allo spillo 8, ed à ̈ atta a venire percorsa da una corrente I elettrica. Secondo una preferita forma di attuazione, la bobina 9 à ̈ avvolta attorno ad un rocchetto 10 che à ̈ meccanicamente solidale allo spillo 8, ed à ̈ realizzato in materiale non ferromagnetico (tipicamente materiale plastico stampato). Il rocchetto 10 portante la bobina 9 e lo spillo 8 formano un equipaggio mobile dell’attuatore 6 elettromagnetico che viene spostato ciclicamente lungo l’asse 2 longitudinale per aprire e chiudere la valvola 7 di iniezione e quindi regolare il flusso di carburante attraverso l’ugello 3 di iniezione. The electromagnetic actuator 6 comprises a coil 9 which is arranged inside the tubular body 4, is mechanically integral with the pin 8 to move together with the pin 8, and is capable of being traversed by an electric current I. According to a preferred embodiment, the reel 9 is wound around a reel 10 which is mechanically integral with the pin 8, and is made of non-ferromagnetic material (typically molded plastic material). The spool 10 carrying the spool 9 and the pin 8 form a mobile assembly of the electromagnetic actuator 6 which is cyclically moved along the longitudinal axis 2 to open and close the injection valve 7 and thus regulate the flow of fuel through the € ™ injection nozzle 3.
Inoltre, l’attuatore 6 elettromagnetico comprende un organo 11 di generazione di campo magnetico che à ̈ disposto all’esterno del corpo 4 tubolare in posizione fissa e genera un campo M magnetico che investe la bobina 9. Secondo una preferita forma di attuazione, l’organo 11 di generazione di campo magnetico à ̈ costituito da un magnete permanente che presenta una forma toroidale ed à ̈ calzato attorno al corpo 4 tubolare. Furthermore, the electromagnetic actuator 6 comprises a magnetic field generation member 11 which is arranged outside the tubular body 4 in a fixed position and generates a magnetic field M which strikes the coil 9. According to a preferred embodiment , the magnetic field generation organ 11 consists of a permanent magnet which has a toroidal shape and is fitted around the tubular body 4.
Il conduttore elettrico della bobina 9 à ̈ avvolto circolarmente attorno all’asse 2 longitudinale formando una serie di spire perpendicolari all’asse 2 longitudinale stesso ed à ̈ disposto perpendicolarmente alla direzione di movimento dello spillo 8 (ovvero à ̈ disposto perpendicolarmente all’asse 2 longitudinale); secondo una preferita forma di attuazione, in corrispondenza della bobina 9 il campo M magnetico à ̈ perpendicolare sia al conduttore elettrico della bobina 9, sia alla direzione di movimento dello spillo 8. In questo modo, quando il conduttore elettrico della bobina 9 à ̈ attraversato da una corrente I elettrica, nel conduttore elettrico stesso si genera una forza F motrice (la cosiddetta “forza di Lorentz†- in fisica si chiama “forza di Lorentz†la forza che agisce su un oggetto elettricamente carico che si muove in un campo magnetico) che à ̈ diretta perpendicolarmente sia al campo M magnetico, sia alla corrente I elettrica e quindi à ̈ diretta parallelamente alla direzione di movimento dello spillo 8 (ovvero à ̈ diretta parallelamente all’asse 2 longitudinale). Il verso della forza F motrice dipende dal verso del campo M magnetico e dal verso della corrente I elettrica: essendo il verso del campo M magnetico costante (à ̈ generato da un magnete permanente), il verso della forza F motrice dipende unicamente dal verso della corrente I elettrica, quindi invertendo il sensore della corrente I elettrica che attraversa il conduttore elettrico della bobina 9 si inverte anche il senso della forza F motrice. The electrical conductor of the coil 9 is wound circularly around the longitudinal axis 2 forming a series of turns perpendicular to the longitudinal axis 2 itself and is arranged perpendicular to the direction of movement of the pin 8 (i.e. it is arranged perpendicular to the ™ longitudinal axis 2); according to a preferred embodiment, at the coil 9 the magnetic field M is perpendicular both to the electrical conductor of the coil 9 and to the direction of movement of the pin 8. In this way, when the electrical conductor of the coil 9 is crossed from an electric current I, a driving force F is generated in the electric conductor itself (the so-called `` Lorentz force '' - in physics it is called `` Lorentz force '' the force that acts on an electrically charged object that moves in a magnetic field) which is directed perpendicularly both to the magnetic field M and to the electric current I and therefore is directed parallel to the direction of movement of the pin 8 (ie it is directed parallel to the longitudinal axis 2). The direction of the driving force F depends on the direction of the magnetic field M and on the direction of the electric current I: being the direction of the magnetic field M constant (it is generated by a permanent magnet), the direction of the driving force F depends solely on the direction of the electric current I, therefore by inverting the sensor of the electric current I which passes through the electrical conductor of the coil 9, the direction of the driving force F is also inverted.
