ITBO20130631A1

ITBO20130631A1 - ELECTROMAGNETIC FUEL INJECTOR WITH SPHERICAL SHUTTER PROVIDED WITH MICRO-CHANNELS

Info

Publication number: ITBO20130631A1
Application number: IT000631A
Authority: IT
Inventors: Vita Daniele De; Stefano Petrecchia; Enrico Vezzani
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-21

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

“INIETTORE ELETTROMAGNETICO DI CARBURANTE CON OTTURATORE SFERICO PROVVISTO DI MICRO-CANALI” "ELECTROMAGNETIC FUEL INJECTOR WITH BALL PLUG WITH MICRO-CHANNELS"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR

La presente invenzione è 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 è provvista di uno spillo, il quale viene 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. L’attuatore elettromagnetico è normalmente provvisto di una molla di chiusura che spinge lo spillo verso la posizione di chiusura e di un elettromagnete che spinge lo spillo vero la posizione di apertura contro la forza elastica generata dalla molla. 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 needle, which is 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 maintain the needle in the closed position. The electromagnetic actuator is normally equipped with a closing spring that pushes the pin towards the closed position and an electromagnet that pushes the pin towards the opening position against the elastic force generated by the spring.

Secondo quanto illustrato nella figura 1 (che rappresenta un iniettore di carburante elettromagnetico noto facente parte dello stato dell’arte) in un iniettore di carburante elettromagnetico noto, lo spillo termina con un otturatore sferico che si appoggia ad una sede valvolare definita in un elemento E di tenuta, il quale chiude inferiormente a tenuta il canale di alimentazione del corpo B di supporto, ed è attraversato dall’ugello di iniezione. In particolare, l’elemento E di tenuta comprende un elemento di tappo a forma di disco, il quale chiude inferiormente a tenuta il canale di alimentazione del corpo B di supporto ed è attraversato dall’ugello di iniezione; dall’elemento di tappo si eleva un elemento di guida, il quale ha una forma tubolare, accoglie al suo interno lo spillo per definire una guida inferiore dello spillo stesso e presenta un diametro esterno inferiore rispetto al diametro interno del canale di alimentazione del corpo B di supporto, in modo da definire un canale C anulare esterno attraverso il quale può fluire il carburante in pressione. Nella parte inferiore dell’elemento di guida sono ricavati dei fori H di alimentazione passanti, i quali sfociano verso la sede valvolare per consentire il flusso del carburante in pressione verso la sede valvolare stessa. L’elemento E di tenuta viene saldato a tenuta alla base del corpo B di supporto mediante una saldatura W anulare che è disposta in corrispondenza della base inferiore dell’iniettore di carburante. According to what is illustrated in Figure 1 (which represents a known electromagnetic fuel injector belonging to the state of the art) in a known electromagnetic fuel injector, the needle ends with a spherical shutter which rests on a valve seat defined in an element E seal, which closes the feeding channel of the support body B with a seal, and is crossed by the injection nozzle. In particular, the sealing element E comprises a disc-shaped cap element, which hermetically closes the feeding channel of the support body B and is crossed by the injection nozzle; a guide element rises from the cap element, which has a tubular shape, houses the pin inside it to define a lower guide for the pin itself and has a smaller external diameter than the internal diameter of the supply channel of the body B support, so as to define an external annular channel C through which the fuel under pressure can flow. In the lower part of the guide element, through feed holes H are formed, which flow towards the valve seat to allow the flow of pressurized fuel towards the valve seat itself. The sealing element E is hermetically welded to the base of the support body B by means of an annular welding W which is arranged at the lower base of the fuel injector.

I costruttori di motori termici a ciclo Otto (cioè ad accensione comandata) richiedono di aumentare la pressione di alimentazione del carburante (anche oltre 50-60 Mpa) per migliorare la miscelazione del carburante con il comburente (ovvero l’aria aspirata nei cilindri) e ridurre quindi la generazione di fumo nero (indice di cattiva combustione). In un iniettore di carburante l’aumento della pressione di alimentazione del carburante determina un proporzionale aumento delle forze idrauliche in gioco; di conseguenza, è stato stimato che la saldatura W anulare che è disposta in corrispondenza della base inferiore dell’iniettore di carburante non garantisce una sufficiente forza meccanica per resistere nel tempo (ovvero quando soggetta alla fatica determinata da centinaia di milioni di cicli di iniezione tipici della vita utile di un iniettore di carburante). The manufacturers of Otto cycle thermal engines (i.e. with positive ignition) require to increase the fuel supply pressure (even over 50-60 Mpa) to improve the mixing of the fuel with the comburent (i.e. the air sucked into the cylinders) and therefore reduce the generation of black smoke (index of bad combustion). In a fuel injector, the increase in the fuel supply pressure causes a proportional increase in the hydraulic forces involved; consequently, it has been estimated that the annular weld W which is arranged at the lower base of the fuel injector does not guarantee sufficient mechanical strength to withstand over time (i.e. when subjected to fatigue caused by hundreds of millions of typical injection cycles the useful life of a fuel injector).

