ES2228394T3 - Dispositivo hidraulico para transmitir el movimiento de un actuador. - Google Patents

Dispositivo hidraulico para transmitir el movimiento de un actuador.

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ES2228394T3 ES00127847T ES00127847T ES2228394T3 ES 2228394 T3 ES2228394 T3 ES 2228394T3 ES 00127847 T ES00127847 T ES 00127847T ES 00127847 T ES00127847 T ES 00127847T ES 2228394 T3 ES2228394 T3 ES 2228394T3
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Abstract

Dispositivo para transmitir el movimiento de un actuador (8) a un órgano de ajuste (3) con un elemento de transmisión que genera una unión activa entre el actuador (8) y el órgano de ajuste (3) y que determina una cámara hidráulica (22) y una cámara acumuladora (24), que están llenas de un líquido hidráulico y que están unidas entre sí mediante al menos un intersticio de estrangulación (36, 37), presentando el elemento de transmisión un primer y un segundo elemento de émbolo (21, 23; 121), estando unidos el primer elemento de émbolo (21; 121) fijamente con el actuador (8) y el segundo elemento de émbolo (23) fijamente con el órgano de ajuste (3), estando configurada entre el primer elemento de émbolo (21; 121) y el segundo elemento de émbolo (23) la cámara hidráulica (22) e incluyendo la cámara acumuladora (24) una zona de cámara acumuladora (242, 243) cargada con presión, que está delimitada mediante fuelles metálicos, caracterizado porque los fuelles metálicos forman un sistema de fuellesondulados (25, 26, 125) y están pretensados mediante un elemento de resorte de tal manera que la zona de la cámara acumuladora está cargada con presión y cuya presión es aproximadamente constante.

Description

Dispositivo hidráulico para transmitir el movimiento de un actuador.
La invención se refiere a un dispositivo hidráulico para transmitir el movimiento de un actuador a un órgano de ajuste según el concepto general de la reivindicación 1, en particular para su utilización en un dosificador de fluidos. Un dispositivo así, denominado en lo que sigue elemento de transmisión, se conoce por la DE 197 08 304 A1 y por la US 4858439.
En la técnica de los vehículos automotores se utilizan cada vez más sistemas de inyección con acumulador, en los que se trabaja con presiones de inyección muy altas. En estos sistemas de inyección conocidos por ejemplo bajo la denominación sistemas "Common-Rail" se aplica combustible bajo elevada presión en las válvulas de inyección dispuestas en los cilindros de la máquina de combustión. El proceso de inyección en los cilindros se activa mediante apertura y cierre de las válvulas de inyección, siendo controladas las válvulas de inyección mediante actuadores, que funcionan según el principio electromagnético y, para lograr elevadas velocidades de maniobra, también según el principio piezoeléctrico, electroestrictivo o magnetoestrictivo. Los actuadores de las válvulas de inyección accionan entonces, dado el caso intercalando una servovávula, una aguja de válvula en la válvula de inyección.
A una válvula de inyección de combustible de serie se le formulan en particular las siguientes exigencias:
La aguja de válvula ha de estar dispuesta en la válvula de inyección, bien sin carga, o bien cargada con una fuerza dependiente de la presión. Caso de que exista una presión de combustible creciente en la aguja de la válvula, ha de garantizarse, para asegurar una estanqueidad suficiente con una presión del combustible creciente, que la aguja de la válvula presione siempre fijamente sobre el asiento de la válvula.
Además, la válvula de inyección ha de ser insensible frente a alargamientos térmicos o inducidos por la presión. Tampoco debe verse afectada la funcionalidad de la válvula de inyección por efectos de la fatiga, activados por ejemplo por procesos de envejecimiento del actuador. Para evitar modificaciones en la longitud de la válvula de inyección provocados por efectos térmicos, de la presión o bien de la fatiga, se fabrican usualmente las agujas de la válvula y los otros elementos de la válvula de inyección de aceros especiales, que no obstante son muy costosos. Además, es necesario también cuando se utilizan tales aceros especiales costosos prever una distancia suficiente entre los distintos elementos, para poder absorber eventuales alargamientos entre los elementos. Esta distancia de seguridad necesaria de 3 \mum a 5 \mum se pierde no obstante como carrera útil del actuador, lo cual, especialmente cuando se utiliza un piezoactuador que sólo aporta una carrera pequeña, puede dar lugar a problemas al abrir la aguja de la válvula.
Para no tener que prever intersticio alguno entre las distintas piezas de la válvula de inyección, se propone en la DE 197 08 304 A1 un elemento hidráulico de transmisión, que transmite la deflexión del actuador en la válvula de inyección a una columna de accionamiento de la servoválvula o bien a un eje de guía de la aguja de la válvula. El elemento de transmisión hidráulico está configurado entonces esencialmente con forma cilíndrica y presenta una cámara hidráulica, que queda limitada por una membrana flexible. Sobre la membrana flexible se apoya la columna de accionamiento de la servoválvula o bien del eje de guía de la aguja de la válvula. Desde la cámara hidráulica, un agujero de unión con efecto de estrangulación conduce a una cámara acumuladora, prevista en el interior del elemento de transmisión y que está cerrada mediante una placa de resorte pretensada. Sobre la placa de resorte está dispuesta en la cámara hidráulica una placa de tapa rígida, que se apoya en el actuador de la válvula de inyección. La cámara hidráulica y la cámara acumuladora están llenas de un medio hidráulico.
