ITBO990521A1 - FUEL INJECTOR. - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale of the patent for industrial invention
La presente invenzione è relativa ad un iniettore carburante . The present invention relates to a fuel injector.
In particolare, la presente invenzione è relativa ad un iniettore carburante per motori a scoppio, a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. In particular, the present invention relates to a fuel injector for internal combustion engines, to which the following discussion will make explicit reference without thereby losing generality.
Come è noto, gli iniettori carburante per motori a scoppio attualmente in commercio comprendono: un corpo tubolare principale, provvisto di un condotto centrale passante che termina in corrispondenza di una estremità assiale del corpo tubolare in un ugello nebulizzatore atto a proiettare all'esterno dell'iniettore un getto di carburante finemente polverizzato; un organo otturatore montato assialmente mobile all'interno del condotto centrale da e verso una posizione di chiusura in cui ostruisce l'ugello nebulizzatore in modo tale da impedire la fuoriuscita del carburante; ed una molla di contrasto atta a mantenere l'organo otturatore nella citata posizione di chiusura. As is known, the fuel injectors for internal combustion engines currently on the market comprise: a main tubular body, provided with a central through duct which ends at an axial end of the tubular body in a nebulizer nozzle able to project outside the injector a finely pulverized jet of fuel; an axially movable shutter member inside the central duct to and from a closed position in which it obstructs the atomizer nozzle in such a way as to prevent the fuel from escaping; and a contrast spring able to keep the shutter member in the aforementioned closed position.
All'esterno del corpo tubolare principale, gli iniettori carburante comprendono inoltre una bobina di materiale elettricamente conduttore atta a generare, se percorsa da corrente elettrica, un campo magnetico in grado di vincere la forza elastica della molla, in modo tale da allontanare temporaneamente l'organo otturatore dalla posizione di chiusura così da permettere la fuoriuscita controllata del carburante. Outside the main tubular body, the fuel injectors also comprise a coil of electrically conductive material capable of generating, if crossed by an electric current, a magnetic field capable of overcoming the elastic force of the spring, in such a way as to temporarily remove the shutter member from the closed position so as to allow the controlled outflow of the fuel.
La porzione centrale del corpo'tubolare principale e l'organo otturatore sono infatti realizzati in materiale ferromagnetico, e sono disposti allineati uno di fronte all'altro in modo tale che il campo magnetico prodotto dalla bobina di materiale elettricamente conduttore tenda a portare l'organo otturatore a contatto con la porzione centrale del corpo tubolare principale, vincendo la forza elastica della molla. The central portion of the main tubular body and the shutter member are in fact made of ferromagnetic material, and are arranged aligned opposite each other in such a way that the magnetic field produced by the coil of electrically conductive material tends to bring the member shutter in contact with the central portion of the main tubular body, overcoming the elastic force of the spring.
In sostanza quindi, la porzione centrale del corpo tubolare principale e l'organo otturatore definiscono la parte fissa e la parte mobile del nucleo magnetico della bobina dell'iniettore carburante. In essence, therefore, the central portion of the main tubular body and the shutter member define the fixed part and the mobile part of the magnetic core of the fuel injector coil.
Viste le forti sollecitazioni meccaniche a cui sono sottoposti, è prassi comune in tutte le aziende produttrici di iniettori carburante sottoporre la porzione centrale del corpo tubolare principale e l'organo otturatore ad un trattamento superficiale che prevede il deposito di uno strato di materiale ad alta resistenza sull'intera superficie esterna. Given the strong mechanical stresses to which they are subjected, it is common practice in all manufacturers of fuel injectors to subject the central portion of the main tubular body and the shutter member to a surface treatment that involves the deposition of a layer of high-strength material. on the entire external surface.