Secondo modalità di collegamento che verranno meglio descritte in seguito, la bobina 9 à ̈ elettricamente collegata con un dispositivo 12 di pilotaggio che à ̈ atto a fare circolare attraverso la bobina 9 una corrente I elettrica con un verso di apertura per spostare lo spillo 8 dalla posizione di chiusura alla posizione di apertura della valvola 7 di iniezione (ovvero per generare sull’equipaggio mobile la forza F motrice che spinge l’equipaggio mobile stesso verso la posizione di apertura) ed à ̈ atto a fare circolare attraverso la bobina 9 una corrente I elettrica con un verso di chiusura opposto al verso di apertura per spostare lo spillo 8 dalla posizione di apertura alla posizione di chiusura della valvola 7 di iniezione (ovvero per generare sull’equipaggio mobile la forza F motrice che spinge l’equipaggio mobile stesso verso la posizione di chiusura). In altre parole, il dispositivo 12 di pilotaggio fa circolare attraverso la bobina 9 una corrente I elettrica con un verso di apertura quando à ̈ richiesto spostare lo spillo 8 dalla posizione di chiusura alla posizione di apertura della valvola 7 di iniezione, e fa circolare attraverso la bobina 9 una corrente I elettrica con un verso di chiusura opposto al verso di apertura quando à ̈ richiesto spostare lo spillo 8 dalla posizione di apertura alla posizione di chiusura della valvola 7 di iniezione. A titolo di esempio, il dispositivo 12 di pilotaggio comprende un “ponte ad H†che à ̈ composto da quattro transistor e permette di invertire la tensione di alimentazione applicata alla bobina 9 e quindi permette di invertire il verso di circolazione della corrente I elettrica attraverso la bobina 9. According to connection modalities that will be better described below, the coil 9 is electrically connected to a driving device 12 which is able to circulate through the coil 9 an electric current I with an opening direction to move the pin 8 from the closed position to the open position of the injection valve 7 (i.e. to generate the motive force F on the mobile unit that pushes the mobile unit itself towards the open position) and is able to circulate through the coil 9 an electric current I with a closing direction opposite to the opening direction to move the needle 8 from the open position to the closed position of the injection valve 7 (i.e. to generate on the mobile equipment the driving force F that pushes the movable crew itself towards the closed position). In other words, the driving device 12 circulates through the coil 9 an electric current I with an opening direction when it is required to move the needle 8 from the closed position to the open position of the injection valve 7, and circulates through coil 9 an electric current I with a closing direction opposite to the opening direction when it is required to move the pin 8 from the open position to the closed position of the injection valve 7. By way of example, the driving device 12 comprises an `` H-bridge '' which is composed of four transistors and allows the supply voltage applied to the coil 9 to be inverted and therefore allows the direction of circulation of the electric current I to be inverted. through coil 9.
