ITTO950600A1

ITTO950600A1 - Perfezionamenti ad una valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, per un iniettore di combustibile.

Info

Publication number: ITTO950600A1
Application number: IT95TO000600A
Authority: IT
Inventors: Mario Ricco
Original assignee: Elasis Sistema Ricerca Fiat
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1997-01-14
Also published as: DE69612144T2; US5901941A; ES2156238T3; EP0753658B1; ITTO950600A0; JP3920948B2; IT1276503B1; DE69612144D1; EP0753658A1; JPH09166063A

Abstract

La valvola di dosaggio (40) comprende un otturatore (67) per un condotto di scarico (63), ed un elettromagnete (42) avente un nucleo fisso (46) ed un'ancora a disco (43) disaccoppiato dal relativo gamba (69), su cui è scorrevole tramite un suo manicotto (71). Il gambo (69) è guidato da una boccola (83) e comprende una flangia (88) mobile in una camera di turbolenza (89), con un effetto smorzante della velocità. Il gambo (69) viene fissato prima del montaggio del disco (43) e dell'elettromagnete (42), mediante una ghiera (59). Questa preme una flangia (84) di pezzo con la boccola (83), contro il corpo (56) della valvola (40), con l'interposizione di rondelle calibrate (87), selezionate in modo da definire la corsa (h) del gambo (69).(Figura 2).

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce a dei perfezionamenti in una valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, per un iniettore di combustibile, in particolare per motori a combustione interna.

Le valvole di dosaggio degli iniettori di combustibile comprendono in genere una camera di controllo avente un condotto di scarico, normalmente tenuto chiuso da un otturatore. Nelle valvole di dosaggio note, l’otturatore è normalmente tenuto in posizione di chiusura dall'ancora di un elettromagnete, sotto l'azione di una molla. L'otturatore viene liberato per aprire il condotto, eccitando l'elettromagnete, in modo da far spostare l'ancora verso il nucleo dell'elettromagnete.

Nelle valvole note, l'ancora è in genere rigidamente collegata ad un gambo scorrevole in una guida. Nella fase di chiusura del condotto di scarico, l'energia cinetica dell'ancora e del suo gambo viene dissipata nell'impatto dell'otturatore contro la valvola. In particolare, nel caso di un otturatore a sfera, tale energia deve essere dissipata, attraverso una piastrina di guida e la sfera, nell'urto contro la sede sul corpo della valvola. Nella fase di apertura, l'energia cinetica dovuta al moto di ritorno dell'ancora e del gambo viene invece dissipata nell'urto del gambo contro un arresto.

In tali urti si genera una forza elevata che è proporzionale alla massa dell'ancora e del gambo ed alla sua velocità, ed è inversamente proporzionale al tempo dell'impatto, che è molto piccolo. A causa della durezza della sfera e del corpo della valvola, nella chiusura tale urto provoca un notevole rimbalzo. Anche nell'apertura, l'urto del gambo contro il suo arresto provoca un rimbalzo. Pertanto, il moto dell'ancora, e quindi l'apertura e la chiusura della valvola, non garantisce affatto una linearità del funzionamento dell'iniettore.

Inoltre, l'ancora si muove in una camera di scarico del combustibile, le cui condizioni di pressione e di densità variano notevolmente. Un aumento della pressione, e quindi della densità del fluido della camera di scarico, provoca allora un rallentamento della velocità dell'ancora, sia in fase di apertura che in fase di chiusura della valvola. Infine lo stesso movimento dell'ancora provoca nel fluido della camera una formazione di onde di pressione. Il moto dell'ancora risulta quindi notevolmente disturbato da tali variazioni di pressione, aumentando la non linearità del funzionamento dell'iniettore.

E' già stata proposta una valvola di dosaggio, in cui l'ancora è in materiale magnetico mentre il gambo è formato da materiale non magnetico per ridurne i costi ed è disaccoppiato dall'ancora per facilitarne il montaggio. In questa valvola il gambo viene guidato da un manicotto di pezzo con una campana fissata sul corpo dell'iniettore, per cui il gambo viene arrestato da una superficie molto ridotta ed è soggetto a rimbalzi.

Inoltre, l'ancora, il gambo e la relativa guida vengono montati assieme all'elettromagnete. Pertanto la corsa del gambo non può essere determinata senza avere montato anche l'ancora e l'elettromagnete, e non può quindi essere misurata con facilità per i necessari controlli.

