ITMI20081156A1 - Iniettore di carburante ad apertura rapida per pressioni di iniezioni elevate - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Stato dell'arte

L'invenzione prende le mosse da un iniettore di carburante del genere di cui alla rivendicazione 1.

Il soddisfacimento dei valori limite per le sostanze nocive ha la massima priorità nello sviluppò dei motori a combustione interna. Proprio il sistema di iniezione del tipo Common-Rail ha fornito un contributo decisivo alla riduzione delle sostanze nocive. Il vantaggio dei sistemi del tipo Common-Rail sta nella loro indipendenza della pressione di iniezione dalla velocità di rotazione e dal carico. Per il rispetto di futuri valori limite del gas di scarico sono tuttavia necessari, proprio nei motori diesel, un aumento significativo della pressione di iniezione ed un'iniezione multipla.

Sono conosciuti iniettori del tipo Common-Rail con corsa gestita, lo spillo del cui ugello è servocomandato . Come regolatore della pressione sono utilizzate valvole piezoelettriche ed elettromagnetiche, con le quali viene comandato il sostanzialmente più bassa. A motivo della quantità di comando più bassa la valvola riduttrìce di pressione può essere realizzata costruttivamente più piccola rispetto alle valvole attuali, motivo per cui si riducono peso e corsa della valvola riduttrìce di pressione. Entrambi questi aspetti sono oltremodo vantaggiosi nella realizzazione di una valvola riduttrìce di pressione ad apertura rapida. Per effetto della riduzione del peso la valvola riduttrìce di pressione può essere realizzata in un unico pezzo, ciò che dal punto di vista dell'iniezione multipla e di iniezioni preventive e secondarie poste ì'una vicino all/altra ha un vantaggio determinante. Il servocircuito dell'iniettore (strozzatura di deflusso) viene preferìbilmente aperto con l'ausilio di una sfera, che viene comandata dal circuito idraulico secondario. Dato che la sfera è servocomandata, questa può essere realizzata con grandezza a piacere. Un incremento in seguito a ciò indotto della portata della strozzatura dì deflusso porta ad una adattabilità più vantaggiosa dell'iniettore. La valvola riduttrìce di pressione non è affetta da alcun trafilamento, ciò che è un grosso vantaggio per quanto concerne l'efficienza.

A motivo della semplice modalità costruttiva, l'iniettore di carburante conforme all'invenzione è economico, specialmente in quanto la valvola riduttrice di pressione è per la maggior parte costituita da componenti di serie.

Altri vantaggi e vantaggiose configurazioni dell'oggetto dell'invenzione sono desumibili dalla descrizione, dal disegno e dalle rivendicazioni. Breve descrizione del disegno

L'iniettore di carburante conforme all'invenzione è rappresentato nel disegno ed è illustrato più in dettaglio nella descrizione che segue. Le caratteristiche fatte vedere nelle figure sono da intendersi come puramente schematiche e non in scala. Le figure fanno vedere:

Fig. 1 un primo esempio dell'iniettore di carburante conforme all'invenzione, con una valvola di comando il cui elemento valvolare sferico è disposto centralmente rispetto all'asse dello spillo dell'ugello;

Fig. 2 l'iniettore del carburante di cui alla figura 1 con elemento valvolare non disposto al centro; e

Fig. 3 un secondo esempio di realizzazione dell'iniettore di carburante conforme all' invenzione, con un accoppiatore idraulico tra stelo dell'accoppiatore e spillo dell'ugello.