Secondo una preferita forma di attuazione, l’attuatore 6 elettromagnetico comprende due corpi 13 ferromagnetici anulari che sono calzati attorno al corpo 4 tubolare e sono disposti alle estremità opposte del magnete permanente dell’organo 11 di generazione di campo magnetico per racchiudere tra loro il magnete permanente stesso. Il magnete permanente dell’organo 11 di generazione ed i due corpi 13 ferromagnetici anulari sono racchiusi all’interno da una camicia 14 di protezione cilindrica che presenta inferiormente una porzione tronco-conica ed ha la funzione di contenere e proteggere. Superiormente, lo spazio racchiuso della camicia 14 di protezione à ̈ chiuso da un anello 15 di chiusura fissato al corpo 4 tubolare. According to a preferred embodiment, the electromagnetic actuator 6 comprises two annular ferromagnetic bodies 13 which are fitted around the tubular body 4 and are arranged at the opposite ends of the permanent magnet of the magnetic field generation organ 11 to enclose each other the permanent magnet itself. The permanent magnet of the generating organ 11 and the two annular ferromagnetic bodies 13 are enclosed inside by a cylindrical protection jacket 14 which has a frusto-conical portion below and has the function of containing and protecting. Above, the enclosed space of the protective jacket 14 is closed by a closing ring 15 fixed to the tubular body 4.
Inoltre, l’attuatore 6 elettromagnetico comprende un fondello 16 ferromagnetico che à ̈ disposto all’interno del corpo 4 tubolare in posizione fissa (ovvero à ̈ meccanicamente solidale al corpo 4 tubolare) e presenta inferiormente una svasatura (cioà ̈ una riduzione del diametro) che definisce un meato 17 anulare. In altre parole, la porzione superiore del fondello 16 ha un diametro esterno (sostanzialmente) pari al diametro interno del corpo 4 tubolare e quindi non esiste dello spazio libero tra la superficie esterna del fondello 16 e la superficie interna del corpo 4 tubolare; invece, la porzione inferiore del fondello 16 ha un diametro esterno significativamente inferiore al diametro interno del corpo 4 tubolare e quindi esiste dello spazio libero (il meato 17 anulare) tra la superficie esterna del fondello 16 e la superficie interna del corpo 4 tubolare. Furthermore, the electromagnetic actuator 6 comprises a ferromagnetic bottom 16 which is arranged inside the tubular body 4 in a fixed position (i.e. it is mechanically integral with the tubular body 4) and has a flare at the bottom (i.e. a reduction of the diameter) which defines an annular meatus 17. In other words, the upper portion of the bottom 16 has an external diameter (substantially) equal to the internal diameter of the tubular body 4 and therefore there is no free space between the external surface of the bottom 16 and the internal surface of the tubular body 4; on the other hand, the lower portion of the bottom 16 has an external diameter significantly lower than the internal diameter of the tubular body 4 and therefore there is some free space (the annular meatus 17) between the external surface of the bottom 16 and the internal surface of the tubular body 4.
Secondo una preferita forma di attuazione, il rocchetto 10 presenta una forma a tazza e comprende una porzione 18 laterale di forma anulare che alloggia la bobina 9 ed à ̈ disposta, almeno parzialmente, all’interno del meato 17 anulare formato dal fondello 16, ed una porzione 19 di base di forma circolare che realizza il collegamento meccanico con lo spillo 8 ed à ̈ affacciata ad una base 20 inferiore del fondello 16. Tra la base 20 inferiore del fondello 16 e la porzione 19 di base del rocchetto 10 à ̈ compressa una molla 21 di chiusura che spinge lo spillo 8 verso la posizione di chiusura della valvola 7 di iniezione. Preferibilmente, la base 20 inferiore del fondello 16 e la porzione 19 di base del rocchetto 10 presentano rispettivi incavi che definiscono sedi di alloggiamento per le estremità della molla 21 di chiusura. According to a preferred embodiment, the reel 10 has a cup shape and comprises a lateral annular portion 18 which houses the reel 9 and is arranged, at least partially, inside the annular meatus 17 formed by the bottom 16, and a circular base portion 19 which provides the mechanical connection with the pin 8 and faces a lower base 20 of the bottom 16. Between the lower base 20 of the bottom 16 and the base portion 19 of the spool 10 is compressed a closing spring 21 which pushes the pin 8 towards the closing position of the injection valve 7. Preferably, the lower base 20 of the bottom 16 and the base portion 19 of the spool 10 have respective recesses which define housing seats for the ends of the closing spring 21.
