ES2280932T3 - Inyector de combustible para motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Un inyector de combustible (1) para un motor de combustión interna, comprendiendo el mencionado inyector una cubierta externa (2) alargada a lo largo de un eje (3), que define una entrada (7) para el suministro del mencionado combustible, y comprende una primera porción terminal axial (4) y una segunda porción terminal axial (5), opuestas entre sí, estando la mencionada segunda porción terminal axial, diseñada para ser alojada en el mencionado motor y comprendiendo: a) un extremo del mencionado inyector, que comprende i) una boquilla (9) que comunica con la mencionada entrada (7) y ii) una espiga (11) móvil axialmente, para cerrar y abrir la mencionada boquilla (9); b) una porción intermedia del mencionado inyector, que define un asiento axial (14) acoplado mediante una varilla (13), que es coaxial con la mencionada espiga (11) y puede deslizarse a lo largo del mencionado eje (3), para controlar el movimiento axial de la mencionada espiga (11); la mencionada primera porción axial terminal,alojando: c) un accionador (16) controlado eléctricamente; d) una servo-válvula (15).

Description

Inyector de combustible para motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un inyector de combustible para un motor de combustión interna.

Como es sabido, los inyectores de combustible comprenden una cubierta exterior, de la que una porción terminal está diseñada para ser alojada en una posición fija, en la culata del cilindro, y está provista con una boquilla. La apertura y cierre de la boquilla se lleva a cabo mediante una espiga, que se mueve a lo largo de un eje bajo el control de un accionador, por ejemplo de tipo electromagnético.

La cubierta aloja una servo-válvula, dispuesta entre el accionador y la espiga móvil, y que comprende una cámara de control que tiene un canal de entrada calibrado, que comunica con el suministro de combustible, y un canal de salida calibrado, cuya apertura y cierre se llevan a cabo mediante un elemento de apertura/cierre activado por el accionador.

Son conocidos en el arte, los inyectores en los que la servo-válvula y el accionador están dispuestos en la porción terminal del inyector, en la proximidad de la boquilla. La servo-válvula tiene un elemento sustancialmente cilíndrico de apertura/cierre, que se desliza en un asiento axial fijo con respecto a la cubierta, mientras que el canal de salida de la cámara de control termina en una cámara o ranura anular, fabricada radialmente entre las superficies laterales del elemento de abrir/cerrar y el asiento axial.

En las anteriores soluciones conocidas, que son aludidas en general como "inyectores con servo-válvulas equilibradas", las acciones de presión axiales, por parte del combustible, sobre el elemento de apertura/cierre de la servo-válvula, son sustancialmente cero.

El documento GB 2 350 662 revela una válvula cuya presión puede ser equilibrada, utilizada preferentemente para controlar la comunicación entre una cámara de control y un drenaje en el inyector de combustible, y es de activación electromagnética. Tal válvula, está alojada en una porción intermedia del inyector, que permanece en la proximidad de la boquilla y tiene un diámetro relativamente pequeño.

Los inyectores conocidos con servo-válvulas equilibradas recién descritos, son de producción relativamente compleja, en la medida en que los componentes del la servo-válvula y el accionador necesitan una extrema precisión de maquinado, y deben tener pequeñas dimensiones para ser alojados en una parte relativamente pequeña de la cubierta, y dejar un grosor de material adecuado en la proximidad de los tubos que transportan combustible a una presión relativamente alta, a la boquilla.

Además, el equilibrado axial de las acciones de presión que actúan sobre el elemento de apertura/cierre de la servo-válvula, en la práctica, no es óptimo, por ejemplo debido a las tolerancias de maquinado, el desgaste y las deformaciones, debidos a tensiones térmicas derivadas de las piezas del motor en contacto con el inyector, y/o a tensiones mecánicas. El desequilibrio resultante es mayor cuanto menores son las dimensiones de la servo-válvula, en la medida en que las variaciones dimensionales debidas a las causas mencionadas, son proporcionalmente más importantes en pequeñas dimensiones.

El documento EP 1 284 358 A muestra un inyector de Conducto Común (Common Rail) con una servo-válvula alojada en una parte de gran diámetro, del inyector.

