ES2268613T3 - Un sistema de regulacion de la presion de combustible para un motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de regulación para regular la presión/flujo en un sistema de inyección de combustible para motor de combustión interna, en el que el volumen de almacenamiento (6) de combustible a presión se suministra mediante una bomba de alta presión (7) a lo largo de una tubería de suministro (8), y en el que la presión de combustible requerida del volumen de almacenamiento (6) está definida por una unidad de control (16) como una función de las condiciones de operación del motor (2); dicho dispositivo de regulación comprende una válvula de solenoide (14) controlada por dicha unidad de control (16) para drenar a un depósito (11) el combustible en exceso bombeado por dicha bomba (7); caracterizado porque dicha válvula solenoide es una válvula de solenoide de desviación (14) ajustada a dicha tubería de suministro (8), un medio de válvula (31) que está provisto entre dicha válvula de solenoide de desviación (14) y dicho volumen de almacenamiento (6) para drenar rápidamente el combustible enexceso de dicho volumen de almacenamiento (6) a dicha válvula de solenoide de desviación (14) cuando dicha unidad de control (16) define al menos una reducción brusca predeterminada (Deltap) en la presente combustible necesaria de dicho volumen de almacenamiento (6), comprendiendo dicho medio de válvula (31) una primera válvula de no retorno (32) para permitir el flujo de combustible desde dicha bomba (7) a dicho conducto común (6) siempre y cuando la presión real del combustible en dicho conducto común (6) sea menor que la de dicha tubería de suministro (8), y una segunda válvula de no retorno (33) localizada a lo largo de una tubería (34) que comunica con dicha tubería de suministro (8) en un primer punto (35) aguas arriba respecto a dicha primera válvula de no retorno (32) y en un segundo punto (36) aguas abajo respecto a dicha primera válvula de no retorno (32), permitiendo dicha segunda válvula de no retorno (33) el drenaje de dicho combustible en exceso desde dicho conducto común (6) a dicha tubería de suministro (8).
Description
Un sistema de regulación de la presión de
combustible para un motor de combustión interna.
Dispositivo para regular la presión/flujo en un
sistema de inyección de combustible para motor de combustión
interna.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para regular la presión/flujo en un sistema de inyección
de combustible para motor de combustión interna, que comprende un
volumen de almacenamiento de combustible a presión suministrado por
una bomba de alta presión a lo largo de una tubería de suministro,
para optimizar el control del sistema.
Como se sabe, en los motores de combustión
interna modernos, la bomba de alta presión suministra combustible a
un conducto común (common rail) que tiene un volumen de
almacenamiento de combustible dado para suministrar a un número de
inyectores asociados con los cilindros del motor. Para que el
combustible se atomice apropiadamente, debe llevarse a una presión
muy alta, de aproximadamente 1600 bar, en condiciones de carga
máxima del motor; y la presión del combustible en el conducto común
requerida normalmente se define mediante una unidad de control
electrónica como una función de las condiciones de funcionamiento
del motor.
Se conocen sistemas de inyección en los que una
válvula de solenoide de drenaje, conectada directamente al conducto
común, es abierta por la unidad de control cuando la presión real en
el conducto común es mayor que la necesaria, de manera que se drena
el combustible en exceso al depósito de combustible. En el caso de
una reducción repentina en la presión de combustible necesaria para
las condiciones de operación del motor, por ejemplo cuando el
vehículo se detiene inmediatamente después de correr a una alta
velocidad, la válvula de solenoide de drenaje falla para adaptar la
presión del combustible del conducto común suficientemente rápido,
de manera que al motor se le suministra combustible a una presión
más alta de lo necesario, aumentando de esta manera la emisión de
ruido.
Se sabe también que los dispositivos de
regulación de presión comprenden una válvula de solenoide de
desviación controlada por la unidad de control para drenar el
combustible bombeado recientemente directamente en el depósito
antes de que alcance el conducto común. Del documento EP 1219828 A2
dicho dispositivo comprende también un medio de válvula, controlado
posiblemente por la unidad de control, para drenar el combustible en
exceso en el conducto común directamente al depósito en el caso de
una reducción repentina en la presión de combustible necesaria.
