ITMI991985A1 - FUEL INJECTION VALVE FOR ENDOTHERMAL ENGINES - Google Patents
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Description
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
Stato della tecnica State of the art
L'invenzione si riferisce ad una valvola d'iniezione del carburante per motori endotermici secondo il tipo della rivendicazione 1. The invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engines according to the type of claim 1.
Una valvola d’iniezione del carburante per motori endotermici si riferisce per esempio al documento DE 196 45 900 Al. Questa valvola d'iniezione del carburante presenta un organo otturatore munito di una superficie di tenuta ed assialmente scorrevole in un foro di un corpo di valvola, con il quale coopera con una superficie della sede di valvola sul corpo di valvola e con almeno un'apertura d'iniezione che, durante la corsa d'apertura dell’organo otturatore, è pilotabile in apertura dalla sede di valvola, solo dopo aver percorso una determinata corsa a vuoto ed un sollevamento della superficie di tenuta della valvola. L'apertura è prevista nella parete del corpo di valvola, laddove è chiudibile un'apertura d'entrata dell'apertura d'iniezione dall'organo otturatore. A fuel injection valve for internal combustion engines refers for example to DE 196 45 900 A1. This fuel injection valve has a shutter member provided with a sealing surface and axially sliding in a hole of a valve body , with which it cooperates with a surface of the valve seat on the valve body and with at least one injection opening which, during the opening stroke of the shutter member, can be piloted in opening from the valve seat, only after having a certain idle stroke and a lift of the valve sealing surface. The opening is provided in the wall of the valve body, where an inlet opening of the injection opening can be closed from the shutter member.
Per poter rispettare i rigidi valori per quanto riguarda le emissioni ed i rumori in motori diesel ad iniezione diretta, in particolare per ottenere un'iniezione stratificata del diesel e dell'acqua (cosiddetta iniezione bifluida), sono necessarie delle valvole d'iniezione del carburante, la cui sezione trasversale d'iniezione è variabile in modo dipendente dallo stato d'esercizio. In order to comply with the strict values for emissions and noise in diesel engines with direct injection, in particular to achieve a stratified injection of diesel and water (so-called bi-fluid injection), fuel injection valves are required. , whose injection cross section is variable depending on the operating condition.
L'invenzione si pone il compito di perfezionare delle valvole d'iniezione del carburante ad apertura interna, in modo tale, per cui risulti variabile la sezione trasversale d'iniezione. The invention has the aim of improving fuel injection valves with inward opening, in such a way that the injection cross section is variable.
Vantaggi dell'invenzione Advantages of the invention
Questo compito viene risolto nel caso di una valvola ad iniezione del carburante del tipo descritto all'inizio mediante le caratteristiche della rivendicazione 1. Mediante il corsoio anulare, il quale circonda concentricamente l'organo otturatore ed il quale, nella sua posizione di partenza, chiude parzialmente l'apertura d'iniezione e risulta scorrevole nella sua direzione assiale per liberare l'intera sezione trasversale dell'apertura d'iniezione, in modo facilmente realizzabile dal punto di vista tecnico, viene resa possibile uria sezione trasversale d'apertura variabile e funzionalmente sicura in una valvola d'iniezione del carburante. This task is solved in the case of a fuel injection valve of the type described at the beginning by the characteristics of claim 1. By means of the annular slide, which concentrically surrounds the shutter member and which, in its starting position, closes the injection opening partially and slides in its axial direction in order to free the entire cross section of the injection opening, in a way that is easily achievable from a technical point of view, a variable and functionally variable opening cross section is made possible safe in a fuel injection valve.
