ITTO961075A1

ITTO961075A1 - Perfezionamenti ad una valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, con otturatore a sfera, per un iniettore di combustibile.

Info

Publication number: ITTO961075A1
Application number: IT96TO001075A
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: RU2214528C2; EP0851115B1; IT1289795B1; CN1190711A; DE69711831D1; KR100531745B1; CN1091496C; JPH10205407A; US5984264A; DE69711831T2; KR19980064483A; ES2174174T3; EP0851115A1; JP4117423B2

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, con otturatore a sfera, 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 una sfera di durezza elevata. Nelle valvole di dosaggio note, la sfera è normalmente tenuta in posizione di chiusura, su una sede del condotto di scarico, dall'azione di una molla. Eccitando un elettromagnete di comando, la relativa ancora libera la sfera dalla molla, aprendo il condotto. Poiché il combustibile nella camera di controllo è a pressione elevata, la forza della molla per chiudere la valvola deve essere molto elevata.

Nelle valvole note, l'ancora è collegata ad un gambo che, per azione della molla, preme direttamente sull'otturatore, per cui il contatto tra il gambo e la sfera è sostanzialmente puntiforme, generando tra sfera e gambo pressioni specifiche molto elevate. A causa della minore durezza del materiale del gambo rispetto alla sfera, questa provoca sul gambo delle deformazioni o impronte di usura, che fanno variare col tempo la corsa della sfera.

Come è noto, la variazione della corsa della sfera, e quindi dell'ancora dell'elettromagnete, è uno dei principali parametri che definiscono la quantità di combustibile introdotta dall'iniettore nel motore. A parità di tempo di eccitazione dell'elettromagnete e di pressione di alimentazione, ad un aumento di tale corsa corrisponde un tempo di apertura e chiusura più lunghi della valvola, e quindi maggiore quantità di combustibile introdotta.

Inoltre, a causa delle inevitabili tolleranze costruttive nella catena cinematica tra l'ancora e la sfera, è molto difficile ottenere un perfetto allineamento tra l'asse dell'ancora, l’asse del relativo gambo e l'asse della sede della sfera. Pertanto, nelle valvole note si presenta il problema di azionare la sfera, agendo in direzione perfettamente assiale rispetto alla sede, ossia eliminando le componenti trasversali dell'azione de}, gambo sulla sfera. A sua volta, la superficie attiva dell'ancora deve essere perfettamente parallela al piano di appoggio della sfera sulla sua sede, allo scopo di ottenere una buona tenuta della valvola.

Sono note delle valvole di dosaggio del tipo suddetto, in cui la sede della valvola è conica per evitare il contatto della sfera con uno spigolo vivo. E' stata anche proposta una valvola di dosaggio, in cui il gambo è munito di una cavità sferica in modo da abbracciare la sfera. Tuttavia, questa cavità non consente uno spostamento laterale della sfera per cui, in caso di un'azione disassata sulla sfera, dovuta alle inevitabili tolleranze nel montaggio di diversi componenti della valvola, la sfera non è in grado di autocentrarsi.

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 tenuta della valvola nelle condizioni di massima pressione ed una costanza di funzionamento dell'iniettore nel tempo.

Questo scopo viene raggiunto dalla valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, con otturatore a sfera secondo l’invenzione, la quale comprende una sfera atta ad agire su una sede conica per chiudere un condotto di scarico di una camera di controllo dell'iniettore, ed un elettromagnete atto ad azionare un'ancora per controllare un gambo cilindrico coassiale con detta sede conica e normalmente spinto elasticamente in modo da tenere detta sfera in posizione di chiusura contro detta sede conica, detto gambo essendo guidato da un manicotto di guida pure coassiale con detta sede conica, ed è caratterizzata dal fatto che tra detto gambo e detta sfera è disposto un giunto di disaccoppiamento atto a trasmettere a detta sfera l'azione di detto gambo coassialmente a detta sede conica ed a ridurre la variazione nel tempo della corsa di detta ancora dovuta all'usura provocata da detta sfera.