En estado de reposo se transmite a través del agujero de unión la presión del medio hidráulico que reina en la cámara acumuladora a la cámara hidráulica, con lo que la membrana flexible siempre se apoya en la columna de accionamiento de la servoválvula o bien en el eje de guía de la aguja de la válvula, incluso cuando debido a los efectos térmicos o bien a procesos de envejecimiento resultan desplazamientos en la disposición de los distintos componentes en la válvula de inyección de combustible. Cuando se acciona el actuador, permanece esencialmente invariable la deflexión de este actuador a través del elemento de transmisión sobre la columna de accionamiento de la servoválvula o bien el eje de guía de la aguja de válvula. El agujero de unión entre la cámara hidráulica y la cámara acumuladora está entonces diseñado de tal manera que, debido a que los tiempos de mando se encuentran en la gama de milisegundos, no puede fluir esencialmente ninguna cantidad de medio hidráulico hacia fuera de la cámara hidráulica hacia la cámara acumuladora.
No obstante, el elemento de transmisión conocido por la DE 197 08 304 A1 se caracteriza por una estructura complicada. Además, con este elemento de transmisión conocido es difícil asegurar unacompensación de la temperatura a lo largo de toda la gama de trabajo de la válvula de inyección de combustible de unos -40ºC a +150ºC. En esta gran gama de temperaturas puede llegarse a una variación del volumen del medio hidráulico utilizado en el elemento de transmisión de hasta un 20%. Pero una variación de volumen tan grande sólo puede dominarse con mucha dificultad en la estructura prevista en la DE 197 08 304 A1.
Es tarea de la presente invención poner a disposición un dispositivo hidráulico sin juego para transmitir el movimiento de un actuador a un órgano de ajuste, que se caracterice por una elevada fiabilidad para elevadas cargas permanentes y fuertes oscilaciones de temperatura.
Esta tarea se resuelve mediante un dispositivo según la reivindicación 1. Otros perfeccionamientos ventajosos se indican en las reivindicaciones secundarias.
El dispositivo correspondiente a la invención se caracteriza por un elemento de transmisión que presenta un primer elemento de émbolo, unido fijamente con un actuador, y un segundo elemento de émbolo, unido fijamente con un órgano de ajuste, estando configurada entre el primer elemento de émbolo y el segundo elemento de émbolo una cámara hidráulica, e incluyendo una cámara acumuladora unida con la cámara hidráulica mediante un intersticio de estrangulación, una zona cargada con presión, los límites de cuya zona están configurados de forma elástica. Esta estructura garantiza de manera fiable una compensación automática de grandes variaciones de distancia entre el actuador y el órgano de ajuste, que pueden venir provocadas por efectos térmicos de presión o de fatiga. Además, mediante el diseño elástico de una zona de la cámara acumuladora queda asegurado que el elemento de transmisión conserva su funcionalidad a lo largo de una amplia gama de temperaturas, en particular toda la gama de trabajo de una válvula de inyección de combustible de aprox. -40ºC a 150ºC. El elemento de transmisión correspondiente a la invención puede además aplicarse tanto en una válvula de inyección de combustible que abre hacia dentro como en una que abre hacia fuera. Además, se caracteriza el elemento de transmisión por una forma constructiva muy compacta, un rendimiento de transmisión hidromecánica muy elevado y propiedades de transmisión dinámicas sobresalientes, ya que sólo se necesita una cámara hidráulica muy pequeña entre el primer y el segundo elemento de émbolo.
Según la invención, la zona elástica de la cámara acumuladora está delimitada por un sistema de fuelle ondulado, preferentemente compuesto por unidades de fuelle metálico. Tales unidades de fuelle metálico están diseñadas radialmente muy rígidas, pero muy blandas en dirección axial y pueden de esta manera absorber de manera fiable variaciones de volumen del líquido hidráulico contenido en el elemento de transmisión.
Según otra forma constructiva preferente, se pretensa el actuador mediante un elemento de resorte, que está unido fijamente con el primer elemento de émbolo del elemento de transmisión. Mediante este perfeccionamiento puede dimensionarse un resorte de reposición, que repone el órgano de ajuste a su posición de partida tras el final del proceso de mando del actuador, tal que sea muy pequeño, ya que el funcionamiento del resorte de reposición es apoyado por el movimiento de retraimiento del actuador, que actúa a través del elemento de transmisión sobre el órgano de ajuste.
Según otra forma constructiva preferente, mediante la elección adecuada de las relaciones de tamaños entre las superficies efectivas para la presión del primer elemento de émbolo y del segundo elemento de émbolo, puede tener lugar una transformación de la carrera del movimiento del actuador sobre el órgano de ajuste. Así se logra que también cuando se utiliza un piezoelemento como actuador se genere una carrera suficiente para accionar el órgano de ajuste.