En los casos anteriores, como el flujo de la
bomba de alta presión normalmente depende de la velocidad de
rotación del eje de accionamiento, la bomba normalmente se diseña
para proporcionar el flujo y presión máximos necesarios en las
diversas condiciones de operación del motor. Como resultado, en
ciertas condiciones de operación, por ejemplo a la máxima velocidad
pero con un flujo de combustible mínimo necesario para el motor, el
flujo de la bomba es excesivo, y el combustible en exceso
simplemente se drena al depósito mediante la válvula de solenoide
de drenaje del conducto común o la válvula de solenoide de
desviación. Los dispositivos de regulación conocidos, por lo tanto,
tienen el inconveniente de disipar parte del trabajo de compresión
de la bomba de alta presión en forma de calor.
El documento US 2002/092505 A1 describe un
aparato de suministro de combustible que incluye una bomba de baja
presión que suministra combustible, a través de una tubería de baja
presión, a una bomba de alta presión para suministrar combustible a
alta presión al conducto común convencional. Esta última está
provista con una válvula de control de presión para drenar el
combustible en exceso a través de una tubería de circulación hacia
el depósito. La tubería de circulación está provista con una
válvula de cierre conectada en serie con una válvula de regulación
de presión para drenar el combustible en exceso de la tubería de
baja presión al depósito.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo para optimizar la regulación de presión
de un volumen de almacenamiento y mejorar de esta manera la eficacia
del sistema de inyec-
ción.
ción.
De acuerdo con la presente invención, este
objeto se alcanza mediante un dispositivo de regulación para regular
la presión/flujo en un sistema de inyección de combustible para
motor de combustión interna, en el que un volumen de almacenamiento
de combustible a presión se suministra mediante una bomba de alta
presión a lo largo de una tubería de suministro, y en el que la
presión de combustible necesaria del volumen de almacenamiento es
definida por una unidad de control como una función de las
condiciones de operación del motor; dicho dispositivo de regulación
comprende una válvula de solenoide controlada por dicha unidad de
control para drenar a un depósito el combustible en exceso bombeado
por dicha bomba; caracterizado porque dicha válvula de solenoide es
una válvula de solenoide de desviación ajustada a dicha tubería de
suministro, un medio de válvula provisto entre dicha válvula de
solenoide de desviación y dicho volumen de almacenamiento para
drenar rápidamente el combustible en exceso de dicho volumen de
almacenamiento a dicha válvula de solenoide de desviación cuando
dicha unidad de control define al menos una reducción brusca
predeterminada en la presión de combustible necesaria del volumen
de almacenamiento, comprendiendo dicho medio de válvula una primera
válvula de no retorno para permitir que el flujo de combustible de
dicha bomba a dicho conducto común, así como la presión de
combustible real en dicho conducto común sea menor que en dicha
tubería de suministro, y una segunda válvula de no retorno
localizada a lo largo de una tubería que comunica con dicha tubería
de suministro en un primer punto aguas arriba respecto a dicha
primera válvula de no retorno y en un segundo punto aguas abajo
respecto a dicha primera válvula de no retorno, permitiendo dicha
segunda válvula de no retorno el drenaje de dicho combustible en
exceso desde dicho conducto común a dicha tubería de suministro.
Cuando se regula la presión/flujo, dicho medio
de válvula permite por lo tanto el flujo de combustible desde el
volumen de almacenamiento a la válvula de solenoide de desviación,
así como que la diferencia de presión en cualquier lado del medio
de válvula sea mayor de un valor predeterminado.
Cuando se regula la presión/flujo, sólo parte
del combustible en el volumen de almacenamiento se drena por lo
tanto al depósito, de manera que no todo el trabajo realizado sobre
el combustible por la bomba se disipa en forma de calor.