In particolare, il giunto di disaccoppiamento comprende una piastrina avente una superficie piana in impegno con il gambo ed un concavità sferica opposta a detta superficie piana ed in impegno con la sfera, detta concavità essendo atta a consentire il centraggio della sfera sulla sede conica, garantendo un'ottima tenuta della valvola. Vantaggiosamente, il diametro della concavità è leggermente maggiore del diametro della sfera, in modo da ridurre la pressione specifica tra le superfici di impegno reciproco della concavità e della sfera.

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 è una vista parzialmente sezionata, di un iniettore dì 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;

Figura 3 è un dettaglio di Figura 2 in scala ulteriormente 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 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 un giunto 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 (Figura 2) in comunicazione, tramite condotti 17, 18 e 21 (Figura 1), 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 è inoltre munito di 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, avente un asse 30. Il nucleo 28 è munito dell'usuale bobina elettrica 29, e presenta un foro assiale 31 in comunicazione con un raccordo di scarico 32, collegato al serbatoio del combustibile.

La valvola di dosaggio 24 comprende inoltre un corpo 33 coassiale con l'asse 30 ed avente una flangia 34, la quale è fissata su corpo 6 mediante una ghiera 36, con l'interposizione di rondelle calibrate 35 (Figura 2) come sarà meglio visto in seguito. L'ancora 27 è coassiale con l'asse 30 e comprende un disco 38 di pezzo con un manicotto 40. Il disco 38 è munito di uno o più intagli 39, attraverso cui una camera di scarico 37 formata nel corpo 6 è in comunicazione con il foro centrale 31 del nucleo 28. Il disco 38 presenta una superficie attiva 45 rivolta verso il nucleo 28, la quale è ·perpendicolare all'asse 30.

Il corpo 33 della valvola 24 è inoltre munito di una camera di controllo assiale 41, la quale presenta un condotto di ingresso 42 (Figura 2), radiale e calibrato, il quale è in comunicazione con il foro 14. La camera di controllo 41 presenta inoltre un condotto di scarico 43 calibrato, il quale è coassiale con l'asse 30 ed è 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 23, 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 di materiale molto duro, ad esempio carburo di tungsteno. La sfera 44 è atta ad appoggiarsi contro una sede conica 46 (Figura 3) del corpo 33, coassiale con il condotto 43. La sfera 44 è controllata da un gambo cilindrico 47 (Figura 2), il quale è munito di una gola in cui è inserito un anello 49 a C, contro cui si appoggia, per azione di una molla 50, il disco 38, 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 un manicotto fisso 53, coassiale con l’asse 30 e di pezzo con una flangia inferiore 54 (Figura 2) munita di fori assiali 56. Inferiormente il gambo 47 porta di pezzo una flangia 57 perpendicolare all'asse 30 ed atta ad arrestarsi contro la superficie inferiore della flangia 54.

La ghiera 36 forza la flangia 54 contro le rondelle calibrate 35, che agiscono su una superficie piana 55 della flangia 34 del corpo 33. A sua volta, la flangia 34 si appoggia contro uno spallamento del corpo 6 dell'iniettore. La ghiera 36 è filettata esternamente ed è avvitata su una filettatura della camera di scarico 37 (Figura 1). In particolare, le rondelle 35 sono scelte in modo da definire la corsa h voluta per il gambo 47. La flangia 57 del gambo 47 è alloggiata in una camera 58 di turbolenza che, attraverso i fori 56, è in comunicazione con la camera di scarico 37.