Forme di realizzazione

L'iniettore di carburante 1 fatto vedere nella figura 1 viene abitualmente utilizzato in un motore a combustione interna contemplante più cilindri, laddove a ciascuno di questi cilindri è associato un tale iniettore (valvola dì iniezione del carburante). L'iniettore 1 è disposto in una conduttura di alimentazione 2 del carburante, soggetta a pressione elevata, e sì protende nella camera di scoppio del motore a combustione interna da alimentare. In un foro di guida 3 assiale di un corpo 4 dell'ugello è supportato, in modo da poter traslare, un organo valvolare (spillo dell'ugello) 5 a forma di stantuffo, recante una superficie conica 6 dì tenuta della valvola, la quale da una molla di chiusura 7 viene premuta contro una superficie conica 8 della sede della valvola del corpo 4 dell'ugello e chiude i fori di iniezione 9 qui previsti. La conduttura di ìniezioOne 2 sbocca nel corpo 4 dell'ugello in una camera 10 dell'ugello a forma di anello, dalia quale una luce anulare, che si estende tra il foro di guida 3 e lo spillo 5 dell'ugello, porta fino alla superficie 8 della sede della valvola. Lo spillo 5 dell'ugello possiede, nella zona della camera 10 dell'ugello, una faccia di comando 11 realizzata sotto forma di spallamento di spinta, sulla quale va ad agire, nel senso di apertura, in corrispondenza dello spillo 5 dell'ugello, il carburante alimentato attraverso la conduttura di alimentazione ad alta pressione 2. La conduttura di alimentazione ad alta pressione 2 è connessa ad un accumulatore centrale ad alta pressione (Common Raìl) 12.

I movimenti di apertura e dì chiusura dello spillo 5 dell'ugello vengono comandati tramite uno stelo di cornando 13 che è guidato in modo assialmente traslabile in un corpo 14 dell'iniettore ed una cui estremità, attraverso un disco distanziatore (pastiglia) 15 poggia sul lato frontale dello spillo 5 dell'ugello opposto rispetto alla superficie di tenuta 6 della valvola. Lo stelo di comando 13 delimita all'altra estremità, con una superficie di comando 16 che agisce nel senso di chiusura, in un pezzo 17 della valvola una camera di comando 18 che, attraverso una strozzatura di afflusso (Z) 19, è collegata permanentemente con la conduttura di alimentazione ad alta pressione 2 e, tramite una valvola di comando a 2/2 vie 20, è collegabile con un lato di bassa pressione (ritorno) 21. La valvola di comando 20 presenta una camera 22 della valvola ed una sfera (elemento valvolare) 23 che qui è guidata, in modo da potersi spostare tra una posizione chiusa ed una posizione aperta, per effetto della quale la camera 22 della valvola è suddivisa in una prima ed in una seconda camera parziale 22a, 22b. La prima camera parziale 22a è connessa, tramite una strozzatura di deflusso (A) 24 che cavita, alla camera di comando 18 e presenta un'apertura (sede della valvola, rispettivamente sede della sfera) 25, della valvola che scarica in direzione del lato di bassa pressione 21 e che, nella posizione valvolare chiusa della sfera 23, è chiusa dalla sfera 23. La seconda camera parziale 22b è connessa, attraverso una strozzatura dì riempimento 26, alla conduttura di alimentazione ad alta pressione 2 ed è collegabile con il lato di bassa pressione 21 tramite una valvola riduttrice di pressione 27. Lo stelo dì comando 13 è guidato nel pezzo 17 della valvola, dando luogo alla camera di comando 2, nella quale sono previste anche le strozzature 19, 24, 26.

Il pezzo 17 della valvola è inserito in un foro a gradino del corpo 14 dell'iniettore, dando luogo ad una camera anulare 28 e ad una camera 29 della molla. La camera anulare 28 è connessa alla conduttura di alimentazione ad alta pressione 2 e, attraverso la strozzatura di riempimento 26, è collegata con la seconda camera parziale 22b. La camera anulare 28 può in vìa opzionale essere ingrandita al punto da fungere da "mini-Rail" ed attenuare le vibrazioni idrauliche tra accumulatore ad alta pressione 12 ed iniettore 1. La camera 29 della molla è connessa al lato di bassa pressione 21 ed è separata dalla camera anulare 28 ad opera di un anello di tenuta 30. Nella camera 29 della molla lo stelo di comando 13 si estende dal pezzo 17 della valvola fino allo spillo 5 dell'ugello e la molla di chiusura 7 è sostenuta ad un'estremità in corrispondenza del pezzo 17 della valvola ed all'altra estremità in corrispondenza dì un gradino dello stelo di comando 13. Per effetto del disco distanziatore 15, tra lo spillo 5 dell'ugello e lo stelo 12 dell'accoppiatore è presente un'intercapedine 31 che è collegata, attraverso la luce di guida tra stelo di comando 13 e corpo 14 dell'iniettore, con la camera 29 della molla, quindi con il lato di bassa pressione 21. A motivo delle risultanti forze di spinta (alta pressione, rispettivamente pressione del Rail nella camera 10 dell'ugello e nella camera di comando 18, nonché bassa pressione nell'intercapedine 31), lo spillo 5 dell'ugello e lo stelo di comando 13 vengono mantenuti appoggiati l'uno sull'altro. Se lo spillo 5 dell'ugello deve essere realizzato con un riscontro per la corsa (non balisticamente), la corsa può essere regolata con un disco distanziatore 15.