El propósito de la presente invención es proporcionar un inyector de combustible para un motor de combustión interna, que permita superar los inconvenientes descritos arriba de una forma sencilla y económicamente ventajosa, mejorando los inyectores conocidos con servo-válvulas equilibradas del tipo descrito arriba.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un inyector de combustible para un motor de combustión interna, como el definido en la reivindicación 1.

Para una mejor comprensión de la presente invención, sigue ahora una descripción de una realización preferida, que se proporciona puramente a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 muestra, en una vista en sección transversal y con piezas removidas por razones de claridad, una realización preferida de un inyector de combustible para un motor de combustión interna, acorde con la presente invención; y

- la figura 2 es similar a la figura 1 y muestra, a escala aumentada, una variante de un detalle del inyector de la figura 1.

En la figura 1, el número de referencia 1 designa, como un todo, un inyector de combustible (mostrado parcialmente) para un motor de combustión interna, en concreto para un motor diesel (no mostrado).

El inyector 1 comprende una estructura externa o cubierta 2, que se extiende a lo largo de un eje longitudinal 3 y comprende dos partes terminales axiales, opuestas, 4 y 5. La parte 4 generalmente se extiende, en uso, fuera del motor, lleva un conector axial 6 para suministro eléctrico (visible en la solución de la figura 2), tiene una entrada lateral 7 diseñada para ser conectada a un sistema (no mostrado) para el suministro de combustible, y define una cavidad interna 8. La porción 5 tiene, en cambio, en una dirección transversal al eje 3, una dimensión externa D1 menor que la dimensión D2 de la porción 4, están generalmente alojado, en uso, en una posición fija en la culata del cilindro, y termina con un atomizador. El atomizador comprende: una boquilla 9 que está diseñada para inyectar el combustible en un correspondiente cilindro del motor, y comunica con la entrada 7 a través de un conducto 10 fabricado en la porción 5, en una posición excéntrica con respecto al eje 3; y una espiga 11 que es móvil axialmente para abrir/cerrar la boquilla 9, bajo el control de una varilla 13 (mostrada parcialmente). La varilla 13 acopla un asiento 14 (mostrado parcialmente) fabricado en la porción 5, a lo largo del eje 3 y termina en la cavidad 8, es coaxial con la espiga 11, y es deslizable en la dimensión axial en el asiento 14, bajo el control de una servo-válvula 15 activada mediante un accionador 16 controlado eléctricamente. La servo-válvula 15 está colocada en una posición axial intermedia entre la varilla 13 y accionador 16. El accionador 16 y la servo-válvula 15 están alojados ambos en la porción 4.

En concreto, el accionador 16 es coaxial con la varilla 13 y comprende: un electroimán 17, alimentado eléctricamente a través del conector 6; un anclaje 18 que tiene en general un perfil por sectores, y es movible axialmente bajo la acción del electroimán 17; y un resorte pre-cargado 21 rodeado por el electroimán 17, y que ejerce una acción de empuje sobre el anclaje 18, en un sentido opuesto a la atracción ejercida por el propio electroimán 17.

La servo-válvula 15, en cambio, comprende una cámara de control 23 que está definida mediante un extremo de la varilla 13, y mediante un cuerpo 24 con forma de taza invertida, que está fijo con respecto a la cubierta 2, tiene un canal 25 para la salida del combustible, cuya forma y disposición no se describe en detalle, y comunica con la entrada 7 a través de un conducto 26 fabricado parcialmente a través del cuerpo 24, y parcialmente a través de la cubierta 2.

La servo-válvula 15 comprende además un asiento 27 fabricado a lo largo del eje 3, a través de un cuerpo 28 que está alojado en la cavidad 8, en una posición fija con respecto a la cubierta 2, y está acoplado a un disco 29 de forma que se apoya axialmente sobre este, y está en una posición angular de referencia fija, estando el mencionado disco 29 dispuesto entre los cuerpos 24, 28.

El asiento 27 es acoplado por un elemento de apertura/cierre 32 que está definido mediante una espiga axial sustancialmente cilíndrica, está conectado de forma fija al anclaje 18, y es deslizable axialmente en el asiento 27, sustancialmente de forma estanca a fluidos, bajo la acción del electroimán 17 para la apertura/cierre de la salida del canal 25.

