ITTO961074A1

ITTO961074A1 - Perfezionamenti ad una valvola di dosaggio a comando elettromagnetico per un iniettore di combustibile.

Info

Publication number: ITTO961074A1
Application number: IT96TO001074A
Authority: IT
Inventors: Mario Ricco
Original assignee: Elasis Sistema Ricerca Fiat
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 1998-06-23
Also published as: JPH10196485A; CN1190697A; IT1289794B1; EP0851116B1; EP0851116A3; RU2200868C2; DE69738520D1; EP0851116A2; US5820101A; DE69738520T2; ES2300111T3; KR19980064482A; CN1096549C

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 ad opera di una molla principale, precaricata con una forza Fi. L'otturatore viene aperto eccitando un elettromagnete, in modo da far spostare l'ancora vincendo l'azione della molla. Nelle valvole note, l'ancora è in genere rigidamente collegata ad un gambo scorrevole in una guida fissa.

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.

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 del gambo, della sfera e del corpo della valvola, tale urto provoca un notevole rimbalzo, sia nella chiusura, che nell'apertura della valvola, per cui il moto dell'ancora non garantisce una linearità del funzionamento dell'iniettore .

Per ridurre i rimbalzi della massa da arrestare nelle due corse, è stato proposto di disaccoppiare l'ancora dal gambo, disponendo una molla addizionale precaricata con una forza F2 tra l'ancora stessa ed uno spallamento fisso. La forza FI della molla principale, che tiene l'otturatore in posizione di chiusura, agisce sul gambo ed è contrapposta alla forza F2 della molla addizionale, su cui prevale. In un'altra valvola nota è stato anche proposto di dotare il gambo di una flangia alloggiata in una camera in cui circola il combustibile. Il moto della flangia crea allora una certa turbolenza, che riduce ulteriormente i rimbalzi.

Queste valvole note presentano l'inconveniente di non consentire un intervallo ridotto fra due attuazione consecutive dell’ancora, come richiesto ad esempio nei motori ad iniezione molto veloci. In particolare, queste valvole sono inadeguate per i motori in cui è richiesta, prima dell’iniezione principale, una preiniezione di combustibile. Infatti in questi casi, per consentire all'ancora di tornare velocemente a riposo dopo ogni attuazione, occorrerebbe aumentare la forza F2 della molla addizionale, in modo da garantire la tempestiva ripetizione di una corretta attuazione dell'ancora.

Aumentando la forza F2 di questa molla, occorrerebbe però aumentare anche la forza FI della molla principale, giacché la forza necessaria per garantire la chiusura dell’otturatore è la forza risultante. F = F1-F2. Purtroppo lo spazio per la molla principale è sempre molto ridotto, per cui è difficile aumentare la forza FI. In particolare, nel caso in cui la molla principale è costituita da una molla elicoidale alloggiata nel nucleo magnetico dell'elettromagnete, tale spazio non può essere aumentato, sia per motivi di circuito magnetico, sia per la realizzabilità di tale nucleo magnetico con materiali sinterizzati, e sia per le condizioni critiche di montaggio di una molla troppo precaricata.

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 un rapido ritorno a riposo dell'ancora e del gambo di comando dell'otturatore.

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, una prima molla agente contro un elemento intermedio per tenere detto otturatore in posizione di chiusura, ed un elettromagnete atto ad azionare un’ancora per controllare detto otturatore mediante detto elemento intermedio, detta ancora essendo disaccoppiata da detto elemento intermedio ed essendo tenuta appoggiata contro detto elemento intermedio da una seconda molla, ed è caratterizzata dal fatto che detta seconda molla è precaricata tra detta ancora e detto elemento intermedio, per cui non influenza l'azione di detta prima molla.

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 laterale, parzialmente sezionata, di un iniettore di combustibile incorporante una valvola di dosaggio secondo l'invenzione;

Figura 2 è una sezione mediana della valvola di dosaggio dell'iniettore di Figura 1, in scala ingrandita, secondo una prima variante dell'invenzione;

Figura 3 è una sezione mediana parziale della valvola di dosaggio dell'iniettore, secondo un'altra variante dell'invenzione;

Figura 4 è una sezione parziale secondo la linea IV- IV di Figura 3;

Figure 5 e 6 sono due sezioni mediane parziali della valvola di dosaggio dell'iniettore, secondo due ulteriori varianti dell'invenzione.

