BRPI0901326A2 - injetor de combustìvel eletromagnético para combustìveis gasosos dotados de dispositivo de parada antidesgaste - Google Patents

Abstract

Injetor de combustível eletromagnético para combustíveis gasosos dotados de dispositivo de parada antidesgaste. Injetor de combustível (1) eletromagnético para combustiveis gasosos, compreendendo: um bico injetor (3) controlado por uma válvula de injeção (8); um obturador (10) móvel para regular o fluxo de combustivel através da válvula de injeção (8); um atuador eletromagnético (7), o qual é apropriado para mover o obturador (10) entre uma posição de fechamento e uma posição de abertura da válvula de injeção (8) e compreende um pólo magnético (16) fixo, uma bobina (14) apropriada para induzir um fluxo magnético no pólo magnético (16), e uma âncora (17) apropriada para ser magneticamente atraida pelo pólo magnético (16); um elemento de absorção (28), o qual é feito de uma material elástico não magnético e fica disposto entre o pólo magnético (16) e a âncora (17); e um elemento de proteção (29), o qual é feito de uma material metálico magnético com grande dureza superficial, é que é interposto entre oelemento de absorção (28) e a âncora (17).

Description

Injetor de combustível eletromagnético para combustíveis gasosos dotados dedispositivo de parada antidesgaste.

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere a um injetor de combustível,de tipo eletromagnético, para combustíveis gasosos.

FUNDAMENTOS DA ARTE

Um injetor de combustível eletromagnético compreende ummembro tubular de alojamento dentro do qual é definida uma câmara de injeçãodelimitada, em uma extremidade, por um bico injetor o qual é controlado através de umaválvula de injeção comandada por um atuador eletromagnético. A válvula de injeção édotada de um obturador, o qual é rigidamente conectado em uma âncora móvel, demodo a ser movimentado, sob a ação de dito atuador eletromagnético, entre umaposição de fechamento e uma posição de abertura do bico injetor contra a ação de umamola de fechamento, a qual tende a manter o obturador na posição de fechamento.

A válvula de injeção fica normalmente fechada devido aoefeito da mola de fechamento, a qual empurra o obturador para a posição defechamento, na qual o obturador é comprimido contra uma sede de válvula da válvula deinjeção e a âncora fica afastada de uma armadura fixa do atuador eletromagnético. Paraabrir a válvula de injeção, isto é para mover o obturador da posição de fechamento paraa posição de abertura, uma bobina ou enrolamento do atuador eletromagnético éenergizada de modo a gerar um campo eletromagnético o qual atrai a âncora na direçãoda armadura eletromagnética fixa e contra a força elástica exercida pela mola defechamento; na fase de abertura, o curso ou deslocamento da âncora termina quando adita âncora impacta contra a armadura magnética fixa. Em outras palavras, na fase deabertura da válvula de injeção, a âncora acumula energia cinética, a qual é a seguirdissipada quando do impacto da âncora contra a armadura magnética fixa.

Quando o combustível é um líquido (p. ex., gasolina oudiesel), a energia cinética da âncora é parcialmente dissipada pela ação do combustívelpresente entre a âncora e a armadura magnética fixa; em outras palavras, o movimentoda âncora é amortecido pelo combustível presente entre a âncora e a armaduramagnética fixa, o qual deve ser removido pelo movimento da âncora de modo a permitirque a dita âncora entre em contato com a armadura magnética. Por conseqüência,quando o combustível é um líquido, o impacto da âncora contra a armadura magnéticafixa não é excessivamente violento e portanto não causa nenhum desgaste apreciávelem ditos componentes.

Por outro lado, e quando o combustível é um gás (porexemplo metano ou misturas entre propano e butano), a ação de frenagem docombustível na âncora supra descrita é quase inexistente e o impacto da âncora contra aarmadura magnética fixa é assim particularmente violento. Em conseqüência, nosinjetores de combustível para combustíveis gasosos, as superfícies de contato recíprocoda âncora e da armadura magnética fixa são freqüentemente submetidas a um desgastede intensidade considerável com a conseqüente perda de material, do que resulta oaumento de tamanho do curso da âncora e na alteração das características funcionais doinjetor. Dito desgaste é assim eventualmente a causa de variações significativas nascaracterísticas funcionais do injetor, tornando difícil o controle apropriado da injeção,quando não impossível, tanto em termos do instante no qual a injeção começa bemcomo em termos da quantidade de combustível que é injetada.

Uma solução que foi proposta para superar os problemassupra descritos consiste na interposição de um elemento feito de um material resiliente(p. ex., elástico) entre a âncora e a armadura magnética fixa. O dito elemento pode serfixado indistintamente na âncora ou na armadura magnética fixa, de modo a limitar atensão mecânica nestes componentes quando a âncora impacta a armadura magnéticafixa. Entretanto, tem, sido observado que o elemento feito de material resiliente tende ase desgastar muito rapidamente devido ao efeito do impacto contínuo da âncora contra aarmadura magnética fixa, limitando a eficiência desta solução estrutural.

Uma solução possível para este problema é a de aumentara espessura do elemento feito de material resiliente, de modo a aumentar a resistênciamecânica deste elemento feito de material resiliente e para melhorar a resistência aodesgaste. Porém, o aumento da espessura do componente feito de material resilienteinevitavelmente também aumenta o tamanho do vão magnético entre a âncora e aarmadura magnética fixa (o material resiliente é inevitavelmente um material nãoferromagnético) e assim torna necessário aumentar a intensidade da corrente que circulapelo atuador eletromagnético, com o conseqüente aumento de custo, peso, dimensãogeral e consumo de energia elétrica do atuador eletromagnético.

Os pedidos de patente DE 10200403725 A1 e US 2005/017097 A1 descrevem um injetor de combustível de tipo eletromagnéticocompreendendo um bico injetor controlado por uma válvula de injeção; um obturadormóvel para controlar o fluxo de combustível através da válvula de injeção; um atuadoreletromagnético, o qual é apropriado para mover o obturador entre uma posição defechamento e uma posição de abertura da válvula de injeção e que compreende um pólomagnético fixo, uma bobina apropriada para induzir um fluxo magnético no pólomagnético e uma âncora móvel apropriada para ser magneticamente atraída pelo pólomagnético; um elemento de absorção, o qual é feito de um material elástico nãomagnético; e um elemento de proteção, o qual é acoplado no elemento de absorção, eque tem a função de proteger o elemento de absorção contra a ação do combustível queflui sob pressão contra o elemento de absorção através de furos de alimentação daâncora.