Scopo dell'invenzione è quello di realizzare una valvola di dosaggio del tipo suddetto, la quale sia della massima semplicità e sicurezza di funzionamento, ed elimini gli inconvenienti sopra elencati per i dispositivi noti, garantendo la perfetta linearità del funzionamento dell'iniettore .

Questo scopo viene raggiunto dalla valvola di dosaggio secondo l'invenzione, la quale comprende un otturatore per un condotto di scarico di una camera di controllo dell'iniettore, ed un elettromagnete avente un nucleo magnetico fisso ed un'ancora mobile per controllare detto otturatore, detta ancora agendo su detto otturatore mediante un elemento normalmente spinto elasticamente in modo da tenere detto otturatore in posizione di chiusura di detto condotto, detto elemento essendo guidato da mezzi di guida e di arresto della sua corsa, caratterizzata dal fatto che detto elemento comprende una porzione alloggiata in una camera di turbolenza in comunicazione con una camera di scarico, detta porzione essendo munita di una superficie di arresto contro detti mezzi, tale che il moto di apertura di detto elemento viene ammortizzato dalla veloce compressione ed espulsione del fluido in detta camera di turbolenza.

Per una migliore comprensione dell'invenzione vengono qui descritte due forme preferite di realizzazione, fatte a titolo esemplificativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

Figura 1 è una vista parzialmente sezionata, di un iniettore di combustibile incorporante una valvola di dosaggio secondo l'invenzione;

Figura 2 è una sezione della valvola di dosaggio dell’iniettore di Figura 1, in scala ingrandita.

Con riferimento alla Figura 1, con 5 è 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, in cui scorre un’asta di comando 8. Inferiormente il corpo 6 è collegato con un ugello 9, terminante con uno o più fori di iniezione 11.

Il corpo 6 presenta inoltre un'appendice 13, in cui è inserito un raccordo d'ingresso 16 collegato all'usuale pompa di alimentazione del combustibile ad elevata pressione. Un foro 14 (Figura 2) dell'appendice 13 è in comunicazione, tramite condotti 17, 18 e 21 (Figura 1), con una camera di iniezione 19 dell'ugello 9. Il foro 11 è normalmente tenuto chiuso da una spina 28 collegata all'asta 8 tramite il piattello 100. La spina 28 è munita di uno spallamento 29, su cui agisce il combustibile in pressione della camera 19. Una molla di compressione 37 contribuisce a spingere il piattello 100 e quindi la spina 28 verso il basso.

L'iniettore 5 comprende inoltre una valvola di dosaggio, genericamente indicata con 40, la quale comprende un manicotto 41 (Figura 2) di supporto di un elettromagnete 42 di comando di un'ancora a forma di disco 43. Il manicotto 41 è fissato al corpo 6, mediante una filettatura 44 che si avvita su una filettatura esterna del corpo 6. Il manicotto 41 presenta uno spallamento 45, contro cui si appoggia un nucleo magnetico 46 dell'elettromagnete 42. Tra il bordo inferiore del manicotto 41 ed uno spallamento 38 del corpo 6 vengono disposte delle rondelle calibrate 39 scelte in modo da definire la posizione assiale del nucleo 46, ad una predeterminata distanza della superficie superiore del disco 43.

Il nucleo 46 è di forma anulare ed ha un foro centrale 49. In una sede anulare 48 del nucleo 46 è alloggiata l'usuale bobina elettrica 47 di azionamento dell'elettromagnete 42. Il manicotto 41 è inoltre munito di un bordo piegato 50, il quale collega il nucleo 46 con un disco 52 di pezzo con un raccordo di scarico 53 coassiale con il foro 49 e collegato al serbatoio del combustibile. Sul manicotto 41 è infine costampato, in modo noto, un fondello 54 in materiale isolante, portante l’usuale spinotto 55 della bobina 47.

La valvola di dosaggio 40 comprende inoltre un corpo 56 avente una flangia 57 normalmente tenuta a contatto contro uno spallamento 58 del corpo 6 dell'iniettore, ad opera di una ghiera 59. Questa è filettata esternamente ed è avvitata su una filettatura di una camera di scarico 60 formata nel corpo 6, come sarà meglio visto in seguito. La camera 60 si estende assialmente dalla superficie superiore del corpo 56 della valvola 40 alla superficie inferiore del nucleo 46.

