ITTO931021A1

ITTO931021A1 - Valvola di dosaggio per il comando dell'otturatore di un iniettore di combustibile

Info

Publication number: ITTO931021A1
Application number: IT001021A
Authority: IT
Inventors: Matthaeis Sisto De; Mario Ricco
Original assignee: Elasis Sist Ricerca Fiat Nel Mezzogiorno Societ
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 1995-06-30
Also published as: DE69412225D1; ITTO931021A0; ES2120561T3; IT1261149B; JP3694542B2; DE69412225T2; EP0661442A1; US5660368A; JPH07310622A; EP0661442B1

Description

D E SC R IZ IO N E

del brevetto per Invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad una valvola di dosaggio per il comando dell'otturatore di un iniettore di combustibile. In particolare l'invenzione si riferisce ad una valvola di dosaggio di un iniettore per motori a combustione interna.

Le valvole di dosaggio degli iniettori di combustibile comprendono in genere una camera di controllo avente un condotto di ingresso del combustibile in pressione, ed un condotto di scarico del combustibile dalla camera di controllo. Il condotto di scarico ? normalmente tenuto chiuso ad opera dell'ancora di un elettromagnete e viene aperto eccitando l'elettromagnete.

Come ? noto, i parametri che determinano l'efficienza delle valvole di dosaggio sono il consumo del combustibile ricircolato dalla valvola nel serbatolo, ed i tempi di risposta della valvola nella fase di chiusura del condotto di scarico.

Nelle valvole di dosaggio note, i consumi di combustibile ricircolato sono generalmente abbastanza elevati, giacch? 11 condotto di scarico rimane totalmente aperto durante tutto il tempo di azionamento dell'elettromagnete. Pertanto, durante tale azionamento, la pressione nella camera di controllo rimane a livello basso. Inoltre il tempo di risposta dell'iniettore nella fase di chiusura ? sempre alquanto lungo, giacch? dipende dal tempo necessario a ristabilire la pressione nella camera di controllo.

E' stata proposta una valvola di dosaggio in cui l'asta di azionamento dell'otturatore, quando viene spostata a seguito dell'azionamento dell'elettromagnete, chiude parzialmente il condotto di ingresso, riducendo la quantit? di combustibile che durante l'iniezione viene riciclata nel serbatolo. Tuttavia questa riduzione ? insufficiente, giacch? attraverso il condotto di ingresso chiuso parzialmente si ha un passaggio continuo di combustibile, per tutta la durata dell'iniezione.

Scopo dell'invenzione ? quello di realizzare una valvola di dosaggio del tipo suddetto, che sia della massima semplicit? e sicurezza di funzionamento, ed in cui il combustibile riciclato ad ogni ciclo di iniezione sia ridotto al minimo, eliminando gli altri inconvenienti sopra elencati per le valvole note.

Questo scopo viene raggiunto dalla valvola di dosaggio per il comando dell'otturatore secondo l'invenzione, la quale comprende un corpo avente una camera di controllo, un condotto di ingresso del combustibile in pressione in detta camera, ed un condotto di scarico del combustibile da detta camera, ed ? caratterizzata dal fatto che a detto otturatore ? associato un elemento atto a creare una separazione idraulica tra detto condotto di ingresso e detto condotto di scarico, per cui la quantit? di combustibile scaricato viene notevolmente ridotta.

Per una migliore comprensione dell'invenzione viene qui descritta una forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

Figura 1 ? una sezione mediana di un iniettore di combustibile, incorporante una valvola di dosaggio secondo l'invenzione;

Figura 2 ? una sezione di un dettaglio di Figura 1 in scala ingrandita;

Figura 3 ? un diagramma comparativo di una caratteristica del funzionamento della valvola;

Figura 4 ? un diagramma comparativo di un'altra caratteristica del funzionamento della valvola.

Con riferimento alla Figura 1, con 5 ? genericamente indicato un iniettore di combustibile, ad esempio per un motore a combustione interna a ciclo diesel. L'iniettore 5 comprende un corpo cavo 6 munito di una cavit? assiale 7, in cui scorre un'asta di comando 8. Inferiormente il corpo 6 ? collegato con un ugello 9, terminate con un foro di iniezione 11 normalmente tenuto chiuso da otturatore formato dalla punta di una spina 28 collegata all'asta 8.