As características funcionais efetivas de um injetor decombustível eletromagnético não devem ser diferentes de suas características funcionaisnominais (isto é, características esperadas e desejadas) por mais de um percentual (emgeral de não mais de um pequeno percentual) definido no estágio de especificação doprojeto. Para satisfazer estes requisitos e compensar as inevitáveis tolerâncias deconstrução de todos os componentes, ao final da linha de produção, os injetores decombustível eletromagnéticos são ajustados ou calibrados durante uma operação a qualnormalmente consiste de ajustar a pré-carga da mola de fechamento (isto é, a forçaelástica gerada pela mola de fechamento). Em particular, nos injetores de combustíveleletromagnéticos a pré-carga da mola de fechamento é ajustada de tal forma que a taxaefetiva de injeção seja igual a taxa de injeção nominal.

Porém, tem sido observado que, através do ajuste da pré-carga da mola de fechamento, é possível obter-se uma taxa de injeção efetiva que sejaigual a taxa de injeção nominal, apesar de que esta produz uma flutuação significativanas características dinâmicas dos injetores de combustível. Em outras palavras, adespeito da grande flutuação da pré-carga da mola de fechamento, obtida através darealização da calibragem supra descrita, torna possível padronizar a taxa efetiva deinjeção (isto é, o comportamento do injetor de combustível em condição estacionária),isto também causa uma notável diferença nas características dinâmicas dos injetores decombustível (isto é, o comportamento dos injetores de combustível no estado detransição). As ditas diferenças nas características dinâmicas tornam muito complicado ocontrole do injetor de combustível em relação à realização de injeções muito curtas (porexemplo, tal como na seqüência de injeções piloto que antecedem a injeção principal),nas quais o dito injetor de combustível se encontra sempre no estado de transição.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

O propósito da presente invenção é o de produzir um injetorde combustível de tipo eletromagnético para combustíveis gasosos, no qual o dito injetorde combustível está apto a superar os problemas supra descritos, seja simples eapresente um custo efetivo da produção e no qual as características funcionais originaissejam submetidas a alterações limitadas durante o tempo.

De acordo com a presente invenção, um injetor decombustível eletromagnético para combustíveis gasosos é produzido de acordo com oquanto apresentado nas reivindicações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será ora descrita com referência aos desenhosem anexo, os quais ilustram algumas formas de realização não Iimitativas desta, e nasquais:- A figura 1 é uma vista esquemática e em secção transversal, na qual algumas partesforma removidas por uma questão de clareza, de um injetor de combustíveleletromagnético de acordo com a presente invenção;

- A figura 2 é uma vista, em escala ampliada, de uma válvula de injeção do injetor decombustível eletromagnético da figura 1;

- A figura 3 é uma vista, em escala ampliada, de um atuador eletromagnético do injetorde combustível eletromagnético da figura 1;

- A figura 4 é uma vista em perspectiva esquemática, na qual algumas partes foramremovidas por uma questão de clareza, de injetor de combustível da figura 1;

- A figura 5 é uma vista esquemática e em secção transversal, na qual algumas partesforma removidas por uma questão de clareza, de uma forma alternativa de realizaçãodo atuador eletromagnético do injetor de combustível da figura 1;

- A figura 6 é uma vista esquemática lateral em secção transversal, na qual algumaspartes foram removidas por uma questão de clareza, de uma outra forma alternativade realização do atuador eletromagnético do injetor de combustível da figura 1;

- A figura 7 é uma vista em escala ampliada e com algumas partes removidas por umaquestão de clareza, de um elemento de absorção acoplado a um elemento deproteção, de acordo com a presente invenção;

- A figura 8 é uma vista em escala ampliada de um detalhe do elemento de proteçãoda figura 7; e

- A figura 9 é uma vista em planta do elemento de proteção da figura 7.FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERIDA PARA A INVENÇÃO

Na figura 1, o número 1 indica um injetor de combustível emseu todo, o qual é essencialmente cilindricamente simétrico em relação ao eixolongitudinal 2 e é controlado de modo a injetar combustível através do bico injetor 3. Talcomo será descrito com maiores detalhes abaixo, o injetor de combustível 1 recebe ocombustível através da direção radial (isto é, perpendicular ao eixo longitudinal 2) e injetao combustível axialmente (isto é, ao longo do eixo longitudinal 2).

O injetor de combustível 1 compreende um corpo tubular 4,o qual é superiormente fechado, é feito através de um processo de estiramento (drawout) de um aço ferromagnético, e é dotado de uma sede cilíndrica 5 sendo que a porçãoinferior desta atuando como um duto de combustível. Em particular, a porção inferior docorpo tubular 4 é dotada de seis furos passantes 6 radiais, os quais são dispostosperpendicularmente em relação ao eixo longitudinal 2, são distribuídos igualmente aoredor do eixo longitudinal 2 e tem a função de permitir que o combustível entre na sedecilíndrica 5 de forma radial.

O corpo tubular 4 aloja um atuador eletromagnético 7, emuma porção superior deste, e aloja uma válvula de injeção 8 em uma porção inferiordeste, a qual inferiormente delimita a sede cilíndrica 5; em uso, a válvula de injeção 8 éativada pelo atuador eletromagnético 7 de modo a regular o fluxo de combustível atravésdo bico injetor 3, o qual é obtido em correspondência a dota válvula de injeção 8.

Um disco de fechamento 9 é disposto dentro da sedecilíndrica 5 e abaixo dos furos passantes 6. O dito disco de fechamento 9 é parte daválvula de injeção 8, é soldado lateralmente no corpo tubular 4 e é dotado de um furopassante central o qual define o bico injetor 3. Um obturador 10 em forma de disco éconectado no disco de fechamento 9.

O dito obturador 10 é parte da válvula de injeção 8e é móvel entre uma posição de abertura, na qual o obturador 10 fica levantado emrelação ao disco de fechamento 9 e ao bico injetor 3 bem como se comunica com osfuros passantes 6, e uma posição de fechamento, na qual o obturador 10, prensadocontra o disco de fechamento 9 e o bico injetor 3, é isolado dos furos passantes 6.