Nella figura 1 la valvola di comando 20 e la valvola rìduttrice di pressione 27 sono chiuse. In entrambe le camera parziali 22a, 22b regna perciò la medesima alta pressione (pressione del Rail), però, a motivo dell'apertura 25 della valvola chiusa, la superficie 32a della sfera 23, che nella prima camera parziale 22a agisce nel senso di apertura, è più piccola della superficie 32b della sfera 23 che, nella seconda camera parziale 22b, agisce nel senso di chiusura. La forza idraulica dì chiusura, che agisce sulla sfera 23, è pertanto più grande della forza idraulica di apertura, così che la sfera 23 tiene chiusa l'apertura 25 della valvola ed il collegamento tra la camera di comando 18 ed il lato di bassa pressione 21 è intercettato. Lo spillo 5 dell'ugello è chiuso per effetto dell'alta pressione che regna nella camera di comando 18. Se la valvola riduttrìce di pressione 27 viene aperta, la pressione nella seconda camera parziale 22b si riduce, mentre nella prima camera parziale 22b continua ad essere presente la pressione del Rail. La forza idraulica di apertura, che agisce sulla sfera 23, è ora più grande della forza idraulica di chiusura, così che la sfera 23 si solleva dall'apertura 25 della valvola ed apre la valvola di comando 20. La camera di comando 18 viene in seguito a ciò collegata con il lato di bassa pressione 21 e la pressione nella camera di comando 18 viene ridotta, così che lo spillo 5 dell'ugello apre in antagonismo all'azione della molla di chiusura 7. Quando la valvola dì comando 20 è aperta, la superficie 32a delia sfera 23, che nella prima camera parziale 22a agisce nel senso di apertura, è uguale alla superficie 32b che, nella seconda camera parziale 22b, agisce nel senso di chiusura. Quando la valvola di comando 20 è aperta, attraverso l'apertura 25 della valvola si verifica oltre a ciò una strozzatura tale, per cui la pressione nella prima camera parziale 22a è superiore alla pressione nella seconda camera parziale 22b e la sfera 23 resta nella sua posizione valvolare aperta. Lo scarico della seconda camera parziale 22b può vantaggiosamente essere realizzato in modo che questo venga strozzato quando la sfera 23 di colpo si apre. La quantità che defluisce dal circuito secondario viene in seguito a ciò ridotta ad un minimo.

Se la valvola riduttrìce di pressione 27 viene chiusa, la pressione nella seconda camera parziale 22b aumenta di nuovo alla pressione del Rail e chiude la sfera 23. La camera di comando 18 viene in seguito a ciò sezionata rispetto al lato di bassa pressione 21, per cui la pressione nella camera di comando 18 sale parimenti e lo spillo 5 dell'ugello chiude.

Il gioco tra la sfera 23 ed il pezzo 17 della valvola deve solo presentare tolleranze tanto strette, per cui l'intervento della sfera 23 comandato dalla pressione possa funzionare senza problemi. Un trafilamento duraturo non può venirsi a creare in questo punto, in quanto, quando la valvola rìduttrice di pressione 27 è chiusa, entrambe le camere parziali 22a, 22b si trovano alla pressione del Raìl.

