BRPI0709255A2 - sistema de injeção de combustìvel - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE INJEçãO DE COMBUSTìVEL. A presente invenção se refere a um sistema de injeção de combustível para um motor de combustão interna, O referido sistema de injeção de combustível compreende um sistema de gerenciamento de motor (EMS) (20), um conduíte de retorno (17) conectado para um sistema de combustível de baixa pressão (4), e uma grade comum (6) para armazenamento e suprimento de um combustível de pressão relativamente alta para injetores (7) Cada injetor possui um bocal (11) para injeção de combustível para o motor, uma válvula (10) instalada entre a grade comum (6) e o bocal (11), e uma válvula de derramamento (12) conectada por sua entrada para a saída da válvula (10) e por sua saida para o conduíte de retorno (17). Em concordância com a presente invenção, uma primeira válvula de isolamento automática (8) é instalada entre a grade comum (6) e o injetor (7) e uma segunda válvula de isolamento automática (18) é instalada entre o conduíte de retorno (17) e o sistema de combustível de baixa pressão (4).
Description
"SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL"
CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO
A presente invenção se refere a um sistema de injeçãode combustível para um motor de combustão interna.
PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO
A presente invenção diz respeito a sistemas de injeçãode combustível de motores de combustão interna, emparticular sistemas para injeção de combustível diretamentepara os cilindros de combustão de motores de ignição porcompressão. Em particular, a presente invenção diz respeitoa sistemas de injeção de combustível que possuem comocaracterística uma válvula de controle para alívio depressão no bocal do injetor. Tais soluções são tipicamenteaplicadas em sistemas de injeção de grade comum paraprevenção de um vazamento de combustível através do bocalfechado, o que é de outro modo difícil de ser evitadoquando utilizando combustíveis de baixa viscosidade, talcomo dimetil éter (dimethyl ether), ou seja, DME.
Um exemplo de um tal sistema do estado da técnica éaquele mostrado na Figura 1 aqui subseqüentemente. Naquelesistema, existem válvulas de isolamento automáticas paraprevenção de vazamento de combustível através dos bocaisfechados a partir do sistema de suprimento de combustívelpara as câmaras de combustão de motor durante tempo emespera (standby) de sistema em um motor não operando. Porjunção das linhas de retorno de um conjunto dos injetoresem uma linha comum e então conectando aquela linha comumpara a válvula de isolamento, o número total das válvulasde isolamento é mantido baixo. Existe, entretanto, umadesvantagem neste projeto que é a do número relativamentegrande de canais de conexão hidráulicos no injetor. Umaoutra desvantagem é a de um volume morto relativamentegrande da válvula de isolamento que é adicionado para ovolume de alta pressão confinado entre a válvula decontrole (10) e o bocal (11) . Quanto maior aquele volumemorto, tanto maior é o vazamento de controle e pior é acapacidade de controle devido para atrasos (retardos detempo) associados com construção e alivio de pressãonaquele volume morto.
Em um outro exemplo de um sistema de injeção decombustível do estado da técnica é aquele mostrado naFigura 2 aqui subseqüentemente, o número de canais deconexão no injetor é reduzido a partir de três para dois,mas à custa do número aumentado das válvulas de isolamentoautomáticas, duas por injetor.
Um número maior tanto dos canais de conexãohidráulicos e/ou quanto das válvulas de isolamentodeterio ra a confiabilidade do sistema e aumenta os custosdo mesmo. A presente invenção é intencionada paraaperfeiçoar a confiabilidade, reduzir os custos,aperfeiçoar a capacidade de controle e reduzir vazamentodos sistemas de injeção de combustível do estado datécnica.