De acordo com o quanto ilustrado na figura 2, e partindo dasuperfície de fundo do obturador 10 e voltado para o disco de fechamento 9, um anelinterno 11, cujo diâmetro é levemente maior que o do furo passante central do disco defechamento 9, e um anel externo 12 disposto em correspondência do bordo externo doobturador 10, se projetam em cantiléver. O anel interno 11 define um elemento devedação, o qual é apropriado para isolar o bico injetor 3 dos furos passantes 6 quando oobturador 10 fica disposto na posição de fechamento parado contra o disco defechamento 9.

De acordo com o quanto ilustrado na figura 1, o obturador10 é mantido na posição de fechamento parado contra o disco de fechamento 9 atravésde uma mola de fechamento 13, a qual é comprimida entre a superfície superior doobturador 10 e uma parede superior do corpo tubular 4. O atuador eletromagnético 7 éoperado de modo a mover o obturador 10 da posição de fechamento para a posição deabertura contra a ação da mola de fechamento 13.

O atuador eletromagnético 7 compreende uma bobina 14,ou enrolamento, a qual é disposta externamente ao redor do corpo tubular 4 e que éencerrada em uma caixa plástica toroidal, e um pólo magnético fixo 16, o qual é feito deuma material ferromagnético e é disposto dentro do corpo tubular 4 em correspondênciada bobina 14. Ainda mais, o atuador eletromagnético 7 compreende uma âncora móvel17, a qual tem um formato cilíndrico, é feita de um material ferromagnético, émecanicamente conectada ao obturador 10 e é apropriada de modo a sermagneticamente atraída pelo pólo magnético 16 quando a bobina 14 é energizada (istoé, quando uma corrente passa através desta). Por fim, o atuador eletromagnético 7compreende uma armadura magnética 18 tubular, a qual é feita de um materialferromagnético, é disposta no lado de fora do corpo tubular 4 e compreende uma sedeanular 19 para alojar a bobina 14, e uma bucha magnética 20 anular, a qual é feita deum material ferromagnético e é disposta acima da bobina 14 de modo a guiar aconcentração ou fechamento do fluxo magnético ao redor de dita bobina 14. Um anel detravamento 21 metálico é disposto acima da bucha magnética 20 e ao redor do corpotubular 4, de modo a manter a bucha magnética 20 e a bobina 14 no lugar e evitar que abucha magnética 20 e a bobina 14 escapem do corpo tubular 4. O anel de travamento 21preferencialmente apresenta duas expansões laterais, cada uma das quais sendoatravessada por um furo passante 23 e sendo usada para a ancoragem mecânica doinjetor de combustível 1.

Uma tampa 24 plástica é co-prensada sobre o topo do anelde travamento 21 e um conector elétrico 25 é feito sobre a dita tampa 24 (ilustrado nafigura 4) com a função de fornecer uma conexão elétrica entre a bobina 14 e o atuadoreletromagnético 7 com uma unidade eletrônica de controle externa (não ilustrada).

A âncora 17 tem um formato tubular e é soldadainferiormente no obturador 10 em correspondência do bordo externo de dito obturador10. A mola de fechamento 13 é preferencialmente disposta através de um furo passante26 central na âncora 17, fica inferiormente na superfície superior do obturador 10, e emcorrespondência de uma extremidade superior deste é ajustado em uma protuberânciacilíndrica 27 centralmente disposta do pólo magnético fixo 16.

Em uso, quando o atuador eletromagnético 7 estádesenergizado, a âncora 17 não é atraída pelo pólo magnético 16 e a força elástica damola de fechamento 13 empurra a âncora 17 com o obturador 10 para baixo e contra odisco de fechamento 9; nesta situação, o obturador 10 é comprimido contra o disco defechamento 9 evitando que o combustível flua para fora do bico injetor 3. Quando oatuador eletromagnético 7 é energizado, a âncora 17 é magneticamente atraída pelo pólomagnético 16 contra a força elástica da mola de fechamento 13 e a âncora 17 com oobturador 10 se movem para cima até que a âncora 17 bata ou impacte contra o pólomagnético 16; nesta condição o obturador 10 é levantado do disco de fechamento 9 e ocombustível pressurizado pode fluir através do bico injetor 3.

De acordo com o quanto é melhor ilustrado na figura 3, oinjetor de combustível 1 compreende um elemento de absorção 28, o qual apresentauma forma em disco com um furo no centro, é feito de um material elástico (nãoresiliente) não magnético com boas propriedades elásticas (tipicamente borracha ou ummaterial similar), e é fixado no pólo magnético 16 de modo a ficar disposto entre o ditopólo magnético 16 e a âncora 17 (em particular, este é ajustado na protuberância 27 nocentro do pólo magnético 16). Além disto, o injetor de combustível 1 compreende umelemento de proteção 29, o qual tem a forma de um disco com um furo no centro, é feitode um metal magnético com uma grande dureza superficial (por exemplo aço magnéticoendurecido), e é fixado no pólo magnético 16 de modo a ficar disposto entre o elementode absorção 28 e a âncora 17 (em particular, é ajustado na protuberância 27 no centrodo pólo magnético 16). A título de exemplo, o elemento de absorção 28 apresenta umaespessura próxima a 100 micra, enquanto que o elemento de proteção 29 apresenta umaespessura próxima a 300 micra.

O propósito do elemento de absorção 28 é o de absorver aenergia cinética da âncora 17 quando a âncora 17 é movida da posição de fechamentopara a posição de abertura e bate contra o pólo magnético 16 de modo a limitar a tensãomecânica nestes componentes. Além disto, o propósito do elemento de absorção 28 é ode evitar a união magnética da âncora 17 no pólo magnético 16 através da manutençãoeterna de um vão magnético mínimo entre a âncora 17 e o pólo magnético 16. Opropósito do elemento de proteção 29 é o de proteger o elemento de absorção 28 contraos impactos da âncora 17 e o de proteger o dito elemento de absorção 28 de umdesgaste excessivo. Em outras palavras, quando este se move da posição defechamento para a posição de abertura a âncora 17 não bate diretamente no elementode absorção 28, mas golpeia o elemento de proteção 29 o qual, por sua vez, transfere aenergia do impacto para o elemento de absorção 28.