Il corsoio anulare è a tale scopo assoggettabile in modo vantaggio da un condotto di comando separato con carburante sotto pressione, in modo tale, per cui esso, all'atto dell'assoggettamento al carburante sotto pressione, rimane nella sua posizione di partenza e per cui esso, all'atto dell'allontanamento del carburante sotto pressione, risulta scorrevole in senso assiale, contrariamente ad una forza di ritorno. For this purpose, the annular slider can be subjected in an advantageous way to a separate control line with fuel under pressure, so that it remains in its starting position when it is subjected to fuel under pressure. when the fuel is removed under pressure, it slides axially, contrary to a return force.
La sede della valvola è vantaggiosamente realizzata in un piattello di tenuta disposto con piccolo gioco radiale nel corpo di valvola. Grazie a questo gioco radiale del piattello di tenuta si possono vantaggiosamente compensare delle tolleranze di posizione dell'organo otturatore, poiché il piattello di tenuta si adatta all'organo otturatore e non viceversa - come nel caso delle valvole note dallo stato della tecnica - l'organo otturatore alla sede di tenuta . The valve seat is advantageously formed in a sealing plate arranged with a small radial clearance in the valve body. Thanks to this radial clearance of the sealing plate, it is possible to advantageously compensate for the position tolerances of the shutter member, since the sealing plate adapts to the shutter member and not vice versa - as in the case of valves known from the state of the art -. shutter member to the sealing seat.
Preferibilmente, in corrispondenza della sua estremità lato camera di combustione, l'organo otturatore presenta a tale scopo una superficie convessa e sferica formante la superficie di tenuta della valvola, con la quale coopera con un bordo di tenuta del piattello di tenuta che si estende tutt'intorno in modo anulare e forma la sede di valvola . Preferably, at its end on the combustion chamber side, the shutter member has for this purpose a convex and spherical surface forming the sealing surface of the valve, with which it cooperates with a sealing edge of the sealing plate which extends all the way. 'around annularly and forms the valve seat.
L'organo otturatore è sollevabile verso l'interno contrariamente ad una forza di ritorno, per cui non è soggetta ad alcun imbrattamento esterno. The shutter member can be lifted inwards contrary to a return force, so that it is not subject to any external contamination.
In particolare, in questo modo, la sede di tenuta è disposta all'interno della valvola d'iniezione del carburante e risulta così protetta da un imbrattamento causato da gas di combustione. Per il pilotaggio della sezione trasversale d'iniezione si prevede vantaggiosamente che un bordo anulare in corrispondenza del passaggio fra la parete circonferenziale del corsoio anulare e la sua superficie di testa formi un bordo di comando che, all'atto del passaggio sull'apertura d'entrata dell'apertura d'iniezione, determini la sezione trasversale d'apertura dell'iniezione del carburante. In questo modo sono realizzabili differenti sezioni trasversali d'iniezione del carburante, laddove si ripercuote vantaggiosamente il fatto che le variazioni dell'angolo d'iniezione del getto iniettato non si ripercuotono così fortemente grazie ad un corsoio anulare interno che copre parzialmente l'apertura d'iniezione, come una copertura all'uscita del foro d'iniezione, per cui risulta più stabile l'angolo in altezza del getto iniettato. In particular, in this way, the sealing seat is arranged inside the fuel injection valve and is thus protected from contamination caused by combustion gas. For piloting the injection cross section, it is advantageously provided that an annular edge in correspondence with the passage between the circumferential wall of the annular slide and its head surface forms a control edge which, upon passing over the opening of the injection port entry, determine the fuel injection port cross section. In this way, different cross sections of the fuel injection can be realized, which advantageously affects the fact that the variations in the injection angle of the injected jet do not have such strong repercussions thanks to an internal annular slide that partially covers the opening d injection, as a cover at the outlet of the injection hole, so that the height angle of the injected jet is more stable.
Ulteriori vantaggi e realizzazioni vantaggiose dell'oggetto dell'invenzione risultano evidenti dalla seguente descrizione, dai disegni e dalle rivendicazioni . Further advantages and advantageous embodiments of the object of the invention are evident from the following description, from the drawings and from the claims.
