ES2276880T3 - Inyector de combustible para una motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Un inyector de combustible (1) para un motor de combustión interna; comprendiendo el inyector una entrada de combustible (5); medios de accionamiento (8); y una válvula reguladora (15) activada mediante el mencionado dispositivo de accionamiento (8), para abrir y cerrar una boquilla de inyección, y que comprende una cámara de control (16) que comunica con la mencionada entrada (5), y está definida por una pared final (20), que tiene un orificio (22) que permite la descarga de combustible desde la mencionada cámara de control (16), un obturador (28) activado por el mencionado medio de accionamiento (8), para moverse a lo largo de un eje longitudinal (3) con respecto a la mencionada parte final (20), y medios de acoplamiento (32) para acoplar el mencionado obturador (28) y la mencionada pared final (20), al efecto de cerrar el mencionado orificio (22), de forma estanca a fluidos; comprendiendo el mencionado medio de acoplamiento (32), unas superficies primera (33) y segunda (26), portadas porel mencionado obturador (28) y la mencionada pared final (20), respectivamente, y que se extienden alrededor del mencionado orificio (22), enfrentadas y paralelas entre sí, y acoplan apoyándose una sobre la otra; comprendiendo también el mencionado medio de acoplamiento (32), medios de canalización (35) formados alrededor del mencionado orificio (22), en al menos una (26), de entre de entre las mencionadas superficies primera (33) y segunda (26), y que comprende al menos una primera ranura anular (37), que se extiende continuamente alrededor del mencionado orificio (22); comprendiendo el mencionado medio de accionamiento (8), un elemento de accionamiento para empujar el mencionado obturador (28) hacia la mencionada segunda superficie (26); caracterizado porque el mencionado medio de canalización (35) comprende además una segunda ranura anular (36), formada en la mencionada segunda superficie (26); estando la mencionada primera ranura anular (37) formada en una posición radial intermedia, entre la mencionada segunda ranura anular (36) y el mencionado orificio (22); estando la mencionada primera superficie (33), definida mediante un borde anular externo (34) que se extiende en la mencionada segunda ranura anular (36).

Description

Inyector de combustible para un motor de combustión interna.

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

Los inyectores conocidos comprenden un cuerpo inyector, que define una boquilla para inyectar el combustible en el motor, y aloja una válvula reguladora activada mediante un accionador electromagnético, para abrir y cerrar una boquilla. La válvula comprende una cámara de control, que comunica con una entrada de combustible, y está definida por una parte final que tiene un agujero de salida calibrado; y un obturador móvil, que es activado mediante el accionador, para acoplar de forma estanca a fluidos, con la pared final, y cerrar el agujero calibrado para variar la presión en la cámara de control.

Más en concreto, el obturador acopla un asiento cónico definido por una parte final del agujero calibrado, y sirve para el sellado estanco a fluidos, a lo largo de una línea de contacto circular.

Los inyectores de combustible conocidos del tipo anterior, no son satisfactorios, no solo debido la dificultad y el coste económico de maquinar el asiento cónico con los valores requeridos de dureza y tolerancia si no, lo que es más importante, debido al relativamente severo desgaste al que están sometidos el obturador y la pared final, a lo largo de la línea de contacto circular donde debería estar asegurado el sellado estanco a fluidos. Tal desgaste se debe sustancialmente a la velocidad relativamente alta del funcionamiento del obturador, que normalmente tiende a ejercer fuerzas de cierre severas, rápidas, a lo largo de la línea de contacto circular, lo que tiene como resultado un impacto que tiende a cortar el asiento cónico.

Para eliminar estos inconvenientes, se conoce inyectores en los que la pared final y el obturador acoplan de forma estanca a fluidos, a lo largo de respectivas superficies de contacto opuestas, paralelas, complementarias, para cerrar el agujero calibrado.

Sin embargo, las soluciones conocidas del tipo anterior exigen una elevación del obturador relativamente alta, con respecto a la pared final, y por lo tanto accionadores relativamente grandes, de alto coste, que necesitan corrientes eléctricas de control relativamente elevadas. Y a pesar de esto, el desgaste a lo largo de las superficies de contacto sigue siendo relativamente severo, debido a la importante carrera del obturador, que sigue teniendo como resultado un impacto en la pared final.