É importante destacar que é essencial para o elemento deproteção 29 ser feito de um material ferromagnético de modo a reduzir a espessura totaldo vão magnético entre a âncora 17 e o pólo magnético 16 o tanto quanto possível;através da redução da espessura total do vão magnético entre a âncora 17 e o pólomagnético 16 é possível reduzir a intensidade de amperes em giro na bobina 14 e assimo custo, o peso, as dimensões gerais e o consumo de energia elétrica da bobina 14.

De acordo com o quanto é melhor ilustrado na figura 3, umasuperfície cilíndrica externa 30 da âncora 17 e uma superfície anular superior 31 daâncora 17 são revestidas com uma camada 32 de crômio (com uma espessura deaproximadamente 20-30 micra); é importante destacar que o crômio é um metal nãomagnético, com um baixo coeficiente de fricção (menor que a metade do coeficiente doaço) enquanto que, ao mesmo tempo, apresenta uma alta dureza superficial. O propósitoda camada 32 de crômio na superfície anular superior 31 da âncora 17 é o de aumentarlocalmente a dureza superficial de modo a suportar melhor os impactos da âncora 17contra o pólo magnético 16 (ou melhor, contra o elemento de proteção 29). O propósitoda camada 32 de crômio na superfície cilíndrica externa 30 da âncora 17 é o de facilitar odeslizamento da âncora 17 com relação ao corpo tubular 4 e também para tornar o vãomagnético lateral uniforme (sempre mantendo um vão magnético mínimo entre a âncora17 e o corpo tubular 4) de modo a evitar uma ligação magnética lateral e o equilíbrio dasforças magnéticas radiais.

De acordo com uma forma preferencial de realização, o obturador 10 é feito de aço de alto rendimento com uma espessura reduzida de forma aser elasticamente deformável no centro; nesta conexão é importante destacar que oobturador 10 é somente soldado na âncora 17 em correspondência de seu bordo externoe é, portanto, elasticamente deformável no centro. A dita deformação elástica doobturador 10 permite que qualquer folga ou tolerância estrutural seja recoberta semcomprometer a eficiência da vedação de dito obturador 10. Ainda mais, quando oobturador 10 se move da posição de abertura para a posição de fechamento, a mola defechamento 13 empurra o obturador 10 contra o disco de fechamento 9 até que o ditoobturador 10 bata contra o disco de fechamento 9; graças à flexibilidade da parte centraldo obturador 10, o impacto do obturador 10 contra o disco de fechamento 9 é absorvidopelo anel externo 12 e não é absorvido pelo anel interno 11, o qual deve apresentar umalto grau de planura para garantir a eficiência da vedação. Em outras palavras, nomomento em que o obturador 10 impacta o disco de fechamento 9, o obturador 10 sofreuma deformação elástica na sua parte central, do que resulta uma leve elevação do anelinterno 11o qual, assim, não tem de absorver a energia gerada pelo impacto.

O injetor de combustível 1 supra descrito e ilustrado nasfiguras 1-4 apresenta diversas vantagens, posto que este é simples e barato de serproduzido e, acima de tudo, mesmo quando este é usado para injetar combustíveisgasosos, as suas características funcionais permanecem altamente estáveis com otranscorrer do tempo. Em particular, os testes mostraram que, graças a presença doelemento de absorção 28, os impactos da âncora 17 contra o pólo magnético 16 nãoproduzem um desgaste apreciável nas superfícies destes componentes. Além disto, egraças a presença do elemento de proteção 29, os impactos da âncora 17 não produzemum desgaste significativo no elemento de absorção 28. Por conseqüência, no injetor decombustível 1 supra descrito, o curso da âncora 17 não aumenta com o passar do tempoe assim as características funcionais do injetor de combustível 1 permanecem muitoestáveis durante o uso.

Durante a montagem do injetor de combustível 1 ilustradonas figuras 1-4, uma das últimas operações consiste na soldagem do disco defechamento 9 no corpo tubular 4; esta operação é atualmente realizada durante uma fasede ajuste ou calibragem na qual a posição axial exata do disco de fechamento 9 no corpotubular 4 é determinada experimentalmente de modo a compensar qualquer folga outolerância estrutural e assim se obter um injetor de combustível 1 no qual o nível deeficiência é igual ou muito próximo da sua eficiência nominal. Em particular, a posiçãoaxial do disco de fechamento 9 é ajustada de modo a se obter uma taxa de injeçãoefetiva igual a taxa de injeção nominal. Este resultado é alcançado graças ao fato deque, quando a posição axial do disco de fechamento 9 é variada, também o é acompressão da mola de fechamento 13 e assim a pré-carga da mola de fechamento 13(isto é, a força elástica gerada pela mola de fechamento 13).Entretanto, ao mesmo tempo em que tem sido observadoque através da variação da pré-carga da mola de fechamento 13 é de fato possível sealcançar uma taxa de injeção efetiva a qual é igual à taxa de injeção nominal, por outrolado existe uma flutuação significativa nas características dinâmicas dos injetores decombustível 1. Em outras palavras, enquanto que, de um lado a flutuação significativa dapré-carga da mola de fechamento 13, como resultado do ajuste supra descrito, tornapossível padronizar a taxa efetiva de injeção (isto é, o comportamento dos injetores decombustível 1 em condição estacionária), por outro lado isto resulta em diferençasconsideráveis nas características dinâmicas dos injetores de combustível 1 (isto é, ocomportamento dos injetores de combustível 1 no estado de transição). As ditasdiferenças nas características dinâmicas tornam difícil controlar um injetor de combustível1 para que este realize injeções de combustível muito curtas (por exemplo, na seqüênciade injeções piloto precedentes a injeção principal) no qual o dito injetor de combustível 1está sempre em um estado de transição.