Una realización preferida no limitante de la
presente invención se describirá a modo de ejemplo con referencia
al dibujo adjunto, que muestra un diagrama de un sistema de
inyección de combustible para motor de combustión interna
caracterizado por un dispositivo de regulación de la presión del
combustible a presión de acuerdo con la invención.
El número 1 en el dibujo adjunto indica en su
conjunto un sistema de inyección de combustible al conducto común
de un motor de combustión interna 2, por ejemplo un motor diesel de
cuatro tiempos. El motor 2 comprende un número de cilindros 3, por
ejemplo cuatro, que cooperan con los pistones respectivos (no
mostrados) que funcionan para hacer girar un eje accionador 4.
El sistema de inyección 1 comprende numerosos
inyectores eléctricos 5 asociados con, y para inyectar combustible
a alta presión, en los cilindros 3. Los inyectores 5 están
conectados a un volumen de almacenamiento, que tiene un volumen
predeterminado para uno o más inyectores 5. En la realización
mostrada, el volumen de almacenamiento está definido por un
conducto común habitual 6, al que están conectados todos los
inyectores 5.
El conducto común 6 está suministrado, a lo
largo de la tubería de suministro 8, con combustible de alta
presión, mediante una bomba de alta presión indicada en su conjunto
por 7. La bomba de alta presión 7 está suministrada a su vez por
una bomba de baja presión, por ejemplo una bomba accionada por motor
9, a lo largo de una tubería de admisión 10 de la bomba 7. La bomba
accionada por un motor 9 normalmente está alojada en el depósito de
combustible 11, al que está conectado una tubería de drenaje 12 para
drenar el combustible en exceso desde el sistema de inyección 1, y
para suministrar el combustible en exceso desde los inyectores 5 al
depósito 11.
Para controlar la presión del combustible en el
conducto común 6, una válvula de solenoide de desviación 14 se
interpone también entre la bomba de alta presión 7 y el conducto
común 6 para suministrar al depósito 11, a lo largo de una tubería
de drenaje correspondiente 13, cualquier combustible bombeado en
exceso del extraído normalmente por los inyectores 5, de manera que
se mantiene la presión necesaria en el conducto común 6.
El combustible en el depósito 11 está a presión
atmosférica. Durante el uso real, la bomba accionada por motor 5
comprime el combustible a baja presión, por ejemplo a
aproximadamente 2-5 bar; la bomba de alta presión 7
comprime el combustible que entra a lo largo de la tubería de
admisión 10 para suministrar combustible a alta presión, por
ejemplo a aproximadamente 1600 bar, al conducto común 6 a lo largo
de la tubería de alta presión 8; y cada inyector 5 inyecta al
cilindro respectivo 3 una cantidad de combustible que varía entre
un valor mínimo y máximo, bajo el control de una unidad de control
electrónico 16, que puede estar definido por la unidad de control
del microprocesador del motor 2.
La unidad de control 16 recibe señales que
indican las condiciones de operación del motor 2, tales como la
posición del pedal acelerador y la velocidad de rotación del eje
accionador 4, que son detectadas por los detectores
correspondientes no mostrados, y la presión de combustible en el
conducto común 6, que es detectada por el detector de presión 17.
Procesando las señales de entrada mediante un programa apropiado, la
unidad de control 16 controla cuándo y por cuánto tiempo se activa
cada inyector 5, así como la apertura y cierre de la válvula de
solenoide 14.
La bomba de alta presión 7 comprende uno o más
miembros de bombeo recíprocos 18, definido cada uno por un cilindro
19 que tiene una cámara de comprensión 20 en la que se desliza un
pistón 21. Cada cámara de comprensión 20 comunica con la tubería de
admisión 10 mediante una válvula de admisión 25, y con una tubería
de suministro 8 mediante una válvula de suministro 30.