La invención se describe a continuación más en detalle en base a los esquemas. Se muestra en
fig. 1 una válvula de inyección de combustible que se abre hacia fuera con un elemento de transmisión hidráulico correspondiente a la invención en una primera forma constructiva;
fig. 2 una válvula de inyección de combustible que se abre hacia dentro, con un elemento de transmisión hidráulico correspondiente a la invención en una primera forma constructiva; y
fig. 3 una válvula de inyección de combustible que se abre hacia fuera con un elemento de transmisión hidráulico correspondiente a la invención en una segunda forma constructiva;
La válvula de inyección de combustible mostrada en la figura 1, que se abre hacia fuera en una cámara de combustión de una máquina de combustión, funciona con combustible que se encuentra bajo elevada presión. En esta válvula de inyección está alojada en la parte superior de una carcasa 1 una unidad de accionamiento, que presenta como pieza esencial un actuador multicapa piezoeléctrico 8 en técnica de bajo voltaje. Este actuador multicapa piezoeléctrico 8 está rodeado por un resorte tubular 9, que está soldado entre una placa de cabecera 10 y una placa de fondo 11, estando pretensado el resorte tubular 9 de tal manera que el actuador multicapa piezoeléctrico 8 se encuentra bajo una tensión previa mecánica. La carcasa 1 está unida además con una placa de fondo 11 de la unidad de accionamiento de manera lo más rígida posible, preferentemente mediante un cordón de soldadura 12.
El actuador multicapa piezoeléctrico 8 actúa, cuando el mismo recibe una orden eléctrica a través de sus líneas de entrada 19, mediante un elemento hidráulico de transmisión sobre el extremo posterior de una aguja de válvula 3. La aguja de válvula 3 está dispuesta en la parte anterior de la carcasa 1 de la válvula de inyección en un agujero de paso interior 30 y obtura en estado de reposo, mediante un plato de válvula 4 dispuesto en el extremo anterior de la aguja de la válvula 3, un asiento de válvula 2 en la carcasa 1. El estado de partida de cierre en la válvula de inyección queda asegurado al respecto mediante un resorte de tobera 5 pretensado, que está unido con la aguja de la válvula 3 mediante un anillo de sujeción 6 y que oprime el plato de la válvula 4 sobre el asiento de la válvula 2. Cuando el actuador multicapa piezoeléctrico 8 recibe una señal de mando, la deflexión transmitida por el elemento de transmisión 3 al extremo posterior de la aguja de la válvula 3, levanta el plato de la válvula 4 del asiento de la válvula 2, con lo que el combustible que se introduce en una cámara de combustible 13 en la carcasa 1 a través de una tubería de entrada de combustible 7, puede ser inyectado pasando por la aguja de la válvula 3 en la cámara de combustible de la máquina de combustión.
Puesto que el combustible se encuentra bajo una presión muy elevada en la cámara de combustible 13 en la carcasa 1, esta zona ha de permanecer impermeabilizada de manera fiable frente a las demás zonas en la carcasa 1 de la válvula de inyección, en particular frente a la zona de accionamiento. Para la impermeabilización hermética y para una conducción axial muy suave de la aguja de la válvula 3 desde la cámara de combustible 13 hacia la zona en la que se alojan el elemento de transmisión y la unidad de accionamiento, sirve un fuelle metálico 15. Con la cámara de combustible 13 limita un saliente 14 con forma anular, que penetra en el agujero interior 30. En la aguja de la válvula 3 se aloja además una pieza de conexión 16 con forma anular. Entre la pieza de conexión 16 de la aguja de la válvula 3 y el saliente 14 anular que va alrededor en la carcasa 1, está soldado el fuelle metálico 15, que discurre en paralelo a la aguja de la válvula 3, y que sirve para la impermeabilización hermética de la cámara de combustible 13 frente a las otras zonas de carcasa en las que se encuentra la unidad de accionamiento y el elemento de transmisión. Además, la aguja de la válvula 3 está asegurada mediante el fuelle metálico 15 frente al giro. Esto puede resultar especialmente ventajoso cuando está alojado en la válvula de inyección de combustible un tope que limita la carrera para la aguja de la válvula 3.
La utilización del fuelle metálico 15 para la conducción de la aguja permite una impermeabilización perfecta, duradera y fiable de la zona de alta presión en la válvula de inyección frente a las demás zonas. El fuelle metálico 15 soporta, tal como han mostrado los cálculos y los ensayos, y a pesar del pequeño espesor de las paredes de por ejemplo 50 \mum hasta 500 \mum, y debido a su muy elevada rigidez radial, presiones muy elevadas, sin sufrir ninguna deformación irreversible. El fuelle metálico 15 puede además estar diseñado de manera que, mediante una suficiente cantidad de ondulaciones, se logre una elevada flexibilidad axial, es decir, un bajo coeficiente elástico en la dirección del movimiento de la aguja de la válvula 3, para no afectar a la deflexión de la aguja de la válvula 3 y para mantener tan pequeñas como sea posible las fuerzas generadas por las variaciones de longitud debidas a la temperatura de la zona de paso de la aguja en la aguja de la válvula 3. Además, mediante la utilización del fuelle metálico 15 puede evitarse con gran fiabilidad una fuga de combustible en la guía de la aguja.