La valvola rìduttrice di pressione 27 è, nell'esempio di realizzazione mostrato, una valvola elettromagnetica a 2/2 vie, con uno spillo valvolare 33 che tramite un profilo poligonale 35 è guidato in maniera traslabile in un pezzo 34 della valvola, con un'armatura fessurata 36 della valvola, con una molla 37, che tiene chiuso lo spillo valvolare 33, e con una bobina di campo 38. Alimentando elettricamente la bobina di campo 38 viene generato un campo magnetico ed in seguito a ciò l'armatura 36 della valvola viene attirata in antagonismo all'azione della molla 37. Lo spillo valvolare 33 si pare, laddove la corsa della valvola viene limitata da una bussola di riscontro 39 e la quantità che fuoriesce dal circuito secondario, vale a dire dalla camera parziale 22b, viene convogliata, passando per la guida poligonale 35, in una camera 40 dell'armatura che è collegata con il lato di bassa pressione 21.

Un vantaggio dell'iniettore 1 è motivato dal fatto che la quantità di comando principale dell'iniettore 1 viene fatta defluire dalla camera di comando 18 non nella camera 40 dell'armatura, bensì direttamente nel ritorno 21. Proprio nel caso dì piccole valvole, l'impulso di deflusso può portare a forze fluidodinamiche in corrispondenza dell'armatura 36 della valvola, le quali hanno come conseguenza una chiusura ritardata. Ciò provoca ondulazioni nel campo caratteristico e dispersioni nella quantità iniettata. Un altro vantaggio consiste nel fatto che la bussola di riscontro 39 viene chiusa idraulicamente non appena l'armatura 36 della valvola poggia contro la bussola di riscontro 39. Si ottiene in seguito a ciò un ammortizzamento idraulico, il quale impedisce un saltellamento meccanico dovuto all'impatto. All'atto della chiusura non si perviene ciò nonostante ad alcun incollamento idraulico, come succede nel caso di un riscontro puramente idraulico {luce di compressione).

Contrariamente alla valvola di comando 20 di cui alla figura 1, nella quale la camera 22 della valvola si estende centralmente rispetto all'asse 41 dello spillo 5 dell'ugello, rispettivamente dello stelo di comando 13 e la conduttura di collegamento, rispettivamente la strozzatura di deflusso 24, che collegano la camera di comando 18 e la prima camera parziale 22a l'una con l'altra, si estendono in modo parallelamente sfalsato (decentrato) rispetto all'asse 41, nel caso della valvola di comando 20 fatta vedere nella figura 2 la conduttura di collegamento, rispettivamente la strozzatura di deflusso 24 si estende centralmente rispetto all'asse 41 dello spillo 5 dell'ugello e la camera 22 della valvola si estende in modo parallelamente sfalsato (decentrato) rispetto all'asse 41. Per effetto di questa disposizione centrata della strozzatura di deflusso 24 possono essere semplificati i processi di fabbricazione e ridotti i costi unitari.

L'iniettore 1 fatto vedere nella figura 3 si differenzia dall'iniettore di cui alle figure 1 e 2 per il fatto che qui la camera 29 della molla è connessa all'accumulatore centrale ad alta pressione 12 ed in aggiunta si fa carico della funzione di un mini-Rail, con il quale possono essere ammortizzate le pendolazìoni della pressione tra iniettore 1 ed accumulatore ad alta pressione 12. Con la camera 29 della molla sono collegate la camera 10 dell'ugello, attraverso la conduttura di alimentazione 2, la camera di comando 18 attraverso la strozzatura Z 19 e la seconda camera parziale 22b attraverso la strozzatura di riempimento 26. A motivo dello stadio di bassa pressione assente, in corrispondenza della guida dello spillo 5 dell'ugello non si ha alcun trafilamento e per accoppiare i movimenti dello spillo 5 dell'ugello e dello stelo di comando 13 viene utilizzato un accoppiatore idraulico 42. Il volume dì accoppiamento 43 dell'accoppiatore 42 è definito da una bussola 44 dell'accoppiatore, la quale è guidata nella camera 29 della molla sullo stelo di comando 13 ed è mantenuta in appoggio ermetizzante sul corpo 4 dell'ugello tramite una molla di chiusura 45 che è sostenuta in corrispondenza dello stelo di comando 13. La forza della molla di chiusura 7 è così data dalla richiesta forza per tenere chiuso lo spillo dell'ugello e dalla forza della molla di chiusura 45. L'accoppiatore 42 collega idraulicamente da un lato lo spillo 5 dell'ugello e lo stelo 13 dell'accoppiatore e genera dall'altro lato una forza dì chiusura, poiché nell'intercapedine 31 il diametro, guidato nel corpo 4 dell'ugello, dello stelo di comando 13 è più grande di quello dello spillo 5 dell'ugello.