Disegni Drawings
Nei disegni : In the drawings:
- la fig. 1 illustra un ugello d'iniezione del carburante secondo l'invenzione allo stato chiuso, - fig. 1 shows a fuel injection nozzle according to the invention in the closed state,
- la fig. 2 illustra una rappresentazione in scala ingrandita della zona inferiore dell'ugello d'iniezione del carburante illustrato nella zona inferiore della fig. 1, - fig. 2 shows an enlarged scale representation of the lower region of the fuel injection nozzle shown in the lower region of fig. 1,
- la fig. 3 illustra l'ugello d'iniezione del carburante illustrato nella fig. 1 allo stato parzialmente aperto, - fig. 3 illustrates the fuel injection nozzle illustrated in FIG. 1 in the partially open state,
- la fig. 4 illustra una rappresentazione in scala ingrandita della zona indicata con IV nella fig. 3, - la fig. 5 illustra l'ugello d'iniezione del carburante delle figg. 1 e 3, allo stato completamente aperto, - fig. 4 shows an enlarged scale representation of the area indicated by IV in fig. 3, - fig. 5 shows the fuel injection nozzle of figs. 1 and 3, in the fully open state,
- la fig. 6 illustra la zona indicata con VI nella fig. 5 in una rappresentazione ingrandita, - fig. 6 shows the area indicated with VI in fig. 5 in an enlarged representation,
- la fig. 7 illustra schematicamente un sistema d'iniezione del carburante cosiddetto a "common rail", in cui viene impiegato l'ugello d'iniezione del carburante secondo l'invenzione illustrato nelle figg. - fig. 7 schematically illustrates a so-called "common rail" fuel injection system, in which the fuel injection nozzle according to the invention illustrated in Figs.
Descrizione degli esempi esecutivi Description of the executive examples
Un sistema d'iniezione a raccolta cosiddetto a "common rail", illustrato nella fig. 7, comprende un serbatoio del carburante, al quale un filtro, una pompa di alimentazione ed una pompa ad alta pressione alimentano, in un listello distributore (rail) 5, del carburante sotto alta pressione. Al listello distributore 5 sono connesse, attraverso delle valvole a due vie 6 ed un condotto di comando 12 nonché attraverso un condotto d'iniezione 13, delle valvole d'iniezione del carburante 10 descritte più avanti. Il carburante che rifluisce attraverso un condotto di ritorno 14 scorre fino al serbatoio 1 attraverso le valvole d'iniezione del carburante 10 nonché le valvole 6. A so-called "common rail" collection injection system, illustrated in fig. 7, comprises a fuel tank, to which a filter, a feed pump and a high-pressure pump feed fuel under high pressure into a distributor rail 5. The fuel injection valves 10 described below are connected to the distributor strip 5 through two-way valves 6 and a control duct 12 as well as through an injection duct 13. The fuel flowing back through a return line 14 flows to the tank 1 through the fuel injection valves 10 as well as the valves 6.
Nel condotto è disposta inoltre una valvola limitatrice di pressione 8 nonché un sensore di pressione 4. L'uscita del sensore 4 conduce ad un apparecchio 7, il quale pilota sia la pompa ad alta pressione 3, che le valvole 6. All'apparecchio di comando 7 vengono trasmessi inoltre ulteriori segnali di rilevamento dai sensori 9. In addition, a pressure relief valve 8 and a pressure sensor 4 are arranged in the duct. The output of the sensor 4 leads to an apparatus 7, which drives both the high-pressure pump 3 and the valves 6. In command 7, further detection signals are transmitted from sensors 9.
La valvola d'iniezione del carburante ed il suo funzionamento verranno a seguito descritti più dettagliatamente con riferimento alle figg. 1 a 6. The fuel injection valve and its operation will be described in more detail below with reference to figs. 1 to 6.