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 collegato con un ugello 9, terminate con uno o più fori di iniezione 11. Nel corpo 6 è scorrevole un'asta di comando 8 collegata, tramite il piattello 10, con una spina 12 di chiusura del foro 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, ed avente un foro 14 (ved. anche Figura 2) in comunicazione, tramite condotti 17, 18 e 21, con una camera di iniezione 19 dell'ugello 9. La spina 12 è munita di uno spailamento 22, su cui agisce il combustibile in pressione della camera 19. Una molla di compressione 23 contribuisce a spingere la spina 12 verso il basso.

L'iniettore 5 comprende inoltre una valvola di dosaggio, genericamente indicata con 24, la quale comprende un elettromagnete 26 di comando di un'ancora 27. L'elettromagnete 26 è munito di un nucleo magnetico 28 di forma anulare in cui è alloggiata l'usuale bobina elettrica 29. Il nucleo 28 presenta un foro centrale 31 coassiale con un raccordo di scarico 32, portato da un corpo solidale con il nucleo 28, e collegato al serbatoio del combustibile.

La valvola di dosaggio 24 comprende inoltre un corpo 33 avente una flangia 34 normalmente tenuta appoggiata contro uno spallamento del corpo 6 dell'iniettore, ad opera di una ghiera 36. Questa è filettata esternamente ed è avvitata su una filettatura di una camera di scarico 37 formata nel corpo 6. L'ancora 27 è sostanzialmente a forma di disco e presenta una serie di settori 38 (ved. anche Figura 4), ad esempio in numero di tre, i quali sono separati da intagli 39, attraverso cui la camera di scarico 37 è in comunicazione con il foro centrale 31 del nucleo 28.

Il corpo 33 della valvola 24 è inoltre munito di una camera di controllo assiale 41, la quale presenta un condotto di ingresso 42 in comunicazione con il foro 14, ed un condotto di scarico 43 in comunicazione con la camera di scarico 37. La camera di controllo 41 è delimitata inferiormente dalla superficie superiore dell'asta 8. Grazie alla maggiore area della superficie superiore dell'asta 8 rispetto a quella dello spallamento 22 (ved. anche Figura 1), la pressione del combustibile, coadiuvata dalla molla 27, tiene normalmente l'asta 8 in posizione tale da chiudere il foro 11 dell'ugello 9.

Il condotto di scarico 43 della camera di controllo 41 è normalmente tenuto chiuso da un otturatore in forma di una sfera 44, che si appoggia su una sede conica, costituita dal piano di contatto con il condotto 43. La sfera 44 è guidata da una piastrina di guida 46, su cui agisce un elemento intermedio, costituito da un gambo cilindrico 47. L'ancora 27 è di pezzo con un manicotto 48 scorrevole assialmente sul gambo.47, il quale è munito di un anello 49 a C, collaborante con uno spallamento 50 dell'ancora 27, per cui l'ancora 27 è disaccoppiata dal gambo 47.

Il gambo 47 si prolunga per una certa lunghezza nel foro 31 e termina con una porzione 51 di diametro ridotto , che forma un appoggio ed un ancoraggio per una prima molla di compressione 52 disposta nel foro 31. Il gambo 47 è scorrevole in una guida formata da una boccola cilindrica 53, di pezzo con una flangia inferiore 54 munita di fori assiali 56. Inferiormente il gambo 47 porta di pezzo una flangia 57 atta ad arrestarsi contro la superficie inferiore della flangia 54.

La flangia 54 viene forzata dalla ghiera 36 contro la flangia 34 del corpo 33 della valvola 24, con l'interposizione di rondelle calibrate, in modo da definire la corsa "h" voluta per il gambo 47. La molla 52 è precaricata con una forza FI tale da consentire al gambo 47 di spostare rapidamente l'ancora 27 verso il basso, a seguito della diseccitazione dell'elettromagnete 26, e da tenere, tramite la piastrina 46, l'otturatore 44 in posizione di chiusura del condotto 43.

La flangia 57 del gambo 47 è alloggiata in una camera 58 di turbolenza, in cui il combustibile scaricato dalla camera di controllo 41 si comprime e si espande a causa del movimento della flangia 57. La boccola 53 forma con la ghiera 36 un’intercapedine 59 tale da consentire al combustibile della camera 58, che attraversa i fori 56, di passare nella camera di scarico 37.

Secondo l'invenzione, il gambo 47 comprende una porzione 61 su cui è scorrevole il manicotto 48 dell'ancora 27, ed una porzione 62 scorrevole nella boccola 53, ed avente un diametro maggiore di quello della porzione 61. Tra le due porzioni 61 e 62 è disposto uno spailamento anulare 63, di appoggio di una seconda molla 64, la quale agisce sull'ancora 27 tenendola normalmente appoggiata con lo spailamento 50 contro l'anello 49 del gambo 47.