La zona de paso de la aguja formada por el saliente 14 con forma anular, el fuelle metálico 15 y la pieza de conexión 16, puede además estar perfeccionada de tal manera que las fuerzas debidas a la presión que actúan sobre la aguja de la válvula 3 se compensen entre sí, con lo que la aguja de la válvula 3 es, en su conjunto, mantenida libre de esfuerzos. Esto permite diseñar la válvula de inyección de tal manera que sea posible un comportamiento en la conexión prácticamente independiente de la presión del combustible, puesto que las fuerzas de apertura y cierre sólo vienen determinadas entonces por el actuador multicapa piezoeléctrico 8 y la fuerza del resorte de tobera 5 pretensado.
Además, la zona de paso de la aguja de la válvula formada por el saliente 14 con forma anular, el fuelle metálico 15 y la pieza de conexión 16, puede además estar diseñada también de tal manera que con una presión del combustible creciente resulte en la cámara de combustible 13 una fuerza creciente, con la que el plato de la válvula 4 es oprimido contra el asiento de la válvula aguja 2. Eligiendo el diámetro hidráulico, que viene determinado por el saliente 14, el fuelle metálico 15 y la pieza de conexión 16, existe así la posibilidad de mantener la aguja de la válvula 3 del inyector de la manera deseada en cuanto a esfuerzos de presión, es decir, casi libre de esfuerzos de presión, sobrecompensada o bien subcompensada.
El fuelle metálico 15 dispone además, debido a su material metálico, de una funcionalidad uniforme en una amplia zona de temperatura de trabajo. Las propias variaciones de longitud térmicas del fuelle metálico 15 dan lugar, debido a la baja constante elástica axial del fuelle metálico 15, sólo a unos esfuerzos introducidos tan pequeños que son despreciables en la aguja de la válvula 3 en dirección axial. El fuelle metálico 15 puede además, debido a su efecto mecánico de resorte en dirección axial, sustituir también total o parcialmente al resorte de tobera 5.
Para transmitir la carrera del actuador multicapa piezoeléctrico 8 a la aguja de la válvula 3, se prevé un elemento de transmisión entre la unidad de accionamiento y la aguja de la válvula 3. Este elemento de transmisión sirve entonces primeramente como elemento hidráulico de compensación de juego, para excluir todo juego entre el actuador multicapa piezoeléctrico 8 y la aguja de la válvula 3. Además, puede realizarse mediante el elemento de transmisión una transformación de la carrera.
El elemento de transmisión presenta un émbolo primario 21 y un émbolo secundario 23, que están dispuestos en un tramo de agujero que limita con el saliente 14 de forma anular en la carcasa 1. Este tramo de agujero está configurado en dos escalones, con un primer tramo de agujero 31 más ancho que va a continuación de la unidad de accionamiento, en el cual se asienta el émbolo primario 21 y un segundo tramo de agujero más pequeño 32 que limita con el tope 14 de la carcasa 1 y en el que está dispuesto el émbolo secundario 23. El émbolo primario 21 está configurado esencialmente de forma cilíndrica y alojado en la placa de cabecera 10 de la unidad de accionamiento o bien, preferentemente, está unido con ésta fijamente mediante una soldadura. Preferentemente están compuestos la placa de cabecera 10 y el émbolo primario por una pieza. El émbolo secundario 23 está configurado como cilindro hueco e insertado en el extremo posterior de la aguja de válvula 3, estando dispuesta la superficie frontal orientada hacia el émbolo primario 21 del émbolo secundario 23 esencialmente en el mismo plano que la superficie final de la aguja de válvula 3. La aguja de válvula 3 y el émbolo secundario 23 están unidos entre sí igualmente de forma preferente mediante una soldadura, pero al menos libres de juego y de manera lo más rígida posible mecánicamente.
El émbolo primario 21 y el émbolo secundario 23, están además distanciados entre sí de tal manera que entre las superficies frontales contrapuestas en la zona de la transición del primer tramo de agujero 31 al segundo tramo de agujero 32, está configurada una cámara hidráulica 22. Además, se prevé en el elemento de transmisión una cámara acumuladora 24 compuesta por dos partes, que presenta una primera zona de cámara acumuladora 241 en el agujero interior 30, que viene delimitada por la superficie frontal inferior del émbolo secundario 23 y mediante la pieza de conexión 16 del fuelle metálico 15 en la aguja de la válvula 3. Esta primera zona de cámara acumuladora 241 está conectada mediante un agujero de unión 223 configurado sin estrangulación en la carcasa 1 con una segunda zona de cámara acumuladora 242, que está dispuesta en la zona de carcasa 34 que delimita con el primer tramo de agujero 31 alrededor de la unidad de accionamiento. La segunda zona de cámara acumuladora 242 viene delimitada por dos fuelles ondulados 25, 26, dispuestos concéntricamente uno respecto a otro y un anillo de presión 27, que a su vez es sostenido por un resorte de presión 28, que se apoya en una placa agujereada 29 en la zona de la carcasa 34. El fuelle ondulado 25 que se encuentra en el interior está soldado entonces entre la cara interior del anillo de presión 27 y la cara frontal posterior del émbolo primario 21, que sobresale del primer tramo de agujero 31. El fuelle ondulado exterior 26 está soldado en la cara exterior del anillo de presión 27 y a un escalón de la carcasa 30 que limita con el primer tramo de agujero 31. En el escalón de la carcasa 30 entre ambos fuelles ondulados 25, 26 desemboca el agujero de unión 223.