La necesidad de una carrera relativamente alta es debida a la formación, en uso, de regiones de vórtice en la descarga de combustible desde el agujero calibrado, y por lo tanto a la cavitación provocada por la considerable diferencia de presión entre el agujero calibrado y el exterior. Cavitación que provoca que parte del combustible, pase de la fase líquida la fase de vapor, reduciendo así la descarga de combustible desde el agujero calibrado, de forma que los coeficientes de descarga, y por lo tanto la sección de flujo entre la pared final y el obturador, deben mantenerse elevados. El documento US 5 775 301 revela un inyector del tipo mencionado arriba, en el que la pared final está provista con una ranura anular que tiene dos salidas opuestas, para mantener las fuerzas hidráulicas tan bajas como sea posible.

Es un objetivo de la presente invención, proporcionar un inyector para un motor de combustión interna, diseñado para proporcionar una solución sencilla, de bajo coste, a los problemas anteriores.

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.

Se describirá una realización no limitativa de la invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

la figura 1 muestra una sección transversal, de parte de una realización preferida del inyector para un motor de combustión interna, acorde con la presente invención;

la figura 2 muestra un detalle a escala aumentada, de la figura 1;

la figura 3 muestra una vista en planta, a escala aumentada, de un detalle del inyector de la figura 1 y la 2;

la figura 4 muestra una sección, a lo largo de la línea IV-IV de la figura 3.

El 1 en la figura 1 indica, como un todo, un inyector de combustible para un motor de combustión interna, en concreto para un motor diesel (no mostrado).

El inyector 1 (mostrado parcialmente) comprende una estructura exterior que comprende una carcasa 2, que se extiende a lo largo de un eje longitudinal 3, tiene una entrada lateral 5 para la conexión a una bomba, que forma parte de un sistema de suministro de combustible (no mostrado), y termina con una boquilla (no mostrada) que comunica con la entrada 5, y es para inyectar combustible en un respectivo cilindro del motor.

La carcasa 2 define un asiento axial 6, y aloja una varilla 7 que se desliza axialmente, de forma estanca a fluidos, dentro del asiento 6, para controlar un obturador de tipo espiga (no mostrada), al efecto de cerrar y abrir la boquilla de inyección de combustible. La carcasa 2 aloja también un accionador electromagnético 8, coaxial con la varilla 7, y comprende un electroimán 9 (mostrado parcialmente), un resorte de empuje precargado 9a (mostrado parcialmente), y una armadura 10, que se desliza axialmente dentro del asiento 6, y está conectada a la carcasa 2 mediante una placa de localización elástica 10a, que se interpone axialmente entre el electroimán 9 y la armadura 10. En el lado axial opuesto al electroimán 9, la armadura 10 termina con una proyección axial 11 definida, en el extremo, mediante una superficie cóncava esférica 12, cuyo centro (no mostrado) queda a lo largo del eje 3.

La carcasa 2 también aloja una válvula reguladora de combustible 15, que se interpone entre el accionador 8 y la varilla 7, está activada por el accionador 8 para mover axialmente la varilla 7, y comprende una cámara de control axial 16 que comunica permanentemente con la entrada 5, por vía de un conducto 18, para recibir combustible a presión. La cámara 16 está definida axialmente, en un lado mediante la varilla 7, y en otro lado mediante una pared final 20, que está definida mediante una placa alojada en el asiento 6, está ajustada de forma estanca a fluidos, en una posición fija, a la carcasa 2, y tiene un orificio de salida axial 22.

El orificio 22 comprende una parte intermedia 23, de sección calibrada, de un diámetro D1 que varía preferentemente en un rango de 0,24 a 0,25 milímetros, y dos partes finales opuestas 24, 25; la parte 24 es de diámetro mayor, y sale dentro de la cámara 16; mientras que la parte 25 tiene un diámetro D2 preferentemente en el rango entre 0,60 y 0,80 milímetros, y sale a través de una superficie plana 26 perpendicular al eje 3. La figura 3 muestra una vista en planta de la mitad de la superficie 26, siendo la otra mitad simétrica con respecto a un plano diametral, indicado como Q en la figura 3.

Como se muestra en la figura 2, la válvula 15 comprende además un obturador 28, que está definido por un cuerpo sustancialmente esférico, de diámetro D3, preferentemente en el rango entre 2,80 y 3,50 milímetros, está interpuesto entre el accionador 8 y la pared 20, y es móvil axialmente con respecto a la armadura 10 y la pared 20, y acopla apoyándose contra la proyección 11, por medio de la junta esférica 29.

La junta 29 comprende una superficie 12; y una superficie esférica 30 que define el obturador 28, complementario con la superficie 12, y que acopla de forma deslizante con la superficie 12.

