ITMI20070747A1 - Valvola dfi iniezione del carburante - Google Patents

Description

Descrizione

Stato dell ' arte

L'invenzione prende le mosse da una valvola di iniezione del carburante del genere dì cui alla rivendicazione principale.

Dal brevetto in corso di pubblicazione DE 102004 002 134 Al è nota una valvola di iniezione del carburante, specialmente per iniettare direttamente carburante in una camera di scoppio di un motore a combustione interna, la quale presenta un accoppiatore idraulico che presenta un cilindro, contemplante il fondo di una tazza ed uno stantuffo che si può muovere assialmente, laddove tra il fondo della tazza e lo stantuffo è prevista una luce dell'accoppiatore. L'accoppiatore è ermetizzato per mezzo di guarnizioni, laddove una prima guarnizione chiude un primo spazio di compensazione ed una seconda guarnizione chiude un secondo spazio di compensazione per il fluido idraulico.

Inoltre, dal documento DE 10 2004 021 921 Al è nota una valvola di iniezione del carburante che presenta un accoppiatore idraulico, nel quale la regolazione della luce dell'accoppiatore su una fissata dimensione della luce ha luogo tramite un mezzo di regolazione che è disposto nel corpo della valvola di iniezione del carburante.

Nelle valvola di iniezione del carburante note dallo stato dell'arte, che sono dotate di accoppiatori idraulici, è svantaggioso il fatto che le note costruzioni degli accoppiatori sono dispendiose e perciò economicamente onerose. A causa delle modificazioni della temperatura durante il funzionamento del motore a combustione interna si vengono inoltre ad avere modificazioni nella viscosità del fluido idraulico che riempie l'accoppiatore, le quali possono portare a modificazioni del funzionamento, rispettivamente a disturbi del funzionamento della valvola di iniezione del carburante. Anche le considerevoli perdite nella corsa, provocate dalla comprimibilità del fluido idraulico, si ripercuotono svantaggiosamente su un efficace funzionamento della valvola di iniezione del carburante .

Vantaggi dell'invenzione

La valvola di iniezione del carburante conforme all'invenzione, avente le caratteristiche che caratterizzano la rivendicazione principale, ha invece il vantaggio che tra lo spillo valvolare e l'azionatore è disposto un elemento di trasmissione meccanico, il quale provvede tanto a trasmettere la corsa tra l'azionatore e lo spillo valvolare, come anche a compensare le variazioni di lunghezza dell'azionatore dovute a pendolazioni della temperatura, cosicché è possibile fare del tutto a meno di un accoppiatore idraulico.

Per effetto degli accorgimenti evidenziati nelle rivendicazioni subordinate sono possibili vantaggiosi sviluppi e perfezionamenti della valvola di iniezione del carburante indicata nella rivendicazione principale.

Vantaggioso è inoltre il fatto che l'elemento di trasmissione contempla svariate sfere che sono disposte in modo radialmente traslabile tra una testa dell'azionatore ed un reggispinta.

Il reggispinta è vantaggiosamente disposto in modo traslabile sullo spillo valvolare ed è caricato da una molla in modo che le sfere vengano sempre tenute in appoggio sulla testa dell'azionatore. Per effetto di un'opportuna configurazione delle facce, sulle quali poggiano le sfere, rispettivamente dell'angolo di Inclinazione di queste, è possibile conseguire un accoppiamento meccanico ottimale.

In un vantaggioso sviluppo l'elemento di trasmissione è realizzato sottoforma di anello recante una fessurazione che poggia sullo spillo valvolare.

Particolarmente vantaggioso è il fatto che l'anello è supportato tanto in modo da poter traslare in senso assiale, quanto in modo da potersi dilatare in senso radiale per effetto della fessurazione e/oppure in modo da potersi orientare per effetto di una combinazione di questi movimenti.