A causa delle inevitabili tolleranze costruttive nei vari accoppiamenti tra corpo 6, nucleo 28, rondelle 35, flangia 54, manicotto 53, gambo 47, manicotto 48 ed ancora 27, è molto difficile ottenere costruttivamente un perfetto allineamento tra l'asse dell'ancora 27, l'asse del gambo 47 e l'asse della sede conica 46. Qualora, il gambo agisse direttamente sulla sfera 44, la flangia 54 avrebbe un contatto puntiforme con la sfera 44, per cui a causa della durezza della sfera 44 stessa verrebbe rapidamente deformata con la relativa impronta.

Inoltre, un lieve disallineamento di uno dei suddetti assi creerebbe sulla sfera 44 una componente trasversale dell'azione della molla 52. Tale componente impedirebbe un contatto perfetto della sfera 44 con la sua sede 46, pregiudicando il funzionamento della valvola 24 e deformando rapidamente anche la sede 46.

Secondo l'invenzione, per evitare i suddetti .inconvenienti, tra la flangia 57 del gambo 47 e la sfera 44 è disposto un giunto di disaccoppiamento, genericamente indicato con 62, il quale è atto a disaccoppiare la flangia 54 dalla sfera 44 ed a guidare la sfera 44 in modo da tenerla centrata sull’asse della sua sede 46. Il giunto 62 è costituito da una piastrina 63 (Figura 3) di forma circolare, avente una superficie piana 64 ed una concavità sferica 66 opposta alla superficie piana 64.

In particolare, la superficie piana 64 è in impegno con la flangia 57 del gambo 47, ed è atta a consentire un certo spostamento trasversale della piastrina 63 rispetto all’asse del gambo 47. La concavità 66 è invece in impegno con la sfera 44, ed è atta a centrare l’azione del gambo 47 sull'asse della sede conica 46, riprendendo in tal modo gli inevitabili errori di disallineamento tra l'asse dell’ancora 27, l'asse del gambo 47 e l'asse del corpo 33 della valvola 24, e gli errori di parallelismo tra la superficie 45 (Figura 1) del disco 38 dell'ancora 27 e la superficie 55 (Figura 2) del corpo 33.

Il diametro D della concavità 66 (Figura 3) è leggermente maggiore del diametro d della sfera 44, allo scopo di ridurre la pressiorie specifica tra le supérfici di impegno reciproco della concavità 66 e della sfera 44. Inoltre, la concavità 66 presenta una freccia F, tale da impedire il disimpegno della sfera 44, quando l'ancora 27 (ved. anche Figura 1) viene attratta dal nucleo 28.

In particolare, il rapporto d/D tra il diametro d della sfera 44 ed il diametro D della concavità 66 può essere compreso tra 92/100 e 98/100, mentre la freccia F può essere compresa tra 8/10 e 9/10 del diametro d della sfera 44. Vantaggiosamente, con un condotto 43 del diametro dell'ordine di 0,25 mm, il diametro d della sfera 44 può essere dell'ordine di 1,35 mm, il diametro D della concavità 66 può essere dell’ordine di 1,40 mm, e la freccia F può essere dell'ordine di 1,00 mm.

A sua volta, l'angolo al vertice a della sede conica 46 può essere compreso tra 55° e 60°. Per evitare un'interferenza tra uno spigolo perimetrale 67 della piastrina 63 e la superficie della sede conica 46, la superficie superiore 25 del corpo 33 è munita di una depressione 68, che può avere una superficie a tronco di cono, con un angolo al vertice maggiore dell'angolo a della sede 46.

La valvola di dosaggio 24 dell'iniettore 5 funziona nel modo seguente.

Quando viene eccitata la bobina 29 (Figura 1), il nucleo 28 attrae il disco 38 dell'ancora 27 che, attraverso l’anello 49, trascina positivamente il gambo 47 contro l'azione della molla 52. La flangia 57 del gambo 47 provoca allora una turbolenza nella camera di turbolenza 58, che ammortizza l'arresto della flangia 57 contro la flangia fissa 54. La pressione del combustibile nella camera 41 fa allora aprire la sfera 44, scaricando il combustibile di tale camera 41, per cui esso torna nel serbatoio. A sua volta la pressione del combustibile nella camera 19 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. La superficie di accoppiamento della concavità 66 (Figura 3) della piastrina 63 con la sfera 44, grazie al gioco dovuto alla differenza tra i diametri D e d, consente alla sfera 44 di centrarsi sempre rispetto alla sede conica 55 di tenuta della valvola 24. La sfera 44 richiude cosi 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.