La cámara hidráulica 22 y la cámara acumuladora 24 están unidas entre sí mediante un intersticio de estrangulación 36, configurado entre la pared perimetral del émbolo secundario 23 y la pared interior del segundo tramo de agujero 32, y mediante un intersticio de estrangulación 37 que está configurado entre la pared perimetral del émbolo primario 21 y la pared interior del primer tramo de agujero 31. Además, todo el espacio interior del elemento de transmisión está lleno de un líquido hidráulico, que se encuentra bajo una pequeña sobrepresión, generada mediante el resorte de presión 28, que carga mediante el anillo de presión 27 la segunda zona de cámara acumuladora 242. Antes de llenar el espacio interior del elemento de transmisión de líquido hidráulico, se desgasifica este líquido hidráulico, para soltar las eventuales pequeñas burbujas de gas existentes en el líquido.
La válvula de inyección con el elemento de transmisión funciona como sigue:
Para iniciar el proceso de inyección, se carga el actuador multicapa piezoeléctrico 8 a través de las líneas eléctricas de entrada 19. Esto da lugar a que el actuador multicapa piezoeléctrico 8 se desvíe axialmente y mediante la placa de cabecera 10 desplace el émbolo primario 21 en el tramo de agujero 31.
En el elemento de transmisión, el intersticio de estrangulación 36 en el émbolo secundario 23 y el intersticio de estrangulación 37 en el émbolo primario 21, que generan una unión entre la cámara hidráulica 22 y la cámara acumuladora 24, están dimensionados de tal manera que durante los tiempos típicos de control del actuador multicapa piezoeléctrico 8 de 1 a 5 ms sólo pueda tener lugar un intercambio extremadamente pequeño de líquido hidráulico entre la cámara hidráulica 22 y la cámara acumuladora 24. Esto significa que el volumen del líquido hidráulico durante el tiempo de inyección sólo viene determinado por la compresibilidad del líquido hidráulico, y que la cámara hidráulica 22 puede de ser considerada así como émbolo rígido. La constante elástica c de la cámara hidráulica 22 puede estimarse entonces como sigue
k = -1/V * \delta
\hskip0.5cm
y
\hskip0.5cm
V = A*H \Rightarrow dP = -1/(k V) * A dh
k: Compresibilidad del líquido hidráulico
V: Volumen de la cámara hidráulica
P: Presión
A: superficie de sección de la cámara hidráulica
h: altura de la cámara hidráulica
con dF = dP/A \Rightarrow dF -1/(k V) * A^{2} dh
F: Fuerza
resulta
c = -dF/dh \Rightarrow c = A/(k h)
La igualdad anterior muestra que la constante elástica c de la cámara hidráulica 22 es tanto más grande cuanto más pequeña sea su altura y cuanto más grande sea su superficie de sección efectiva. Los cálculos de simulación han mostrado además que hay que contar con alargamientos térmicos e inducidos por la presión de un máximo de 50 \mum. Para poder considerar la cámara hidráulica 22 como émbolo rígido, la constante elástica c de la cámara hidráulica 22 ha de encontrarse en la gama de 10^{8} N/m o mayor. Esto significa que, bajo el supuesto de que la compresibilidad k del líquido hidráulico sea aprox. 10*10^{-10}m^{2}/N, lo cual corresponde a un valor típico para un líquido hidráulico, puede lograrse el valor deseado para la constante elástica c, por ejemplo con una superficie de sección de 1 cm^{2} y una altura de 0,1 cm. El dimensionamiento exacto de la altura y la superficie de sección de la cámara hidráulica 22 puede no obstante adaptarse en cada caso a las condiciones en la cámara de inyección, para lograr una forma constructiva compacta.
Mediante el diseño de la cámara hidráulica 22 como émbolo rígido, se transmite el movimiento del émbolo primario 21, que es activado por el actuador multicapa piezoeléctrico 8, directamente y con escasas pérdidas al émbolo secundario 23. El movimiento del émbolo secundario 23 es amortiguado entonces sólo débilmente por el líquido hidráulico que se encuentra en la primera zona de la cámara acumuladora 241, puesto que el líquido hidráulico excedente, debido al rápido aumento de presión en la primera zona de la cámara acumuladora 241, es impulsado fuera a través del agujero de unión sin estrangulamiento 223 hacia la segunda zona de la cámara acumuladora 242. Ambos fuelles ondulados 25, 26 dispuestos concéntricamente uno respecto a otro, que delimitan la segunda zona de la cámara acumuladora 242, están diseñados de tal manera que son radialmente muy rígidos, pero no obstante en dirección axial muy blandos. Preferentemente se utilizan entonces como fuelles ondulados fuelles metálicos, que esencialmente se corresponden con el fuelle metálico 15 de la guía de la aguja. En este lugar es no obstante igualmente posible la utilización de materiales elastómeros para los fuelles ondulados 25, 26. Cuando se impulsa líquido hidráulico desde la primera zona de la cámara acumuladora 241 a través del agujero de unión 223 hacia la segunda zona de la cámara acumuladora 242, se expande la segunda zona de la cámara acumuladora 242 contra la fuerza de retención del resorte de presión 28 que carga sobre el anillo de presión 27 axialmente en la dirección de la placa de fondo 11 de la unidad de accionamiento.