Il corpo 6 presenta inoltre un'appendice cava 13, in cui ? inserito un raccordo d'ingresso 16 collegato all'usuale pompa di alimentazione del carburate ad elevata pressione, ad esempio 1200 bar. Questo carburante giunge, attraverso condotti interni, ad una camera di iniezione 19. La spina 28 ? munita di uno spallamento 29, su cui agisce il combustibile in pressione della camera 19. Una molla di compressione 37 contribuisce a spingere la spina 28 verso il basso.

L?iniettore 5 comprende inoltre una valvola di dosaggio, genericamente indicata con 40, la quale comprende un manicotto fisso 41 di supporto di un elettromagnete 42, che comanda un'ancora 43 a forma a disco. L'elettromagnete 42 comprende un nucleo fisso 46, munito di un foro centrale 51 e di una sede anulare 45, in cui ? alloggiata l'usuale bobina elettrica 47 di azionamento. Il manicotto 41 collega inoltre un disco 52 di pezzo con un raccordo di scarico 53, il quale ? allineato con il foro assiale 51 del nucleo 46 ed ? collegato al serbatoio del carburante.

La valvola di dosaggio 40 comprende inoltre un corpo valvolare, o testa 56 (Figura 1), la quale ? alloggiata in una sede del corpo 6 coassiale alla cavit? 7 . La testa 56 delimita inferiormente una camera di scarico 60 del corpo 6, la quale si estende assialmente dalla superficie superiore della testa 56 alla superficie inferiore del nucleo 46.

La testa 56 ? inoltre munita di una camera di controllo genericamente indicata con 61, la quale ? in comunicazione con un condotto di ingresso 62, calibrato e radiale, e con un condotto di scarico 63, calibrato ed assiale. Il condotto di ingresso 62 ? in comunicazione con il condotto 16, mediante una camera anulare 64 ed un condotto radiale 66 del corpo 6. La camera di controllo 61 ? delimitata inferiormente dalla superficie superiore dell'asta 8.

Grazie alla maggiore area di questa superficie rispetto a quella dello spallamento 29, la pressione del combustibile, coadiuvata dalla molla 37, tiene normalmente l'asta 8 e la spina 28 in posizione tale da chiudere il foro 11 dell'ugello 9. Il condotto di scarico 63 della camera di controllo 61 ? normalmente tenuto chiuso da un otturatore comprendente una sfera 67, su cui aglsce un gambo 69 dell'ancora 43. La camera di scarico 60 ? In comunicazione con il foro assiale 51 del nucleo 46, e quindi con 11 raccordo di scarico 53. Il gambo 69 dell'ancora 43 ? munito di una flangia 82 contro cui si appoggia una molla 86 di richiamo dell'ancora 43.

Normalmente l'elettromagnete 42 ? diseccitato, per cui l'ancora 43 viene tenuta dalla molla di richiamo 86 nella posizione bassa di Figura 1. Il gambo 69 tiene allora la sfera 67 in posizione di chiusura del condotto di scarico 63. La camera di controllo 61 risulta quindi in pressione e, assieme all'azione della molla 37, vince la pressione sullo spallamento 29. Pertanto l'asta 8 viene tenuta spostata in basso assieme alla spina 28, che chiude cosi il foro 11.

Quando viene eccitato l'elettromagnete 42, l'ancora 43 si sposta verso l'alto ed il gambo 69 libera la sfera 67. La pressione del combustibile nella camera 61 si riduce e fa allora aprire la valvola di dosaggio 40, scaricando il combustibile nella camera di scarico 60, per cui esso ritorna nel serbatoio. La pressione del combustibile nella camera di iniezione 19 vince ora la forza della molla 37 e fa spostare verso l'alto la spina 28 che apre ora il foro 11, per cui viene iniettato il combustibile della camera 19.

Quando l'elettromagnete 42 viene diseccitato, l'ancora 43 viene riportata in posizione bassa dalla molla 86, riportando la sfera 67 a chiudere il condotto di scarico 63. Il combustibile in pressione, entrante dal condotto 62, ricrea la pressione nella camera di controllo 61, per cui la spina 28 ritorna in basso, chiudendo il foro 11.