El obturador 28 acopla, de forma estanca a fluidos, con la pared 20, por medio de un dispositivo de acoplamiento 32 que comprende la superficie 26, y una superficie plana 33 que define una parte lateral, lisa, del obturador 28, tiene un borde circular 34, de diámetro D4 preferentemente en el rango entre 2,60 y 2,80 y milímetros, y es paralelo y opuesto a la superficie 26.

Con referencia a las figuras 2, 3 y 4, el dispositivo 32 comprende además la canalización 35, que está formada en la pared 20, a lo largo de la superficie 26, es de una profundidad P preferentemente en el rango entre 0,08 y 0,15 milímetros, y a su vez comprende una ranura exterior circular 36, y una ranura interna circular 37, formadas coaxialmente entre sí alrededor del eje 3, y por lo tanto alrededor del orificio 22. La ranura 37 tiene un diámetro externo D5 preferentemente en el rango entre 1,20 y 1,50 milímetros, y un diámetro interno D6 preferentemente en el rango entre 0,90 y 1,20 milímetros, y rodea un área anular plana 38, que forma parte de la superficie 26 y se extiende en torno a la parte 25 del orificio 22. La ranura 36, por otra parte, tiene un diámetro exterior mayor que el diámetro D4, y preferentemente varía en el rango entre 3,20 y 3,40 milímetros, y un diámetro interno D7 menor que el diámetro D4 y varía preferentemente en el rango entre 2,20 y 2,40 milímetros.

La canalización 35 comprende además dos canales radiales diametralmente opuestos 40 (figura 3), que conectan las ranuras 36 y 37, tienen una sección de conducto preferentemente en el rango entre 0,0 16 y 0,0 60 milímetros cuadrados, y son de una longitud radial igual a (D7 - D5) / 2, y preferentemente están en el rango entre 0,35 y 0,60 milímetros. Por lo tanto, los canales 40 son de una anchura L, medida tangencialmente al eje 3, preferentemente en el rango entre 0,20 y 0,40 milímetros.

En uso real, cuando el impulso axial del resorte 9a provoca que el obturador 28 cierre el orificio 22, la parte 24 del orificio 22 y la cámara 16 contienen combustible a una presión operativa de 300 a 1600 barias, y por ejemplo igual a aproximadamente 1000 barias, para cerrar la boquilla del inyector 1.

Cuando es activado el electroimán 9, la armadura 10 se retira de la pared 20, pero la presión de combustible en la parte 25 ejerce el suficiente impulsó axial sobre el obturador 28, para mantener el obturador 28 apoyándose contra la proyección 11, de forma que se abre el orificio 22, reduciéndose así la presión en la cámara 16, y habiéndose la boquilla de inyección.

Durante el tiempo en que está abierto el orificio 22, parte del combustible fluye desde el orificio 22 hacia la ranura 36, en forma de película, dentro de un espacio definido por las superficies 26 y 33, y después sale a lo largo de un conducto de reciclaje (no mostrado) del inyector 1.

Cuando se desactiva de nuevo el electroimán 9, el resorte 9a ejerce un empuje axial sobre la armadura 10, de forma que el obturador 28 comprime la película de combustible entre las superficies 26 y 33, y después cierra el orificio 22. Cuando el obturador 28 se cierra, la comprensión de la película de combustible actúa como un amortiguador que impide que el obturador 28 golpee la pared 20 y rebote contra esta. A la vez, la presión del combustible en la ranura 36 igual a sustancialmente a la presión atmosférica del exterior, mientras que la presión del combustible en la ranura 37 se estabiliza entre 50 y 100 barias, y define, para el combustible que fluye desde el orificio 22, una contrapresión que reduce el movimiento centrífugo del combustible en el orificio 22 y, por lo tanto, el riesgo de cavitación local.

Una vez que el obturador 28 contacta con la pared 20, el área 38 que se apoya sobre la superficie 33 asegura un sellado estanco a fluidos, en torno al orificio 22, mientras que el borde 34 se extiende en la ranura 36, y por lo tanto no deja impresiones ni incisiones sobre la pared 20, que normalmente está fabricada de material más blando que el obturador 28.

Por lo tanto, la canalización 35 reduce el riesgo de cavitación del combustible que fluye desde el orificio 22, por virtud de la contrapresión generada en la ranura 37. Por tanto el combustible permanece permanentemente en la fase líquida; los coeficientes de descarga desde la cámara 16 a través del orificio 22 son elevados, en comparación con las soluciones conocidas sin canalización 35; la cámara 16 se vacía con relativa rapidez; y, en comparación con las soluciones conocidas, la carrera del obturador 28 puede fijarse en valores extremadamente bajos, por ejemplo aproximadamente de 0,03 milímetros.

