ITRM980018A1

ITRM980018A1 - Valvola per la erogazione dosata di fluidi

Info

Publication number: ITRM980018A1
Application number: IT98RM000018A
Authority: IT
Inventors: Karl-Heinz Hoffmann; Friedrich Wirbeleit; Gregor Renner; Jens-Peter Wobbe
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1999-07-14
Also published as: US5931390A; GB9800771D0; DE19701288A1; GB2321278B; FR2758369B1; FR2758369A1; IT1298847B1; GB2321278A; DE19701288C2; ITRM980018A0

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

''VALVOLA PER LA EROGAZIONE DOSATA DI FLUIDI''

L'invenzione concerne una valvola per l'erogazione dosata di fluidi, in particolare una valvola di iniezione per sistemi di iniezione di carburante secondo il tipo definito piu dettagliatamente nel preambolo della rivendicazione 1.

Nella DE 195 00 706 Al è nota una valvola di iniezione di carburante del tipo in questione per motori a combustione interna, la quale presenta un amplificatore di distanza per la conversione di una distanza di regolazione di un attore piezoelettrico. In questa valvola, canali di afflusso e di efflusso del fluido sono separati fra loro dove il fluido viene condotto, attraverso un canale disposto nell'involucro della valvola, in un vano anulare.

In questo caso, l'inconveniente sta però nel fatto che il canale sottopone la valvola di iniezione di carburante ad una sollecitazione di flessione durante l'afflusso del carburante nel vano anulare.

Dalla EP 0 218 895 B1 è nota una valvola dosatrice per la dosatura di liquidi o gas. In questa valvola dosatrice antecedente, un organo di regolazione piezolettrico e la sua barretta piezoelettrica (piezostack), variabile in lunghezza sotto l'effetto di una tensione di comando, sono collegati, ad una sua estremità, con l'ago della valvola e, all'altra sua estremità, con uno stantuffo di smorzamento che limita un vano di smorzamento pieno di liquido, il quale è condotto in modo assialmente mobile in direzione assiale della barretta piezoelettrica ed è concepito in modo che esso, in caso di variazione longitudinale della barretta piezoelettrica prodotta dalla tensione di comando, risulta fisso rispetto all’involucro. Attraverso una contrazione della barretta piezoelettrica, l'ago della valvola viene sollevato dalla sede della valvola.

In questa soluzione, il carburante da iniettare nella camera di combustione viene inviato, sul lato della valvola opposto alla camera di combustione del motore a combustione interna, alla valvola e da lì defluisce, attraverso un canale, in una fessura anulare, formata tra la parte inferiore della valvola e la barretta piezoeletrica disposta in essa. Da lì, il caburante viene inviato in un altro vano anulare che viene limitato dalla parete dell'involucro della valvola e dall'ago della stessa. Successivamente, il carburante defluisce in un vano anulare, disposto nell'apertura di fuoriuscita della valvola chiusa dall'ago della stessa.

L'inconveniente di questa soluzione sta nel fatto che la barretta piezoelettrica viene caricata direttamente con il carburante alimentato sotto pressione nella valvola. Le pressioni di 1000 bar circa che agiscono sulla ceramica piezoelettrica accorciano, in questo caso, la barretta piezoelettrica in modo da non garantire più una funzione esatta della valvola a causa delle perdite di distanza di regolazione dell'ago della valvola.

Inoltre, nello stato della tecnica, l'iniezione del carburante nella camera di combustione non è fissata in modo esatto dato che il carburante, dopo il sollevamento dell'ago della valvola dalla sede della stessa, entra in modo non contrallabile radialmente nella camera di combustione attraverso la fessura che si forma.

La presente invenzione si prefigge, quindi, il compito di realizzare in modo definito l'introduzione di carburante nella camera di combustione e di garantire secondo l'invenzione il metodo di funzionamento della valvola stessa in presenza di pressioni di introduzione molto elevate del carburante.

Secondo l'invenzione, questo compito viene risolto con i particolari citati nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Nell'involucro della valvola è disposto un dispositivo di chiusura della stessa che presenta una punteria azionabile da una barretta piezoelettrica. La punteria della valvola è avvolta da uno stelo con cui è possibile, in modo vantaggioso, una compensazione longitudinale della valvola in funzione della temperatura, evitando gradienti di tensione.

Inoltre, nell'involucro dell'iniettore è disposta una guida piezoelettrica contenente una barretta piezoelettrica che, in combinazione con il dispositivo di separazione, separa i canali di afflusso e di efflusso del fluido.