Secondo l'invenzione la camera di controllo 61 comprende una prima zona 71 avente forma cilindrica, in cui scorre assialmente l'estremit? superiore dell'asta 8, ed una seconda zona 72 concentrica alla zona 71 e separate da questa da uno spallamento anulare 73. Il condotto di ingresso 62 ? disposto radialmente in corrispondenza della zona 71, mentre il condotto 63 ? disposto assialmente in corrispondenza della zona 72.

A sua volta l'estremit? superiore dell'asta 8 ? munita di un'appendice cilindrica 74, ad essa coassiale ed avente un diametro minore, per cui forma sull'asta una superficie anulare 76. L'appendice 74 ? atta a far battuta contro lo spallamento 73, creando una separazione idraulica, ossia sostanzialmente un'interruzione della comunicazione, tra le due zone 71 e 72 e quindi tra i due condotti calibrati 62 e 63.

La disposizione delle due zone 71 e 72 della camera 61 e dell'appendice 74 dell'asta 8.fa s? che, ad ogni ciclo di iniezione, il consumo di combustibile riciclato dalla valvola di dosaggio 5 al serbatoio ? ridotto al minimo. Infatti, esso ? sostanzialmente limitato a quello che passa attraverso il condotto 63, finch? l'asta 8 non ? arrivata con l'appendice 74 a battuta contro lo spallaniento 73. Dopo tale arresto, il consumo di combustibile ? trascurabile, giacch? ? limitato a quello che filtra tra l'appendice 74 e lo spailamento 73, per cui il consumo globale nel ciclo ? sostanzialmente indipendente dalla durata della fase di iniezione.

Nell'ultima parte della corsa dell'asta 8 verso l'alto, l'appendice 74 chiude progressivamente la sezione della zona 72, per cui si effettua la separazione idraulica rispetto alla zona 71. Di conseguenza la pressione nella zona 71 comincia a crescere, creando un effetto frenante sulla corsa dell'asta 8. Vengono cos? ridotti i fenomeni di urto dell'asta 8 a fondo corsa, con conseguente limitazione dell'usura delle parti.

Dopo la chiusura della zona 72, in questa si stabilisce la pressione atmosferica dello scarico, mentre nella zona 71 si stabilisce una pressione di poco inferiore a quella del combustibile in ingresso. In seguito alla diseccitazione dell'elettromagnete 42, dopo la chiusura del condotto 63 mediante la sfera 67, la pressione del combustibile nella zona 72 tende ad aumentare.

La sua azione sull'appendice 74, assieme all'azione della pressione nella zona 71 sulla superficie anulare 76 dell'asta 8 ed all'azione della molla 37, fa spostare rapidamente verso il basso l'asta 8 e la spina 28, richiudendo il foro 11 dell'ugello 9.

Dagli esperimenti effettuati si ? constatato che, alla diseccitazione dell'elettromagnete 42, il tempo di risposta dell'asta 8 si riduce di almeno il 20%. In Figura 3, ? rappresentato un diagramma "a" che indica la corrente di eccitazione dell?elettromagnete 42 in funzione del tempo in ps. Inoltre in Figura 3 ? rappresentata una curva "b" a linea continua, la quale indica il diagramma della pressione, espressa in MPa (mega Pascal), che si ottiene nella zona 72 di controllo della camera 61. Infine una curva "c" a linea tratteggiata indica il diagramma della pressione nella camera 61 di un iniettore tradizionale, in cui non si effettua alcuna separazione idraulica tra il condotto di ingresso 62 ed il condotto di scarico 63.

Risulta evidente che durante l'iniezione la pressione nella curva "b" si stabilizza ad un valore P pi? alto di quello della presenta la curva "c" di un valore ?p di almeno 20 MPa. Inoltre la curva "b" presenta una porzione "d" in corrispondenza della chiusura della zona 72, in cui la pressione nella zona 72 nel transitorio dapprima scende leggermente al di sotto del valore P, ma subito dopo si porta a tale valore P. Infine, la curva "b" presenta una porzione "e", la quale Indica che, dopo la dlseccltazlone dell'elettromagnete 42, la pressione nella zona 72 si ristabilisce pi? celermente, che nel caso del diagramma "c".