En concreto, el canal 25 está fabricado en los cuerpos 24, 28 y en el disco 29, y finaliza en una cámara anular 34 fabricada, radialmente, entre la superficie lateral interna del asiento 27 y la superficie lateral externa del elemento de apertura/cierre 32, para hacer sustancialmente cero la resultante de las acciones axiales de presión sobre el propio elemento 32 de apertura/cierre. En concreto, la cámara 34 está excavada en la superficie lateral externa del elemento de apertura/cierre 32.

La salida del canal 25, definida por la cámara 34 se abre, en uso, mediante el desplazamiento del elemento de apertura/cierre 32 a una posición de apertura elevada, tras la excitación del electroimán 17. En la mencionada condición operativa el canal 25, y por tanto la cámara 23, se disponen en comunicación con un conducto de descarga, de forma que disminuye la presión en la cámara 23, provocando la elevación de la varilla 13 y abriendo así la boquilla 9. Una vez que ha finalizado la excitación del electroimán 17, la acción elástica del resorte 21 provoca el descenso del elemento de apertura/cierre 32 a la posición de cierre, con un consiguiente incremento de presión en la cámara 23 y, así, el consiguiente cierre de la boquilla 9.

Cuando el inyector 1 está montado, es decir en las condiciones mostradas, el asiento 27 se extiende axialmente con una parte ciega 38, que está definida por el disco 29 y el elemento de apertura/cierre 32, y comunica con el mencionado tubo de descarga por vía de un agujero transversal 39, que está fabricado a través del elemento de apertura/cierre 32 a lo largo del eje 3, y está diferenciado de la cámara 34.

De acuerdo con una variante (no mostrada), la parte ciega 38 está definida axialmente mediante el elemento de apertura/cierre 32 en un lado, y por una placa aplicada en el otro lado. La mencionada placa cierra una abertura transversal axial realizada en el disco 29.

La figura 2 muestra una variante del inyector 1, cuyas partes constituyentes están designadas, cuando es posible, por los mismos números de referencia que se utiliza en la figura 1.

De acuerdo con la mencionada variante, el elemento de apertura/cierre 32 forma parte de una espiga 40 diferencia del anclaje 18. El anclaje 18 tiene un agujero axial cilíndrico 42, mientras que la espiga 40 comprende una porción intermedia 43 que acopla con el agujero 42, y una porción terminal 44 opuesta al elemento de apertura/cierre 32. La porción 44 está alojada en el electroimán 17 de forma deslizable axialmente, tiene una cara del extremo 45 colocada apoyándose axialmente sobre el resorte 21, y está conectada a la porción 43 por medio de un hombro 46, dispuesto apoyando sobre un hombro 47 del anclaje 18. De acuerdo con una realización preferida, el acoplamiento entre los hombros 46, 47 está definido mediante un acoplamiento entre una superficie esférica y una superficie cónica, al efecto de obtener una unión articulada.

Durante la excitación del electroimán 17, el hombro 47 empuja axialmente la porción 44, para elevar así el elemento de apertura/cierre 32, y por tanto provocar la apertura de la boquilla 9. Una vez que ha cesado la excitación del electroimán 17, la acción elástica del resorte 21 provoca el descenso de la espiga 40, hasta que se cierra la cámara 34, para provocar el cierre de la boquilla 9, mientras que el hombro 46 empuja el anclaje 18 axialmente en un sentido opuesto al electroimán 17.

A partir de la descripción anterior, es evidente que la servo-válvula 15 de tipo equilibrado tiene disponible un espacio relativamente grande, en una dirección transversal al eje 3 en la porción 4, en comparación con el que está disponible en la porción 5 en tanto en cuanto, como se ha descrito, la porción 4 tiene un diámetro mayor que la porción 5.

Además es evidente que, puesto que la entrada 7 está fabricada lateralmente en una posición axial intermedia entre el asiento 27 y la boquilla 9, permite prevenir el paso de combustible a una presión relativamente alta, en la proximidad de la servo-válvula 15, contribuyendo a incrementar el espacio disponible para la servo-válvula 15 y, al mismo tiempo, a mejorar la distribución hidráulica dentro del electro-inyector 1, tanto desde el punto de vista de la simplificación de la construcción de los orificios internos, como desde el punto de vista de la optimización de la permeabilidad de los orificios y de los puntos de cruce de estos. De hecho, el conducto 10 se extiende a la par con el asiento 14, y no a la par con la cavidad 8, en la que está parcialmente alojada la servo-válvula 15.