Reducir la carrera reduce la separación axial entre el núcleo del electroimán 9 y la armadura 10, cuando es excitado el electroimán 9, de modo que el flujo magnético y las fuerzas magnéticas de atracción son relativamente altas, permitiendo así el uso de un electroimán 9 pequeño, de funcionamiento rápido, de baja corriente de control, y por lo tanto de bajo coste.

También por virtud de las importantes fuerzas magnéticas de atracción (por ejemplo de aproximadamente 70 newton), puede utilizarse un obturador 28 relativamente grande, para incrementar la superficie 33 y las fuerzas de amortiguamiento entre las superficies 26 y 33, producidas mediante la compresión del combustible.

Mediante incrementar las fuerzas magnéticas de atracción, puede fijarse la carga previa del resorte 9a, cuando se monta el inyector 1 en valores relativamente altos, por ejemplo 60 newton (frente a los 30 newton de las soluciones conocidas), para obtener así fuerzas de empuje relativamente elevadas, y así reducir el tiempo inactivo de la armadura 10, cuando el electroimán 9 es desactivado para cerrar el orificio 22.

Mediante incrementar el empuje ejercido por el resorte 9a, la placa 10a puede estar fabricada de material ferromagnético, más fuerte que el material no magnético utilizado normalmente en las soluciones conocidas, y con una estructura generosa, fuerte, para cubrir tanto como el 80% de la superficie del electroimán 9 afectado por el flujo magnético, sin un retardo sustancial en la separación de la armadura 10 respecto del núcleo del electroimán 9.

Comprimir la película de combustible, que fluye desde el orificio 22 cuando el obturador 28 se mueve hacia la pared 20, reduce enormemente el desgaste del obturador 28 y la pared 20, en las superficies 26, 33. Como se ha indicado, el desgaste del inyector 1 es reducido también mediante la formación del borde 34 alrededor del borde interno 36, mientras que la forma y tamaño de los canales 40 estabilizan la presión en la ranura 37, y reducen así la turbulencia y el riesgo de cavitación, cuando el combustible fluye desde el orificio 22.

La geometría de la canalización 35 y, en concreto, el tamaño de los canales 40, sirven también para conseguir los valores deseados de contrapresión.

A la vez, la presión del combustible, y la forma y tamaño del orificio 22, del obturador 28 y de la canalización 35, mejoran las condiciones de descarga del combustible, y generan una fuerza hidráulica que mantiene el obturador 28 en contacto permanente con la proyección 11, impidiendo así que el obturador 28 impacte con, y rebote en, la armadura 10. Cualquier impacto o rebote del obturador 28 sobre la armadura 10 o la pared 20, tendría como resultado un desgaste severo, con la consecuencia de un incremento no deseado de la carrera del obturador 28, y por lo tanto en el flujo de combustible desde la cámara 16.

La junta 29 mantiene las superficies 26 y 33 automáticamente paralelas, e independientemente de cualquier error o imprecisión en el montaje o maquinado de las diversas piezas componentes del inyector 1.

Al ser lisas, las superficies 26 y 33 pueden ser maquinadas de forma barata y sencilla, con la precisión requerida, para asegurar un sellado estanco a fluidos alrededor del orificio 22, y el hecho de que el obturador 28 sea axialmente móvil con respecto a la armadura 10, simplifica el maquinado de la proyección 11, mediante eliminar la necesidad de dispositivos de retención axial.

Claramente, puede realizarse cambios al inyector 1 tal como se ha descrito e ilustrado aquí sin, no obstante, apartarse del alcance de la presente invención.

En concreto, el obturador de la válvula 15 puede ser distinto del que se ha descrito e ilustrado a modo de ejemplo, y/o el dispositivo 32 puede comprender superficies acopladas diferentes de las perfectamente lisas, pero que sigan estando enfrentadas y paralelas entre sí, para definir una separación que aloje una película de combustible, que actúa como amortiguador hidráulico.

La junta 29 interpuesta entre el accionador 8 y el obturador la válvula 15, puede ser diferente de la que se ha mostrado, y por ejemplo puede estar separada del obturador.

Finalmente, la canalización del dispositivo 32 puede estar perfilada y dimensionada de forma diferente, respecto de la canalización 35 aquí descrita, o puede estar formada al menos parcialmente lo largo de la superficie 33, pero seguirá alrededor del orificio 22 para generar, en uso, una contrapresión para el combustible que fluye desde el orificio 22.