La funzione della molla 21 di chiusura à ̈ di mantenere lo spillo 8 nella posizione di chiusura quando l’attuatore 6 elettromagnetico à ̈ spento (cioà ̈ quando la bobina 9 non à ̈ percorsa dalla corrente I elettrica), in quanto la movimentazione dello spillo 8 à ̈ realizzata unicamente dalla forza F motrice bidirezionale che si genera quando la bobina 9 à ̈ percorsa dalla corrente I elettrica. Di conseguenza, la forza elastica generata dalla molla 21 di chiusura à ̈ (può essere) molto più piccola della forza elastica generata da una molla 21 di chiusura di un iniettore elettromagnetico di carburante tradizionale. In linea teorica, la molla 21 di chiusura potrebbe venire completamente eliminata (in quanto non à ̈ strettamente indispensabile al funzionamento dell’iniettore 1), ma questo costringerebbe ad alimentare continuamente la bobina 9 per spingere lo spillo 8 nella posizione di chiusura con un evidente spreco di energia elettrica. The function of the closing spring 21 is to keep the pin 8 in the closed position when the electromagnetic actuator 6 is off (i.e. when the coil 9 is not traversed by the electric current I), since the movement of the pin 8 is created solely by the bidirectional driving force F which is generated when coil 9 is crossed by the electric current I. Consequently, the elastic force generated by the closing spring 21 is (may be) much smaller than the elastic force generated by a closing spring 21 of a traditional electromagnetic fuel injector. In theory, the closing spring 21 could be completely eliminated (as it is not strictly essential for the operation of the injector 1), but this would force the coil 9 to be continuously powered to push the pin 8 into the closed position with a obvious waste of electricity.
Il fondello 16 à ̈ attraversato assialmente e centralmente da un foro 22 di alimentazione passante attraverso il quale il carburante può fluire verso l’ugello 3 di iniezione. In altre parole, il carburante fluisce lungo il corpo 4 di supporto verso l’ugello 3 di iniezione ed attraverso il fondello 16 mediante il foro 22 di alimentazione. Una porzione inferiore del foro 22 di alimentazione passante à ̈ impegnata da una bussola 23 in cui si inserisce una estremità superiore dello spillo 8 per definire una guida superiore dello spillo 8 stesso; la bussola 23 presenta lateralmente una serie di canali 24 laterali (solo due dei quali sono illustrati nelle figure allegate) attraverso i quali il carburante può fluire verso l’ugello 3 di iniezione. In altre parole, una estremità superiore dello spillo 8 si inserisce all’interno del foro 22 di alimentazione ed in corrispondenza della bussola 23 per definire una guida superiore dello spillo 8 stesso (ovviamente, lo spillo 8 à ̈ solo appoggiato all’interno della bussola 23 in modo tale da potere scorrere liberamente rispetto alla bussola 23 stessa). The bottom 16 is axially and centrally crossed by a feed hole 22 passing through which the fuel can flow towards the injection nozzle 3. In other words, the fuel flows along the support body 4 towards the injection nozzle 3 and through the bottom 16 through the supply hole 22. A lower portion of the through feed hole 22 is engaged by a bush 23 into which an upper end of the pin 8 is inserted to define an upper guide of the pin 8 itself; the bush 23 laterally presents a series of lateral channels 24 (only two of which are illustrated in the attached figures) through which the fuel can flow towards the injection nozzle 3. In other words, an upper end of the pin 8 is inserted inside the feed hole 22 and in correspondence with the bush 23 to define an upper guide of the pin 8 itself (obviously, the pin 8 is only resting inside of the bush 23 in such a way as to be able to slide freely with respect to the bush 23 itself).