Come vantaggio essenziale si ottiene, in questo modo, che la barretta piezoelettrica non venga caricata dal carburante che viene alimentato sotto grande pressione alla valvola. In questo modo si garantisce una funzione perfetta dell'effetto piezoelettrico inverso della barretta relativa.

Il fluido viene condotto, attraverso il vano anulare limitato in direzione radiale dalla guida piezolettrica e dall'involucro dell'iniettore, nella zona della valvola rivolta verso la camera di combustione. In questo modo si ottiene, vantaggiosamente, un caricamento uniforme della valvola .

Nel vano anulare, limitata dal dispositivo di separazione e dall'organo di tenuta dello stelo della valvola, è disposto, sull'organo di tenuta dello stelo della valvola, un limitatore di portata tale che, in caso di valvola aperta, il fluido viene espulso attraverso il limitatore di portata nella camera di combustione. Vantaggiosamente, durante l'espulsione del fluido attraverso il limitatore di portata, si ottiene un getto di uscita definito del liquido, contribuendo, in questo modo, ad una distribuzione particolarmente vantaggiosa del fluido nella camera di combustione di un motore a combustione interna.

Ulteriori sviluppi vantaggiosi delle forme di realizzazione dell'invenzione emergono dalle rivendicazioni dipendenti e dagli esempi di esecuzione descritti in linea di massima in seguito con riferimento ai disegni. In essi:

La figura 1 mostra una rappresentazione complessiva di una valvola per l'erogazione dosata di fluidi; la figura 2 mostra una rappresentazione di un involucro di valvola con un dispositivo di chiusura della stessa con un dispositivo di richiamo;

la figura 3 mostra una rappresentazione di un involucro di iniettore con un dispositivo di trasmissione che presenta una leva e una bussola di compressione;

la figura 4 mostra una rappresentazione ingrandita del dispositivo di trasmissione secondo la figura 3; e

la figura 5 mostra una rappresentazione in dettaglio della forma di realizzazione di un limitatore di portata.

Secondo la figura 1 è rappresentata una valvola 1 per l'erogazione esattamente dosata di fluidi, in particolare una valvola di iniezine per sistemi di iniezione di carburante di un motore a combustione interna. La valvola 1 è cotituita da un involucro di iniettore 2 , da una guida piezoeletrica 3 in cui è disposta una barretta piezoelettrica 4 e da un involucro 6 collegato con l'involucro 2 dell'iniettore per mezzo di un dado a risvolto 5. Inolre, nell'involucro 6 della valvola è disposto in modo mobile un dispositivo di chiusura 7 della valvola.

Il dispositivo di chiusura 7 della valvola è cotituito da una punteria 8 e da uno stelo 9 di valvola. In questo caso, la punteria 8 è aggiustata nello stelo 9 della valvola realizzato a mò di bussola e di cilindro. Inoltre, sullo stelo 9 della valvola è previsto, alla sua estremità rivolta verso la camera di combusitone, un organo di tenuta, realizzato a guisa di gradino 10.

L'involucro 6 della valvola , il gradino 10 e un dispositivo di separazione collegato saldamente con lo stelo 9 della valvola, il quale è realizzato a guisa di cilindro di compensazione di pressione 11, formano una fessura anulare 12 che, durante il funzionamento, è piena di fluido. Da questa fessura anulare 12, una quantità di fluido esattamente dosabile viene iniettata attraverso un limitatore di portata 13 in una camera di combustione non rappresentata nei disegni. Il limitatore di portata 13 viene spinto per mezzo di un dispositivo elastico 14 su una superficie di sezione trasversale 15 del gradino 10 dello stelo 9 della valvola in modo tale che il fluido, durante l'uscita dalla valvola 1, passi prima attraverso il limitatore di flusso 13. Il dispositivo elastico 14 presenta un arresto cilindrico 25, collegato saldamente con lo stelo 9 della valvola.

Tra la guida piezoelettrica 3 e l'involucro 2 dell'iniettore è disposto un vano anulare 16 in cui sbocca un tubo 17 che alimenta fluido alla valvola 1. Da lì, il fluido arriva nel vano anulare 12. Vantaggiosamente, la barretta piezoelettrica 4 viene protetta dall'alimentazione del fluido tramite la guida piezoelettrica 3 e il cilindro di compensazione 11 della pressione. La barretta piezoelettrica 4 si trova completamente nella zona di bassa pressione dei canali conduttori di fluido e non viene pregiudicata dal punto di vista del suo rendimento dal fluido alimentato con pressione molto alta.