El pistón 21 se mueve hacia delante y hacia
atrás, para realizar una carrera de admisión y una carrera de
compresión o suministro, mediante un medio de eleva excéntrica 22
ajustado un eje 23 que acciona la bomba 7. En la realización
descrita, se proporcionan dos miembros de bombeo coaxiales opuestos
18, y se activan mediante una única leva excéntrica 22. El eje 23
está conectado al eje accionador 4 mediante un dispositivo de
transmisión 26 de manera que en el ejemplo mostrado, el dispositivo
26 ordena una carrera de compresión de un pistón 21 para cada
inyección de los inyectores 5 en los cilindros respectivos 3 del
motor 2.
De acuerdo con la invención, el sistema de
inyección de combustible 1 comprende un dispositivo para regular la
presión en el conducto común 6, y que, además de la válvula de
solenoide de desviación 14, comprende también un medio de válvula
indicado en su conjunto por 31. Los medios de válvula 31 se
localizan entre la válvula de solenoide de desviación 14 y el
conducto común 6 y proporcionan un drenaje rápido del combustible en
exceso del conducto común 6 a la tubería de suministro 8 en la
válvula de solenoide de desviación 14. Más específicamente, el
medio de válvula 31 proporciona el drenaje del combustible en exceso
del conducto común 6 en la tubería de suministro 8 entre la bomba 7
y la válvula de solenoide de desviación 14, cuando la unidad de
control 16 define una reducción brusca dada en la presión de
combustible necesaria en el conducto común 6, y comprende dos
válvulas de bola de no retorno principales, por ejemplo las válvulas
32 y 33 que son direccionalmente opuestas y están montadas en
paralelo entre sí, es decir están conectadas en antiparalelo. Más
específicamente, una primera válvula de no retorno 32 en el par
permite que el combustible fluya desde la bomba 7 al conducto común
6 mientras que la presión de combustible real en el conducto común 6
es menor que la de la tubería de suministro 8 de la bomba 7; y una
segunda válvula de no retorno 33 en el par se localiza a lo largo de
una tubería 34, que comunica con la tubería de suministro 8 en un
punto 35 aguas arriba de la válvula de no retorno 32, y en un punto
36 aguas abajo respecto a la válvula de no retorno 32.
La válvula de no retorno 33 permite el drenaje
de combustible desde el conducto común 6 a la válvula solenoide de
desviación 14, de manera que las válvulas de no retorno 32, 33 están
conectadas en antiparalelo. Ambas válvulas de no retorno 32, 33 son
ventajosamente de tipo bola y son sustancialmente similares, excepto
que la segunda válvula de no retorno 33 tiene un resorte adicional
37 de una fuerza correspondiente a la reducción predeterminada o
umbral de presión \Deltap. El resorte 37 solo permite por lo tanto
que la válvula 33 se abra cuando la diferencia entre la presión de
combustible real en el conducto común 6 y la presión de combustible
real determinada por la válvula de solenoide de desviación 14 en la
tubería de suministro 8 de la bomba 7, en la salida de las dos
válvulas de suministro 30, sea mayor que el umbral \Deltap.
El umbral \Deltap puede establecerse
ventajosamente en el orden de 1000 bar. Dicha reducción de presión
puede ocurrir cuando el motor 2, después de funcionar durante un
tiempo dado a alta carga, se hace funcionar de repente a una baja
carga, por ejemplo en neutro; en dicho caso, la unidad de control 16
define una baja presión de combustible en el conducto común 6 que
es la mejor para el funcionamiento del motor 2, es decir, para
controlar los inyectores 5, y la válvula 33 se abre para reducir
rápidamente la presión al valor definido. El consumo de combustible
y los contaminantes del gas de escape se reducen por lo tanto en
gran medida y, como no todo el combustible a presión se drena al
depósito 11, que está a presión atmosférica, el trabajo ya
realizado por la bomba 7 no se dispersa o se convierte en calor.
Las ventajas, comparadas con la tecnología
conocida del dispositivo de regulación de presión de combustible de
acuerdo con la invención estarán claras a partir de la descripción
anterior. En particular, en el caso de una caída repentina en la
presión óptima, como se ha definido por las condiciones de operación
del motor 2, la presión del combustible en el conducto común 6
puede adaptarse rápidamente sin dispersar el trabajo de la bomba ya
realizado, reduciendo de esta manera el consumo de energía.