Il corpo 56 della valvola 40 è inoltre munito di una camera di controllo assiale 61, la quale è 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 è in comunicazione con il foro 14. La camera di controllo 61 è delimitata inferiormente dalla superficie superiore dell'asta 8. Grazie alla maggiore area della superficie superiore dell'asta 8 rispetto a quella dello spallamento 29 (Figura 1), la pressione del combustibile, coadiuvata dalla molla 37, tiene normalmente l'asta 8 in posizione tale da chiudere il foro 11 dell'ugello 9.

Il condotto di scarico 63 della camera di controllo 61 è normalmente tenuto chiuso da un otturatore in forma di una sfera 67, che si appoggia su una sede conica, costituita dal piano di contatto "X" con il condotto 63. La sfera 67 è guidata da una piastrina di guida 68, su cui agisce un gambo 69 associato al disco dell'ancora 43. Questo è di pezzo con un manicotto 71 scorrevole assialmente sul gambo 69. Il disco 43 presenta uno spallamento 72, atto ad impegnarsi con anello aperto 73, inserito in una gola 74 del gambo 69, e presenta degli intagli 76 per ottimizzare l'ancora dal punto di vista del circuito magnetico e dal punto di vista idrodinamico e per facilitare il deflusso del gasolio dalla camera 60 al foro centrale 49 del nucleo 46.

Il gambo 69 si prolunga per una certa lunghezza nel foro 49 e termina con una porzione 77 di diametro ridotto/ che forma un appoggio ed un ancoraggio per una prima molla di compressione 78/ disposta nel foro 49, tra il gambo 69 ed il disco 52. Una seconda molla di compressione 79, avente una flessibilità molto maggiore di quella della molla 78/ è disposta tra il disco 43 e la ghiera 59. La molla 79 tiene normalmente il disco 43 appoggiato contro l'anello aperto 73 del gambo 69. E' da notare che il disco 43 si muove in un'ampia porzione "A" della camera di scarico 60, la quale è normalmente piena di miscela di aria e combustibile/ per cui il suo moto genera delle onde di pressione.

Il gambo 69 è scorrevole in una guida genericamente indicata con 82, la quale comprende una boccola cilindrica 83 ed una flangia inferiore 84 munita di fori assiali 86. La flangia 84 viene forzata dalla ghiera 59 contro la flangia 57 del corpo 56 della valvola 40, con l'interposizione di rondelle calibrate 87 scelte in modo da definire la corsa "h" del gambo 69. Inferiormente il gambo 69 porta di pezzo una flangia 88 avente una notevole superficie "S", mediante cui è atto ad arrestarsi contro una superficie inferiore "Y" della flangia 84.

La flangia 88 del gambo 69 è alloggiata in una camera 89 di turbolenza o di "squish", in cui il fluido compreso tra la superficie "S" della flangia 88 e la corrispondente superficie "Y" della flangia 84 viene compresso tra le suddette superfici (S e Y) esercitando una azione ammortizzante sul moto del perno 69 e dell'ancora 43 (effetto "squish"). La boccola 83 forma con la ghiera 59 un'intercapedine 91 tale da consentire al fluido della camera 89, che attraversa i fori 84 di passare nella camera di scarico 60.

La ghiera 59 blocca sul corpo 6 dell'iniettore le rondelle 87, la guida 82 del gambo 69, ed il corpo 56 della valvola di dosaggio 40, deformando elasticamente il corpo 6, ad opera della forza assiale dovuta alla coppia di serraggio della ghiera 59. Quando il corpo 56 e- sottoposto all'alta pressione nella camera 61, la forza assiale si oppone a quella dovuta alla forza di serraggio, per cui sul corpo 6 si effettua una ripresa della deformazione elastica. Poiché la ghiera 59 blocca sia la guida 82 che il corpo 56 della valvola 40, tale deformazione elastica non influenza però la posizione reciproca del piano "X" e della superficie "Y", per cui non si ha alcuna variazione sulla corsa "h" del gambo 69.

La valvola di dosaggio 40 dell'iniettore 5 funziona nel modo seguente.