Per aumentare la resistenza meccanica della saldatura W anulare tra l’elemento E di tenuta ed il corpo B di supporto, è stato proposto di spostare la saldatura W anulare dal fondo del corpo B di supporto al fianco del corpo B di supporto in modo tale da potere ingrandire la saldatura W anulare stessa. Ovviamente, tale spostamento della saldatura W anulare comporta l’eliminazione del canale C anulare esterno attorno all’elemento E di tenuta e quindi la necessità di creare un passaggio per il carburante all’interno dell’elemento E di tenuta tra la superficie interna dell’elemento E di tenuta e la superficie esterna dell’otturatore sferico; a tale scopo, è stato proposto di creare dei canali per il passaggio del carburante scavando all’interno dell’elemento E di tenuta, oppure sfaccettando l’otturatore sferico con tagli assiali. Tuttavia, è stato valutato (anche mediante prove sperimentali) che un iniettore di carburante realizzato come sopra descritto potrebbe presentare una vita operativa più breve di quanto auspicabile, ovvero potrebbe essere soggetto a premature rotture o malfunzionamenti per usura. DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE To increase the mechanical strength of the annular weld W between the sealing element E and the support body B, it has been proposed to move the annular weld W from the bottom of the support body B to the side of the support body B in such a way as to be able to enlarge the annular weld W itself. Obviously, this displacement of the annular weld W involves the elimination of the external annular channel C around the sealing element E and therefore the need to create a passage for the fuel inside the sealing element E between the internal surface of the sealing element E and the outer surface of the spherical shutter; for this purpose, it was proposed to create channels for the passage of fuel by digging inside the sealing element E, or by faceting the spherical shutter with axial cuts. However, it has been evaluated (also through experimental tests) that a fuel injector made as described above could have a shorter operating life than desirable, that is, it could be subject to premature breakages or malfunctions due to wear. DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è di realizzare un iniettore elettromagnetico di carburante che sia privo degli inconvenienti sopra descritti, ovvero presenti una vita operativa lunga e priva di premature rotture o malfunzionamenti per usura, e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide an electromagnetic fuel injector which is free of the drawbacks described above, or which has a long operating life and free from premature breakages or malfunctions due to wear, and which 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 alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate some non-limiting examples of implementation, in which:

- la figura 1 è una sezione longitudinale di una valvola di iniezione di un iniettore di carburante noto appartenente allo stato dell’arte; - Figure 1 is a longitudinal section of an injection valve of a known fuel injector belonging to the state of the art;

- la figura 2 è una vista laterale e parzialmente sezionata di un iniettore di carburante realizzato in accordo con la presente invenzione; Figure 2 is a side and partially sectioned view of a fuel injector made in accordance with the present invention;

- la figura 3 illustra in scala ingrandita un attuatore elettromagnetico dell’iniettore della figura 2; - Figure 3 illustrates on an enlarged scale an electromagnetic actuator of the injector of Figure 2;

- la figura 4 illustra in scala ingrandita una sezione longitudinale di una valvola di iniezione dell’iniettore della figura 2; - Figure 4 illustrates on an enlarged scale a longitudinal section of an injection valve of the injector of Figure 2;

- la figura 5 illustra in scala ingrandita una testa di otturazione dell’iniettore della figura 2; - Figure 5 illustrates on an enlarged scale a shutter head of the injector of Figure 2;

- la figura 6 è una vista in sezione trasversale secondo la linea VI-VI della testa di otturazione della figura 5; Figure 6 is a cross-sectional view along the line VI-VI of the shutter head of Figure 5;

- la figura 7 illustra in scala ingrandita una variante della testa di otturazione della figura 5; - la figura 8 è una vista in sezione trasversale secondo la linea VIII-VIII della testa di otturazione della figura 7; Figure 7 illustrates on an enlarged scale a variant of the shutter head of Figure 5; Figure 8 is a cross-sectional view along the line VIII-VIII of the shutter head of Figure 7;

- la figura 9 illustra in scala ingrandita una ulteriore variante della testa di otturazione della figura 5; Figure 9 illustrates on an enlarged scale a further variant of the shutter head of Figure 5;

- la figura 10 è una vista in sezione trasversale secondo la linea X-X della testa di otturazione della figura 9; Figure 10 is a cross-sectional view along the line X-X of the shutter head of Figure 9;

- la figura 11 illustra in scala ingrandita una ulteriore variante della testa di otturazione della figura 5; e Figure 11 illustrates on an enlarged scale a further variant of the shutter head of Figure 5; And

- la figura 12 è una vista in sezione trasversale secondo la linea XII-XII della testa di otturazione della figura 11. - figure 12 is a cross-sectional view along the line XII-XII of the shutter head of figure 11.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Nella figura 2, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un iniettore di carburante, il quale presenta sostanzialmente una simmetria cilindrica attorno ad un asse 2 longitudinale ed è atto ad essere comandato per iniettare carburante da un ugello 3 di iniezione che sfocia direttamente in una camera di scoppio (non illustrata) di un cilindro. 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. In figure 2, the number 1 indicates as a whole a fuel injector, which substantially has a cylindrical symmetry around a longitudinal axis 2 and is able to be controlled to inject fuel from an injection nozzle 3 which flows directly into a combustion chamber (not shown) of a cylinder. 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 to feed the pressurized fuel towards the injection nozzle 3.

Il corpo 4 di supporto alloggia un attuatore 6 elettromagnetico in corrispondenza di una propria porzione superiore ed una valvola 7 di iniezione (meglio illustrata nella figura 2) in corrispondenza di una propria porzione inferiore; 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 è ricavato in corrispondenza della valvola 7 di iniezione stessa. The support body 4 houses an electromagnetic actuator 6 at its own upper portion and an injection valve 7 (better illustrated in Figure 2) at its own lower portion; 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 at the injection valve 7 itself.