Una valvola d’iniezione del carburante comprende un corpo di valvola 20, il quale è fissato attraverso una madrevite di serraggio 22 ad un corpo di ritegno 30 della valvola. Nel corpo di valvola 20 è disposto assialmente scorrevole un organo otturatore 40. L'organo otturatore termina, alla sua estremità rivolta in senso opposto alla camera di combustione, in un pezzo pressore 41 e viene tenuto dalla forza di ritorno di una molla di richiamo 42 nella sua posizione di partenza chiusa illustrata nelle figg. 1 e 2. L'organo otturatore 40 presenta un condotto del carburante 44 disposto centrale che termina in un vano portamolla 45 della molla 42. Il pezzo pressore collegato con l'organo otturatore 40 presenta un foro allineato con il condotto 44 del carburante. A fuel injection valve comprises a valve body 20, which is fixed through a tightening nut 22 to a valve retaining body 30. A shutter member 40 is axially slidably arranged in the valve body 20. The shutter member terminates, at its end facing away from the combustion chamber, in a pressure piece 41 and is held by the return force of a return spring 42 in its starting closed position illustrated in FIGS. 1 and 2. The shutter member 40 has a fuel duct 44 arranged centrally which ends in a spring-holder compartment 45 of the spring 42. The pressure piece connected to the shutter member 40 has a hole aligned with the fuel duct 44.
L'organo otturatore 40 è circondato concentricamente da un corsoio anulare 50, il quale viene tenuto anch'esso dalla forza di ritorno di una molla di richiamo 52 nella sua posizione di partenza illustrata nelle figg. 1 e 2. Il corsoio anulare 50 è scorrevole nella direzione assiale, finché esso non scontra contrariamente alla forza di ritorno della molla di richiamo 52 contro uno scontro, il quale è disposto in corrispondenza di un elemento di scontro 55 che circonda concentricamente l'organo otturatore 40. Nell'elemento di scontro 55 nonché nell'organo di ritegno 30 della valvola è disposto un condotto di comando 60, con il quale il corsoio anulare 50 è assoggettabile a del carburante sotto pressione. Per la sicurezza antirotazione si prevede inoltre una spina di sicurezza 70 in 'corrispondenza del passaggio dall'organo otturatore 20 all'organo di ritegno 30 della valvola. Alla sua estremità lato camera di combustione, l'organo otturatore 40 presenta una sede di tenuta 80 che viene formata da un piattello di tenuta 81 fissato con piccolo gioco radiale nell'estremità lato di testa dell'organo otturatore 20 e da una superficie convessa sferica 82 conformata sull'organo otturatore 40. La sede di tenuta stessa viene formata da un contatto lineare fra la superficie convessa sferica 82 ed uno dei bordi 83 rivolti verso la stessa del piattello di tenuta 81. Per il fatto che il piattello di tenuta 81 risulta montato con piccolo gioco radiale nell'estremità lato di testa del corpo di valvola 20, essa può compensare delle tolleranze di posizione dell'organo otturatore 40. A tale scopò, il piattello di tenuta 81 si adatta all'organo otturatore 40 e non viceversa - come accade nelle note valvole ad iniezione del carburante - cioè che l'organo otturatore 40 sì adatta ad un bordo di tenuta, il quale è realizzato di un solo pezzo sul corpo di valvola 20. The shutter member 40 is concentrically surrounded by an annular slider 50, which is also held by the return force of a return spring 52 in its starting position illustrated in figs. 1 and 2. The annular slider 50 is sliding in the axial direction, until it collides against the return force of the return spring 52 against a stop, which is arranged in correspondence with a stop element 55 which concentrically surrounds the member Obturator 40. A control duct 60 is arranged in the stop element 55 as well as in the retaining member 30 of the valve, with which the annular slide 50 can be subjected to fuel under pressure. For anti-rotation safety, a safety pin 70 is also provided in correspondence with the passage from the shutter member 20 to the retaining member 30 of the valve. At its end on the combustion chamber side, the shutter member 40 has a sealing seat 80 which is formed by a sealing plate 81 fixed with a small radial clearance in the head side end of the shutter member 20 and by a spherical convex surface 82 shaped on the shutter member 40. The sealing seat itself is formed by a linear contact between the spherical convex surface 82 and one of the edges 83 facing the same of the sealing plate 81. Due to the fact that the sealing plate 81 is mounted with a small radial clearance in the head side end of the valve body 20, it can compensate for the position tolerances of the shutter member 40. For this purpose, the sealing plate 81 fits the shutter member 40 and not vice versa - as happens in known fuel injection valves - that is, the shutter member 40 adapts to a sealing edge, which is made of a single piece on the valve body 20.