Um outro aspecto com os sistemas de injeção decombustível do estado da técnica é o de uma dificuldaderelativa em controle da pressão de abertura do bocal (NOPde "Nozzle Opening PressureffJ. Esta pressão pode sercontrolada por intermédio de um regulador de pressãoinstalado entre as câmaras de mola do conjunto de injetorese o conduite de retorno, como mostrado na Figura 3 aquisubseqüentemente, o que novamente implica em três canais deconexão por injetor. Por se proporcionar um volumerelativamente grande da câmara de mola de bocal, é emprincipio possível a eliminação do canal de controle de NOPe ter um regulador de pressão conectado entre a linha deretorno e o conduite de retorno como mostrado na Figura 4aqui subseqüentemente, mas neste caso, o controle de NOP écomplicado por diferenças nos vazamentos ao longo dos guiasde agulha de bocal de diferentes amostras de injetor, ainfluência da pressão residual sobre a pressão defechamento de bocal e vazamento passado o bocal fechado, eé além do mais de ação relativamente lenta. A presenteinvenção também oferece recurso de aperfeiçoamento docontrole de NOP em tais sistemas de injeção de combustível.
RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO
Os objetivos da presente invenção são o deproporcionar um sistema de injeção de combustível comreduzida complexidade, eficiência de energia aperfeiçoada emelhor capacidade de controle de taxa de injeção.
o sistema de injeção de combustível em concordânciacom a presente invenção incorpora um tanque de combustível,uma bomba de alimentação e componentes associados formandoum sistema de baixa pressão, e uma bomba de alta pressãoentregando combustível sob pressão para uma grade comum,que supre combustível pressurizado para todos os injetoresde um motor de cilindros múltiplos. Uma primeira válvula deisolamento automática é instalada entre a grade comum e oinjetor, que incorpora uma válvula piloto de três viaseletricamente operada que controla uma válvulahidraulicamente operada posicionada entre a grade comum eum bocal, e uma válvula de derramamento de duas vias,eletricamente operada, normalmente aberta posicionada entrea saida da válvula hidraulicamente operada e uma linha deretorno. O bocal possui uma agulha que é inclinada por umamola de retorno em direção ao fechamento do bocal. A molade retorno é instalada em uma câmara de mola que, sepressurizada, pode auxiliar a mola em inclinação da agulhaem direção ao fechamento de bocal. A câmara de mola, asaida da válvula piloto e a saida da válvula dederramamento são conectadas para uma linha de retorno deinjetor.
As linhas de retorno dos injetores são unidasjuntamente em um conduite de retorno único, que é conectadopor intermédio de uma segunda válvula de isolamentoautomática para o sistema de baixa pressão. Uma restrição écolocada entre a linha de retorno de cada injetor econduite de retorno.
Instalação da primeira válvula de isolamentoautomática entre a grade comum e o injetor ao invés deinstalação da mesma entre a saida da válvulahidraulicamente operada e o bocal, como nos sistemas deinjeção de combustível do estado da técnica, possibilitaredução do volume morto à montante do bocal, que é drenadoentre os injetores, e por este recurso se aperfeiçoa acapacidade de controle e se aumenta a eficiência hidráulicado sistema de injeção de combustível. Uma outra vantagemdisto é um projeto simplificado, confiabilidadeaperfeiçoada e custos reduzidos do sistema de injeção decombust ível, devido para o fato de que o injetor podepossuir somente dois canais de conexão, de alta pressão ede retorno, e ao mesmo tempo o número total de válvulas deisolamento automáticas pode ser mantido em um mínimo igualao número de injetores mais um. Em sistemas de injeção decombustível do estado da técnica, o número total dasválvulas de isolamento automáticas deveria ser o dobro donúmero de injetores se o último possui dois canais. Deoutro modo, se uma válvula de isolamento automática comum éutilizada no conduíte de retorno de um sistema de injeçãode combustível do estado da técnica, o número de canaissobre o injetor tem que ser aumentado para três.