Secondo quanto illustrato nella figura 3, l’attuatore 6 elettromagnetico comprende una coppia di elettromagneti 8 (rispettivamente superiore ed inferiore) tra loro gemelli che vengono attivati insieme per operare contemporaneamente. Ciascun elettromagnete 8 quando viene eccitato è atto a spostare lungo l’asse 2 una rispettiva ancora 9 di materiale ferromagnetico da una posizione di chiusura ad una posizione di apertura della valvola 7 di iniezione contro l’azione di una unica molla 10 di chiusura comune che tende a mantenere l’ancora 9 nella posizione di chiusura della valvola 7 di iniezione. Ciascun elettromagnete 8 comprende una bobina 11, la quale viene alimentata elettricamente da una unità elettronica di pilotaggio (non illustrata) ed è alloggiata esternamente rispetto al corpo 4 di supporto, ed una armatura 12 magnetica (o polo 12 magnetico), la quale è alloggiata all’interno del corpo 4 di supporto e presenta un foro 13 centrale per permettere il flusso del carburante verso l’ugello 3 di iniezione. All’interno del foro 13 centrale della armatura 12 magnetica dell’elettromagnete 8 superiore è piantato in posizione fissa un corpo 14 di riscontro (illustrato nella figura 2), il quale presenta una forma cilindrica tubolare (eventualmente aperta lungo una generatrice) per permettere il flusso del carburante verso l’ugello 3 di iniezione ed è atto a mantenere compressa la molla 10 comune contro l’ancora 9 dell’elettromagnete 8 superiore. As shown in Figure 3, the electromagnetic actuator 6 comprises a pair of electromagnets 8 (respectively upper and lower) which are twins which are activated together to operate simultaneously. When energized, each electromagnet 8 is able to move along the axis 2 a respective anchor 9 of ferromagnetic material from a closed position to an open position of the injection valve 7 against the action of a single common closing spring 10 which tends to keep the anchor 9 in the closed position of the injection valve 7. Each electromagnet 8 comprises a coil 11, which is electrically powered by an electronic control unit (not shown) and is housed externally with respect to the support body 4, and a magnetic armature 12 (or magnetic pole 12), which is housed inside the support body 4 and has a central hole 13 to allow the flow of fuel towards the injection nozzle 3. Inside the central hole 13 of the magnetic armature 12 of the upper electromagnet 8 is planted in a fixed position an abutment body 14 (illustrated in Figure 2), which has a cylindrical tubular shape (possibly open along a generatrix) to allow fuel flow towards the injection nozzle 3 and is adapted to keep the common spring 10 compressed against the anchor 9 of the upper electromagnet 8.

Ciascuna bobina 11 è avvolta direttamente all’interno di una propria cava 15 anulare, la quale è ricavata mediante asportazione di materiale dalla superficie esterna del corpo 4 di supporto. Ciascuna bobina 11 è costituita da un filo conduttore smaltato e provvisto di una verniciatura autocementante e presenta una dimensione assiale (cioè misurata lungo l’asse 2 longitudinale) contenuta per ridurre al minimo i flussi magnetici dispersi. In corrispondenza delle bobine 11, attorno al corpo 4 di supporto viene accoppiato un corpo 16 di protezione, il quale ha una forma tubolare e serve a garantire una adeguata protezione meccanica alle bobine 11, a permette la chiusura delle linee di flusso magnetico generato dalle bobine 11, e ad aumentare la resistenza meccanica del corpo 4 di supporto in corrispondenza degli indebolimenti strutturali inevitabilmente indotti dalla presenza delle cave 15. Each coil 11 is wound directly inside its own annular groove 15, which is obtained by removing material from the external surface of the support body 4. Each coil 11 is made up of an enameled conducting wire and provided with a self-cementing paint and has an axial dimension (i.e. measured along the longitudinal axis 2) that is contained to minimize dispersed magnetic fluxes. In correspondence with the coils 11, a protection body 16 is coupled around the support body 4, which has a tubular shape and serves to ensure adequate mechanical protection for the coils 11, and allows the magnetic flux lines generated by the coils to be closed. 11, and to increase the mechanical strength of the support body 4 in correspondence with the structural weakening inevitably induced by the presence of the slots 15.

Le ancore 9 sono parte di un equipaggio mobile, il quale comprende, inoltre, un otturatore o spillo 17 avente una porzione superiore solidale a ciascuna ancora 9 ed una porzione inferiore cooperante con una sede 18 valvolare (illustrata nella figura 4) della valvola 7 di iniezione per regolare in modo noto il flusso di carburante attraverso l’ugello 3 di iniezione. The anchors 9 are part of a mobile assembly, which also comprises a shutter or needle 17 having an upper portion integral with each anchor 9 and a lower portion cooperating with a valve seat 18 (illustrated in Figure 4) of the valve 7 of injection to regulate the flow of fuel through the injection nozzle 3 in a known way.

In uso, quando gli elettromagneti 8 sono diseccitati ciascuna ancora 9 non viene attratta dalla propria armatura 12 magnetica e la forza elastica della molla 10 spinge le ancore 9 assieme allo spillo 17 verso il basso; in questa situazione, la valvola 7 di iniezione è chiusa. Quando gli elettromagneti 8 vengono eccitati, ciascuna ancora 9 viene magneticamente attratta dalla propria armatura 12 magnetica contro la forza elastica della molla 10 e le ancore 9 assieme allo spillo 17 si spostano verso l’alto per determinare l’apertura della valvola 7 di iniezione. In use, when the electromagnets 8 are de-energized each anchor 9 is not attracted by its own magnetic armature 12 and the elastic force of the spring 10 pushes the anchors 9 together with the pin 17 downwards; in this situation, the injection valve 7 is closed. When the electromagnets 8 are excited, each anchor 9 is magnetically attracted by its own magnetic armature 12 against the elastic force of the spring 10 and the anchors 9 together with the needle 17 move upwards to determine the opening of the injection valve 7.