Il funzionamento della valvola d'iniezione del carburante illustrata nelle figg. 1 e 2 è il seguente. The operation of the fuel injection valve illustrated in FIGS. 1 and 2 is the following.
Quando il condotto di comando 60 è aperto, la forza di pressione della molla 52 viene aumentata dalla pressione presente nel condotto di comando, per cui il corsoio anulare 50 viene compresso su un gradino 29 realizzato sull'organo otturatore 40. Non appena la valvola 6 si apre nel condotto d'iniezione 13, il carburante sotto pressione passa dal vano portamolla 45 della molla di pressione 42 attraverso il pezzo pressore 41 ed il condotto del carburante 44 in una cavità formata all'estremità lato camera di combustione superiormente al piattello di tenuta 81. Al raggiungimento della pressione d'apertura, l'organo otturatore 40 si solleva dalla sede di tenuta 80, laddove il corpo di ritegno 30 della valvola funge da scontro. Il carburante passa da un'apertura d'iniezione 90 realizzata nel corpo di valvola 20 ed arriva alla camera di combustione del motore endotermico (non illustrato). When the control duct 60 is open, the pressure force of the spring 52 is increased by the pressure present in the control duct, so that the annular slide 50 is compressed on a step 29 made on the shutter member 40. As soon as the valve 6 opens in the injection duct 13, the fuel under pressure passes from the spring holder 45 of the pressure spring 42 through the pressure piece 41 and the fuel duct 44 into a cavity formed at the end of the combustion chamber side above the sealing plate 81. When the opening pressure is reached, the shutter member 40 rises from the sealing seat 80, where the valve retaining body 30 acts as an abutment. The fuel passes through an injection opening 90 made in the valve body 20 and reaches the combustion chamber of the internal combustion engine (not shown).
Il bordo anulare in corrispondenza del passaggio fra la parete circonferenziale 50 e la sua superficie di testa 52 forma un bordo di comando 51 che copre parzialmente l'apertura d'iniezione 90, per cui la sezione trasversale dell'apertura d'iniezione 90 viene liberata solo parzialmente e di conseguenza viene iniettata solo una quantità parziale. The annular edge at the passage between the circumferential wall 50 and its head surface 52 forms a driving edge 51 which partially covers the injection opening 90, whereby the cross section of the injection opening 90 is freed. only partially and consequently only a partial amount is injected.
In questo stato, il piattello di tenuta 81 viene assicurato nella sua posizione dalla pressione del carburante. Al termine del tempo d'iniezione, la valvola 6 passa nel condotto d'iniezione nella sua posizione di chiusura. La valvola d'iniezione del carburante è senza pressione. In questo caso, l'organo otturatore 40 viene premuto dalla molla di compressione 42 sul piattello di tenuta 81. In this state, the sealing plate 81 is secured in its position by the pressure of the fuel. At the end of the injection time, the valve 6 passes into the injection duct in its closed position. The fuel injection valve is pressureless. In this case, the shutter member 40 is pressed by the compression spring 42 onto the sealing plate 81.