El movimiento iniciado por el émbolo primario 21 en el émbolo secundario 23, desplaza la aguja de válvula 3 unida con el émbolo secundario 23 contra la fuerza de reposición del resorte de tobera 5 hacia abajo, con lo que el plato de la válvula 4 se levanta del asiento de la válvula 2 y la válvula de inyección se abre. El desplazamiento longitudinal del actuador multicapa piezoeléctrico 8 se transforma entonces en un desplazamiento del émbolo secundario 23 y con ello de la aguja de válvula 3, que se corresponde con la relación entre las superficies efectivas para la presión del émbolo primario 21 y del émbolo secundario 23 en la cámara hidráulica 22. Mediante una coordinación adecuada entre la superficie del émbolo primario y la superficie del émbolo secundario, puede ajustarse por ejemplo un aumento de la carrera del actuador multicapa piezoeléctrico 8 en relación con la carrera de la aguja de la válvula 3. De esta manera puede asegurarse de manera fiable que la carrera extremadamente corta del actuador multicapa piezoeléctrico 8 es suficiente bajo cualquier condición de funcionamiento de la válvula de inyección para abrir la aguja de la válvula 3.
El proceso de inyección termina cuando el actuador multicapa piezoeléctrico 8 se descarga de nuevo a través de las líneas de entrada eléctricas 19. De esta manera se acorta el actuador multicapa piezoeléctrico 8 hasta su longitud inicial, impidiendo el resorte tubular 9 que la piezocerámica llegue a encontrarse bajo tensión de tracción durante la contracción debido a los efectos de la inercia de las masas. Puesto que el émbolo primario 21 está unido mediante la placa de cabecera 10 fijamente con la unidad de accionamiento, se retrae también mediante la contracción del actuador multicapa piezoeléctrico 8 el émbolo primario 21 desde el primer tramo de agujero 31. De esta manera resulta en la cámara hidráulica 22 durante un breve tiempo una reducción de la presión que, debido a los tiempos de conexión extremadamente cortos del actuador multicapa piezoeléctrico 8 y a la pequeña dimensión del intersticio de estrangulación 36 en el émbolo secundario 23, no puede compensarse inmediatamente mediante una fluencia posterior del líquido hidráulico desde la cámara acumuladora 24 a través de los intersticios de estrangulación 36, 37. Este descenso de presión en la cámara hidráulica 22 en relación con la presión que existe en la cámara acumuladora 24, da lugar a una diferencia de presiones, que cae a través de la cara del émbolo secundario 23 orientada a la cámara hidráulica y de la cara del émbolo secundario 23 orientada a la primera zona de cámara acumuladora 241. De esta manera se apoya la reposición de la aguja de la válvula 3 mediante el resorte de tobera 5, con lo cual se logra un cierre rápido de la válvula de inyección, lo cual repercute favorablemente sobre el desarrollo de la combustión.
Mediante el diseño correspondiente a la invención del elemento de transmisión, es posible además compensar automáticamente todas las variaciones térmicas de longitud en la válvula de inyección debidas a los efectos de fatiga de la unidad de accionamiento o provocadas por la presión. Si por ejemplo se alarga la aguja de la válvula 3 debido al alargamiento térmico o debido a la presión de la válvula de inyección en relación con la carcasa 1, entonces el émbolo secundario 23 es recogido en el segundo tramo de agujero 32. El intersticio de estrangulación 36 en el émbolo secundario 23 está dimensionado además de tal manera que durante los procesos térmicos, que se encuentran en cuanto a tiempo en la gama de unos segundos hasta varios minutos, puede ser intercambiado líquido hidráulico a través de los intersticios de estrangulación 36, 37 entre la cámara acumuladora 24 y la cámara hidráulica 22. Cuando el émbolo secundario 23 se adelanta por lo tanto debido a los fenómenos térmicos en el segundo tramo de agujero 32, fluye líquido hidráulico desde la cámara hidráulica 22 a través de los intersticios de estrangulación 36, 37 hacia la cámara acumuladora 24 hasta que se llegue de nuevo en la cámara hidráulica 22 y en la cámara acumuladora 24 a un equilibrio de presiones. La compensación de longitud queda limitada entonces exclusivamente por la altura de la cámara hidráulica 22.
Para un funcionamiento fiable del elemento de transmisión es necesaria en particular una impermeabilización hermética del líquido hidráulico respecto a la cámara de combustible y a la unidad de accionamiento. Resultan así unas exigencias elevadas a los fuelles ondulados 25, 26, que por lo tanto están constituidos preferentemente como fuelles metálicos. Estos fuelles metálicos están configurados con forma ondulada, ya que de esta manera se puede lograr una constante elástica axial muy pequeña. La deformación axial del fuelle metálico mediante una carga de presión ciertamente no es baja, pero se elimina casi por completo, al igual que las fuerzas que actúan sobre las diferentes ondulaciones del fuelle, en su suma a lo largo de todo el fuelle metálico. Como forma especialmente favorable para las ondulaciones del fuelle se ha acreditado una geometría compuesta, considerada en su sección longitudinal, por segmentos semicirculares unidos uno a otro con tramos intermedios rectos. En relación con una evolución sinusoidal de las ondulaciones, presentan las paredes compuestas por segmentos semicirculares tensiones mecánicas inferiores en dirección axial, con una elevada flexibilidad axial.