Per determinare in modo preciso la corsa verso l’alto compiuta dallo spillo 17, l’ancora 9 dell’elettromagnete 8 superiore presenta una corsa utile più corta rispetto alla corsa utile dell’ancora 9 dell’elettromagnete 8 inferiore. In questo modo, quando gli elettromagneti 8 vengono eccitati è sempre e solo l’ancora 9 dell’elettromagnete 8 superiore a portarsi a contatto in battuta con la propria armatura 12 magnetica indipendentemente dalle inevitabili tolleranze costruttive. Per limitare la corsa utile dell’ancora 9 dell’elettromagnete 8 superiore, la superficie inferiore dell’armatura 12 o la superficie superiore dell’ancora 9 vengono ricoperte con uno strato di un materiale metallico duro e non ferromagnetico, preferibilmente cromo; in questo modo lo spessore dello strato di cromo determina la riduzione della corsa utile dell’ancora 9 dell’elettromagnete 8 superiore. Ulteriori funzioni dello strato di cromo sono l’aumentare la resistenza agli urti della zona e soprattutto evitare fenomeni di incollaggio magnetico dovuti ad un contatto diretto tra il materiale ferromagnetico dell’ancora 9 ed il materiale ferromagnetico dell’armatura 12. In altre parole, lo strato di cromo definisce un traferro, il quale evita che le forze di attrazione magnetica dovute al magnetismo residuo tra l’ancora 9 e l’armatura 12 raggiungano valori troppo elevati, cioè superiori alla forza elastica generata dalla molla 10. To accurately determine the upward stroke made by the pin 17, the anchor 9 of the upper electromagnet 8 has a shorter useful stroke than the useful stroke of the anchor 9 of the lower electromagnet 8. In this way, when the electromagnets 8 are excited it is always and only the anchor 9 of the upper electromagnet 8 that comes into contact with its magnetic armature 12 regardless of the inevitable construction tolerances. To limit the useful stroke of the anchor 9 of the upper electromagnet 8, the lower surface of the armature 12 or the upper surface of the anchor 9 are covered with a layer of a hard and non-ferromagnetic metal material, preferably chrome; in this way the thickness of the chromium layer determines the reduction of the useful stroke of the anchor 9 of the upper electromagnet 8. Further functions of the chromium layer are to increase the impact resistance of the area and above all to avoid magnetic gluing phenomena due to direct contact between the ferromagnetic material of the anchor 9 and the ferromagnetic material of the armature 12. In other words, the The chromium layer defines an air gap, which prevents the magnetic attraction forces due to the residual magnetism between the anchor 9 and the armature 12 from reaching too high values, i.e. higher than the elastic force generated by the spring 10.

Inoltre, solo l’ancora 9 dell’elettromagnete 8 superiore viene sottoposta a lavorazioni meccaniche di precisione per presentare un diametro esterno calibrato che è sostanzialmente pari (ovviamente per difetto) al diametro interno del canale 5 di alimentazione; al contrario, l’ancora 9 dell’elettromagnete 8 inferiore presenta un diametro esterno non calibrato che è sempre inferiore al diametro interno del canale 5 di alimentazione. In questo modo, solo l’ancora 9 dell’elettromagnete 8 superiore svolge la funzione di guida superiore dello spillo 17 per controllare lo scorrimento assiale dello spillo 17 lungo l’asse 2 longitudinale. Tale scelta costruttiva permette di ridurre i costi di produzione, in quanto solo l’ancora 9 dell’elettromagnete 8 superiore deve venire sottoposta a lavorazioni meccaniche di precisione e quindi costose. Furthermore, only the anchor 9 of the upper electromagnet 8 is subjected to precision mechanical machining to have a calibrated external diameter which is substantially equal (obviously by default) to the internal diameter of the supply channel 5; on the contrary, the anchor 9 of the lower electromagnet 8 has an uncalibrated external diameter which is always less than the internal diameter of the power supply channel 5. In this way, only the anchor 9 of the upper electromagnet 8 performs the function of the upper guide of the needle 17 to control the axial sliding of the needle 17 along the longitudinal axis 2. This constructive choice allows to reduce production costs, as only the anchor 9 of the upper electromagnet 8 must be subjected to precision mechanical machining and therefore expensive.

Secondo quanto illustrato nella figura 4, lo spillo 17 mobile termina con una testa 19 di otturazione di forma sostanzialmente sferica che è atta ad appoggiarsi a tenuta contro la sede 18 valvolare; preferibilmente, la testa 19 di otturazione viene meccanicamente collegato alla estremità inferiore dello spillo 17 mediante una saldatura anulare. According to what is illustrated in Figure 4, the movable needle 17 ends with a substantially spherical shaped shutter head 19 which is adapted to rest hermetically against the valve seat 18; preferably, the shutter head 19 is mechanically connected to the lower end of the needle 17 by means of an annular welding.