In particolare, la molla 64 può essere del tipo a balestra multipla. Secondo la variante di Figura 2, la molla a balestra multipla 64 è costituita da un pacchetto di coppie di molle a tazza 66, coassiali tra loro. Di esse, la molla 66 superiore è appoggiata contro l'ancora 27, e quella inferiore è appoggiata contro lo spailamento 63. La molla 64 viene montata tra il disco dell'ancora 27 e lo spallamento anulare 63, precaricata con una forza F2 .

Poiché la molla 64 si scarica sullo stesso gambo 47, essa può essere aumentata quanto si vuole per ridurre il tempo del ritorno a riposo dell'ancora 43. Viene cosi ridotto l'intervallo di tempo tra due attuazioni successive della valvola di dosaggio 24, ad opera dell'elettromagnete 26. Infatti, la molla 64 non influenza più la tenuta dell'otturatore 44, che viene assicurata esclusivamente dalla molla 52. Quest'ultima, non dovendo vincere la forza della molla antagonista 64, risulta quindi più efficace per chiudere l'otturatore 44. In alternativa, a parità di azione sull'otturatore 44, si può ridurre il precarico o la dimensione della molla 52.

L'iniettore descritto funzione nel modo seguente. Quando viene eccitata la bobina 29, il nucleo 28 attrae l'ancora 27 che, attraverso lo spallamento 50 e l'anello 49 a C, trascina positivamente il gambo 47 contro l’azione'della molla 52. La flangia 57 del gambo 47 provoca allora una turbolenza nella cerniera 58. Infatti, il combustibile della camera 58 subisce da una parte una compressione ed dall'altra una espansione, che ammortizza l'arresto della flangia 57 del gambo 47 contro la flangia fissa 54. A sua volta, il movimento l'ancora 27 viene frenato dal combustibile nella camera di scarico 37 e si arresta con lo spallamento 50 contro l'anello 49. Il disaccoppiamento tra l'ancora 27 ed il gambo 47 consente quindi l’assorbimento separato delle rispettive energie cinetiche.

La pressione del combustibile nella camera 41 fa allora aprire l'otturatore 44, scaricando il combustibile della camera 41, per cui esso torna nel serbatoio. A sua volta la pressione del combustibile nella camera 19 (ved. anche Figura 1) vince la pressione residua sulla superficie superiore dell'asta 8, e fa spostare verso l'alto la spina 12, per cui attraverso il foro 11 viene iniettato il combustibile della camera 19.

Quando la bobina 29 viene diseccitata, la molla 52 spinge in basso il gambo 47, che tramite l'anello 49 trascina l'ancora 27. L'energia cinetica del gambo 47 viene anche ora in parte dissipata dalla turbolenza creata dalla flangia 57 nel combustibile della camera 58, per cui gli urti del gambo 47, della piastrina 46 e della sfera 44 risultano enormemente attutiti e sostanzialmente privi di rimbalzi. La sfera 44 richiude così il condotto di scarico 43, ed il combustibile in pressione ripristina la pressione nella camera di controllo 41, per cui la spina 12 (Figura 1) richiude il foro 11.

Secondo le varianti delle Figure 3-6, le due porzioni 61 e 62 del gambo 47 hanno un uguale diametro, per cui sono di fabbricazione più economica. Le due porzioni 61 e 62 sono separate da una gola 65, in cui è inserito un altro anello 70 a C, che funge da spallamento. Secondo le varianti delle Figure 3, 4 e della Figura 5, la molla a.balestra multipla 64 è costituita da una serie di alette elastiche 67 di pezzo con un disco bombato 68, munito di un foro centrale 69. Il disco 68 si appoggia contro l'anello 70, mentre le alette 67, in numero uguale a quello dei settori 38, si appoggiano contro tali settori 38.

Per evitare una rotazione reciproca tra l'ancora 27 e la molla 64, secondo la variante delle Figura 3, 4 il disco 68 è munito di un'appendice 71 disposta tra due alette 67, la quale si impegna in uno degli intagli 39 tra due settori 38. Secondo la variante di Figura 5 invece, uno dei settori 38 dell'ancora 27 è munito di una depressione 72, in cui si impegna una delle alette elastiche 67 della molla 64:

Infine secondo la variante di Figura 6, tra l'ancora 27 e l'anello 70 a C, è precaricata una molla elicoidale di compressione 74 di forma troncoconica. La molla 74 è disposta con la sua spira di diametro maggiore a contatto con l’ancora 27 e con la spira di diametro minore a contatto con l'anello 74.