Per il ritorno del fluido nell'interno della valvola 1, tra il cilindro di compensazione 11 della pressione e l'involucro 6 della valvola è prevista una fessura sottile 18 attraverso la quale il flusso può scorrere dal vano anulare 12 in direzione della barretta piezoeletrica 4. Da lì, il fluido scorre in una camera anulare 19 che viene limitata dalla guida piezoelettrica 3 e dalla barretta piezoelettrica 4. La barretta piezoelettrica 4 è cinta, nel vano anulare 19, completamente dal liquido. In questo modo si hanno condizioni ambientali uniformi e la barretta piezoelettrica 4 viene raffreddata dal fluido effluente. Questo accorgimento evita grandi gradienti di temperatura e quindi differenze di temperatura nella valvola 1 che potrebbero attivare il metodo di funzionamento mediante serraggio dei singoli elementi strutturali della valvola 1 fra loro e, fra l'altro, un'apertura involontaria e rispettivamente automatica della valvola 1. All'estremità della barretta piezolettrica 4 opposta alla camera di combustione, il fuido esce dal vano anulare 19 e poi esce dalla valvola 1 .

Se la barretta piezoelettrica 4 viene caricata con tensione di comando, allora essa subisce un allungamento e sposta il dispositivo di chiusura 7 della valvola per un tratto corrispondente all'allungamento della barretta piezoelettrica 4 rispetto all'involucro 6 della valvola. Lo spostamento del dispositivo di chiusura 7 della valvola produce una fessura tra il gradino 10 e una sede 20 della valvola attraverso la quale è possibile una espulsione di fluido dall'interno dell'involucro 6 della valvola. Al termine del processo di iniezione, la tensione di comando viene disinserita e la barretta piezoelettrica 4 si accorcia in modo da raggiungere la sua lunghezza originale. In questo caso, il dispositivo di chiusura 7 della valvola viene riportato, mediante una dispositivo di richiamo 21, di nuovo alla sede 20 della valvola, chiudendo, in questo modo, la valvola 1.

Nella figura 2, l'involucro 6 della valvola è rappresentato con il dispositivo di chiusura 7 della valvola e con il dispositivo di richiamo 21. Come si vede, il gradino 10 dello stelo 9 della valvola è realizzato come un cono di chiusura 22, dove il cono di chiusura 22 si rastrema in direzione della fessura anulare 12. La forma di realizzazione a cono del gradino 10 ha il vantaggio che il fluido proveniente da un vano anulare 23 subisce una migliore conduzione attraverso il limitatore di portata 13 e viene introdotto in più getti orientati nella camera di combustione. Il vano anulare 23 è limitato dallo stelo 9 della valvola e dal limitatore di portata 13.

Il dispositivo di richiamo 21, che è realizzato per mezzo di un dispositivo elastico 24, richiama, al termine del processo di iniezione, lo stelo 9 della valvola nella sede 20 della stessa. Un'altra forma di realizzazione, che riporta lo stelo 9 della valvola nella sede 20 della stessa, può essere realizzata attraverso il rapporto di solidità tra la superficie di sezione trasversale 15 del gradino 10 dello stelo 9 della valvola e il lato frontale 26 del cilindro di compensazione 11 della pressione rivolto verso la camera di combustione 11. Se le due superfici 15 e 26 vengono caricate a pressione dal fluido, il rapporto di solidità dev'essere realizzato in modo che, senza la forza elastica del dispositivo elastico 24, sul dispositivo di chiusura 7 della valvola sia applicata una forza di richiamo risultante che, in presenza di barretta piezolettrica 7 in condizione non allungata, riporta detto dispositivo 7 alla sede 20 della valvola, chiudendo quindi la valvola 1.

All'estremità della punteria 8 rivolta verso la camera di combustione è previsto un collare 27. Sul collare 27 è disposto un cappello 28 a guisa di segmento sferico in modo che la punteria 8 sia conducibile coassialmente alla guida piezoelettrica 3. In questo modo si evita uno ribaltamento della punteria 8 durante la trasmissione della deviazione attraverso un dispositivo di trasmissione 29. Il cappello 28 centra la punteria 8 nella guida piezoelettrica 3.