Purtroppo il materiale ad alta resistenza {per esempio cromo) che viene depositato sulla superficie dei due componenti presenta proprietà amagnetiche o diamagnetiche, e diffondendosi all'interno contamina il materiale ferromagnetico con cui sono realizzati i due componenti riducendone le proprietà ferromagnetiche. Tale riduzione causa, a sua volta, uno scadimento delle prestazione del circuito magnetico dell'iniettore. Unfortunately, the high-strength material (for example chromium) that is deposited on the surface of the two components has non-magnetic or diamagnetic properties, and spreading inside contaminates the ferromagnetic material with which the two components are made, reducing their ferromagnetic properties. This reduction causes, in turn, a deterioration in the performance of the magnetic circuit of the injector.
Inoltre, il trattamento superficiale sopra menzionato ha costi notevoli che incidono pesantemente sui costi complessivi di produzione degli iniettori carburante sopra descritti. Furthermore, the aforementioned surface treatment has considerable costs which heavily affect the overall production costs of the fuel injectors described above.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un iniettore carburante per motori a scoppio esente dagli inconvenienti sopra descritti. The object of the present invention is to provide a fuel injector for internal combustion engines free from the drawbacks described above.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un iniettore carburante comprendente un corpo tubolare principale, provvisto di almeno un condotto passante che termina in un ugello nebulizzatore atto a nebulizzare all'esterno il carburante presente all'interno del condotto passante, e di un organo otturatore mobile all'interno del condotto passante da e verso una posizione di chiusura in cui si dispone in battuta sull'ugello nebulizzatore ostruendolo a tenuta di fluido; l'organo otturatore essendo realizzato in materiale ferromagnetico e l'iniettore comprendendo inoltre una bobina selettivamente a atta a generare un campo magnetico in grado di spostare l'organo otturatore dalla detta posizione di chiusura; una porzione del detto corpo tubolare principale essendo a sua volta realizzata in materiale ferromagnetico in modo tale da definire con il detto organo otturatore rispettivamente la parte fissa e la parte mobile di un nucleo magnetico realizzato in materiale ferromagnetico; il detto iniettore carburante essendo caratterizzato dal fatto che la porzione del corpo tubolare principale che definisce la parte fissa del nucleo magnetico è priva di qualsiasi trattamento superficiale. According to the present invention, a fuel injector is provided comprising a main tubular body, provided with at least one through duct which ends in a nebulizer nozzle adapted to nebulize the fuel present inside the passing duct outside, and with a shutter member movable inside the inside the duct passing to and from a closed position in which it abuts the nebulizer nozzle, obstructing it in a fluid-tight manner; the shutter member being made of ferromagnetic material and the injector further comprising a coil selectively a adapted to generate a magnetic field capable of moving the shutter member from said closed position; a portion of said main tubular body being in turn made of ferromagnetic material in such a way as to define with said shutter member respectively the fixed part and the mobile part of a magnetic core made of ferromagnetic material; the said fuel injector being characterized in that the portion of the main tubular body which defines the fixed part of the magnetic core is devoid of any surface treatment.
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 è una vista in sezione di un iniettore carburante realizzato secondo i dettami della presente invenzione; mentre Figure 1 is a sectional view of a fuel injector made according to the dictates of the present invention; while
la figura 2 illustra in scala ingrandita un particolare dell'iniettore carburante illustrato in figura 1. Figure 2 illustrates on an enlarged scale a detail of the fuel injector illustrated in Figure 1.
Con riferimento alla figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un iniettore carburante particolarmente adatto ad essere montato su motori a scoppio di tipo noto. With reference to Figure 1, the number 1 indicates as a whole a fuel injector particularly suitable for being mounted on internal combustion engines of a known type.
L'iniettore 1 comprende un corpo tubolare 2 principale, il quale è provvisto di un condotto passante 3 a diametro variabile all'interno del quale viene alimentato del carburante in pressione. Tale condotto passante 3 si estende coassialmente all'asse A longitudinale del corpo tubolare 2, e termina in corrispondenza di una estremità assiale 2a del corpo tubolare 2 in un ugello nebulizzatore 4 atto<1 >a proiettare all'esterno dell'iniettore 1 stesso un getto finemente polverizzato di carburante. The injector 1 comprises a main tubular body 2, which is provided with a through duct 3 with variable diameter inside which pressurized fuel is fed. This through duct 3 extends coaxially to the longitudinal axis A of the tubular body 2, and terminates at an axial end 2a of the tubular body 2 in a nebulizer nozzle 4 capable of projecting a finely pulverized jet of fuel.