La sede 18 valvolare è definita in un elemento 20 di tenuta, il quale è monolitico, chiude inferiormente a tenuta il canale 5 di alimentazione del corpo 4 di supporto, ed è attraversato dall’ugello 3 di iniezione (ovvero una parete di fondo dell’elemento 20 di tenuta è attraversato dall’ugello 3 di iniezione); in altre parole, l’elemento 20 di tenuta supporta la sede 18 valvolare. In particolare, l’elemento 20 di tenuta è conformato a tappo ed è parzialmente inserito all’interno del corpo 4 di supporto per chiudere inferiormente a tenuta il corpo 4 di supporto stesso (ovvero per chiudere inferiormente a tenuta il canale 5 di alimentazione del corpo 4 di supporto). L’elemento 20 di tenuta presente centralmente un foro 21 cieco sul cui fondo è definita la sede 18 valvolare ed al cui interno è disposta in modo assialmente scorrevole la testa 19 di otturazione; ovvero il foro 21 cieco dell’elemento 20 di tenuta accoglie al suo interno la testa 19 di otturazione che lateralmente si appoggia scorrevolmente all’elemento 20 di tenuta stesso in corrispondenza di una zona anulare di massima circonferenza. In questo modo, la testa 19 di otturazione si appoggia in modo scorrevole ad una superficie interna dell’elemento 20 di tenuta in modo da venire guidata nel proprio movimento lungo l’asse 2 longitudinale (ovvero l’elemento 20 di tenuta costituisce una guida inferiore dello spillo 17). The valve seat 18 is defined in a sealing element 20, which is monolithic, sealingly closes the supply channel 5 of the support body 4 at the bottom, and is crossed by the injection nozzle 3 (i.e. a bottom wall of the the sealing element 20 is crossed by the injection nozzle 3); in other words, the sealing element 20 supports the valve seat 18. In particular, the sealing element 20 is shaped like a plug and is partially inserted inside the support body 4 to seal the support body 4 at the bottom (i.e. to seal the supply channel 5 of the body from the bottom. 4 support). The sealing element 20 centrally has a blind hole 21 on the bottom of which the valve seat 18 is defined and inside which the obturation head 19 is arranged in an axially sliding manner; that is, the blind hole 21 of the sealing element 20 accommodates the obturation head 19 which laterally leans slidingly to the sealing element 20 itself in correspondence with an annular area of maximum circumference. In this way, the obturation head 19 slidably rests on an internal surface of the sealing element 20 so as to be guided in its own movement along the longitudinal axis 2 (i.e. the sealing element 20 constitutes a lower guide pin 17).

L’ugello 3 di iniezione è definito da una pluralità di fori 22 di iniezione passanti (uno solo dei quali è illustrato nella figura 4), i quali sono ricavati a partire da una camera 23 di iniezione disposta a valle della sede 18 valvolare. The injection nozzle 3 is defined by a plurality of through injection holes 22 (only one of which is shown in Figure 4), which are obtained from an injection chamber 23 arranged downstream of the valve seat 18.

L’elemento 20 di tenuta è meccanicamente collegato al corpo 4 di supporto mediante una saldatura 24 anulare disposta in corrispondenza della superficie laterale del corpo 4 di supporto stesso. The sealing element 20 is mechanically connected to the support body 4 by means of an annular weld 24 arranged at the side surface of the support body 4 itself.

Secondo quanto illustrato nelle figure 5 e 6, la testa 19 di otturazione presenta una pluralità di canali 25 di passaggio per il carburante, ovvero che permettono al carburante di fluire assialmente per raggiungere la sede 18 valvolare e quindi l’ugello 3 di iniezione. Ciascun canale 25 di passaggio si origina in una apertura 26 di ingresso disposta al di sopra della zona anulare di massima circonferenza e sfocia in una apertura 27 di uscita al di sotto della zona anulare di massima circonferenza. In altre parole, la testa 19 di otturazione di forma sferica presenta una zona anulare di massima circonferenza in corrispondenza della quale la superficie esterna della testa 19 di otturazione tocca (striscia contro) la superficie interna del foro 21 cieco dell’elemento 20 di tenuta; ciascun canale 25 di passaggio si estende a cavallo della zona anulare di massima circonferenza della testa 19 di otturazione (ovvero ciascun canale 25 di passaggio della testa 19 di otturazione attraversa da parte a parte la zona anulare di massima circonferenza) in modo tale da costituire un “ponte” per il carburante attraverso la zona anulare di massima circonferenza. Infatti, in assenza dei canali 25 di passaggio il carburante non potrebbe attraversare la zona anulare di massima circonferenza della testa 19 di otturazione in quanto in tale zona anulare di massima circonferenza la superficie esterna della testa 19 di otturazione tocca (striscia contro) la superficie interna del foro 21 cieco dell’elemento 20 di tenuta impedendo di fatto il passaggio del carburante. According to what is illustrated in figures 5 and 6, the obturator head 19 has a plurality of channels 25 for the passage of the fuel, or which allow the fuel to flow axially to reach the valve seat 18 and therefore the injection nozzle 3. Each passage channel 25 originates in an inlet opening 26 arranged above the annular zone of maximum circumference and flows into an outlet opening 27 below the annular zone of maximum circumference. In other words, the spherical-shaped obturation head 19 has an annular area of maximum circumference at which the external surface of the obturation head 19 touches (strip against) the internal surface of the blind hole 21 of the sealing element 20; each passage channel 25 extends over the annular zone of maximum circumference of the obturation head 19 (i.e. each passage channel 25 of the obturation head 19 passes through the annular zone of maximum circumference from side to side) in such a way as to constitute a “Bridge” for fuel through the annular zone of maximum circumference. In fact, in the absence of the passage channels 25, the fuel would not be able to cross the annular area of maximum circumference of the sealing head 19 since in this annular area of maximum circumference the external surface of the sealing head 19 touches (streaks against) the internal surface of the blind hole 21 of the sealing element 20 effectively preventing the passage of fuel.

Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione, i canali 25 di passaggio presentano una sezione trasversale non superiore ad una sezione trasversale dei fori 22 di iniezione; in questo modo, i canali 25 di passaggio svolgono anche una funzione di filtro meccanico, in quanto impediscono che eventuali detriti anomali presenti all’interno del canale 5 di alimentazione possano raggiungere la sede 18 valvolare della valvola 7 di iniezione senza poi riuscire ad uscire attraverso i fori 22 di iniezione. According to a preferred, but not binding, embodiment, the passage channels 25 have a cross section not greater than a cross section of the injection holes 22; in this way, the passage channels 25 also perform a mechanical filter function, as they prevent any anomalous debris present inside the supply channel 5 from reaching the valve seat 18 of the injection valve 7 without then being able to exit through the injection holes 22.

Nelle forma di attuazione illustrate nelle figure 5-10, ciascun canale 25 di passaggio è disposto in corrispondenza di una superficie sferica esterna della testa 19 di otturazione in modo tale da presentare una feritoia passante attraverso la superficie esterna stessa; tale forma di attuazione permette di semplificare la realizzazione dei canali 25 di passaggio con le tecnologie produttive attualmente disponibili in commercio. Nelle forma di attuazione illustrate nelle figure 5-8, in ciascun canale 25 di passaggio la feritoia sferica passante attraverso la superficie esterna della testa 19 di otturazione presenta una larghezza pari alla larghezza massima del canale 25 di passaggio stesso. Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 9 e 10, in ciascun canale 25 di passaggio la feritoia sferica passante attraverso la superficie esterna della testa 19 di otturazione presenta una larghezza inferiore alla larghezza massima del canale 25 di passaggio stesso; in particolare, ciascun canale 25 di passaggio si stringe verso la feritoia sferica passante attraverso la superficie esterna della testa 19 di otturazione. La forma di attuazione illustrata nelle figure 9 e 10 permette di aumentare l’area del contatto tra la superficie esterna della testa 19 di otturazione e la superficie interna del foro 21 cieco dell’elemento 20 di tenuta senza penalizzare (ovvero ridurre) la sezione trasversale dei canali 25 di passaggio. In the embodiment illustrated in Figures 5-10, each passage channel 25 is arranged in correspondence with an external spherical surface of the shutter head 19 in such a way as to present a slot passing through the external surface itself; this embodiment allows to simplify the realization of the passage channels 25 with the production technologies currently available on the market. In the embodiment illustrated in Figures 5-8, in each passage channel 25 the spherical slot passing through the external surface of the shutter head 19 has a width equal to the maximum width of the passage channel 25 itself. In the embodiment illustrated in Figures 9 and 10, in each passage channel 25 the spherical slot passing through the external surface of the shutter head 19 has a width smaller than the maximum width of the passage channel 25 itself; in particular, each passage channel 25 tightens towards the spherical slot passing through the external surface of the obturation head 19. The embodiment illustrated in Figures 9 and 10 allows to increase the contact area between the external surface of the shutter head 19 and the internal surface of the blind hole 21 of the sealing element 20 without penalizing (or reducing) the cross section. of the passage channels 25.

Nella alternativa forma di attuazione illustrata nelle figure 11 e 12, ciascun canale 25 di passaggio è disposto internamente alla testa 19 di otturazione in modo tale da attraversare una superficie sferica esterna della testa 19 di otturazione solo ed unicamente in corrispondenza della apertura 26 di ingresso e della apertura 27 di uscita. In the alternative embodiment illustrated in Figures 11 and 12, each passage channel 25 is arranged inside the shutter head 19 in such a way as to cross an external spherical surface of the shutter head 19 only and exclusively in correspondence with the inlet opening 26 and of the outlet opening 27.

Nelle forme di attuazione illustrate nelle figure 5-6 e 9-12, ciascun canale 25 di passaggio è disposto parallelamente ad un asse 2 longitudinale di simmetria. Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 7 e 8, ciascun canale 25 di passaggio presenta una inclinazione non nulla rispetto ad un asse 2 longitudinale di simmetria e quindi forma un angolo α di inclinazione non nullo con l’asse 2 longitudinale di simmetria. L’inclinazione dei canali 25 di passaggio imprime al carburante una componente di moto perpendicolare all’asse 2 longitudinale. Nel caso di una applicazione di tipo “swirler”, la componente di moto perpendicolare all’asse 2 longitudinale viene utilizzata per imprimere al carburante un moto vorticoso attorno all’asse 2 longitudinale stesso (ovvero un effetto “swirl”) al fine di migliorare la miscelazione tra il carburante e l’aria (ovvero il comburente) all’interno della camera di scoppio di un cilindro. Nel caso di una applicazione di tipo “multihole”, la componente di moto perpendicolare all’asse 2 longitudinale viene utilizzata per ridurre la penetrazione di alcuni (o tutti) i getti di carburante che fuoriescono dall’ugello 3 di iniezione (aspetto importante per le iniezioni di carburante ad alta pressione). In the embodiments illustrated in Figures 5-6 and 9-12, each passage channel 25 is arranged parallel to a longitudinal axis 2 of symmetry. In the embodiment illustrated in figures 7 and 8, each passage channel 25 has a non-zero inclination with respect to a longitudinal axis 2 of symmetry and therefore forms a non-zero inclination angle α with the longitudinal axis 2 of symmetry. The inclination of the passage channels 25 gives the fuel a component of motion perpendicular to the longitudinal axis 2. In the case of a "swirler" type application, the component of motion perpendicular to the longitudinal axis 2 is used to give the fuel a vortex motion around the longitudinal axis 2 itself (ie a "swirl" effect) in order to improve the mixing between the fuel and the air (i.e. the comburent) inside the combustion chamber of a cylinder. In the case of a "multihole" type application, the component of motion perpendicular to the longitudinal axis 2 is used to reduce the penetration of some (or all) of the fuel jets that come out of the injection nozzle 3 (an important aspect for high pressure fuel injections).