O problema supra descrito pode ser superado, mantendo-sea pré-carga da mola de fechamento 13 constante, através da manutenção da posiçãoaxial do disco de fechamento 9 constante e da variação da relutância magnética geral docircuito magnético 33 atravessado pelo fluxo magnético 34 (ilustrado de formaesquemática pelas linhas pontilhadas na figura 5), gerado pelo atuador eletromagnético7. Quando a pré-carga da mola de fechamento 13 é variada, também o é a força deatração magnética que o atuador eletromagnético 7 deve gerar na âncora 17 para movera dita âncora 17 e superar a força elástica produzida pela mola de fechamento 13; emoutras palavras, o método padrão de ajuste consiste em manter constante a força deatração magnética gerada pelo atuador eletromagnético 7 e variar a pré-carga da molade fechamento 13, a fim de adaptar a pré-carga da mola de fechamento 13 à força deatração magnética gerada pelo atuador eletromagnético 7. O ajuste pode obter o mesmoefeito através da manutenção da pré-carga na mola de fechamento 13 constante e daadaptação da força de atração magnética gerada pelo atuador eletromagnético 7 à pré-carga da mola de fechamento 13. Em particular, com o mesmo número giros de amperè(isto é, sem tocar a bobina 14), a força de atração magnética gerada pelo atuadoreletromagnético 7 pode ser ajustada através da variação da relutância magnética geraldo circuito magnético 33 atravessado pelo fluxo magnético 34 gerado pelo atuadoreletromagnético 7.

De acordo com o quanto ilustrado na figura 5, parapossibilitar um ajuste na relutância magnética geral do circuito magnético 33 atravessadopelo fluxo magnético 34, a armadura magnética 18 consiste de dois componentesanulares 35 e 36, os quais estão, inicialmente, separados um do outro. Um componenteanular interno 36 é inicialmente disposto em interferência no corpo tubular 4; umcomponente anular externo 35 é então gradualmente disposto ao redor do componenteanular interno 36 de modo a variar a posição axial relativa entre os dois componentesanulares 35 e 36 e de modo que a interferência é gradualmente ajustada em ditocomponente anular interno 36. Alternativamente, ao invés de ao invés de ajustargradualmente o componente anular externo 35 ao redor do componente anular interno36, o componente anular interno 36 pode ser gradualmente disposto dentro docomponente anular externo 35; neste caso, é o componente anular externo 35 que éinicialmente posicionado no corpo tubular 4. Quando a posição axial relativa entre os doiscomponentes anulares 35 e 36 é variada, também o é o tamanho do vão anular 37 entreos componentes anulares 35 e 36 e assim a espessura e/ou a área da vão magnéticoque deve ser atravessada pelo fluxo magnético 34 de modo a passar entre os ditoscomponentes anulares 35 e 36.

De acordo com uma forma possível de realização, ocomponente anular interno 36 pode ser aberto (isto é, com uma interrupção transversal)para uma maior elasticidade radial e assim para reduzir a tensão mecânica à qual ocorpo tubular 4 é exposto durante o ajuste da interferência. Desta forma, o corpo tubular4 não é submetido a nenhuma deformação significativa durante a aplicação dainterferência; isto é, de fato, extremamente importante evitar qualquer deformaçãosignificativa do corpo tubular 4, pelo que uma deformação do corpo tubular 4 poderesultar em uma interferência mecânica entre o corpo tubular 4 e a âncora 17, com oconseqüente bloqueio do deslizamento da âncora 17, o que poderia tornar o injetor decombustível 1 totalmente sem uso.

De acordo com a forma de realização ilustrada na figura 5, aárea de contato entre os dois componentes anulares 35 e 36 é disposta fora do corpotubular 4, em correspondência da âncora 17, e apresenta o vão anular 37, o tamanho doqual varia de acordo com a posição axial relativa entre os dois componentes anulares 35e 36. O componente anular externo 35 apresenta uma porção inferior tubular em formade tronco de cone com um diâmetro interno que é maior que o diâmetro externo do corpotubular 4, de modo a definir neste uma câmara anular 38; o componente anular interno36 apresenta um formato tubular em cone truncado o qual reproduz positivamente oformato da posição inferior do componente anular externo 35 e gradualmente entra nacâmara anular 38 de modo a variar gradualmente a posição axial relativa entre os doiscomponentes anulares 35 e 36.

De acordo com uma forma alternativa de realizaçãoilustrada na figura 6, o componente anular interno 36 apresenta uma porção superior 39em formato de tronco de cone e uma porção inferior 40 em formato de cilindro; a porçãosuperior 39 tronco-cônica define com o componente anular externo 35 o vão magnéticovariável o qual deve ser atravessado pelo fluxo magnético 34 de modo a passar entre osditos dois componentes anulares 35 e 36, enquanto que a porção inferior 40 cilíndricadefine a interferência de ajuste entre o componente anular interno 36 e o componenteanular externo 35. Esta forma de realização permite uma maior redução na tensãomecânica no corpo tubular 4 durante o ajuste da interferência entre o componente anularinterno 36 re o componente anular externo 35; desta forma, o corpo tubular 4 éessencialmente protegido contra qualquer forma de deformação induzida pelo ajuste dainterferência entre o componente anular interno 36 e o componente anular externo 35.

Tal como previamente citado, é extremamente importante evitar qualquer que seja adeformação no corpo tubular 4, pelo fato de que uma deformação do corpo tubular 4poderia levar a uma interferência mecânica entre o corpo tubular 4 e a âncora 17, comum conseqüente bloqueio do deslizamento da âncora 17, o que poderia tornar o injetorde combustível 1 completamente inútil.

Graças ao fato de que o ajuste da interferência entre os doiscomponentes anulares 35 e 36 não causa nenhuma deformação apreciável no corpotubular 4, o ajusta da interferência pode ser realizado com uma força de ajustesuficientemente grande para garantir uma estabilidade durante o tempo de dito ajuste dainterferência.

O injetor de combustível 1 supra descrito e ilustrado nafigura 1 apresenta diversas vantagens, uma vez que ele é simples e barato de serproduzido e, acima de tudo, este permite que as características funcionais sejamjustadas ao mesmo tempo em que se mantém constante a pré-carga na mola defechamento 13. Devido as numerosas vantagens do injetor de combustível 1 supradescrito e ilustrado na figura 5, o disposição particular da armadura magnética 18também pode ser usada em um injetor de combustível destinado a combustíveis líquidos.