L'iniettore 1 comprende inoltre un organo otturatore 5 realizzato almeno parzialmente in materiale ferromagnetico, montato assialmente mobile all'interno di una porzione terminale del condotto passante 3 da e verso una posizione di chiusura, in cui l'organo otturatore 5 stesso ostruisce l'ugello nebulizzatore 4 in modo tale da impedire la fuoriuscita del carburante; una molla di contrasto 6 atta a mantenere l'organo otturatore 5 nella citata posizione di chiusura; ed una bobina 7 di materiale elettricamente atta a spostare a comando l'organo otturatore 5 dalla posizione di chiusura, vincendo la forza elastica della molla di contrasto 6. Nella fattispecie, la bobina 7 è calzata sul corpo tubolare 2 a monte dell'organo otturatore 5, ed è atta a generare, se percorsa da corrente elettrica, un campo magnetico in grado di vincere la forza elastica della molla di contrasto 6 e di spostare assialmente l'organo'otturatore 5, allontanandolo dalla posizione di chiusura . The injector 1 also comprises a shutter member 5 made at least partially of ferromagnetic material, axially movable inside an end portion of the through duct 3 to and from a closed position, in which the shutter member 5 itself obstructs the atomizer nozzle 4 in such a way as to prevent the fuel from escaping; a contrast spring 6 adapted to keep the shutter member 5 in the aforementioned closed position; and a coil 7 of material electrically adapted to move the shutter member 5 from the closed position on command, overcoming the elastic force of the contrast spring 6. In this case, the coil 7 is fitted on the tubular body 2 upstream of the shutter member 5, and is able to generate, if crossed by an electric current, a magnetic field capable of overcoming the elastic force of the contrast spring 6 and axially moving the shutter member 5 away from the closed position.
Per aumentare l'intensità delle forze elettromagnetiche agenti sull'organo otturatore 5, la porzione centrale del corpo tubolare 2 su cui è calzata la bobina 7 e che risulta allineata all'organo otturatore 5, è realizzata in materiale ferromagnetico in modo tale da intensificare il campo magnetico agente sull'organo otturatore 5. To increase the intensity of the electromagnetic forces acting on the shutter member 5, the central portion of the tubular body 2 on which the coil 7 is fitted and which is aligned with the shutter member 5, is made of ferromagnetic material in such a way as to intensify the magnetic field acting on the shutter member 5.
È opportuno sottolineare che, in pratica, la porzione centrale del corpo tubolare 2 e l'organo otturatore 5 definiscono rispettivamente la parte fissa e la parte mobile di un nucleo magnetico in materiale ferromagnetico, disposto coassiale alla bobina 7 per intensificare il campo magnetico da quest 'ultima prodotto. It should be emphasized that, in practice, the central portion of the tubular body 2 and the shutter member 5 respectively define the fixed part and the mobile part of a magnetic core made of ferromagnetic material, arranged coaxial to the coil 7 to intensify the magnetic field therefrom. latest product.
Con riferimento alla figura 2, per resistere alle sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto durante il funzionamento, l'organo otturatore 5 è sottoposto ad un trattamento superficiale che prevede il deposito, su di una parte o sull'intera superficie esterna, di uno strato di materiale ad alta resistenza avente preferibilmente, ma non necessariamente, caratteristiche amagnetiche o diamagnetiche. With reference to Figure 2, in order to withstand the mechanical stresses to which it is subjected during operation, the shutter member 5 is subjected to a surface treatment which provides for the deposition, on a part or on the entire external surface, of a layer of high strength material having preferably, but not necessarily, non-magnetic or diamagnetic characteristics.