Secondo una preferita forma di attuazione, il rocchetto 10 à ̈ centralmente fissato allo spillo 8 mediante una bussola 25 metallica che à ̈ inserita in un foro passante del rocchetto 10 ed a sua volta abbraccia lo spillo 8, e da una bussola 26 metallica che à ̈ piantata ad interferenza attorno alla bussola 25 al di sotto del rocchetto 10 per stringere la bussola 25 stessa attorno allo spillo 8. According to a preferred embodiment, the spool 10 is centrally fixed to the pin 8 by means of a metal bush 25 which is inserted in a through hole of the spool 10 and in turn embraces the pin 8, and by a metal bush 26 which is It is driven by interference around the bush 25 below the spool 10 to tighten the bush 25 itself around the pin 8.
Secondo una preferita forma di attuazione, il fondello 16 presenta una coppia di camere 27 di collegamento che sono disposte in corrispondenza di una porzione intermedia del fondello 16 e sono lateralmente aperte verso il corpo 4 tubolare. Il fondello 16 à ̈ attraversato assialmente da due fori 28 di collegamento, ciascuno dei quali si origina da una corrispondente camera 27 di collegamento, sfocia attraverso la base 20 inferiore del fondello 16, ed alloggia un conduttore 29 di collegamento principale presentante una estremità superiore disposta nella camera 27 di collegamento ed una estremità inferiore che à ̈ elettricamente collegata con la bobina 9. Ciascun conduttore 29 di collegamento principale à ̈ rigido e meccanicamente collegato al fondello 16 in pozione fissa; questo collegamento meccanico viene realizzato mediante un materiale 30 di riempimento (ad esempio una resina o altro materiale equivalente) che riempie completamente il foro 28 di collegamento sigillando il foro 28 di collegamento stesso. In altre parole, ciascun foro 28 di collegamento à ̈ riempito con il materiale 30 di riempimento che à ̈ elettricamente isolante e sigilla a tenuta di fluido il foro 28 di collegamento stesso (ovvero impedisce qualunque passaggio o trafilamento di carburante attraverso il foro 28 di collegamento). According to a preferred embodiment, the bottom 16 has a pair of connecting chambers 27 which are arranged in correspondence with an intermediate portion of the bottom 16 and are laterally open towards the tubular body 4. The bottom 16 is axially crossed by two connection holes 28, each of which originates from a corresponding connection chamber 27, flows through the lower base 20 of the bottom 16, and houses a main connection conductor 29 having an upper end arranged in the connection chamber 27 and a lower end which is electrically connected to the coil 9. Each main connection conductor 29 is rigid and mechanically connected to the bottom 16 in a fixed position; this mechanical connection is made by means of a filling material 30 (for example a resin or other equivalent material) which completely fills the connection hole 28, sealing the connection hole 28 itself. In other words, each connection hole 28 is filled with the filler material 30 which is electrically insulating and seals the connection hole 28 in a fluid-tight manner (i.e. prevents any passage or leakage of fuel through the connection hole 28. ).
L’estremità inferiore di ciascun conduttore 29 di collegamento principale à ̈ elettricamente collegata con la bobina 9 mediante un conduttore 31 di collegamento che à ̈ deformabile assialmente (à ̈ sufficiente che il conduttore 31 di collegamento formi un ansa, in quanto la corsa dello spillo 8 à ̈ di qualche decina di micron e quindi la deformazione complessiva a cui viene sottoposto il conduttore 31 di collegamento durante il movimento dello spillo 8 à ̈ minima). The lower end of each main connection conductor 29 is electrically connected to the coil 9 by means of a connection conductor 31 which is axially deformable (it is sufficient for the connection conductor 31 to form a loop, as the stroke of the pin 8 is a few tens of microns and therefore the overall deformation to which the connection conductor 31 is subjected during the movement of the pin 8 is minimal).