Disegno

Esempi di realizzazione dell'invenzione sono rappresentati in forma semplificata nel disegno ed illustrati più in dettaglio nella descrizione che segue. Le figure fanno vedere:

fig. 1 una rappresentazione schematica dì una valvola di iniezione del carburante secondo lo stato dell'arte,

fig. 2 un particolare di un primo esempio di realizzazione di una valvola di iniezione del carburante conforme all'invenzione,

fig. 3A un particolare di un secondo esempio di realizzazione di una valvola di iniezione del carburante conforme all'invenzione, in una rappresentazione uguale a quella di cui alla figura 2, e

fig. 3B una vista in pianta fortemente schematizzata del secondo esempio di realizzazione di una valvola di iniezione del carburante realizzata conformemente all'invenzione, di cui alla figura 3A.

Descrizione degli esempi di realizzazione

Nella figura 1, al fine di meglio comprendere gli accorgimenti di cui all'invenzione un esempio di realizzazione fortemente schematizzato di una valvola di iniezione del carburante 1 conforme allo stato dell'arte è anzitutto rappresentato schematicamente e brevemente illustrato nelle sue parti essenziali. La valvola di iniezione del carburante 1 è in proposito realizzata specialmente sottoforma di valvola di iniezione del carburante 1 per impianti di iniezione del carburante per motori a combustione interna con compressione della miscela ed accensione assistita, per iniettare direttamente carburante nella camera di scoppio del motore a combustione interna.

La valvola di iniezione del carburante 1 dì cui alla figura 1 contempla un azionatore 2 piezoelettrico oppure a magnetostrizione , che sottoforma di un modulo di azionatore 3 è disposto in un corpo 4 della valvola di iniezione del carburante 1.

Sul lato di deflusso del modulo di azionatore 3, quale parte di una tratta di azionamento della valvola di iniezione del carburante 1, è disposto uno spillo valvolare 6 che in corrispondenza della propria estremità lato-deflusso presenta un corpo di chiusura della valvola 8 che può essere realizzato in modo da specialmente formare un pezzo unico con lo spillo valvolare 6. Lo spillo valvolare 6 passa attraverso un corpo 10 dell'ugello che è inserito nel corpo 4 della valvola di iniezione del carburante 1 e con questo è accoppiato per vincolo di materia, per esempio è saldato. Nel corpo 10 dell'ugello è ricavata una faccia 9 della sede della valvola, la quale interagisce con il corpo di chiusura della valvola 8 dando luogo ad una sede di tenuta. Una molla di richiamo 5 provvede, nello stato non attivo dell'azionatore 2, all'affidabile ermetizzazione dell'apertura di iniezione 7 per effetto dell'attrazione dello spillo valvolare 6 e del corpo dì chiusura della valvola che in seguito a ciò viene mantenuto in appoggio ermetizzante sulla faccia 9 della sede della valvola. La valvola dì iniezione del carburante 1 rappresentata nella figura 1 è realizzata sottoforma di valvola di iniezione del carburante 1 che si apre verso l'esterno, laddove lo spillo valvolare 6 rispettivamente il corpo di chiusura della valvola 8 passano attraverso un'apertura di iniezione 7 nel corpo 10 dell'ugello.

Lo spillo valvolare 6 poggia, sul lato di afflusso, su un accoppiatore idraulico 12 che presenta un cilindro 13, uno stantuffo 14 in questo supportato in modo da poter traslare, ed una tenuta sottoforma di tubo ondulato 15 che ermetizza l'accoppiatore 12. Tra lo stantuffo 14 dell'accoppiatore ed il cilindro 13 dell'accoppiatore è realizzata una luce 16 dell'accoppiatore che attraverso fori di strozzamento 17 nello stantuffo 14 dell'accoppiatore può essere riempita a partire da un volume di compensazione 18 delimitato dalla tenuta 15 sottoforma di tubo ondulato.

La pressione del fluido idraulico che regna nel volume di compensazione 18 è regolabile tramite una molla 19, in quanto durante il funzionamento della valvola di iniezione del carburante 1 la luce 16 dell'accoppiatore deve di nuovo poter essere rapidamente riempita. La molla 19 è precaricata tra un coperchio 20, che chiude il volume di compensazione 18, ed un disco 21 che è accoppiato con lo stantuffo 14 dell'accoppiatore. Sul lato di afflusso il modulo di azionatore 3 poggia con una testa 22 dell'azionatore sul disco 21. In corrispondenza di un piede 23 dell'azionatore , che è disposto all'estremità opposta dell'azionatore 2, in un arrivo 24 del carburante sono disposte rondelle di regolazione 25 che servono a preimpostare l'ampiezza assiale della luce 16 dell'accoppiatore.