Por consiguiente, puesto que es posible que la servo-válvula 15 tenga dimensiones mayores (en concreto, los diámetros de acoplamiento y de sellado pueden ser mayores) dada la misma precisión requerida, la fabricación y el maquinado de sus componentes son más simples, comparados con las soluciones conocidas en las que la servo-válvula del tipo equilibrado, descrita, está alojada en la parte terminal cerca de la boquilla, que está insertada en el motor. En concreto, las dimensiones de los diámetros de las superficies acopladas y las de los diámetros de sellado, pueden ser similares a las de los atomizadores habilitando el uso, para su fabricación, de las mismas tecnologías de proceso que las utilizadas para los atomizadores, que están actualmente consolidadas y bien probadas. Así, es posible utilizar un electroimán 17 de dimensiones relativamente grandes en la dirección radial, con la consiguiente posibilidad de tener fuerzas de accionamiento aproximadamente cinco veces mayores que las de las soluciones conocidas, en las que el accionador está alojado en la porción terminal del inyector que está insertado en el motor.

Gracias a las mayores fuerzas de accionamiento ejercidas por el accionador 16, es perfectamente posible para el elemento de apertura/cierre 32 (que solo en teoría está perfectamente equilibrado) tolerar y compensar, en uso, incluso el desequilibrio de acciones a lo largo del eje 3, debido por ejemplo a tolerancias de maquinado, desgaste y deformaciones debidas a tensiones térmicas y/o mecánicas.

Gracias al espacio disponible en la dirección radial, el diámetro de sellado de los tubos de la servo-válvula 15 puede ser mayor de forma que, dado el mismo caudal necesario para corregir el funcionamiento del inyector 1 es posible concebir, para el elemento de apertura/cierre 32, carreras aproximadamente iguales a la mitad de las de las soluciones conocidas de tipo equilibrado, con los consiguientes beneficios adicionales en el comportamiento dinámico del inyector 1. En concreto, de este modo es posible mejorar la posibilidad de reproducir cualesquiera posibles inyecciones múltiples cerradas, y disminuir la separación temporal entre las inyecciones individuales, toda vez que los fenómenos dinámicos generalmente de naturaleza elástica y electromagnética, generados por los mecanismos de apertura y cierre de la servo-válvula 15, se agotan en tiempos más cortos que los de las soluciones conocidas, y correspondientes a aproximadamente 30 microsegundos. Los efectos de la reducción en la carrera del elemento de apertura/cierre 32, son incluso más importantes debido al hecho de que no es lineal la correlación entre la carrera del elemento de apertura/cierre y los momentos de conmutación para la apertura/cierre (y viceversa) de la servo-válvula 15, en la medida en que la reducción porcentual de los momentos de conmutación es aproximadamente cuatro veces mayor que la reducción porcentual en la carrera del elemento de apertura/cierre.

Además, los valores relativamente pequeños de la carrera del elemento de apertura/cierre 32, simplifican considerablemente la consecución del fin de trayecto del propio elemento 32 de apertura/cierre, en la medida en que es posible obtenerlo mediante provocar que el anclaje 18 golpee axialmente contra la pared frontal del electroimán 17 (sin, o con la interposición de medios intermediarios) gracias al momento reducido, a ser absorbido. Además, si las superficies que entran en contacto durante el impacto tienen un área mayor de 0,5 centímetros cuadrados, se obtiene un efecto de amortiguamiento del anclaje 18, que mejora adicionalmente el comportamiento dinámico del inyector 1.

Las carreras reducidas del elemento de apertura/cierre 32 reducen también los efectos de desgaste de los componentes que entran en contacto, con una variación temporal correspondientemente menor, de la carrera del elemento 32 de apertura/cierre. En concreto, si la carrera es dividida por dos con respecto a las soluciones conocidas de tipo equilibrado descritas arriba, después de aproximadamente dos horas de funcionamiento normal del inyector 1, la variación de la propia carrera debida al desgaste es aproximadamente ocho veces menor.