Obviamente, pueden realizarse cambios en el
dispositivo de regulación como se ha descrito en este documento sin
alejarse, sin embargo, del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, el dispositivo de transmisión 26 puede eliminarse, y
el eje 23 de la bomba de alta presión 7 puede hacerse funcionar a
una velocidad independiente de la del eje de accionamiento 4; la
bomba de alta presión 7 puede definirse por dos miembros paralelos,
que no coaxiales, de bombeo 18; una bomba 7 puede comprender otros
miembros de bombeo que no sean dos; y un medio de válvula 31, una
válvula de solenoide de desviación 14, y una tubería de suministro 8
pueden estar integradas en el cuerpo de la bomba de alta presión
7.
Claims (5)
1. Un dispositivo de regulación para
regular la presión/flujo en un sistema de inyección de combustible
para motor de combustión interna, en el que el volumen de
almacenamiento (6) de combustible a presión se suministra mediante
una bomba de alta presión (7) a lo largo de una tubería de
suministro (8), y en el que la presión de combustible requerida del
volumen de almacenamiento (6) está definida por una unidad de
control (16) como una función de las condiciones de operación del
motor (2); dicho dispositivo de regulación comprende una válvula de
solenoide (14) controlada por dicha unidad de control (16) para
drenar a un depósito (11) el combustible en exceso bombeado por
dicha bomba (7); caracterizado porque dicha válvula solenoide
es una válvula de solenoide de desviación (14) ajustada a dicha
tubería de suministro (8), un medio de válvula (31) que está
provisto entre dicha válvula de solenoide de desviación (14) y
dicho volumen de almacenamiento (6) para drenar rápidamente el
combustible en exceso de dicho volumen de almacenamiento (6) a dicha
válvula de solenoide de desviación (14) cuando dicha unidad de
control (16) define al menos una reducción brusca predeterminada
(\Deltap) en la presente combustible necesaria de dicho volumen
de almacenamiento (6), comprendiendo dicho medio de válvula (31)
una primera válvula de no retorno (32) para permitir el flujo de
combustible desde dicha bomba (7) a dicho conducto común (6)
siempre y cuando la presión real del combustible en dicho conducto
común (6) sea menor que la de dicha tubería de suministro (8), y
una segunda válvula de no retorno (33) localizada a lo largo de una
tubería (34) que comunica con dicha tubería de suministro (8) en un
primer punto (35) aguas arriba respecto a dicha primera válvula de
no retorno (32) y en un segundo punto (36) aguas abajo respecto a
dicha primera válvula de no retorno (32), permitiendo dicha segunda
válvula de no retorno (33) el drenaje de dicho combustible en
exceso desde dicho conducto común (6) a dicha tubería de suministro
(8).
2. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha reducción brusca
predeterminada está formada por un umbral (\Deltap) de la
diferencia de presión entre la presión de combustible real en dicho
volumen de almacenamiento (6) y la presión de combustible real
determinada por dicha válvula de solenoide de desviación (14),
drenando dicha segunda válvula de no retorno (33) dicho combustible
en exceso cuando dicha diferencia de presión es mayor que dicho
umbral (\Deltap).
3. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1 o 2, en el que dicha bomba (7) tiene una válvula
de admisión (25) que comunica con una tubería de admisión (10), y
una válvula de suministro (30) que comunica con dicha tubería de
suministro (8); caracterizado porque dicha segunda válvula de
no retorno (33) se abre como respuesta a una diferencia
predeterminada de presión (\Deltap) entre la presión del
combustible en dicho volumen de almacenamiento (6) y la presión del
combustible en la salida de dicha válvula de suministro (30).
4. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque dicha segunda válvula
de no retorno (33) está cargada por un resorte adicional (37) de
una fuerza correspondiente a dicha diferencia de presión
(\Deltap).
5. Un dispositivo de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
medio de válvula (31), válvula de solenoide de desviación (14), y
dicha tubería de suministro (8) están integradas en el cuerpo de
dicha bomba (7).
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