De acordo com uma forma de realização ilustrada na figura3, o elemento de proteção 29 consiste de um disco feito de um material em metalferromagnético com um furo central passante. A dita forma de realização apresentaalguns problemas, uma vez que o elemento de proteção 29 deve necessariamente sermontado de forma flutuante (e assim deve estar livre para se mover na direção axial), istoé, este não pode ser fixado (normalmente soldado ou ajustado com uma interferência)centralmente com relação à protuberância 27 do pólo magnético 16, ou lateralmente comrelação ao corpo tubular 4, uma vez que, caso este seja fixado centralmente oulateralmente, este poderia absorver isoladamente (ou quase) todo o impacto da âncora17 e de fato evitar que o elemento de absorção 28 se deformasse elasticamente eabsorvesse a energia do impacto, por fim evitando que o elemento de absorção 28realizasse a sua função. Contudo, o fato de que o elemento de proteção 29 é montadode forma flutuante apresenta um importante problema qual seja, em uso o elemento deproteção 29 vibra transversalmente com relação ao eixo longitudinal 2 ciclicamentebatendo contra a protuberância 27 do pólo magnético 16 e/ou contra o corpo tubular 4,resultando em um desgaste gradual de ditos componentes (isto é, conforme o elementode proteção 29 vibra transversalmente, este localmente "desgasta" a protuberância 27 dopólo magnético 16 e/ou do corpo tubular 4).

Ainda mais, foi observado que com o elemento de proteção29 de acordo com a forma de realização ilustrada na figura 3, a vida útil do elemento deabsorção 28 pode ser estendida, apesar de que isto não possibilita que o elemento deabsorção 28 consiga uma vida útil muito longa. Para limitar a espessura total do vãomagnético entre a âncora 17 e o pólo magnético 16, a espessura do elemento deproteção 29 deve ser extremamente limitada; assim, quando a âncora 17 bate contra opólo magnético 16, a compressão do elemento de proteção 29 pode exceder o limite deelasticidade e assim produzir deformações permanentes em dito elemento de proteção 29.

De acordo com a forma de realização ilustrada nas figuras7-9, o elemento de proteção 29 compreende uma porção anular interna 41, uma porçãoanular externa 42 disposta de forma concêntrica ao redor da porção anular interna 41,bem como uma pluralidade de braços de conexão 43, cada um dos quais conectando aporção anular interna 41 na porção anular externa 42 e apresenta uma extremidadeinterna 44 a qual é integral com a porção interna 41 e uma extremidade externa 45 a qualé integral com a porção externa 42.

De acordo com o quanto ilustrado na figura 9, existem trêsbraços de conexão 43 distribuídos simetricamente ao redor do eixo longitudinal 2 e cadaum dos quais é disposto de forma circunferencial, isto é, se estendendo ao longo de umarco de circunferência centralizado no eixo longitudinal 2. Em particular, cada braço deconexão 43 apresenta uma parte central 46 a qual é perfeitamente circunferencial e duasextremidades 44 e 45 as quais são radialmente unidas (isto é, perpendicularmente aoeixo longitudinal 2) nas porções 41 e 42 de modo a ficarem conectadas na parte central 46.

Através da alteração do número de braços de conexão 43, asecção transversal da parte central 46 de cada um dos braços de conexão 43, e/ou ocomprimento da parte central 46 de cada braço de conexão 43 é possível alterar aelasticidade total e a capacidade de deformação dos braços de conexão 43, e assimaltera a elasticidade total e a capacidade de deformação atual entre a porção interna 41e a porção externa 42.

É importante observar que, tal como ilustrado na figura 9, oraio do furo passante 26 central da âncora 17 é maior que o raio interno da porçãoexterna 42 do elemento de proteção 29; isto significa que a âncora 17 somente podetocar a porção externa 42 e não pode tocar a porção interna 41 ou os braços de conexão43.

De acordo com o quanto ilustrado na figura 7, a porçãointerna 41 do elemento de proteção 29 é centralmente fixada (soldada ou ajustada cominterferência) na protuberância 27 do pólo magnético 16 enquanto que a porção externa42 do elemento de proteção 29 fica livre para se mover axialmente com relação à porçãointerna 41 graças a deformação elástica dos braços de conexão 43. De acordo com umaforma equivalente de realização que são se encontra ilustrada, a porção externa 42 doelemento de proteção 29 é fixada na lateral (soldada ou ajustada com interferência) nocorpo tubular 4 enquanto que a porção interna 41 do elemento de proteção 29 fica livrepara se mover axialmente com relação à porção externa 42 graças a deformação elásticados braços de conexão 43; neste caso, ao menos um a porção superior da âncora 17deve ser conformada de forma que a âncora 17 somente possa tocar a porção interna 41e nunca consiga tocar a porção externa 42 ou os braços de conexão 43.

Graças ao fato de que a porção 41 ou 42 do elemento deproteção 29 é fixada na protuberância 27 do pólo magnético 16 ou no corpo tubular 4, emuso o elemento de proteção 29 não vibra na transversal com relação ao eixo longitudinal2 e portanto não causa nenhum desgaste devido ao contato com a protuberância 27 oucom o corpo tubular 4.

Em uso, quando a âncora 17 se move da posição defechamento para a posição de abertura na direção do pólo magnético 16, a âncora 17inicialmente bate contra a porção externa 42 do elemento de proteção 29 e, devido aoefeito da energia cinética da âncora 17, esta move a porção externa 42 na direção axial edeforma elasticamente os braços de conexão 43 até que a porção externa 42 entre emcontato com o elemento de absorção 28, o qual é assim deformado e absorve parte daenergia cinética da âncora 17. Tal como previamente descrito, a âncora 17 toca apenasna porção externa 42 do elemento de proteção 29 e nunca toca a porção interna 41 ouos braços de conexão 43; os braços de conexão 43 são assim livremente deformáveis demodo a permitir uma movimentação axial entre a porção externa 42 empurrada pelaâncora 17 e a porção interna 41 a qual, uma vez que ela está presa na protuberância 27do pólo magnético 16, não se move.

Durante o movimento de abertura, quando a âncora 17impacta contra a porção externa 42 do elemento de proteção 29, a energia cinética daâncora 17, a qual faz com que os braços de conexão 43 se flexionem elasticamente,gera um movimento axial na porção externa 42 com a conseqüente compressão doelemento de absorção 28; uma parte da energia cinética da âncora 17 é convertida emenergia elástica armazenada nos braços de conexão 43 e o restante da energia cinéticada âncora 17 é (a parte menor) convertida em energia elástica armazenada no elementode absorção 28 (a maior parte) e dissipada e convertida em calor dentro do elemento deabsorção 28. Para evitar que a âncora 17 salte contra o elemento de proteção 29, a forçaelástica total gerada pela energia elástica armazenada no elemento de absorção 28 enos braços de conexão 43 do elemento de proteção 29 deve ser menor que a diferençaentre a força de atração magnética gerada pelo atuador eletromagnético 7 na âncora 17e a força elástica aplicada na âncora 17 pela mola de fechamento 13.