Claims (14)

1. Un inyector de combustible (1) para un motor de combustión interna; comprendiendo el inyector una entrada de combustible (5); medios de accionamiento (8); y una válvula reguladora (15) activada mediante el mencionado dispositivo de accionamiento (8), para abrir y cerrar una boquilla de inyección, y que comprende una cámara de control (16) que comunica con la mencionada entrada (5), y está definida por una pared final (20), que tiene un orificio (22) que permite la descarga de combustible desde la mencionada cámara de control (16), un obturador (28) activado por el mencionado medio de accionamiento (8), para moverse a lo largo de un eje longitudinal (3) con respecto a la mencionada parte final (20), y medios de acoplamiento (32) para acoplar el mencionado obturador (28) y la mencionada pared final (20), al efecto de cerrar el mencionado orificio (22), de forma estanca a fluidos; comprendiendo el mencionado medio de acoplamiento (32), unas superficies primera (33) y segunda (26), portadas por el mencionado obturador (28) y la mencionada pared final (20), respectivamente, y que se extienden alrededor del mencionado orificio (22), enfrentadas y paralelas entre sí, y acoplan apoyándose una sobre la otra; comprendiendo también el mencionado medio de acoplamiento (32), medios de canalización (35) formados alrededor del mencionado orificio (22), en al menos una (26), de entre de entre las mencionadas superficies primera (33) y segunda (26), y que comprende al menos una primera ranura anular (37), que se extiende continuamente alrededor del mencionado orificio (22); comprendiendo el mencionado medio de accionamiento (8), un elemento de accionamiento para empujar el mencionado obturador (28) hacia la mencionada segunda superficie (26); caracterizado porque el mencionado medio de canalización (35) comprende además una segunda ranura anular (36), formada en la mencionada segunda superficie (26); estando la mencionada primera ranura anular (37) formada en una posición radial intermedia, entre la mencionada segunda ranura anular (36) y el mencionado orificio (22); estando la mencionada primera superficie (33), definida mediante un borde anular externo (34) que se extiende en la mencionada segunda ranura anular
(36).

2. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque el mencionado medio de canalización (35) comprende además al menos un canal (40) formado en una (26), de entre las mencionadas superficies primera (33) y segunda (26), para conectar las mencionadas ranuras anulares primera (37) y segunda (36).

3. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 2, caracterizado porque el mencionado medio de canalización comprende dos mencionados canales (40) diametralmente opuestos, formados en la mencionada segunda superficie (26).

4. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 2 o la 3, caracterizado porque el mencionado canal (40) tiene una sección de paso preferentemente en un rango entre 0,016 y 0,060 milímetros cuadrados, y es de una longitud radial en un rango entre 0,35 y 0,60 milímetros.

5. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el diámetro interno (D6) de la mencionada primera ranura anular (37), está en un rango entre 0,90 y
1,20 mm.

6. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el mencionado diámetro externo (D5) de la mencionada primera ranura anular (37), está en un rango entre 1,20 y 1,50 milímetros.

7. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la profundidad (P) del mencionado medio de canalización (35), está en un rango entre 0,08 y 0,15 milímetros.

8. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por comprender además medios de junta esférica (29), interpuestos entre el mencionado obturador (28) y el mencionado medio de accionamiento (8).

9. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 8, caracterizado porque el mencionado obturador (28) y el mencionado elemento de accionamiento móvil (10), son móviles axialmente entre sí.

10. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación 9, caracterizado porque el mencionado medio de junta esférica (29), comprende dos superficies esféricas complementarias (12, 30), que acoplan entre sí de forma deslizante, y de las que una define el mencionado elemento móvil de accionamiento (10), y la otra el mencionado obturador (28).

11. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las mencionadas superficies primera (33) y segunda (26), son lisas y perpendiculares al mencionado eje longitudinal (3).

12. Un inyector como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mencionado orificio (22) comprende una parte intermedia (23) de diámetro (D1), en un rango entre 0,24 y 0,25 milímetros, y una parte final (25) que sale a través de la mencionada segunda superficie (26), y tiene un diámetro (D2) en un rango entre 0,60 y 0,80 milímetros.

13. Un inyector como el reivindicado cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mencionado obturador (28) está definido mediante un cuerpo esférico que tienen una parte lateral plana.

14. Un inyector como el reivindicado en la reivindicación (13), caracterizado porque el mencionado cuerpo esférico tiene un diámetro (D3) en un rango entre 2,80 y 3,50 milímetros.