La porzione 19 di base del rocchetto 10 presenta almeno due fori 32 passanti attraverso i quali sono disposti i due conduttori 29 di collegamento; i due fori 32 passanti sono ampiamente più larghi dei conduttori 29 di collegamento sia per permettere un agevole scorrimento del rocchetto 10 rispetto ai due conduttori 29 di collegamento, sia per permettere al carburante di passare attraverso i due fori 32 passanti (cioà ̈ attraverso lo spazio dei due fori 32 passanti lasciato libero dai conduttori 29 di collegamento) in modo da fluire verso l’ugello 3 di iniezione. Secondo una preferita forma di attuazione, la porzione 19 di base del rocchetto 10 presenta diversi fori 32 passanti uniformemente distribuiti (ad esempio sei fori 32 passanti oppure otto fori 32 passanti); solo due fori 32 passanti sono parzialmente impegnati dai due conduttori 29 di collegamento, mentre gli altri fori 32 passanti sono liberi e dedicati esclusivamente al flusso del carburante verso l’ugello 3 di iniezione. The base portion 19 of the spool 10 has at least two through holes 32 through which the two connecting conductors 29 are arranged; the two through holes 32 are considerably wider than the connection conductors 29 both to allow an easy sliding of the reel 10 with respect to the two connection conductors 29, and to allow the fuel to pass through the two passing holes 32 (i.e. through the space of the two through holes 32 left free by the connection conductors 29) so as to flow towards the injection nozzle 3. According to a preferred embodiment, the base portion 19 of the spool 10 has several uniformly distributed through holes 32 (for example six through holes 32 or eight through holes 32); only two through holes 32 are partially engaged by the two connecting conductors 29, while the other through holes 32 are free and dedicated exclusively to the flow of fuel towards the injection nozzle 3.
Il corpo 4 tubolare presenta due fori 33 passanti che sono disposti radialmente in corrispondenza delle due camere 27 di collegamento per permettere un collegamento elettrico tra il dispositivo 12 di pilotaggio esterno e le estremità superiori dei conduttori 29 di collegamento. Ciascun foro 33 passante à ̈ disposto in prossimità di un corrispondente foro 28 di collegamento per essere affacciato ad una estremità superiore del rispettivo conduttore 29 di collegamento. In alternativa, il corpo 4 tubolare potrebbe presentare un unico foro 33 passante attraverso il quale passano i collegamenti tra il dispositivo 12 di pilotaggio esterno e le estremità superiori dei conduttori 29 di collegamento. The tubular body 4 has two through holes 33 which are arranged radially in correspondence with the two connection chambers 27 to allow an electrical connection between the external driving device 12 and the upper ends of the connection conductors 29. Each through hole 33 is arranged in proximity to a corresponding connection hole 28 to face an upper end of the respective connection conductor 29. Alternatively, the tubular body 4 could have a single through hole 33 through which the connections between the external driving device 12 and the upper ends of the connection conductors 29 pass.
Infine, il fondello 16 à ̈ saldato al corpo 4 tubolare mediante due saldature 34 anulari che sono disposte rispettivamente sopra e sotto le camere 27 di collegamento ed isolano a tenuta di fluido le camere 27 di collegamento stesse. In questo modo, le camere 27 di collegamento sono completamente isolate dal carburante in pressione e quindi possono semplicemente venire collegate con l’esterno del corpo 4 tubolare senza problemi di isolamento idraulico. In uso, quando l’attuatore 6 elettromagnetico à ̈ spento (cioà ̈ quando la bobina 9 non à ̈ percorsa dalla corrente I elettrica) lo spillo 8 non à ̈ soggetto a forze motrici di origine elettromagnetica e quindi la forza elastica della molla 21 di chiusura spinge lo spillo 8 contro la sede valvolare della valvola 7 di iniezione isolando l’ugello 3 di iniezione dal carburante in pressione. Quando l’attuatore 6 elettromagnetico viene accesso (cioà ̈ quando la bobina 9 viene percorsa dalla corrente I elettrica), lo spillo 8 à ̈ soggetto ad una forza F motrice di origine elettromagnetica che spingere lo spillo 8 verso la posizione di apertura oppure verso la posizione di chiusura. Finally, the bottom 16 is welded to the tubular body 4 by means of two annular welds 34 which are respectively arranged above and below the connection chambers 27 and insulate the connection chambers 27 in a fluid-tight manner. In this way, the connection chambers 27 are completely isolated from the fuel under pressure and therefore can simply be connected with the outside of the tubular body 4 without problems of hydraulic insulation. In use, when the electromagnetic actuator 6 is off (i.e. when the coil 9 is not crossed by the electric current I) the pin 8 is not subject to motive forces of electromagnetic origin and therefore the elastic force of the spring 21 pushes the pin 8 against the valve seat of the injection valve 7, isolating the injection nozzle 3 from the fuel under pressure. When the electromagnetic actuator 6 is turned on (i.e. when the coil 9 is crossed by the electric current I), the pin 8 is subjected to a driving force F of electromagnetic origin which pushes the pin 8 towards the open position or towards the closed position.