Colocação de uma restrição entre a linha de retorno eo conduíte de retorno torna o sistema de injeção decombustível adaptado para controle da pressão de aberturade bocal, o que pode também ser exercido individualmentepara cada injetor e ciclo de injeção e não requer reguladorde pressão adicional como nos sistemas de injeção decombustível do estado da técnica.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO
A presente invenção irá ser adicionalmente descrita emmaiores detalhes posteriormente, de uma maneira nãolimitante, com referência para as Figuras dos Desenhosdiagramáticos acompanhantes, nos quais:
As Figuras 1-4 ilustram vários projetos dos sistemasde injeção de combustível do estado da técnica; e
As Figuras 5, 6 e 7 são representações esquemáticas dediferentes concretizações da presente invenção.As Figuras são somente representações esquemáticas e apresente invenção não está limitada para as concretizaçõesnelas representadas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO
Na concretização preferida mostrada na Figura 5, osistema de injeção de combustível em concordância com apresente invenção incorpora um tanque de combustível (1),uma bomba de alimentação (2), uma válvula de isolamento (3)e outros componentes associados (não mostrados) formando umsistema de baixa pressão (4), e uma bomba de alta pressão(5) entregando combustível sob pressão para uma grade comum(6), que supre combustível pressurizado para todos osinjetores (7) de um motor de cilindros múltiplos (nãomostrado). Uma primeira válvula de isolamento automática(8) é instalada entre a grade comum (6) e o injetor (7), emque o último incorpora uma válvula piloto de três viaseletricamente operada (9) que controla uma válvulahidraulicamente operada (10) posicionada entre a gradecomum (6) e um bocal (11), e uma válvula de derramamento deduas vias, eletricamente operada, normalmente aberta (12)posicionada entre a saída da válvula hidraulicamenteoperada (10) e uma linha de retorno (13). 0 bocal (11)possui uma agulha (14) que é inclinada por uma mola deretorno (15) em direção ao fechamento do bocal (11). A molade retorno (15) é instalada em uma câmara de mola (16) que,se pressurizada, pode auxiliar a mola de retorno (15) eminclinação da agulha (14) em direção ao fechamento de bocal(11). A câmara de mola (16), a saída da válvula piloto (9)e a saída da válvula de derramamento (12) são conectadaspara a linha de retorno (13) do injetor.
As linhas de retorno (13) dos injetores são unidasjuntamente em um conduite de retorno comum (17), que éconectada por intermédio de uma segunda válvula deisolamento automática (18) para o sistema de baixa pressão(4). Uma restrição (19) é colocada entre a linha de retorno(13) de cada injetor e conduite de retorno (17). Um sistemade gerenciamento de motor EMS (20) ("EMS" de "EngineManagement System") controla as válvulas (9) e (12) .
A válvula hidraulicamente operada (10) preferivelmentepossui uma haste de cooperação de precisão e forma umacâmara de saída (22) e uma câmara de controle (23) , e épreferivelmente inclinada em direção da posição fechada damesma por um recurso resiliente (24). A câmara de controle(23) da válvula (10) pode ser conectada pela válvula pilotode três vias (9) tanto para a grade comum (6) ou quantopara a linha de retorno (13), dependendo dos comandos apartir da EMS (20).
As válvulas de isolamento automáticas (8, 18) sãoprojetadas de maneira tal que, uma vez que a válvula venhaa ser aberta, a área da válvula que é exposta a pressão docombustível é suficientemente grande para suportar aabertura de válvula contra a força da mola de retorno daválvula quando a pressão na válvula é em qualquer lugarligeiramente abaixo da pressão de alimentação no sistema ouacima daquele nível. No caso do motor sendo parado e apressão de alimentação caindo abaixo de um nível pré-determinado, a válvula de isolamento automática se fecha ea área da válvula exposta para a pressão à montante daválvula se torna relativamente pequena, de maneira tal queuma pressão acima do nível de pressão de alimentação érequerida para reabrir a válvula de isolamento automática.0 projeto de uma tal válvula é conhecido no estado datécnica e é descrito, por exemplo, na patente norteamericana número US 6.189.517 BI.
Com referência para a Figura 5, o sistema de injeçãode combustível em concordância com a presente invençãofunciona como se segue:
Em um estado de não injeção, mas com o motorfuncionando, existe pressão de alimentação à jusante dosistema de baixa pressão (4) e no conduíte de retorno (17);a bomba de alta pressão pressuriza o combustível para umdeterminado nível e mantém este nível na grade comum (6).As válvulas (9) e (12) não são ativadas pelo EMS (20) .