El líquido hidráulico en la cámara hidráulica 22 y en la cámara acumuladora 24 se encuentra, tal como se ha indicado, bajo una pequeña sobrepresión, generada por el resorte de presión 28, que carga el anillo de presión 27 de la segunda zona de la cámara acumuladora 242. Mediante esta pequeña sobrepresión, cuando se llena a la vez con líquido hidráulico libre de burbujas el elemento de transmisión, queda asegurado que los rápidos procesos de conexión del actuador multicapa piezoeléctrico 8 no dan lugar a cavitaciones en el líquido hidráulico. El resorte de presión 28 puede estar sustituido también alternativamente, en parte o por completo, por el efecto de resorte de los fuelles ondulados 25, 26. Además, existe la posibilidad de prever los intersticios de estrangulación 36, 37 en cada caso sólo en émbolos secundarios 23 o en émbolos primarios 21, con lo que tienen lugar un intercambio de líquido hidráulico entre una de las zonas de la cámara acumuladora 241, 242 y la cámara hidráulica 22. No obstante, pueden estar previstos también intersticios de estrangulación en el émbolo primario 21 y en el émbolo secundario 23.
En la figura 1 se representa una válvula de inyección que se abre hacia fuera. Existe no obstante la posibilidad de emplear el elemento de transmisión correspondiente a la invención en una válvula de inyección que se abra hacia dentro. Tal como se muestra en la figura 2, queda entonces sometida la aguja de la válvula 3 por parte del resorte de tobera 5 a una tensión de presión en lugar de a una tensión de tracción, con lo que la aguja de válvula 3 se asienta en estado de reposo con una punta de aguja cónica 104 sobre un asiento de válvula cónico 102 en la válvula de inyección, por debajo del cual está configurado un agujero de inyección 103 para inyectar combustible en la máquina de combustión.
La válvula de inyección mostrada en la figura 2 funciona exactamente en contraposición a la válvula de inyección mostrada en la figura 1. Por razones de seguridad, la válvula de inyección está diseñada entonces de tal manera que cuando no exista acción de mando sobre el actuador multicapa piezoeléctrico 8, la válvula de inyección está cerrada, es decir, la punta de la aguja 102 es oprimida contra el asiento de la válvula 104.
Cuando arranca la máquina de combustión, se realiza a la vez el mando del actuador multicapa piezoeléctrico 8. Este se extiende y desliza así el émbolo primario 21 hacia el primer tramo de agujero 31. El aumento de presión que así resulta en la cámara hidráulica 22 es compensado a través del intersticio de estrangulación 36 en el émbolo secundario 23 y el intersticio de estrangulación 37 en el émbolo primario 21, que se ocupan de un intercambio de líquido hidráulico con la cámara acumuladora 24. De esta manera se genera entonces en fracciones de segundo de nuevo un estado de equilibrio en el que la válvula de inyección sigue permaneciendo cerrada. La válvula de inyección funciona tal que la aguja de la válvula 3 abre siempre que el actuador multicapa piezoeléctrico 8 se descarga y de esta manera retrocede el émbolo primario 21 y con ello también el émbolo secundario 23, al que está fijada la aguja de válvula 3.
La figura 3 muestra otra forma constructiva de una válvula de inyección que se abre hacia fuera, en la que la presión básica sobre el líquido hidráulico se genera en el elemento de transmisión mediante un resorte de presión 128 dispuesto centralmente en el émbolo primario 121. Para ello, el émbolo primario 121 está configurado en forma de marmita, estando configurada entre la placa de cabecera 10 y una superficie del fondo del émbolo primario 121 una tercera zona adicional de cámara acumuladora 243. El émbolo primario 121 está entonces dispuesto de tal manera que el mismo se extiende con su superficie de fondo en el primer tramo de agujero 31. Las paredes laterales del émbolo primario 21 se encuentran por el contrario esencialmente en la zona de la carcasa 34, en la que está dispuesta la unidad de accionamiento.
El resorte de presión 128, dispuesto en la tercera zona de la cámara acumuladora 243, está soldado entre la placa de cabecera 10 de la unidad de accionamiento y una placa de presión 127 que está prevista en la tercera zona de la cámara acumuladora 243. El resorte de presión queda protegido entonces en relación con la tercera zona de la cámara acumuladora 243 por un fuelle metálico 125.
La segunda zona de la cámara acumuladora 242 está configurada entre la placa de cabecera 10 del actuador multicapa piezoeléctrico 8 y el escalón de la carcasa 35 alrededor de la pared del émbolo primario 121. Esta segunda zona de la cámara acumuladora 242 está unida mediante un agujero de unión 136 con la tercera zona de la cámara acumuladora 243 en el émbolo primario 121. El funcionamiento del elemento de transmisión mostrado en la figura 3 se corresponde con el elemento de transmisión representado en la figura 1. Al prever un resorte de presión 128 situado en el interior, puede no obstante lograrse una elevada presión básica, así como una forma constructiva dado el caso más compacta del elemento de transmisión.