Nell'esempio illustrato, in particolare, l'organo otturatore 5 è sottoposto ad un trattamento galvanico volto a realizzare, per elettrodeposizione, una strato di cromo sull'intera superficie esterna dell'organo otturatore 5 (vedi figura 2}. È ovvio che tale strato di cromo può essere eventualmente realizzato solamente sulla parte della superficie esterna dell'organo otturatore 5 direttamente sottoposta alle sollecitazioni meccaniche . In the example illustrated, in particular, the shutter member 5 is subjected to a galvanic treatment aimed at creating, by electrodeposition, a layer of chromium on the entire external surface of the shutter member 5 (see Figure 2}. a chromium layer can optionally be formed only on the part of the outer surface of the shutter member 5 directly subjected to mechanical stresses.
Contrariamente a quanto avviene attualmente, la porzione centrale del corpo tubolare 2, ovvero la parte fissa del nucleo magnetico della bobina 7, è invece priva di qualsiasi trattamento superficiale. Contrary to what currently happens, the central portion of the tubular body 2, that is the fixed part of the magnetic core of the coil 7, is instead devoid of any surface treatment.
Con riferimento alle figure 1 e 2, nell'esempio illustrato il corpo tubolare 2 è costituito da tre segmenti tubolari accoppiati tra loro in modo telescopico così da permettere un facile e rapido assemblaggio dell'iniettore 1. Il primo segmento tubolare, di seguito indicato con il numero 8, definisce la porzione terminale del corpo tubolare 2 all'interno del quale è assialmente mobile l'organo otturatore 5; il secondo segmento tubolare, di seguito indicato con il numero 9, definisce la porzione iniziale del corpo tubolare 2 attraverso cui il carburante in pressione entra nel condotto passante 3; mentre il terzo segmento tubolare, di seguito indicato con il numero 10, collega i segmenti tubolari 8 e 9 tra loro e definisce l'alloggiamento della bobina 7. With reference to Figures 1 and 2, in the example illustrated the tubular body 2 consists of three tubular segments telescopically coupled to each other so as to allow easy and rapid assembly of the injector 1. The first tubular segment, indicated below with number 8 defines the terminal portion of the tubular body 2 inside which the shutter member 5 is axially movable; the second tubular segment, indicated hereinafter with the number 9, defines the initial portion of the tubular body 2 through which the fuel under pressure enters the through duct 3; while the third tubular segment, indicated below with the number 10, connects the tubular segments 8 and 9 to each other and defines the housing of the coil 7.
Data la particolare struttura del corpo tubolare 2, nell'esempio illustrato la parte fissa del nucleo magnetico della bobina 7, ovvero la porzione centrale del corpo tubolare 2 su cui è calzata la bobina 2 e che risulta contemporaneamente allineata all'organo otturatore 5, è costituita da una porzione di estremità del segmento tubolare 9 che risulta pertanto realizzato in materiale ferromagnetico, senza ovviamente alcun trattamento superficiale. Given the particular structure of the tubular body 2, in the example illustrated the fixed part of the magnetic core of the coil 7, i.e. the central portion of the tubular body 2 on which the coil 2 is fitted and which is simultaneously aligned with the shutter member 5, is consisting of an end portion of the tubular segment 9 which is therefore made of ferromagnetic material, obviously without any surface treatment.
Per quanto riguarda invece l'organo otturatore 5, nell'esempio illustrato esso è costituito da un corpo a tazza di forma cilindrica, montato assialmente scorrevole all'interno del condotto 3 con il proprio fondo rivolto verso l'ugello nebulizzatore 4, in modo tale da potersi disporre, quando è in posizione di chiusura, con il fondo in battuta su di una superficie di tenuta 11 ricavata sull'ugello nebulizzatore 4 stesso per realizzare la tenuta idraulica. Tale superficie di tenuta il è preferibilmente, ma non necessariamente, piana. On the other hand, as regards the shutter member 5, in the illustrated example it consists of a cup-shaped body of cylindrical shape, mounted axially sliding inside the duct 3 with its bottom facing the nebulizer nozzle 4, in such a way that it can be arranged, when in the closed position, with the bottom abutting on a sealing surface 11 obtained on the atomizing nozzle 4 itself to provide the hydraulic seal. Said sealing surface 11 is preferably, but not necessarily, flat.