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 una elevata robustezza meccanica in particolare in corrispondenza dell’elemento 19 di tenuta. Tale risultato è ottenuto grazie al fatto che l’elemento 19 di tenuta è completamente integro, ovvero è del tutto privo di asportazioni di materiale per realizzare passaggi per il carburante; infatti, il carburante fluisce verso ugello 3 di iniezione scorrendo all’interno del foro 21 cieco dell’elemento 19 di tenuta ed attraverso i canali 25 ricavati nella testa 24 di otturazione. Firstly, the injector 1 described above has a high mechanical strength in particular at the sealing element 19. This result is obtained thanks to the fact that the sealing element 19 is completely intact, that is, it is completely free of material removal to make passages for the fuel; in fact, the fuel flows towards the injection nozzle 3, flowing inside the blind hole 21 of the sealing element 19 and through the channels 25 obtained in the obturation head 24.

Inoltre, nell’iniettore 1 sopra descritto il contatto tra la superficie esterna della testa 24 di otturazione e la superficie interna dell’elemento 19 di tenuta è distribuito su una zona ampia (del tutto pari alla circonferenza della testa 24 di otturazione nella forma di attuazione illustrata nelle figure 11 e 12 e solo leggermente inferiore alla circonferenza della testa 24 di otturazione nelle forme di attuazione illustrate nelle figure 5-10) ed uniforme che garantisce sempre un contatto ottimale tra la testa 24 di otturazione e l’elemento 19 di tenuta assicurando quindi una corretta guida del movimento dello spillo 17. In questo modo, né la superficie interna dell’elemento 19 di tenuta, né la superficie esterna della testa 24 di otturazione sono soggette in uso ad usure anomale e quindi viene sempre assicurato che questi componenti presentino una vita operativa lunga e priva di premature rotture o malfunzionamenti per usura. Furthermore, in the injector 1 described above, the contact between the external surface of the shutter head 24 and the internal surface of the sealing element 19 is distributed over a wide area (completely equal to the circumference of the shutter head 24 in the embodiment shown in Figures 11 and 12 and only slightly smaller than the circumference of the shutter head 24 in the embodiments illustrated in Figures 5-10) and uniform which always guarantees optimal contact between the shutter head 24 and the sealing element 19 ensuring therefore a correct guide of the movement of the pin 17. In this way, neither the internal surface of the sealing element 19, nor the external surface of the obturator head 24 are subject to abnormal wear in use and therefore it is always ensured that these components have a long operating life without premature breakage or malfunction due to wear.

I canali 25 ricavati nella testa 24 di otturazione svolgono anche la funzione di filtro meccanico, in quanto impediscono che eventuali detriti anomali presenti all’interno del canale 5 di alimentazione possano raggiungere la sede 18 valvolare della valvola 7 di iniezione senza poi riuscire ad uscire attraverso i fori 22 di iniezione determinando un bloccaggio della valvola 7 di iniezione in una posizione aperta o semi-aperta (ovvero comportando un malfunzionamento dell’iniettore 1 irreversibile ed estremamente dannoso per il motore). Nel caso vi fosse un detrito anomalo all’interno del canale 5 di alimentazione, tale detrito anomalo verrebbe bloccato all’ingresso dei canali 25 e non riuscirebbe a raggiungere la sede 18 valvolare della valvola 7 di iniezione; il fatto che il detrito anomalo fermandosi all’ingresso dei canali 25 possa “tappare” uno o più canali 25 non è particolarmente dannoso, in quanto visto l’elevato numero di canali 25 presenti la perdita di qualche canale 25 non è significativa. A tale proposito è importante sottolineare che i detriti anomali pericolosi non provengono dal carburante (le impurità del carburante vengono infatti bloccate da appositi filtri disposti in ingresso all’iniettore 1), ma posso essere presenti all’interno dell’iniettore 1 in conseguenza di un indesiderato (e generalmente raro) “inquinamento” durante la fase di produzione. Per massimizzare l’efficacia filtrante operata dai canali 25 è necessario che il diametro (ovvero la sezione trasversale) dei canali 25 sia pari (o leggermente più piccolo) al diametro (ovvero alla sezione trasversale) dei fori 22 di iniezione: in questo modo, è certo che se un detrito anomalo passa attraverso un canale 25, allora passa anche attraverso un foro 22 di iniezione e quindi non può rimanere incastrato in corrispondenza della sede 18 valvolare della valvola 7 di iniezione. The channels 25 obtained in the obturation head 24 also perform the function of mechanical filter, as they prevent any anomalous debris present inside the supply channel 5 from reaching the valve seat 18 of the injection valve 7 without then being able to exit through the injection holes 22 causing the injection valve 7 to be blocked in an open or semi-open position (ie causing an irreversible and extremely damaging malfunction of the injector 1 for the engine). If there was an anomalous debris inside the supply channel 5, this anomalous debris would be blocked at the inlet of the channels 25 and would not be able to reach the valve seat 18 of the injection valve 7; the fact that the anomalous debris stopping at the entrance of the channels 25 can "plug" one or more channels 25 is not particularly harmful, since given the high number of channels 25 present, the loss of some channels 25 is not significant. In this regard, it is important to underline that the dangerous anomalous debris does not come from the fuel (the impurities of the fuel are in fact blocked by special filters arranged in the inlet of the injector 1), but can be present inside the injector 1 as a consequence of a unwanted (and generally rare) “pollution” during the production phase. To maximize the filtering efficiency operated by the channels 25 it is necessary that the diameter (i.e. the cross section) of the channels 25 is equal (or slightly smaller) to the diameter (i.e. the cross section) of the injection holes 22: in this way, it is certain that if an anomalous debris passes through a channel 25, then it also passes through an injection hole 22 and therefore cannot get stuck in correspondence with the valve seat 18 of the injection valve 7.