Per aprire completamente la valvola d'iniezione del carburante, nel condotto di comando 60 viene creata della pressione, collegando il condotto di comando 60 con il condotto di ritorno 14. La valvola 6 nel condotto d'iniezione 13 si apre. Nuovamente, del carburante viene alimentato attraverso il vano portamolla 45 della molla di compressione 42 nonché il pezzo pressore 41 attraverso il condotto del carburante 44 nell'organo otturatore 40. Al raggiungimento della pressione d'apertura, l'organo otturatore 40 si solleva dalla sede di tenuta 80, laddove nuovamente l'organo di ritegno 30 della valvola funge da scontro. La pressione d'iniezione agisce sulla superficie di testa 52 sferica del corsoio anulare 50. La forza agente sul corsoio anulare 50 è maggiore della forza della molla di pressione 52, per cui il corsoio anulare 50 si sposta verso lo scontro realizzato sull'elemento di scontro 55. In questo stato, il bordo di comando 51 del corsoio anulare 50 passa oltre l'apertura d'iniezione 90 nell'organo otturatore 20, liberandola completamente. Al termine del tempo d'iniezione, la valvola 6 passa alla posizione di chiusura nel condotto d'iniezione 13. Il sistema è ora senza pressione. L'organo otturatore 20 viene premuto sul piattello di tenuta 81. La forza della molla di pressione 52 provoca un ritorno del corsoio anulare 50 sul gradino 29 sul corpo di valvola 20. In order to fully open the fuel injection valve, pressure is created in the control line 60 by connecting the control line 60 with the return line 14. The valve 6 in the injection line 13 opens. Again, fuel is fed through the spring compartment 45 of the compression spring 42 as well as the pressure piece 41 through the fuel duct 44 into the shutter member 40. When the opening pressure is reached, the shutter member 40 lifts from the seat seal 80, where again the valve retaining member 30 acts as an abutment. The injection pressure acts on the spherical head surface 52 of the annular slide 50. The force acting on the annular slide 50 is greater than the force of the pressure spring 52, so that the annular slide 50 moves towards the abutment made on the strike 55. In this state, the driving edge 51 of the annular slider 50 passes beyond the injection opening 90 in the shutter member 20, freeing it completely. At the end of the injection time, the valve 6 switches to the closed position in the injection line 13. The system is now pressureless. The shutter member 20 is pressed onto the sealing plate 81. The force of the pressure spring 52 causes a return of the annular slider 50 onto the step 29 on the valve body 20.
La valvola d'iniezione del carburante sopra descritta presenta il grande vantaggio che solo l'organo otturatore o l'ago 40 della valvola vengono sollecitati a pressione. Ne risulta un pericolo minimo di rottura dell'organo otturatore 40. Se, tuttavia si verifica un danno, per esempio di rottura, la costruzione chiusa della valvola d'iniezione del carburante impedisce un danneggiamento del motore endotermico. The fuel injection valve described above has the great advantage that only the shutter member or the needle 40 of the valve are subjected to pressure. This results in a minimal danger of rupture of the shutter member 40. If, however, damage occurs, for example rupture, the closed construction of the fuel injection valve prevents damage to the internal combustion engine.
Poiché tutte le parti mobili si trovano all'interno del corpo di valvola 20, viene escluso il rischio di incrostazioni. Particolarmente vantaggioso è il fatto che l'angolo d'iniezione venga determinato dal corpo di valvola e non varia durante l'apertura dell'apertura d'iniezione 82. Since all the moving parts are located inside the valve body 20, the risk of fouling is excluded. It is particularly advantageous that the injection angle is determined by the valve body and does not vary during the opening of the injection port 82.
Prevedendo il corsoio anulare 50, è inoltre possibile che lo scontro di fine corsa dell'organo otturatore 40 rimanga costante, per cui vengono sostanzialmente esemplificati la sua fabbricazione ed il suo montaggio. By providing the annular slider 50, it is also possible that the limit stop of the shutter member 40 remains constant, so that its manufacture and assembly are substantially exemplified.
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