In particolare, con riferimento alla figura 1, l'ugello nebulizzatore 4 è costituito da un disco con foro centrale calibrato, calettato sull'estremità assiale 2a del corpo tubolare 2, ovvero sul segmento tubolare 8, in modo tale da risultare perpendicolare all'asse A longitudinale del corpo tubolare 2 stesso. La superficie del disco rivolta verso il condotto passante 3 definisce la superficie di tenuta 11, mentre la superficie del disco rivolta dalla parte opposta del condotto passante 3 presenta, nell'esempio illustrato, una svaso troncoconico avente la funzione di garantire una migliore nebulizzazione e diffusione del getto di carburante. In particular, with reference to Figure 1, the nebulizer nozzle 4 consists of a disc with a calibrated central hole, keyed on the axial end 2a of the tubular body 2, or on the tubular segment 8, in such a way as to be perpendicular to the axis A longitudinal of the tubular body 2 itself. The surface of the disc facing the through duct 3 defines the sealing surface 11, while the surface of the disc facing the opposite side of the through duct 3 has, in the example illustrated, a truncated conical flare with the function of ensuring better nebulization and diffusion. of the jet of fuel.
L'organo otturatore 5 è invece costituito da un elemento tubolare cilindrico 12 in materiale ferromagnetico, e da un disco di tenuta 13 in materiale ad alta resistenza, saldato ad una estremità assiale dell'elemento tubolare cilindrico 12- in modo tale da definire il fondo del corpo a tazza. Tale disco di tenuta 13 presenta sulla propria superficie piana esterna 13a, ossia sulla sua superficie non affacciata all'elemento tubolare cilindrico 12, due risalti anulari concentrici 14 e 15 coassiali all'asse A, ciascuno dei quali è atto a disporsi in battuta sull'ugello' nebulizzatore 4, ossia sulla superficie di tenuta 11, in modo tale da circondare il foro centrale calibrato così da realizzare la tenuta idraulica. The shutter member 5, on the other hand, is constituted by a cylindrical tubular element 12 in ferromagnetic material, and by a sealing disc 13 in high resistance material, welded to an axial end of the cylindrical tubular element 12 - in such a way as to define the bottom of the cup body. Said sealing disc 13 has on its external flat surface 13a, i.e. on its surface not facing the cylindrical tubular element 12, two concentric annular projections 14 and 15 coaxial to the axis A, each of which is adapted to abut against the nebulizer nozzle 4, ie on the sealing surface 11, in such a way as to surround the calibrated central hole so as to provide the hydraulic seal.
Il disco di tenuta 13 presenta infine una pluralità di fori passanti 16 atti a permettere il passaggio del carburante dall'interno del corpo a tazza, ovvero l'interno dell'organo otturatore 5, verso la superficie piana esterna 13a del disco, in corrispondenza della zona delimitata dai due risalti anulari 14 e 15. Finally, the sealing disc 13 has a plurality of through holes 16 suitable for allowing the passage of the fuel from the inside of the cup-shaped body, that is the inside of the shutter member 5, towards the external flat surface 13a of the disc, in correspondence with the area delimited by the two annular projections 14 and 15.
Per quanto riguarda la molla di contrasto 6, con riferimento alla figura 1 essa è disposta all'interno del condotto 3 coassiale all'asse A con una prima estremità in battuta sul fondo dell'organo otturatore 5, ovvero sul disco di tenuta 13, e con una seconda estremità in battuta su di uno spallamento ricavato all'interno del condotto 3. As far as the contrast spring 6 is concerned, with reference to figure 1 it is arranged inside the conduit 3 coaxial to the axis A with a first end abutting on the bottom of the shutter member 5, or on the sealing disk 13, and with a second end abutting on a shoulder obtained inside the duct 3.