I canali 25 possono venire semplicemente inclinati rispetto all’asse 2 longitudinale (come illustrato nelle figure 7 e 8) in modo tale da imprimere, se richiesto, al carburante una componente di moto perpendicolare all’asse 2 longitudinale. The channels 25 can simply be inclined with respect to the longitudinal axis 2 (as illustrated in figures 7 and 8) in such a way as to impart, if required, to the fuel a component of motion perpendicular to the longitudinal axis 2.

Infine, l’iniettore 1 sopra descritto risulta semplice ed economico da produrre in quanto i canali 25 possono venire semplicemente e rapidamente realizzati con precisione nella testa 24 di otturazione mediante una lavorazione al laser della testa 24 di otturazione stessa. In altre parole, per realizzare industrialmente i canali 25 è possibile utilizzare una fresa laser che è disponibile sul mercato a prezzi relativamente contenuti. Inoltre, l’utilizzo del laser che asporta il materiale per sublimazione (vaporizzazione) evita completamente la formazione di trucioli (ovvero di scarti di lavorazione) e di bave e quindi è del tutto priva di controindicazioni. Finally, the injector 1 described above is simple and economical to produce since the channels 25 can be simply and quickly made with precision in the obturation head 24 by laser processing the obturation head 24 itself. In other words, to industrially manufacture the channels 25 it is possible to use a laser cutter which is available on the market at relatively low prices. In addition, the use of the laser that removes the material by sublimation (vaporization) completely avoids the formation of shavings (or processing waste) and burrs and therefore is completely free of contraindications.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Fuel injector (1) comprising: an injection nozzle (3); an injection valve (7) which regulates the flow of fuel through the injection nozzle (3) and is provided with a valve seat (18) and a movable needle (17) ending with a sealing head (19) substantially spherical in shape and able to rest hermetically against the valve seat (18); an actuator (6) for moving the needle (17) between a closed position and an open position of the injection valve (7); a tubular support body (4) provided with a central channel (5), which houses the actuator (6) and the needle (17); and a sealing element (20) which centrally has a blind hole (21), is at least partially inserted inside the support body (4) to seal the support body (4) at the bottom, supports the seat (18 ) valve, is crossed by the injection nozzle (3), and accommodates inside it the obturator head (19) which slides laterally on the sealing element (20) itself in correspondence with an annular area of maximum circumference; the injector (1) is characterized in that the shutter head (19) has a plurality of channels (25) for the passage of the fuel, each of which originates in an inlet opening (26) arranged above the annular area of maximum circumference and flows into an outlet opening (27) below the annular area of maximum circumference.

2) Injector (1) according to claim 1, in which each channel (25) for the passage of the obturation head (19) crosses from side to side the annular area of maximum circumference.

3) Injector (1) according to claim 1 or 2, in which each passage channel (25) is arranged in correspondence with an external spherical surface of the shutter head (19) in such a way as to present a slot passing through the external surface itself.

4) Injector (1) according to claim 2, wherein in each passage channel (25) the spherical slot passing through the external surface of the obturation head (19) has a width equal to the maximum width of the passage channel (25) same.

5) Injector (1) according to claim 2, wherein in each passage channel (25) the spherical slot passing through the external surface of the shutter head (19) has a width less than the maximum width of the passage channel (25) same.

6) Injector (1) according to claim 5, wherein each passage channel (25) narrows towards the spherical slot passing through the external surface of the obturation head (19).

7) Injector (1) according to claim 1 or 2, in which each passage channel (25) is arranged inside the sphere in such a way as to cross an external spherical surface of the obturation head (19) only and exclusively in correspondence with the opening (26) of the inlet and the opening (27) of the outlet.

8) Injector (1) according to one of claims 1 to 7, wherein each passage channel (25) is arranged parallel to a longitudinal axis (2) of symmetry.

9) Injector (1) according to one of claims 1 to 7, wherein each passage channel (25) has a non-zero inclination with respect to a longitudinal axis (2) of symmetry.

10) Injector (1) according to one of claims 1 to 9, in which each passage channel (25) has a cross section not exceeding a cross section of the injection nozzle (3).

11) Injector (1) according to one of claims 1 to 10, wherein: the injection nozzle (3) is defined by a plurality of through injection holes (22), which are obtained from an injection chamber (23) arranged downstream of the valve seat (18); And the passage channels (25) have a cross section not greater than a cross section of the injection holes (22).

12) Injector (1) according to one of claims 1 to 11, wherein the sealing element (20) is mechanically connected to the support body (4) by means of an annular weld (24) arranged at the side surface of the body (4) support itself.

13) Injector (1) according to one of claims 1 to 12, wherein the actuator device (6) is of the electromagnetic type and comprises: at least one electromagnet (8) comprising a coil (11), a fixed magnetic armature (12), and a movable anchor (9) which is mechanically connected to the pin (17); and a closing spring (10) which tends to keep the pin (17) in the closed position.

14) Injector (1) according to claim 13, wherein the electromagnetic actuator (6) comprises two electromagnets (8) axially arranged side by side.