Quando l'azionatore 2 viene attivato da una forza elettrica o magnetica, l'azionatore 2 si dilata ed attraverso l'accoppiatore 12 muove lo spillo valvolare 6 in una direzione di deflusso del carburante, cosicché il corpo di chiusura della valvola 8 si solleva dalla faccia 9 della sede della valvola e carburante può essere iniettato nella camera di scoppio del motore a combustione interna. Se viene disattivata la forza che attiva l'azionatore 2, l'azionatore si contrae ed il corpo di chiusura della valvola 8 viene di nuovo spostato dalla forza della molla di richiamo 5 in direzione della faccia 9 della sede della valvola. Come già più sopra spiegato, le note valvole di iniezione del carburante 1, dorate di un accoppiatore idraulico 12, presentano diversi svantaggi legati alla costruzione ed al funzionamento. I noti accoppiatori 12 sono così dispendiosi e perciò economicamente onerosi tanto nella fabbricazione dei componenti, come anche nel montaggio. A motivo delle modificazioni della temperatura durante il funzionamento del motore a combustione interna si vengono inoltre ad avere modificazioni nella viscosità del fluido idraulico che riempie l'accoppiatore 12, le quali possono portare a modificazioni del funzionamento, rispettivamente a disturbi del funzionamento della valvola di iniezione del carburante 1, in quanto al riguardo troppo o troppo poco fluido idraulico perviene nella luce 16 dell'accoppiatore. Anche le perdite nella corsa dello spillo valvolare 6, provocate dalla comprimibilità del fluido idraulico, si ripercuotono svantaggiosamente su un funzionamento efficace della valvola di iniezione del carburante 1, in quanto l'accoppiatore idraulico 12, oltre alla sua funzione ammortizzante, per motivi di tipologia costruttiva viene spesso utilizzato anche per convertire o moltiplicare la corsa.

Nelle figure 2 e 3A fino a 3B sono rappresentati in modo parzializzato due esempi di realizzazione schematici per valvole di iniezione del carburante 1 sviluppate conformemente all'invenzione.

Nocciolo dell'invenzione è in proposito il fatto che variazioni della lunghezza dell'azionatore 2, provocate da modificazioni della temperatura, non hanno luogo per effetto di un accoppiatore idraulico 12, bensì per via meccanica grazie ad un elemento di trasmissione 26 adeguatamente realizzato, il quale rende possibile un accoppiamento meccanico con trasmissione della corsa e compensazione della lunghezza.

Nella figura 2 l'elemento di trasmissione 26 è in proposito realizzato sottoforma di sfere 27, le quali sono disposte tra una faccia frontale 28 della testa 22 dell'azionatore ed un reggispinta 29, il quale è realizzato in modo da potersi spostare sullo spillo valvolare 6 ed è da questo attraversato. Il reggispinta 29 è caricato da una molla 30 con una forza che spinge il reggispinta 29 sulle sfere 27 e queste sulla faccia frontale 23 della testa 22 dell'azionatore.

Le facce frontali 28, 32 della testa 22 dell 'azionatore e del reggispinta 29 sono in proposito sagomate in modo che, per effetto di rispettivamente uno smusso del rispettivo componente rispetto ad una direzione assiale le sfere 27 possano spostarsi verso l'interno, in senso radiale. Nel caso di un aumento della temperatura, dove l'accelerazione dello spillo valvolare 6 è all'incirca zero, dato che il movimento ha luogo in modo molto lento, diventa più grande la distanza assiale tra la testa 22 dell'azionatore e lo spillo valvolare 6, per cui le sfere 27 si spostano radialmente verso l'interno. Il reggispinta 29 si sposta assialmente, in direzione della testa 22 dell'azionatore . All'atto di questo lento movimento non ha luogo alcuna trasmissione della corsa.