L’iniettore 1 sopra descritto presenta numerosi vantaggi. The injector 1 described above has numerous advantages.
In primo luogo, l’iniettore 1 sopra descritto presenta delle prestazioni dinamiche estremamente elevate (cioà ̈ à ̈ in grado di aprire e chiudere l’ugello 3 di iniezione in tempi molto brevi) anche quando la pressione di alimentazione del carburante à ̈ elevata (anche oltre i 200 bar). Tale risultato viene ottenuto essenzialmente grazie al fatto che l’attuatore 6 elettromagnetico à ̈ in grado di applicare allo spillo 15 una forza F motrice bidirezionale, ovvero à ̈ in grado di spingere lo spillo 15 sia dalla posizione di chiusura alla posizione di apertura, sia viceversa. Inoltre, tale risultato viene ottenuto anche grazie ad un consistente alleggerimento dell’equipaggio mobile rispetto ad un tradizionale iniettore elettromagnetico di carburante grazie all’assenza di materiale metallico ferromagnetico nell’equipaggio mobile; di conseguenza, l’equipaggio mobile dell’iniettore sopra descritto presenta una bassa inerzia meccanica a tutto vantaggio delle prestazioni dinamiche. First of all, the injector 1 described above has extremely high dynamic performances (that is, it is able to open and close the injection nozzle 3 in a very short time) even when the fuel supply pressure is high (even over 200 bar). This result is obtained essentially thanks to the fact that the electromagnetic actuator 6 is able to apply a bidirectional driving force F to the pin 15, i.e. it is able to push the pin 15 both from the closed position to the open position, and vice versa. Furthermore, this result is also obtained thanks to a substantial lightening of the mobile unit compared to a traditional electromagnetic fuel injector thanks to the absence of ferromagnetic metal material in the mobile unit; consequently, the mobile unit of the injector described above has a low mechanical inertia to the full advantage of dynamic performance.
Inoltre, l’iniettore 1 sopra descritto presenta una curva tempo di pilotaggio – quantità di carburante iniettato (cioà ̈ la legge che lega il tempo di pilotaggio alla quantità di carburante iniettata) lineare ed uniforme (cioà ̈ priva di irregolarità ) anche in corrispondenza di piccoli tempi di pilotaggio e quindi in corrispondenza di piccole quantità di carburante iniettato. In questo modo, l’iniettore 1 sopra descritto permette di iniettare con precisione e ripetibilità piccole quantità di carburante. Furthermore, the injector 1 described above has a driving time curve - quantity of fuel injected (i.e. the law that binds the driving time to the quantity of fuel injected) that is linear and uniform (i.e. without irregularities) even in correspondence of short driving times and therefore in correspondence of small quantities of injected fuel. In this way, the injector 1 described above allows small quantities of fuel to be injected with precision and repeatability.
Infine, l’iniettore 1 sopra descritto risulta semplice ed economico da produrre in quanto non richiede lavorazioni e/o montaggi sostanzialmente diversi rispetto ad un tradizionale iniettore elettromagnetico di carburante. Finally, the injector 1 described above is simple and economical to produce since it does not require substantially different machining and / or assembly than a traditional electromagnetic fuel injector.
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Citations (5)
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2011
- 2011-10-05 IT IT000569A patent/ITBO20110569A1/en unknown
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