In Figura 4 ? rappresentata una curva "f" a linea continua, la quale indica, in funzi?ne del tempo, la portata in mmc/ps del combustibile iniettato attraverso il foro 11 in un ciclo di iniezione. Una curva "g" a linea tratteggiata indica invece la portata del combustibile attraverso il foro 11, nel caso di assenza di separazione idraulica tra il condotto di ingresso 62 ed il condotto di scarico 63.

Risulta evidente che la curva "f" presenta una porzione iniziale "h", in cui la portata aumenta pi? lentamente che nel caso della curva "g", ed una porzione finale "i?, la quale indica che, dopo la diseccitazione dell'elettromagnete 42, la chiusura del condotto 63 si effettua pi? celermente, generando una riduzione ?t del tempo di chiusura della spina 28.

Da quanto visto sopra risultano evidenti 1 vantaggi della valvola di dosaggio secondo l'invenzione, rispetto alla tecnica nota. Infatti, da una parte si riduce al minimo la quantit? di combustibile scaricata ad ogni ciclo di iniezione. Inoltre si riduce il tempo si risposta dell'asta 8 alla diseccitazione dell'elettromagnete 42. Infine si provoca un effetto di freno sulla corsa dell'asta 8 riducendone l'usura.

Si intende che alla valvola di dosaggio descritta possono essere apportate varie,modifiche e perfezionamenti senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni. Ad esempio, la camera di controllo pu? assumere forme diverse da quella descritta. Inoltre, pu? essere variato il rapporto tra i volumi delle due zone della camera 61, ed al limite questa pu? essere priva della zona 72 adiacente al condotto di scarico 63.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Valvola di dosaggio per il comando dell'otturatore di un Iniettore di combustibile comprendente un corpo (56) avente una camera di controllo (61) un condotto di ingresso (62) delcombustibile in pressione in detta camera (61), ed un condotto di scarico (63) del combustibile da detta camera (61), caratterizzata dal fatto che a detto otturatore (28) ? associato un elemento (74) atto a creare una separazione idraulica tra detto condotto di ingresso (62) e detto condotto di scarico (63), per cui la quantit? di combustibile scaricato viene notevolmente ridotta.
2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta camera (61) comprende una prima zona (71) avente una forma cilindrica, in cui ? disposto detto condotto di ingresso (62), detto elemento (74) essendo disposto all'estremit? di un'asta cilindrica (8) di azionamento di detto otturatore (28), detta asta (8) essendo scorrevole in detta prima zona (71).
3. Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta camera (61) comprende inoltre una seconda zona (72), in cui ? disposto detto condotto di scarico (63), detto elemento (74) essendo atto a separare idraulicamente dette due zone (71, 72), per cui il tempo necessario ad azionare detto otturatore (28) ? sostanzialmente ridotto a quello per riportare detta seconda zona (72) in pressione.
4. Valvola secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detta seconda zona (72) ? coassiale a detta prima zona (71) ed ha un diametro minore, detto elemento essendo formata da un'appendice cilindrica (74) di detta asta (8) atta ad arrestarsi contro uno spallamento (73) tra dette due zone (71, 72).
5. Valvola secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detta appendice (74) quando ? cos? arrestata ? atta ad interrompere sostanzialmente la comunicazione tra dette due zone (71, 72), per cui aumenta la pressione del combustibile in detta prima zona (71) frenando in parte la corsa di detta asta (8).
6. Valvola secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzata dal fatto che detto condotto di scarico (63) ? disposto in detta seconda zona (72) coassialmente a detta camera (61), detto condotto di ingresso (62) essendo disposto radialmente in corrispondenza di detta prima zona (71).
7. Valvola secondo una delle rivendicazione da 4 a 6, caratterizzata dal fatto che detta appendice (74) ? coassiale con detta asta (8) ed ? dimensionata in modo da formare su detta asta una superficie anulare (76), su cui agisce il combustibile in pressione di detta prima zona (71), detta superficie (76) essendo sufficiente a consentire la chiusura di detto otturatore (28).
8. Valvola di dosaggio per il comando dell'otturatore di un iniettore di combustibile, sostanzialmente come descritto con riferimento agli.annessi disegni,