A válvula piloto de três vias (9), em sua posiçãodesativada, conecta a grade comum (6) para a câmara decontrole (23) da válvula hidraulicamente operada (10). Apressão a partir da grade comum (6), combinada com a forçado recurso resiliente (24), suporta a válvula (10) em suaposição fechada. A válvula de derramamento (12) é aberta,conectando a saída da válvula hidraulicamente operada (10)para a linha de retorno (13) e o conduíte de retorno (17)por intermédio da restrição (19). As válvulas de isolamentoautomáticas (8, 18) são abertas, e pressão no bocal (11)iguala pressão no conduíte de retorno (17). 0 bocal (11) éfechado pela mola de retorno de agulha (15) e a força dapressão na câmara de mola (16) atua sobre a agulha (14).
Para começar uma injeção, o EMS (20) aplica umacorrente de controle para a válvula piloto (9), quedesconecta a câmara de controle (23) da válvulahidraulicamente operada (10) a partir da grade comum (6) econecta a mesma para a saída de válvula de derramamento(12) e a entrada da restrição (19) . A pressão na câmara decontrole (23) cai e possibilita que a pressão de gradecomum (6) venha a atuar sobre a válvula hidraulicamenteoperada (8) a partir da câmara de saída (22) para aberturada válvula (10) contra a força do recurso resiliente (24).Se uma pressão baixa pressão de abertura de bocal (11) érequerida, o EMS (20) fecha a válvula de derramamento (12)em torno do mesmo tempo, de maneira que a pressão decombustível na entrada da restrição (19), econseqüentemente, na linha de retorno (13) e câmara de mola(16) do bocal (11), não é construída enquanto a mesmaaumenta sobre a lateral de entrada do bocal (11) e,eventualmente, abre o bocal (11) por elevação da agulha(14) contra a baixa pressão na câmara de mola (16) e naforça da mola de retorno (15) . Se uma pressão de aberturade bocal mais alta é requerida, o EMS (20) aplica correntede controle para a válvula de derramamento (12) depois deum atraso (retardo de tempo), possibilitando que ocombustível a partir da grade comum (6) venha a fluirpassada a abertura de válvula hidraulicamente operada (10)para construção de pressão sobre ambas as laterais daagulha fechada (14). Quando esta pressão alcança um nívelrequerido, a válvula de derramamento (12) permanece fechadapelo EMS (20) e a pressão sobre a traseira da agulha (14) éaliviada para a linha de retorno (13), de maneira tal que obocal (11) abre e injeção começa.
Para terminar a injeção, o EMS (20) desativa a válvulapiloto (9), que após isso desconecta a câmara de controle(23) a partir da linha de retorno (13) e a conecta a mesmade volta para a grade comum (6) . A pressão na câmara decontrole (23) se eleva e, juntamente com o recursoresiliente (24), força a válvula (10) para baixo em direçãoda posição fechada. Durante o período de fechamento deválvula (10) e correspondente redução da área de fluxo damesma, o combustível continua a ser injetado a partir dobocal (11) aberto e a pressão no bocal (11) cai até que amola de retorno (15) venha a movimentar a agulha (14) parabaixo e fecha o bocal (11) . Após isso o EMS (20) desativa eabre a válvula de derramamento (12) para alívio do bocal(11) da pressão residual que pode de outro modo vazarpassado o bocal (11) fechado para o motor. Porconseqüência, o sistema retorna para a posição inicial domesmo como descrito pela Figura 1 aqui subseqüentemente.
No caso em uma injeção com uma finalização mais rápidavenha a ser requerida, o EMS (20) abre a válvula dederramamento (12) antes que o bocal (11) tenha sido fechadoe enquanto ainda existe uma pressão relativamente alta àmontante do bocal (11) . Isto, devido para o fato darestrição (19), proporciona uma onda de pressão na linha deretorno (13) e na câmara de mola (16), que auxilia emfechamento do bocal (11) mais rapidamente.