Da quanto visto sopra risultano evidenti i vantaggi della valvola di dosaggio 24 secondo l'invenzione rispetto alla tecnica nota. Innanzitutto, la velocità di ritorno dell’ancora 27 può essere aumentata, senza dovere aumentare il precarico della molla antagonista 52. Pertanto non è necessario aumentare l'azione dell'elettromagnete 26, e neanche aumentare la dimensione dei nucleo magnetico 28, o prevedere materiali speciali di maggiore resistenza meccanica, e relative tecniche costose di fabbricazione. Infine, il precarico o la dimensione della molla 64 possono essere ridotti, facilitandone così il montaggio .

Si intende che alla valvola di dosaggio descritta possono essere apportate varie altre modifiche senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni. Ad esempio, la molla 64, 74 può essere di tipo diverso di quelle descritte. In particolare, nella variante delle Figure 3, 4, nella molla 64 possono essere previste due o più appendici di posizionamento 71. Inoltre, nella variante di Figura 5, tutti i settori 38 dell'ancora 27 possono essere muniti di una depressione di posizionamento 72. Infine, nella variante di Figura 6, la molla elicoidale di compressione 74 può essere cilindrica anziché troncoconica.

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 (44) per un condotto di scarico (43) di una camera di controllo (41), una prima molla (52) agente contro un elemento intermedio (47) per tenere detto otturatore (44) in posizione di chiusura, ed un elettromagnete (26) atto ad azionare un'ancora (27) per controllare detto otturatore (44) mediante detto elemento intermedio (47), detta ancora (27) essendo disaccoppiata da detto elemento intermedio (47) ed essendo tenuta appoggiata contro detto elemento intermedio (47) da una seconda molla (64, 74), caratterizzata dal fatto che detta seconda molla (64, 74) è precaricata tra detta ancora (27) e detto elemento intermedio (47), per cui non influenza l'azione di detta prima molla (52).
2. Valvola secondo la rivendicazione 1, in cui detta ancora ha sostanzialmente forma di un disco (27) di pezzo con un manicotto (48) e detto elemento è in forma di un gambo (47) coassiale con detto disco (43), detto manicotto (48) essendo inoltre scorrevole su detto gambo (47), caratterizzata dal fatto che detta seconda molla (64, 74) è precaricata tra detto disco (27) ed uno spallamento anulare (63, 70) di detto gambo (47).
3 Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta seconda molla è una molla a balestra multipla (64).
4. Valvola secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detta molla a balestra multipla (64) comprende una serie di molle a tazza (66) coassiali tra loro, detto spallamento (63) essendo formato tra una prima porzione (61) di detto gambo (47), su cui è scorrevole detta ancora (27), ed una seconda porzione (62) di detto gambo (47) scorrevole in una boccola fissa (53).
5. Valvola secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detta ancora (27) è munita di una serie di settori (38) separati da intagli (39), e che detta molla a balestra multipla (64) è formata da un disco bombato (68) munito di un numero di alette elastiche (67) corrispondenti al numero di detti settori (38) ed impegnate ciascuna con il corrispondente di detti settori (38).
6. Valvola secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che tra detto disco bombato (68) e detta ancora (27) sono previsti dei mezzi (71, 72) atti ad impedirne la rotazione reciproca.
7. Valvola secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detti mezzi (71, 72) comprendono almeno un’appendice (71) portata da detto disco bombato (68) ed atta ad impegnarsi in uno di detti intagli (39).
8. Valvola secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detti mezzi (71, 72) comprendono una depressione (72) disposta su almeno uno di detti settori (38) di detta ancora (27) ed atta ad essere impegnata da una corrispondente aletta (67) di detto disco bombato (68).
9 . Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta seconda molla (74) è una molla elicoidale di compressione di forma troncoconica o cilindrica.
10. Valvola secondo una delle rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzata dal fatto che detto spallamento è costituito da un anello (70) inserito in una gola (65) di detto gambo (47), detto disco bombato (68) essendo atto ad impegnare detto anello (70).
11. Valvola secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che dette porzioni (61, 62) hanno diametro uguale.
12. Valvola secondo una delle rivendicazione da 2 a 11, caratterizzata dal fatto che detto gambo (47) è munito di una flangia (57) mobile in una camera di turbolenza (58) disposta tra detta camera di controllo (41) ed una camera di scarico (37) del combustibile da detta camera di controllo (41)
13. Valvola di dosaggio a comando elettromagnetico per un iniettore di combustibile, sostanzialmente come descritta con riferimento agli annessi disegni,