La arquitectura que constituye el objeto de la presente patente, permite además el uso de la ampliamente comprobada arquitectura de "dos espigas" para el electro-inyector 1, es decir hace posible mantener diferenciados física y funcionalmente los dos componentes, la varilla 13 y la espiga 11. La varilla 13 y la espiga 11 pueden tener diferentes diámetros entre sí, y tales que determinen una diferencia apropiada en el área, que generará una fuerza capaz de mejorar los mecanismos de apertura y cierre de la boquilla 9.

Adicionalmente, el agujero 39 es de fabricación relativamente sencilla, y no implica ninguna operación de maquinado adicional, sea en la cubierta 2 o en la servo-válvula 15, para poner en descarga la porción 38 del asiento 27.

Finalmente, está claro que puede realizarse de modificaciones y variaciones el inyector 1 descrito y mostrado aquí, sin apartarse por ello del ámbito de protección de la presente invención, tal como se define en las reivindicaciones anexas.

En concreto, se podría proporcionar un accionador controlado eléctricamente, diferente respecto del que se ha descrito aquí a modo de ejemplo.

Claims (6)

1. Un inyector de combustible (1) para un motor de combustión interna, comprendiendo el mencionado inyector una cubierta externa (2) alargada a lo largo de un eje (3), que define una entrada (7) para el suministro del mencionado combustible, y comprende una primera porción terminal axial (4) y una segunda porción terminal axial (5), opuestas entre sí,

estando la mencionada segunda porción terminal axial, diseñada para ser alojada en el mencionado motor y comprendiendo:

a)

un extremo del mencionado inyector, que comprende

i)

una boquilla (9) que comunica con la mencionada entrada (7) y

ii)

una espiga (11) móvil axialmente, para cerrar y abrir la mencionada boquilla (9);

b)

una porción intermedia del mencionado inyector, que define un asiento axial (14) acoplado mediante una varilla (13), que es coaxial con la mencionada espiga (11) y puede deslizarse a lo largo del mencionado eje (3), para controlar el movimiento axial de la mencionada espiga (11);

la mencionada primera porción axial terminal, alojando:

c)

un accionador (16) controlado eléctricamente;

d)

una servo-válvula (15), que comprende:

i)

un asiento axial suplementario (27), fijo con respecto a la mencionada cubierta (2);

ii)

un elemento de apertura/cierre (32) que puede deslizarse axialmente, bajo la acción del mencionado accionador (16) y de forma sustancialmente estancada fluidos, en el mencionado asiento suplementario (27);

iii)

una cámara de control (23) que comunica con la mencionada entrada (7), que tiene una presión interna que controla el deslizamiento axial de la mencionada variable (7), y tiene un canal de salida (25) que termina en una cámara anular (34) fabricada radialmente entre las superficies laterales del mencionado asiento suplementario (27) y del mencionado elemento (32) de apertura/cierre, para hacer sustancialmente cero la resultante de las acciones axiales de presión sobre el mencionado elemento de apertura/cierre (32);

caracterizado porque la mencionada primera porción terminal (4) tiene, en la dirección radial, dimensiones mayores que las de la mencionada segunda porción terminal (5).

2. El inyector acorde con la reivindicación 1, caracterizado porque la mencionada entrada (7) está fabricada lateralmente en una posición axial, intermedia entre el mencionado accionador (16) y la mencionada boquilla (9).

3. El inyector acorde con la reivindicación 2, caracterizado porque la mencionada entrada (7) está fabricada lateralmente en una posición axial, intermedia entre la mencionada boquilla (9) y el mencionado asiento suplementario (27).

4. El inyector acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mencionado accionador (16) comprende un electroimán (17) y un anclaje (18), que es móvil axialmente bajo la acción del mencionado electroimán (17), estando el mencionado anclaje (18) y el mencionado elemento (32) de apertura/cierre conectados entre sí de forma fija.

5. El inyector acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el mencionado accionador (16) comprende un electroimán (17) y un anclaje (18), que es móvil axialmente bajo la acción del mencionado electroimán (17), estando el mencionado anclaje (18) y el mencionado elemento (32) de apertura/cierre definidos por piezas diferentes entre sí.

6. El inyector acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mencionado asiento suplementario (27) se extiende axialmente con una parte ciega (38), teniendo el mencionado elemento de apertura/cierre (32) un agujero transversal (39) diferente respecto de la mencionada cámara anular (34), para poner la mencionada parte ciega (38) en comunicación con un conducto para la descarga del combustible desde el mencionado inyector (1).