De acordo com uma forma preferida de realização, osbraços de conexão 43 podem ser conformados de modo a limitar o movimento axialmáximo entre a porção externa 42 e a porção interna 41. Em outras palavras, o número,o formato e/ou o tamanho dos braços de conexão 43 é projetado de modo a permitir umadeformação elástica de ditos braços de conexão 43 a qual possibilite uma movimentaçãoaxial entre a porção externa 42 e a porção interna 41 com um curso máximo; quando omovimento axial entre a porção externa 42 e a porção interna 41 excede o curso máximo,os braços de conexão 43 não são mais elasticamente deformáveis e isto evita qualqueroutro movimento axial entre a porção externa 42 e a porção interna 41 por meio daatuação como uma parada para a porção externa 42.

Dita característica dos braços deconexão 43, a qual constitui uma parada para a porção externa 42, é usada para limitar acompressão máxima do elemento de absorção 28 e assim limitar a tensão máximaexercida no elemento de absorção 28 para dentro do limite de elasticidade (assim dentrodo limite suportável sem quebras ou deformações permanentes) do material resiliente.Em outras palavras, a compressão máxima do elemento de absorção 28 é limitada pelamovimentação axial máxima da porção externa 42 que é permitida pelos braços deconexão 43, de forma que o elemento de absorção 28 não possa ser deformado além doseu limite de elasticidade. Desta forma, o elemento de absorção 28 apresenta uma vidaútil muito longa ao mesmo tempo em que ainda apresenta uma espessura axialextremamente limitada.

Claims (20)

1. Injetor de combustível (1) eletromagnético paracombustíveis gasosos, compreendendo:- um bico injetor (3) controlado por uma válvula de injeção (8);- um obturador (10) móvel para regular o fluxo de combustível através da válvula deinjeção (8);- um atuador eletromagnético (7), o qual é apropriado para mover o obturador (10)entre uma posição de fechamento e uma posição de abertura da válvula de injeção(8) e compreende um pólo magnético (16) fixo, uma bobina (14) apropriada parainduzir um fluxo magnético no pólo magnético (16), e uma âncora (17) apropriadapara ser magneticamente atraída pelo pólo magnético (16); e- um elemento de absorção (28), o qual é feito de uma material elástico não magnéticoe fica disposto entre o pólo magnético (16) e a âncora (17);o injetor de combustível (1) sendo caracterizado pelo fato de que este compreende umelemento de proteção (29), o qual é feito de uma material metálico magnético comgrande dureza superficial, é disposto entre o elemento de absorção (28) e a âncora (17),e apresenta ao menos uma porção externa (42) a qual é livre para se mover na direçãoaxial contra o elemento de absorção (28) para possibilitar a compressão de dito elementode absorção (28) entre a âncora (17) e o pólo magnético (16).

2. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a elemento de proteção (29) compreende uma porçãointerna (41), uma porção externa (42) disposta de forma concêntrica ao redor da porçãointerna (41) e um meio de conexão elasticamente deformável o qual é mecanicamentedisposto entre a porção interna (41) e a porção externa (42) de modo a permitir ummovimento axial relativo entre a porção interna (41) e a porção externa (42).

3. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato no qual os meios de conexão consistem de uma pluralidade debraços de conexão (43), cada um dos quais conectando a porção interna (41) na porçãoexterna (42) e apresentando uma extremidade interna (44) a qual é integral com a porçãointerna (41) e uma extremidade externa (45) a qual é integral com a porção externa (42).

4. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato no qual cada um dos braços de conexão (43) écircunferencialmente disposto e apresenta uma parte central (46) a qual é perfeitamentecircunferencial e duas extremidades (44, 45) que são radialmente unidas nas porçõesinterna e externa (41, 42) de modo a serem conectadas na parte central (46).

5. Injetor (1), de acordo com as reivindicações 2, 3 ou 4,caracterizado pelo fato no qual a porção interna (41) do elemento de proteção (29) écentralmente fixada na protuberância (27) do pólo magnético (16) centralmente dispostoe a porção externa (42) do elemento de proteção (29) é livre para se mover na direçãoaxial com relação à porção interna (41) graças à deformação elástica dos meios deconexão; a âncora (17) sendo conformada de modo a tocar apenas na porção externa(42) e assim não tocar nem na porção interna (41) nem nos braços de conexão (43).

6. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato no qual a âncora (17) apresenta um furo passante (26) central, oraio deste sendo maior que o raio interno da porção externa (42) do elemento deproteção (29).

7. Injetor (1), de acordo com as reivindicações 2, 3 ou 4,caracterizado pelo fato no qual a porção externa (42) do elemento de proteção (29) éfixada lateralmente no corpo tubular (4) do injetor de combustível (1) e a porção interna(41) do elemento de proteção (29) é livre para se mover axialmente com relação a porçãoexterna (42) graças a deformação elástica dos meios de conexão; a âncora (17) éconformada de modo a tocar apenas na porção interna (41) e assim não tocar nem naporção externa (42) nem nos braços de conexão (43).

8. Injetor (1), de acordo com uma qualquer entre asreivindicações de 2 a 7, caracterizado pelo fato no qual os meios de conexão sãoconformados de modo a limitar o movimento axial máximo entre a porção externa (42) ea porção interna (41), de modo a limitar a compressão máxima do elemento de absorção (28).

9. Injetor (1), de acordo com uma qualquer entre asreivindicações de 2 a 8, caracterizado pelo fato no qual a força elástica total gerada pelaenergia elástica armazenada no elemento de absorção (28) e nos meios de conexão doelemento de proteção (29) após o impacto da âncora (17) é menor que a diferença entrea força magnética de atração gerada pelo atuador eletromagnético (7) na âncora (17) e aforça elástica aplicada na âncora (17) pela mola de fechamento (13).