Azionando l'azionatore 2 con un'accelerazione di circa 15000 m/s<2>per azionare la valvola di iniezione del carburante 1, la forza di accelerazione spinge il reggispinta 29 sulle sfere 27 ed in seguito a ciò blocca uno spostamento radiale verso l'esterno delle sfere 27. In seguito a ciò ha luogo una trasmissione della corsa. Ciò và visto in analogia con 1'accoppiatore idraulico, nel quale il fluido idraulico agisce in modo incomprimibile quando 1'azionatore 2 viene azionato rapidamente.

L'effetto dell'elemento di trasmissione 26 in qualità di accoppiatore meccanico è influenzabile attraverso la configurazione delle facce frontali 28 e 32 della testa 22 dell'azionatore, nonché del reggispinta 29. Un funzionamento ottimale lo si ha con i seguenti valori: un angolo a. tra la faccia frontale 28 della testa 22 dell'azionatore ed una faccia esterna, assialmente parallela, della testa 22 dell'azionatore dovrà situarsi in un intervallo compreso tra 30° e 70°, un angolo β tra una faccia frontale 31 dello spillo valvolare 6 ed una faccia esterna, assialmente parallela dello spillo valvolare 6 dovrà situarsi in un intervallo compreso tra 10° e 50°, ed un angolo γ tra la faccia frontale 32 del reggispinta 29 ed una faccia esterna, assialmente parallela, del reggispinta 29 dovrà parimenti situarsi ir. un intervallo compreso tra 10° e 50°. Il numero delle sfere 27 è variabile, dovrà tuttavia ammontare come minimo a due, meglio più, al fine di evitare funzionamenti difettosi dovuti ad in puntamento e conseguente bloccaggio dei componenti. Le figure 3A fino a 3B fanno vedere un secondo esempio di realizzazione di una valvola di iniezione del carburante 1 sviluppata conformemente all'invenzione, in una vista uguale a quella di cui alla figura 2.

Nel secondo esempio di realizzazione rappresentato nella figura 3A l'accoppiamento non avviene tramite sfere 27. L'elemento di trasmissione 26 è invece realizzato sottoforma di un anello fessurato 33, il quale poggia sulla faccia frontale 31, corrispondentemente realizzata, dello spillo valvolare 6.

L'anello 33 poggia in proposito, con una faccia di contatto anulare, in modo scorrevole sulla faccia frontale 31 dello spillo valvolare 6 e, come rappresentato nella figura 3A, nella parte superiore, in caso di lenta variazione della lunghezza dell'azionatore 2, vale a dire nel caso di un rimpicciolimento della distanza tra la faccia frontale 31 dello spillo valvolare 6 e la faccia frontale 28 della testa 22 dell'azionatore, a partire dalla propria posizione di riposo, rappresentata in basso nella figura 3A, relativamente alla testa 22 dell'azionatore, rispettivamente allo spillo valvolare 6, viene spostato assialmente, si dilata radialmente, rispettivamente viene inclinato secondo una combinazione assiale-radìale, cosicché per effetto della forza esercitata dalia molla 30, prevista anche nel secondo esempio di realizzazione, anche qui in qualsiasi momento è garantito l'accoppiamento .

L'elasticità che serve per l'orientamento, rispettivamente lo spostamento dell'anello è garantita in senso radiale nell'anello 33 da una fessurazione 34 che a seconda della posizione assiale dello spillo valvolare 6 permette una modificazione perimetrale dell'anello 33. Nella vista in pianta rappresentata nella figura 3B la fessurazione 34 è visibile nel senso di deflusso sull'elemento di trasmissione 26.

In caso di rapida attivazione dell'azionatore 2 in occasione dell'azionamento della valvola di iniezione del carburante 1 l'elemento di trasmissione 26 reagisce di nuovo rigidamente, indipendentemente dalla propria allocazione momentanea, cosicché la trasmissione della corsa dall'azionatore 2 allo spillo valvolare 6 può aver luogo senza dissipazioni.