Quando o motor é parado (desligado) , a pressão nagrade comum (6) pode ser reduzida, por exemplo, porativação da válvula piloto (9) enquanto mantendo a válvulade derramamento (12) aberta, o que essencialmente drena ocombustível de volta para o sistema de baixa pressão (4).Isto conduz para uma redução de pressão nas válvulas deisolamento automáticas (8, 18) que após isso fecham e, porintermédio disso previnem que combustível venha a sofrervazamento através de bocais (11) fechados para o motor.Isto é devido para o fato de que as válvulas (8, 18) nestecaso separam os volumes relativamente grandes de gradecomum (6) e componentes associados que podem conterqualquer pressão residual, a partir dos bocais (11).
Na Figura 6, uma concretização alternativa da presenteinvenção é mostrada, na qual a saída da válvula piloto (9)é conectada para o conduíte de retorno (17), passando emtorno (bypassing) da restrição (19). Isto possibilita fazero controle da válvula hidraulicamente operada (10) menosdependente do controle de pressão de abertura de bocal(NOP).
Na Figura 7, uma outra concretização alternativa dapresente invenção é mostrada, na qual a saída da válvula dederramamento (12) é conectada para o conduíte de retorno(17) e a saída da válvula piloto (9) é conectada para alinha de retorno (13). Em uma tal concretização da presenteinvenção, o controle de NOP é diretamente influenciado pelaoperação da válvula piloto (9) unicamente.
A presente invenção foi descrita com referência paraconcretizações específicas, e deverá ser observado poraqueles especializados no estado da técnica que a presenteinvenção não é para ser considerada como estando limitadapara estas concretizações exemplificativas, preferidas evantajosas descritas anteriormente, mas certamente, umnúmero de variações e de modificações é conceptível, e apresente invenção pode ser livremente variada dentro doescopo e do espírito de proteção das reivindicações depatente posteriormente.
Claims (6)
1. Um sistema de injeção de combustível para um motorde combustão interna, compreendendo um sistema degerenciamento de motor (EMS) (20), um conduite de retorno(17) conectado para um sistema de combustível de baixapressão (4), e uma grade comum (6) para armazenamento esuprimento de um combustível de pressão relativamente altapara injetores (7), cada um de referidos injetorespossuindo um bocal (11) para injeção de combustível para omotor, uma válvula (10) instalada entre a grade comum (6) eo bocal (11), uma válvula de derramamento (12) conectadapor sua entrada para a saída da válvula (10) e por suasaída para o conduite de retorno (17), caracterizado pelofato de que uma primeira válvula de isolamento automática(8) é instalada entre a grade comum (6) e o injetor (7) euma segunda válvula de isolamento automática (18) éinstalada entre o conduite de retorno (17) e o sistema decombustível de baixa pressão (4).
2. Um sistema de injeção de combustível de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que oconduite de retorno (17) é comum para o conjunto deinjetores (7) de um motor de cilindros múltiplos.
3. Um sistema de injeção de combustível de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizadopelo fato de que o bocal (11) possui uma agulha (4) que éinclinada em direção ao fechamento do bocal (11) por umaforça de pressão em uma câmara de mola (16), e de queexiste uma linha de retorno (13) conectada para a saida daválvula de derramamento (12) e para a entrada de umarestrição (19) , a saida de referida restrição (19) sendoconectada para o conduite de retorno (17), em que referidacâmara de mola (16) é conectada para a linha de retorno(13) .
4. Um sistema de injeção de combustível de acordo coma reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que existeuma válvula piloto (9) que é operável pelo EMS (20) paracontrole da posição da válvula (10) , em que a saída daválvula piloto (9) é conectada para a linha de retorno(13) .
5. Um sistema de injeção de combustível de acordo coma reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a saídada válvula piloto (9) é conectada para o conduite deretorno (17).
6. Um sistema de injeção de combustível de acordo coma reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a saídada válvula de derramamento (12) é conectada para o conduitede retorno (17).
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