Quando viene eccitata la bobina 47, il nucleo 46 attrae il disco dell'ancora 43 che, attraverso lo spallamento 72 e l'anello 73, trascina positivamente il gambo 69 contro l'azione della molla 78. La flangia 88 del gambo 69 provoca allora, nella camera di turbolenza 89 una turbolenza, o effetto squish, con cui il fluido della camera 89 subisce da una parte una compressione ed dall'altra una espansione, che ammortizza l'arresto del gambo 69, annullando l'insorgere di rimbalzi e quindi migliorando la linearità del funzionamento della valvola di dosaggio 40 e quindi dell'iniettore 5.

Mentre il gambo 69 si arresta con la sua flangia 88 contro la superficie della flangia 84 della guida 82, il disco 43 si arresta con lo spallamento 72 contro l’anello 73. Tuttavia, il disaccoppiamento tra il disco 43 ed il gambo 69 consente l’assorbimento separato delle rispettive energie cinetiche. Poiché il disco 43 si muove nella porzione "A" della camera 60, anche il suo movimento viene frenato, per cui si riduce ulteriormente l'energia cinetica da smaltire nell'arresto. Tuttavia la variazione di pressione nella porzione "A" non influenza il moto del gambo 69.

La pressione del combustibile nella camera 61 fa allora aprire l'otturatore 67, scaricando il combustibile nella camera 60, per cui esso torna nel serbatoio. A sua volta la pressione del combustibile nella camera 19 (Figura 1), agendo sullo spallamento 29 della spina 28, fa spostare verso l'alto la spina 28, per cui attraverso il foro 11 viene iniettato il combustibile della camera 19.

Quando la bobina 47 (Figura 2) viene diseccitata, la molla 78 spinge in basso il gambo 69, che tramite l'anello 73 trascina il disco 43. L'energia cinetica del disco 43 viene dissipata dalla molla 79 indipendentemente da quella del gambo 69. A sua volta l'energia cinetica del gambo 69 viene in parte dissipata dalla turbolenza, o effetto "squish", creato dalla flangia 88 nel fluido della camera 89.

Pertanto gli urti del gambo 69 contro la piastrina 68, della piastrina 68 contro la sfera 67, e della sfera 67 contro la sua sede nel condotto di scarico 63, risultano enormemente attutiti e sostanzialmente privi di rimbalzi. La sfera 67 richiude così il condotto di scarico 63, ed il combustibile in pressione ripristina la pressione nella camera di controllo 61, per cui la spina 28 (Figura 1) richiude il foro 11.

La struttura della valvola di dosaggio 40 consente anche di definire e/o misurare la corsa "h" del gambo 69, senza dovere montare sul corpo 6 il nucleo 46 o il disco 43. Infatti, tale corsa "h" è definita selezionando le rondelle calibrate 87, che vengono disposte tra il corpo 56 della valvola 40 e la guida 82 del gambo 69, e vengono fissate tramite la ghiera 59. Successivamente si può inserire sul gambo 69 la molla 79 ed il manicotto 71. Il disco 43 viene quindi bloccato, inserendo l'anello aperto 73 nella gola 74.

Per misurare la corsa "h" del gambo 69, poiché la molla 79, tramite il disco 43, tiene ora il gambo 69 in battuta contro la guida 82, è sufficiente appoggiare l'estremità dell'usuale misuratore di corsa, sull'estremità superiore della porzione 77 del gambo 69, e spostare poi tale gambo 69 portando la sfera 67 in battuta sulla sua sede. Infine si può chiudere il corpo 6 con il manicotto 41, in cui sono già stati montati il disco 52, l'elettromagnete 42 e la molla 78.

Da quanto visto sopra risultano evidenti i vantaggi, della valvola di dosaggio 40 secondo l'invenzione rispetto alla tecnica nota. Infatti, grazie alla superficie di arresto "S" della flangia 88 ed all'effetto "squish", si eliminano i rimbalzi del gambo 69 sia nell'apertura che nella chiusura dell'otturatore 67. Inoltre, grazie al disaccoppiamento del disco 43 dal gambo 69 viene ridotta l'energia cinetica che il gambo 69 deve dissipare nel suo urto contro la flangia 84 e nell'urto della sfera 67 contro la sua sede. Infine, grazie alla disposizione della guida 82 del gambo 69, è possibile definire e/o misurare la corsa del gambo 69 stesso senza dovere montare l'elettromagnete 42.