I vantaggi di un accoppiamento meccanico tramite un elemento di trasmissione 26 sono molteplici: da un lato vengono eliminati dispendiosi accorgimenti costruttivi e di fabbricazione, come l'ermetizzazione dell 'accoppiatore nei confronti del carburante, rispettivamente nei confronti di trafilamenti del fluido idraulico, per cui la fabbricazione è sostanzialmente più economica, parimenti i componenti dell'elemento di trasmissione 26 possono essere fabbricati e montati facilmente, nonché, nel caso di un funzionamento difettoso dovuto a danneggiamenti, sono facilmente sostituibili. Vengono inoltre eliminate le modificazioni del funzionamento dell'accoppiatore che hanno pesanti ripercussioni negli accoppiatori idraulici a causa del cambiamento della viscosità del fluido idraulico. L'invenzione non è limitata agli esempio di realizzazione rappresentati e si addice anche ad arbitrarie, altre modalità costruttive delle valvole di iniezione del carburante 1, in special modo ad altri azionatori 2 ed a valvole di iniezione del carburante 1 che si aprono verso l'interno. Tutte le caratteristiche dell'invenzione sono combinabili l'una con l'altra a piacere.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Valvola di iniezione del carburante (1), specialmente per iniettare direttamente carburante in una camera dì scoppio di un motore a combustione interna, comprendente un azionatore (2) piezoelettrico eppure a magnetostrizione, comprendente un spillo valvolare (6) che è accoppiato funzionalmente con l'azionatore (2) e che con un corpo di chiusura della valvola (8), su di esso ricavato, ed una faccia della sede della valvola forma una sede di tenuta, caratterizzata dal fatto che tra lo spillo valvolare (6) e 1'azionatore (2) è disposto un elemento di trasmissione (26) meccanico.
2. 2. Valvola dì iniezione del carburante secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che l'elemento di trasmissione (26) presenta sfere (27), un reggispinta (29) ed una molla (30).
3. 3. Valvola di iniezione del carburante secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il numero delle sfere (27) ammonta a due o più.
4. 4. Valvola li iniezione del carburante secondo la rivendicazione 2 oppure 3, caratterizzata dal fatto che le sfere (27) sono disposte in modo radialmente traslabile tra il reggispinta (29) ed una testa (22) dell' azionatore (2).
5. 5. Valvola di iniezione del carburante secondo una delle rivendicazioni 2 fino a 4 , caratterizzata dal fatto che il reggispinta (25) è disposto in maniera traslabile sullo spillo valvolare (6).
6. 6. Valvola di iniezione del carburante secondo una delle rivendicazioni 2 fino a 5, caratterizzata dal fatto che il reggispinta (29) è precaricato dalla molla (30) in senso opposto ad una direzione di deflusso del carburante, cosicché le sfere (27) vengono mantenute in appoggio sulla testa (22) dell'azionatore in qualsiasi situazione di funzionamento e condizione termica della valvola di iniezione del carburante (1).
7. 7. Valvola di iniezione del carburante secondo una delle rivendicazioni 2 fino a 6, caratterizzata dal fatto che una faccia frontale (28) della testa (22) dell'azionatore, una faccia frontale (31) dello spillo valvolare (6) ed una faccia frontale (32) del reggispinta (29) sono inclinate in senso radiale.
8. 8 . Valvola di iniezione del carburante secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che un angolo (a) tra la faccia frontale (28) della testa (22) dell'azionatore ed una faccia esterna, assialmente parallela della testa (22) dell'azionatore è compreso tra 30° e 70°, dal fatto che un angolo (β) tra la faccia frontale (31) dello spillo valvolare (6) ed una faccia esterna, assialmente parallela, dello spillo valvolare (6) è compreso tra 10° e 50°, e dal fatto che un angolo (γ) ha la faccia frontale (32) del reggispinta (29) ed una faccia esterna, assialmente parallela, del reggispinta (29) è compreso tra 10° e 50° .
9. 9. Valvola di iniezione del carburante secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'elemento di trasmissione (26) è realizzato sottoforma di un anello (33) contemplante una fessurazione (34).
10. 10. Valvola di iniezione del carburante secondo la rivendicazione 9 caratterizzata dal fatto che l'anello (33) è disposto tra una faccia frontale (31) dello spillo valvolare (6) ed una faccia frontale (28) di una testa (22) dell'azionatore in modo da poter traslare assialmente, scorrendo, e/oppure, per effetto della fessurazione (34), potersi dilatare radicalmente e/oppure potersi inclinare assialmente-radìalmente con una faccia di contatto anulare.