Con il movimento di apertura dello spillo 5 dell'ugello viene in seguito a ciò generata una caduta di pressione nel volume di accoppiamento 43 e perciò una forza dello spillo che chiude. A titolo integrativo, con una strozzatura di chiusura 46 nella conduttura di alimentazione 2 può essere generata una supplementare forza di chiusura dello spillo. Al fine dì rendere possibile che sulla valvola rìduttrice di pressione 27 vada ad agire una bassa pressione, la camera anulare 29 è collegata con il lato di bassa pressione 21. La quantità principale che defluisce dalla camera di comando 18 viene perciò convogliata, passando per la strozzatura di deflusso 24, nella camera anulare 29 e quindi nel ritorno 21. Anche la quantità che comanda la valvola rìduttrice di pressione 27 viene direttamente convogliata dalla seconda camera parziale 22b nella camera anulare 29. Si può perciò fare a meno di una guida poligonale in corrispondenza dello spillo valvolare 33. Questo iniettore, fatto vedere nella figura 3, si distingue per un trafilamento e per una quantità di comando estremamente bassi. Pressioni elevate del Rail, come quelle che in futuro verranno richieste dai costruttori di motori, possono ciò nonostante essere gestite senza problemi.

In altre parole, nel caso di tutti gli iniettori più sopra descritti, con apertura 25 della valvola aperta, la superficie 32a della sfera 23, che nella prima camera parziale 22a agisce nel senso di apertura, la superficie 32b della sfera 23, che nella seconda camera parziale 22b agisce nel senso di chiusura, ed i rispettivi collegamenti delle due camere parziali 22a,22b con il lato di alta pressione 2 e con il lato di alta pressione 21 possono essere dimensionati in modo che la forza idraulica di chiusura, che nel senso dì chiusura agisce sulla sfera 23, quando la valvola rìduttrice di pressione 27 è chiusa, sia più grande e, quando la valvola riduttrice di pressione è aperta, sìa più piccola della forza idraulica di apertura che, nel senso dì apertura, agisce sulla sfera 23. I rispettivi collegamenti delle due camere parziali 22a, 22b con il lato di alta pressione 2 e con il lato di bassa pressione 21 sono inoltre dimensionati in modo che, quando l'apertura 25 della valvola è aperta e quando la valvola riduttrice di pressione 27 è aperta, la pressione che regna nella prima camera parziale 22a sia più grande della pressione che regna nella seconda camera parziale 22b.

La forza idraulica di chiusura, che nel senso di chiusura agisce sulla sfera 23, è più grande, quando la valvola rìduttrìce di pressione 21 è chiusa, ed è più piccola, quando la valvola riduttrice di pressione 27 è aperta, della forza idraulica di apertura che, nel senso di apertura, agisce sulla sfera 23,