En lugar del resorte de presión 128 situado interiormente, puede cargarse también el volumen delimitado de forma hermética al gas por el fuelle metálico 125 y la placa de cabecera 10 por un gas de presión, de manera que en lugar del resorte de presión mecánico 128, se ocupa un resorte de presión de gas del mantenimiento de la presión básica en las zonas de la cámara acumuladora 241, 242, 243.
Las particularidades de la invención dadas a conocer en la anterior descripción, los dibujos y las reivindicaciones, pueden ser significativos tanto individualmente como también en cualquier combinación para la realización de la invención en sus distintas configuraciones.

Claims (11)

1. Dispositivo para transmitir el movimiento de un actuador (8) a un órgano de ajuste (3) con
un elemento de transmisión que genera una unión activa entre el actuador (8) y el órgano de ajuste (3) y que determina una cámara hidráulica (22) y una cámara acumuladora (24), que están llenas de un líquido hidráulico y que están unidas entre sí mediante al menos un intersticio de estrangulación (36, 37),
presentando el elemento de transmisión un primer y un segundo elemento de émbolo (21, 23; 121), estando unidos el primer elemento de émbolo (21; 121) fijamente con el actuador (8) y el segundo elemento de émbolo (23) fijamente con el órgano de ajuste (3), estando configurada entre el primer elemento de émbolo (21; 121) y el segundo elemento de émbolo (23) la cámara hidráulica (22) e incluyendo la cámara acumuladora (24) una zona de cámara acumuladora (242, 243) cargada con presión, que está delimitada mediante fuelles metálicos,
caracterizado porque los fuelles metálicos forman un sistema de fuelles ondulados (25, 26, 125) y están pretensados mediante un elemento de resorte de tal manera que la zona de la cámara acumuladora está cargada con presión y cuya presión es aproximadamente constante.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la zona de cámara acumuladora (242, 243) cargada con presión es cargada por un resorte de presión (28) a través de una placa de presión (27; 127).
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la zona de la cámara acumuladora (242, 243) cargada con presión es cargada por un resorte de presión de gas.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque el primer elemento de émbolo (21; 121) y el segundo elemento de émbolo (23) están dispuestos en una zona de un agujero interior de la carcasa (1) configurada en dos escalones, estando distanciados el primer elemento de émbolo (21; 121) y el segundo elemento de émbolo (23) entre sí de tal manera que entre las superficies frontales contrapuestas en la zona de la transición de un primer tramo de agujero (31) a un segundo tramo de agujero (32) está configurada la cámara hidráulica (22), siendo transformada la carrera del primer elemento de émbolo (21; 121) en función de la relación entre las superficies frontales sobre el segundo elemento de émbolo (23).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque la cámara acumuladora (24) está configurada en dos partes, con una primera zona de cámara acumuladora (241), delimitada por la superficie frontal inferior del segundo elemento de émbolo (23) y una zona de paso (14, 15, 16) en el órgano de ajuste (3) y una segunda zona de cámara acumuladora (242), que está dispuesta en una zona de carcasa (34) que aloja el actuador y que mediante un agujero de unión (223) está conectada con la primera zona de cámara acumuladora (241), quedando limitada la segunda zona de cámara acumuladora (242) por dos fuelles ondulados (25, 26) dispuestos concéntricos uno respecto a otro y un anillo de presión (27), sobre el que carga un resorte de presión (28).
6. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el primer elemento de émbolo (121) está configurado con forma de marmita y la cámara acumuladora (24) está configurada en tres partes, con una primera zona de cámara acumuladora (241), delimitada por la superficie frontal inferior del segundo elemento de émbolo (23) y una zona de paso (14, 15, 16) en el órgano de ajuste (3), una segunda zona de cámara acumuladora (242), que está configurada en una zona de carcasa (34) que aloja el actuador (8) alrededor del primer elemento de émbolo (121) y una tercera zona de cámara acumuladora (243), configurada en el primer elemento de émbolo (121), estando unida la primera zona de cámara acumuladora (241) con la segunda zona de cámara acumuladora (242) mediante un primer agujero de unión (223) en la carcasa (1) y la segunda zona de cámara acumuladora (242) con la tercera zona de cámara acumuladora (243) mediante un segundo agujero de unión (136) en el primer elemento de émbolo (121) y estando dispuesto en la tercera zona de cámara acumuladora (243) un resorte de presión (128), que está tensado entre una placa de cabecera (10) del actuador (8) y una placa de presión (127) y que es delimitado por un fuelle ondulado (125) o bien un resorte de presión de gas.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque el actuador (8) es un actuador piezoeléctrico multicapa, que es pretensado por un elemento de resorte (9) y porque el primer elemento de émbolo (21; 121) está alojado fijamente en una placa de cabecera (10) del actuador multicapa (8).
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque el actuador funciona según el principio electroestrictivo o magnetoestrictivo.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque los fuelles ondulados (25, 26; 125) son fuelles metálicos, que se componen preferentemente por segmentos semicirculares con tramos rectos que se encuentran en cada caso entre los mismos.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque los fuelles ondulados (25, 26; 125) están fabricados por un material elastómero.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque la cámara hidráulica (22) está diseñada de tal manera que la constante elástica de la cámara hidráulica (22) es de al menos 10^{8} N/m.
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