Nelle figure 3 e 4 è riconoscibile il fatto che una deviazione della barretta piezoelettrica 4 viene inoltrata alla punteria 8 e quindi allo stelo 9 della valvola per mezzo del dispositivo di trasmissione 29 tramite il cappello 28. In questo caso, il dispositivo di trasmissione 29 ha il compito di aumentare l'allungamento della barretta piezolettrica 4 che, con riferimento alla sua lunghezza complessiva, è di 1,2 o/oo circa. Durante il processo di iniezione, la barretta piezoelettrica 4 spinge su una bussola di compressione 30 attigua ad essa e questa spinge, a sua volta, su una leva 31. La bussola di compressione 30 è realizzata in modo che un centro di pressione 32 tra la bussola di compressione 30 e la leva 31 sia disposto vicino alla superficie interna della guida piezoelettrica 3. Un centro di pressione 33 è disposto tra la leva 1 e il cappello 28 vicino ad una linea di simmetria 34. La leva 31 è costituita da quattro parti di uguale grandezza disposte radialmente che, in caso di alimetazione di pressione mediante la bussola di compressione 30, ribaltano intorno ad un centro di rotazione 35 in direzione del dispositivo di chiusura 7 della valvola. Il centro di rotazione 35 si trova sul lato interno della guida piezoelettrica 3. L'aumento dell'allungamento della barretta piezoelettrica 4 viene raggiunto attraverso la diversa posizione dei due centri di rotazione 32 e 33 tra la bussola di compressione 30 e la leva 31 nonché tra la leva 31 e il cappello 28. Il ribaltamento della leva 31 consente una deviazione del dispositivo di chiusura 7 della valvola molto più grande di quella realizzabile in caso di trasmissione diretta dell'allungamento della barretta piezoelettrica 4.

Nella figura 5 è rappresentato un dettaglio della forma di realizzazione del limitatore di portata 13. Sul lato del limitatore di portata 13 rivolto verso la camera di combustione sono previsti, nel presente esempio di esecuzione, due coppie di quattro fori 36 e 37. I fori 36 e 37 sono disposti su due superfici coniche, disposte in successione, le cui curve direttrici si trovano sulla superficie esterna del limitatore di portata 13 e le cui punte dei coni si trovano sulla linea di simmetria 34 nell'interno dell'involucro 6 della valvola. In questo caso, i fori 36 e i fori 37 sono spostati di volta in volta di 90° fra loro, dove i fori 36 sono disposti in modo da risultare sfalsati di 45° rispetto ai fori 37. Essi sono applicati obliquamente nel limitatore di portata 13 a forma di cilindro in modo da estendersi parallelamente al cono di chiusura 22. Se lo stelo 9 della valvola viene sollevato dalla sede 20 della stessa, il fluido che si trova sotto pressione nel vano anulare 23 viene condotto attraverso i fori 36 e 37 del limitatore di flusso 13 in una camera di combustione. In questo modo viene definito un getto esatto del fluido ed è possibile introdurre in modo esatto il fluido, ad esempio, di un carburante in una camera di combustione .

Al posto dei fori 36 e 37, in una forma di esedizione - non rappresentata - del limitatore di portata 13, diversa dalla forma di esecuzione rappresentata nella figura 5, si possono prevedere anche più fessure o simili in uno o più piani disposti in modo sfalsato per l'espulsione esatta di fluido.