Si intende che alla valvola di dosaggio descritta possono essere apportate varie modifiche senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, per un iniettore di combustibile, comprendente un otturatore (67) per un condotto di scarico (63) di una camera di controllo (61) dell'iniettore, ed un elettromagnete (42) avente un nucleo magnetico fisso (46) ed un'ancora (43) spostabile per controllare detto otturatore (67), detta ancora (43) agendo su detto otturatore (67) mediante un elemento (69) normalmente spinto elasticamente in modo da tenere detto otturatore (67) in posizione di chiusura di detto condotto (63), detto elemento (69) essendo guidato da mezzi (82) di guida e di arresto della sua corsa, caratterizzata dal fatto che detto elemento (69) comprende una porzione (88) alloggiata in una camera di turbolenza (89) in comunicazione con una camera di scarico (60), detta porzione (88) essendo munita di una superficie di arresto (S) contro detti mezzi (82), tale che il moto di apertura di detto elemento (69) viene ammortizzato dalla veloce compressione ed espulsione del fluido in detta camera di turbolenza (89).
2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta ancora (43) è disaccoppiata da detto elemento (69), una prima molla (78) spingendo normalmente dettò elemento (69) in posizione di chiusura, detta ancora (43) essendo tenuta appoggiata contro detto elemento (69) da una seconda molla (79) avente flessibilità molto maggiore di detta prima molla (78).
3. Valvola secondo la rivendicazione 2 , caratterizzata dal fatto che detto nucleo (46) ha una forma anulare e detta ancora ha la forma di un disco (43), caratterizzata dal fatto che detto disco (43) è di pezzo con un manicotto (71) e che detto elemento è in forma di un gambo (69) perpendicolare a detto disco (43), detto gambo ( 69 ) essendo inoltre scorrevole entro detto manicotto (71), un anello (73) portato da detto gambo (69) essendo atto ad arrestare uno spallamento (72) di detto disco (43).
4. Valvola secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto disco (43) è mobile in un'ampia porzione (A) di detta camera di scarico (60), gli effetti dei rimbalzi e delle variazioni delle condizioni del fluido di detta ampia porzione (A) influenzando in modo irrilevante il movimento di detto gambo (69).
5. Valvola secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto che detto gambo (69) è munito di una flangia (88) adiacente a detto otturatore (67) ed atta ad arrestarsi detta superficie (S) contro una corrispondente superficie (Y) di detti mezzi (82).
6. Valvola secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detti mezzi (82) di guida e di arresto comprendono una boccola (83), in cui detto gambo (69) è impegnato scorrevolmente, ed una flangia (84) fissata su un corpo (56) della valvola di dosaggio, detta corrispondente superficie (Y) essendo portata da detta flangia (88) di detta boccola (83).
7. Valvola secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detta flangia (84) è forzata contro detto corpo (56) mediante una ghiera filettata (59) collaborante con una filettatura di un corpo (6) dell'iniettore, per cui la distanza (h) tra detta corrispondente superficie (Y) ed un piano di contatto (X) di detto otturatore (67) con detto condotto di scarico (63) non viene influenzata dalla forzatura di detta ghiera (59).
8. Valvola secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta prima molla (78) è disposta all'interno di detto nucleo (46) tra detto gambo (69) ed un organo fisso (52), detta seconda molla (79) essendo disposta tra detto disco (43) e detta ghiera (59).
9. Valvola secondo una delle rivendicazioni da 3 a 8, caratterizzata dal fatto che detto gambo (69) arresta detto disco (43) mediante un anello aperto (73) inserito in una gola (74) di detto gambo (69).
10. Valvola secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzata dal fatto che detta boccola (83) viene fissata da detta ghiera filettata (59) mediante l'interposizione di rondelle calibrate (87), prima del montaggio di detto disco (43) e di detto elettromagnete (42), dette rondelle (87) essendo selezionate in modo da prefissare una predeterminata corsa (h) per detto gambo (69).
11. Valvola secondo la rivendicazione 9 o 10 dipendente dalla rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto elettromagnete (42) e detto organo fisso (52) sono portati da un manicotto (41) munito di una filettatura (44) atta ad essere avvitata su una filettatura esterna di detto corpo (6) dell'iniettore con l'interposizione di altre rondelle calibrate (39) selezionate in modo da definire la posizione di detto nucleo (46) rispetto a detto gambo (69).
12. Valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, per un iniettore di combustibile, sostanzialmente come descritta con riferimento agli annessi disegni.