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI Iniettore di carburante (1) per motore a combustione interna, comprendente una camera di comando (18) che è connessa ad un lato di alta pressione (2) del carburante e tramite la cui pressione viene comandato il movimento di uno spillo (5) dell'ugello, e comprendente una valvola di comando (20) che intercetta oppure apre il collegamento tra la camera di comando (18) ed un lato di bassa pressione (21), caratterizzato dal fatto che la valvola di comando (20) presenta un elemento valvolare (23) che in una camera (22) della valvola è guidato in modo da potersi spostare tra una posizione chiusa ed una posizione aperta della valvola e per effetto del quale la camera (22) della valvola è suddivisa in una prima ed in una seconda camera parziale (22a, 22b), la prima camera parziale (22a) è connessa alla camera di comando (18) e presenta un'apertura (25) della valvola che è connessa al lato di bassa pressione (21) e che, nella posizione valvolare chiusa dell"elemento (23) della valvola, è chiusa ad opera dell'elemento (23) della valvola, e la seconda camera parziale (22b) è connessa al lato di alta pressione (2) ed attraverso una valvola riduttrìce dì pressione (27) è collegabile con il lato di bassa pressione (21), e la forza di chiusura, in special modo esclusivamente idraulica, che nel senso di chiusura agisce sull'elemento (23) della valvola, quando la valvola riduttrice di pressione (27) è chiusa, è più grande e, quando la valvola riduttrice di pressione (27) è aperta, è più piccola della forza di apertura, in special modo esclusivamente idraulica, che, nel senso di apertura, agisce sull'elemento (23) della valvola.
2. 2. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, quando l'apertura (25) della valvola è chiusa, la superficie (32a) dell'elemento (23) della valvola, che nel senso di apertura agisce nella prima camera parziale (22a), è piu piccola della superficie (32b) dell'elemento (23) della valvola che, nel senso di chiusura, agisce nella seconda camera parziale (22b).
3. 3. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che, quando l'apertura (25) della valvola è aperta, la superficie (32a) dell'elemento (23) della valvola, che nel senso di apertura agisce nella prima camera parziale (22a), la superficie (32b) dell'elemento (23) della valvola, che nel senso di chiusura agisce nella seconda camera parziale (22b), ed i rispettivi collegamenti delle due camere parziali (22a, 22b) con il lato di alta pressione (2) e con il lato di bassa pressione (21) sono dimensionati in modo che la forza idraulica di chiusura, che nel senso di chiusura agisce sull'elemento (23) della valvola, quando la valvola riduttrice di pressione (27) è chiusa, sia più grande e, quando la valvola riduttrice di pressione (27) è aperta, sia più piccola della forza idraulica di apertura che, nel senso dì apertura, agisce sull'elemento (23) della valvola.
4. 4. Iniettore di carburante secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che, quando l'apertura (25) della valvola è aperta, la superfìcie (32a) dell'elemento (23) della valvola, che nel senso di apertura agisce nella prima camera parziale (22a), è uguale alla superficie (32b) dell'elemento (23) della valvola che, nel senso di chiusura, agisce nella seconda camera parziale (22b).
5. 5. Iniettore di carburante secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che i rispettivi collegamenti delle due camere parziali {22a, 22b) con il lato di alta pressione (2) e con il lato di bassa pressione (21) sono dimensionati in modo che, quando l'apertura (25) della valvola è aperta e quando la valvola riduttrice di pressione (27) è aperta, la pressione che regna nella prima camera parziale (22a) sia più grande della pressione che regna nella seconda camera parziale (22b).
6. 6. Iniettore di carburante secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che l'elemento valvolare (23) è una sfera.
7. 7. Iniettore dì carburante secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che la camera (22) della valvola si estende centralmente rispetto all'asse (41) dello spillo (5) dell'ugello e la conduttura dì collegamento, rispettivamente la strozzatura di deflusso (24), che collegano l'una con l'altra la camera di comando (18) e la prima camera parziale (22a), si estendono in modo parallelamente sfalsato rispetto all'asse (41) dello spillo (5) dell'ugello o viceversa.
8. 8. Iniettore di carburante secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che tra camera di comando (18) e spillo (5) dell'ugello è disposto uno stelo di comando (13) che è guidato in modo da poter traslare e che nella camera di comando (18) presenta una superficie di comando (16) che agisce nel senso di chiusura dello spillo (5) dell'<'>ugello e che è accoppiata in termini di mobilità con lo spillo (5) dell'ugello.
9. 9. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che un'intercapedine (31), esìstente tra spillo (5) dell'ugello e stelo (13) dell'accoppiatore, è connessa al lato di bassa pressione (21). Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che tra spillo (5) dell'ugello e stelo (13) dell'accoppiatore è presente un accoppiatore idraulico (42) connesso al lato di alta pressione (2).