Inoltre è naturale che, in una forma del limitatore di portata 13 non rappresentata in modo più dettagliato, diversa dalla forma di esecuzione secondo la figura 5, invece della coppia di quattro fori 36 e 37 si può prevedere un numero di fori o di aperture di passaggio diverso da questa nella disposizione descritta sopra oppure in una disposizione diversa da questa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Valvola per l'erogazione esattamente dosata di fluidi, in particolare una valvola di iniezione per sistemi di iniezione di carburante, con un involucro di iniettore in cui è disposta una barretta piezoelettrica, e con un involucro di valvola collegato con l'involucro dell'iniettore in cui è disposto un dispositivo di chiusura della valvola che presenta una punteria dove a) la barretta piezoelettrica è caricabile con una tensione di comando in modo da presentare un allungamento e il dispositivo di chiusura della valvola attiguo alla barretta piezoelettrica si sposta per un tratto corrispondente all'allungamento della barretta piezoelettrica rispetto all'involucro della valvola, b) in caso di apertura della valvola per mezzo di un allungamento della barretta piezoelettrica, tra il dispositivo di chiusura della valvola e una sede della stessa è prevista una fessura per l'espulsione di fluido dall'interno dell'involucro della valvola, c) è previsto un dispositivo di richiamo, mediante il quale il dispositivo di chiusura della valvola è richiamabile sulla sede della valvola, d) nell'involucro della valvola è realizzata una fessura anulare riempibile con fluido, e) nella zona della fessura anulare, rivolta verso l'involucro dell'iniettore, è previsto un dispositivo di separazione che separa i canali di afflusso e i canali di efflusso del fluido, f) il dispositivo di chiusura della valvola presenta, in corrispondenza dell'apertura della stessa, un organo di tenuta, g) la fessura anulare in corrispondenza dell'organo di tenuta presenta un restringimento della sua sezione trasversale , caratterizzata dal fatto che h) la punteria (8) è cinta da uno stelo di valvola (9) e la fessura anulare (12) è realizzata tra lo stelo (9) della valvola e l'involucro (6) della stessa, i) il dispositivo di separazione {11) è realizzato a guisa di cilindro di compensazione della pressione, il quale è disposto in modo mobile rispetto all'involucro (6) della valvola ed è collegato saldamente con lo stelo (9) della stessa, j) la barretta piezoelettrica 84) è cinta da una guida piezoelettrica (3), k) tra la guida piezoelettrico (3) e l'involucro (2) dell'iniettore è realizzato un vano anulare (16) in cui sbocca un tubo (17) di adduzione del fluido, l) il restringimento è realizzato come un limitatore di portata (13), il quale è attiguo all'organo di tenuta (10) dello stelo della valvola e, nel suo involucro esterno, presenta aperture (36 e rispettivamente 37) attraverso le quali il fluido può essere condotto dalla fessura anulare (12) nella camera di combustione.
2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'organo di tenuta è realizzato come un gradino (10).
3. Valvola secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzata dal fatto che il limitatore di portata (13) è spinto per mezzo di un dispositivo elastico (14) sulla superficie di sezione trasversale (15) del gradino (10) dello stelo (9) della valvola nella fessura anulare (12).
4 . Valvola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che il gradino (10) dello stelo (9) della valvola è realizzato come un cono di chiusura (20), dove il cono di chiusura (20) si rastrema in direzione della fessura anulare (12).
5. Valvola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che per il centraggio della punteria (8) nella guida piezoelettrica (3) sul lato della punteria (8) opposto alla camera di combustione è previsto un collare (27) sul quale è disposto un cappello (28) almeno approssimativaente a segmento sferico in modo che la punteria (8) sia conducibili coassialmente alla guida piezoelettrica (3).
6. Valvola secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che per l'amplificazione della deviazione del dispositivo di chiusura (7) della valvola durante l'allungamento della barretta piezoelettrica (4) è previsto un dispositivo di trasmissione (29) tra la barretta piezoelettrica (4) e il cappello (28).
7. Valvola secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di trasmissione (29) presenta una bussola di compressione (30) attigua alla barretta piezoelettrica (4) e una leva (31), la quale è disposta tra il cappello (28) e la bussola di compressione (30) e mediante la quale è possibile trasmettere in modo amplificato l'allungamento della barretta piezoelettrica (4) alla punteria (8).
8. Valvola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto che, per la fuoriuscita del fluido dall'interno dell'involucro (6) della valvola in presenza di valvola in posizione chiusa, sono previsti canali di efflusso del fluido che sono separati attraverso il cilindro di compensazione (11) della pressione e la guida piezoelettrica (3) dall'adduzione del fluido.
9. Valvola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di richiamo (21) è realizzato come un dispositivo elastico (24), il quale è disposto tra lo stelo (9) della valvola e l'involucro (6) della stessa in modo che lo stelo (9) della valvola, in presenza di barretta piezoelettrica (4) in condizione non allungata, sia a contatto con la sede (20) dell'involucro (6) della valvola .
10. Valvola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di richiamo (21) è realizzato attraverso il rapporto di solidità tra il lato frontale (26) del cilindro di compensazione (11) della pressione opposto ad una superficie di sezione trasversale (15) del gradino (10) dello stelo (9) della valvola e un lato frontale (26) rivolto verso la camera di combustione in modo che, in caso di caricamento a pressione della superficie di sezione trasversale (15) e del lato frontale (26) da parte del fluido, lo stelo (9) della valvola, in presenza di barretta piezoelettrica (4) in condizione non allungata, è a contatto con la sede (20) del'involucro (6) della valvola.
11. Valvola secondo una delle rivendicazione da 1 a 10, caratterizzata dal fatto che le aperture (36 e rispettivamente 37) sono realizzate come fori, disposti sul lato del limitatore di portata (13) rivolto verso la camera di combustione.