10. Injetor (1), de acordo com uma qualquer entre asreivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato no qual o pólo magnético (16) apresentauma protuberância (27) centralmente disposta; o elemento de absorção (28) e oelemento de proteção (29) apresentando um formato em disco com um furo no centro esão ajustados na protuberância (27) centralmente disposta do pólo magnético (16).

11. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de compreender uma mola de fechamento (13), a qual écomprimida entre o obturador (10) e o pólo magnético (16) de modo a empurrar oobturador (10) para a posição de fechamento e uma extremidade da qual sendo fixadana protuberância (27) do pólo magnético (16).

12. Injetor (1), de acordo com uma qualquer entre asreivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de compreender um corpo tubular (4),dotado de uma sede cilíndrica (5) a qual age como um duto de combustível e que aloja oobturador (10); a porção inferior do corpo tubular (4) sendo dotada de um certo númerode furos passantes (6) radiais, os quais são dispostos perpendicularmente ao eixolongitudinal (2) do corpo tubular (4) e têm a função de permitir que o combustível entrena sede cilíndrica (5) de forma radial; é previsto um disco de fechamento (9), o qual éparte da válvula de injeção (8), é soldado lateralmente no corpo tubular (4) abaixo dosfuros passantes (6) e apresenta um furo passante central o qual define o bico injetor (3).

13. injetor de combustível (1) eletromagnético,compreendendo:- um bico injetor (3) controlado por uma válvula de injeção (8);um obturador (10) móvel para regular o fluxo de combustível através da válvula deinjeção (8);um corpo tubular (4) dotado de uma sede cilíndrica (5) a qual age como um duto decombustível e que aloja o obturador (10); e- um atuador eletromagnético (7), o qual é apropriado para mover o obturador (10)entre uma posição de fechamento e uma posição de abertura da válvula de injeção(8) e compreende um pólo magnético (16) fixo, uma bobina (14) apropriada parainduzir um fluxo magnético no pólo magnético (16), e uma âncora (17) apropriadapara ser magneticamente atraída pelo pólo magnético (16); e uma armaduramagnética (18) tubular, a qual é feita de um material ferromagnético e é disposta nolado de fora do corpo tubular (4);o injetor de combustível (1) sendo caracterizado pelo fato de que a armadura magnética(18) consiste de ao menos dois componentes anulares (35, 36) os quais são inicialmenteseparados um do outro; os dois componentes anulares (35, 36) sendo unidos entre eles,um dentro do outro, de modo a variar a posição axial relativa entre os dois componentesanulares (35, 36) para ajustar a relutância magnética total do circuito magnético (33)atravessado pelo fluxo magnético (34) e assim regular a força de atração magnéticagerada na âncora (17).

14. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato no qual quando a posição axial relativa entre os doiscomponentes anulares (35, 36) é variada, também o é o tamanho de um vão (37) entreos dois componentes anulares (35, 36) e assim a espessura e/ou a área do vãomagnético que deve ser atravessado pelo fluxo magnético (34) de modo a passar entreos ditos dois componentes anulares (35, 36).

15. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 13 ou 14,caracterizado pelo fato no qual um componente anular interno (36) é gradualmenteajustado em um componente anular externo (35) de modo a variar a posição axial relativaentre os dois componentes anulares (35, 36).

16. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 13. 14 ou 15,caracterizado pelo fato no qual o componente anular interno (36) é aberto para umamaior elasticidade radial.

17. Injetor (1), de acordo com uma qualquer entre asreivindicações de 13 a 16, caracterizado pelo fato no qual o componente anular externo(35) apresenta uma porção inferior com formato tubular em tronco de cone com umdiâmetro interno que é maior que o diâmetro externo do corpo tubular (4) de modo adefinir neste uma câmara anular (38); o componente anular interno (36) apresenta umformato tubular em tronco de cone o qual reproduz positivamente o formato da porçãoinferior do componente anular externo (35) e que gradualmente entra na câmara anular(38) de modo a variar gradualmente a posição axial relativa entre os dois componentesanulares (35, 36).

18. Injetor (1), de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato no qual o componente anular interno (36) apresenta uma porçãosuperior (39) de formato em tronco de cone, a qual define com o componente anularexterno (35) um vão magnético variável o qual deve ser atravessado pelo fluxomagnético (34) de modo a passar entre do ditos dois componentes anulares (35, 36) euma porção inferior de formato cilíndrico a qual define o ajuste de interferência entre ocomponente anular interno (36) e o componente anular externo (35).

19. Método para calibrar um injetor de combustível (1),compreendendo:um bico injetor (3) controlado por uma válvula de injeção (8);um obturador (10) móvel para regular o fluxo de combustível através da válvula deinjeção (8);- um corpo tubular (4) dotado de uma sede cilíndrica (5) a qual age como um duto decombustível e que aloja o obturador (10); eum atuador eletromagnético (7), o qual é apropriado para mover o obturador (10)entre uma posição de fechamento e uma posição de abertura da válvula de injeção(8) e compreende um pólo magnético (16) fixo, uma bobina (14) apropriada parainduzir um fluxo magnético no pólo magnético (16), e uma âncora (17) apropriadapara ser magneticamente atraída pelo pólo magnético (16); e uma armaduramagnética (18) tubular, a qual é feita de um material ferromagnético e é disposta nolado de fora do corpo tubular (4); euma mola de fechamento (13) a qual empurra o obturador (10) para a posição defechamento;o método sendo caracterizado pelo fato de compreender as seguintes fases:- manter constante a pré-carga na mola de fechamento (13); e- variar a relutância magnética total do circuito magnético (33) atravessado pelo fluxomagnético (34) gerado pelo atuador eletromagnético (7) de modo a adaptar o valorefetivo da força de atração magnética gerada pelo atuador eletromagnético (7) naâncora (17) ao valor efetivo da pré-carga da mola de fechamento (13).

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, ecaracterizado pelo fato de compreender as fases adicionais de:separar a armadura magnética (18) em ao menos dois componentes anulares (35,-36) os quais estão inicialmente separados; e- variar a posição axial relativa entre os dois componentes anulares (35, 36) de modo aajustar a relutância magnética total do circuito magnético (33) atravessado pelo fluxomagnético (34) e assim ajustar a força de atração magnética gerada na âncora (17).