Nell'esempio illustrato, tale spallamento è definito dall'estremità assiale di un corpo spingimolla 17 inserito all'interno del condotto 3, immediatamente a monte del tratto del condotto passante 3 in cui è mobile l'organo otturatore 5, ossia all'interno del segmento tubolare 9. Tale corpo spingimolla 17 costituisce parte integrante del corpo tubolare 2, presenta forma tubolare cilindrica, ed è realizzato preferibilmente, ma non necessariamente, in materiale ferromagnetico. La posizione del corpo spingimolla 17 all'interno del condotto 3 è registrabile durante il montaggio dell'iniettore 1, in modo tale da regolare la compressione della molla di contrasto 6. In the example illustrated, this shoulder is defined by the axial end of a spring pusher body 17 inserted inside the duct 3, immediately upstream of the section of the through duct 3 in which the shutter member 5 is movable, i.e. inside the tubular segment 9. Said spring-pushing body 17 forms an integral part of the tubular body 2, has a cylindrical tubular shape, and is preferably, but not necessarily, made of ferromagnetic material. The position of the spring pusher body 17 inside the duct 3 can be adjusted during the assembly of the injector 1, in such a way as to adjust the compression of the contrast spring 6.
Per quanto riguarda infine la bobina 7 di materiale elettricamente conduttore, essa è calzata sul segmento tubolare 10 del corpo tubolare 2 all'interno di una sede anulare 18 esterna ricavata sul segmento tubolare 10 stesso, ed è provvista di una carcassa esterna 19 di protezione calzata sulla bobina 7 in modo tale da chiudere quest'ultima sul corpo tubolare 2. Finally, as regards the coil 7 of electrically conductive material, it is fitted on the tubular segment 10 of the tubular body 2 inside an external annular seat 18 obtained on the tubular segment 10 itself, and is provided with an external casing 19 for fitted protection. on the coil 7 in such a way as to close the latter on the tubular body 2.
Nell'esempio illustrato, sulla carcassa esterna 19 è ricavato un connettore elettrico 20 attraverso il quale è possibile inviare la corrente elettrica alla bobina 7. In the example illustrated, on the external casing 19 there is an electrical connector 20 through which it is possible to send the electric current to the coil 7.
Il funzionamento dell'iniettore carburante 1 è facilmente desumibile da quanto sopra descritto ed illustrato, e non necessita quindi di ulteriori spiegazioni. The operation of the fuel injector 1 can be easily deduced from what has been described and illustrated above, and therefore does not require further explanations.
È opportuno comunque sottolineare che ripetute prove sperimentali hanno dimostrato che la eliminazione dello strato di materiale ad alta resistenza dalla parte fissa del nucleo magnetico non ha comportato alcuna riduzione della vita media dell'iniettore carburante, a fronte invece di una sensibile riduzione dei costi di produzione. However, it should be noted that repeated experimental tests have shown that the elimination of the layer of high-strength material from the fixed part of the magnetic core did not lead to any reduction in the average life of the fuel injector, compared to a significant reduction in production costs. .
Un ulteriore vantaggio dell'iniettore 1 è quello di aver ridotto lo spessore del traferro esistente tra la parte fissa e la parte mobile del nucleo magnetico, migliorando l'efficienza del circuito magnetico e riducendo la dispersione delle caratteristiche funzionali. A further advantage of the injector 1 is that of having reduced the thickness of the air gap existing between the fixed part and the mobile part of the magnetic core, improving the efficiency of the magnetic circuit and reducing the dispersion of the functional characteristics.
Risulta infine chiaro che all'iniettore 1 qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the injector 1 described and illustrated here without thereby departing from the scope of the present invention.
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