Inoltre, poiché il contatto tra la sfera 44 e la concavità 66 (Figura 3) è realizzato tra due superfici sferiche di diametro leggermente diverso, si riduce la pressione specifica su tali superfici, evitando la formazione dell'impronta di usura, e quindi la variazione della corsa h dell'ancora 27, con notevoli vantaggi sulla stabilità nel tempo delle quantità di combustibile introdotte .

Da quanto visto sopra, risultano evidenti i vantaggi della valvola di dosaggio 24 secondo l'invenzione rispetto alla tecnica nota. Infatti, la piastrina 63 da una parte consente di guidare la sfera 44 centrandola sulla sede conica 46, dall'altra consente di aumentare la stabilità nel tempo della valvola 24.

Si intende che alla valvola di dosaggio descritta possono essere apportate varie modifiche senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni. Ad esempio, l'ancora 27 può essere di pezzo col gambo 47 e questo può essere privo della flangia 57. Inoltre, può essere variata la forma o le dimensioni della piastrina 63.

Claims

R IV E N D I C A Z I O N I 1. Valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, con otturatore a sfera, per un iniettore di combustibile, comprendente una sfera (44) atta ad agire su una sede conica (46) per chiudere un condotto di scarico (43) di una camera di controllo (41) dell'iniettore, ed un elettromagnete (26) atto ad azionare un'ancora (27) per controllare un gambo cilindrico (47) coassiale con detta sede conica (46) e normalmente spinto elasticamente in modo da tenere detta sfera (44) in posizione di chiusura contro detta sede conica (46), detto gambo (47) essendo guidato da un manicotto di guida (53) pure coassiale con detta sede conica (46), caratterizzata dal fatto che tra detto gambo (47) e detta sfera (44) è disposto un giunto di disaccoppiamento (62) atto a trasmettere a detta sfera (44) l'azione di detto gambo (47) coassialmente a detta sede conica (46) ed a ridurre la variazione nel tempo della corsa di detta ancora (27) dovuta all'usura provocata da detta sfera (44).
2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto giunto di disaccoppiamento (62) comprende una piastrina (63) avente una superficie piana (64) in impegno con detto gambo (47) ed un concavità sferica (66) opposta a detta superficie piana (64) ed in impegno con detta sfera (44), detta concavità (66) essendo atta a consentire il centraggio cii detta sfera (44) su detta sede conica (46), garantendo un'ottima tenuta della valvola.
3. Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il diametro (D) di detta concavità (66) è leggermente maggiore del diametro (d) di detta sfera (44), in modo da ridurre la pressione specifica tra le superfici di impegno reciproco di detta concavità (66) e di detta sfera (44).
4. Valvola secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il rapporto (d/D) tra il diametro (d) di detta sfera (44) ed il diametro (D) di detta concavità (46) è compreso tra 92/100 e 98/100, detta sfera (44) avendo una durezza maggiore di quella di detta piastrina (63).
5. Valvola secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che l'angolo al vertice di detta sede conica (46) è compreso tra 110 “ e 120*.
6. Valvola secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta ancora (27) è in forma di un disco (38) coassiale con detto gambo (47), detto disco (38) essendo di pezzo con un manicotto (40) scorrevole su detto gambo (47) contro l'azione di una molla (50), detto gambo (47) essendo di pezzo con una flangia (57) in impegno con detta superficie piana (64) di detta piastrina (63).
7. Valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, con otturatore a sfera, per un iniettore di combustibile, sostanzialmente come descritta con riferimento agli annessi disegni.