ES2242694T3 - Dispositivo para controlar el caudal de una bomba de alta presion en un sistema de inyeccion de combustible de acumulador comun de un motor de combustion interna. - Google Patents
Dispositivo para controlar el caudal de una bomba de alta presion en un sistema de inyeccion de combustible de acumulador comun de un motor de combustion interna.Info
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Abstract
Dispositivo para controlar el caudal de una bomba de alta presión en un sistema de inyección de combustible de acumulador común (1) de un motor de combustión interna (2), en el que la bomba de alta presión (7) es de un tipo de desplazamiento constante y está alimentada con combustible por una bomba de baja presión, de alimentación variables, de presión variable (11); y en el que una bobina de reactancia (41; 42) está localizada en el lado de aspiración de dicha bomba de alta presión (7), estando controlada dicha bomba (11) accionada con motor por una unidad de control electrónico (31) como una función de señales que indican la condición de funcionamiento del motor (2); caracterizado porque dicha unidad electrónica (31) recibe también señales desde un primer sensor (37) que detecta la presión de combustible en dicho acumulador común (6) y desde un segundo sensor (49) que detecta la presión del combustible aguas arriba desde dicha bobina de reactancia (41; 42), controlando dicha unidad electrónica (31) la potencia de dicha bomba (11) accionada con motor para regular la presión del combustible aguas arriba de dicha bobina de reactancia (41; 42) de una manera de reacción entre un valor máximo predeterminado y un valor mínimo predeterminado, teniendo dicha bobina de reactancia (41; 42) un diámetro tal para regular la admisión de combustible por dicha bomba de alta presión (7) dentro de un intervalo predeterminado.
Description
Dispositivo para controlar el caudal de una bomba
de alta presión en un sistema de inyección de combustible de
acumulador común de un motor de combustión interna.
La presente invención se refiere a un dispositivo
para controlar el caudal de una bomba de alta presión en un sistema
de inyección de combustible de acumulador común de un motor de
combustión interna, en el que la bomba de alta presión es de un tipo
de desplazamiento constante alimentada con combustible por una bomba
de baja presión, de alimentación variables, de presión variable.
Como se conocen en los motores de combustión
interna modernos, cada inyector es alimentado con combustible a alta
presión por un cabezal común o llamado "acumulador común", que
es alimentado por una bomba, normalmente de pistón, de alta presión,
alimentada, a su vez, con combustible desde el depósito de
combustible por una bomba de baja presión.
La bomba de baja presión alimenta normalmente
combustible a una presión de aproximadamente algunos bares, mientras
que el combustible en el acumulador puede alcanzar presiones en la
región de 1500 bares. La bomba de alta presión es accionada
normalmente por el árbol de accionamiento del motor de combustión
interna a través de una correa de accionamiento o (engranajes)
similares, mientras que la bomba de baja presión es accionada por un
motor eléctrico de corriente continua o equivalente (motor sin
escobillas) propio y de esta manera define una bomba accionada con
motor.
Teniendo en cuenta la carga de funcionamiento
variable del motor de combustión interna, las dos bombas deben
diseñarse para garantizar el suministro de combustible necesario a
los inyectores en las peores condiciones posibles- es decir, con el
motor a plena carga y/o a alta velocidad con fuga de combustible -y
con cualquier temperatura externa y cualquier temperatura del
combustible en el depósito. El exceso de combustible suministrado
por cada bomba es retornado al depósito a través de válvulas de
control de la presión y conductos de drenaje respectivos.
Por lo tanto, la bomba de alta presión aspira la
máxima cantidad de energía en todo momento, que debe ser alimentada
por el motor de combustión interna. Además, debido al calentamiento
del combustible por el calor disipado, como resultado de la
diferencia de la presión a través de la válvula reguladora de la
presión de la bomba, el combustible drenado en el depósito tiende a
calentar el combustible a bombear, que lo vuelve de esta manera más
fluido, incrementando de este modo la fuga de combustible, por
ejemplo entre los pistones y cilindros, y reduciendo de este modo la
eficiencia volumétrica de la bomba.
Se conocen varios tipos de dispositivos para
controlar el caudal de las bombas de alta presión del sistema de
inyección de acumulador común. En un tipo conocido, el caudal es
regulado variante la carrera, por ejemplo de aspiración, del pistón,
para variar el desplazamiento de la bomba mecánicamente. Los
mecanismos por los que se varía la carrera, sin embargo, son
altamente complejos y costosos de producir; y durante la carrera de
compresión, la reducción en la carrera de aspiración de los pistones
provoca que la leva de accionamiento choque con los pistones,
resultando de esta manera un funcionamiento deficiente frecuente o
daño a la bomba.
Se conocen también dispositivos para controlar el
caudal de las bombas de alta presión de desplazamiento constante, y
que proporcionar la regulación del suministro de combustible a la
bomba. En un tipo conocido, esto se realiza por medio de una válvula
de regulación montada en el lado de alimentación de la bomba de baja
presión para ajustar la sección de caudal del combustible.
Los dispositivos de control conocidos de este
tipo tienen el inconveniente de ser costosos de producir y poco
fiables; y tanto los diagramas como también la válvula implican un
gasto adicional en términos de verificaciones durante la fabricación
y en servicio. Además, particularmente a la velocidad en ralentí del
motor, tales dispositivos no aseguran una alimentación igual de
combustible a todos los pistones de la bomba de alta presión,
resultando de esta manera un funcionamiento descompensado y un
desgaste rápido de la bomba.
Se conoce también a partir del documento otro
dispositivo para controlar el caudal de una bomba de alta presión de
un tipo de desplazamiento constante, en el que una bobina de
reactancia está localizada en un conducto entre una bomba de baja
presión accionada con motor y la bomba de alta presión, y un sensor
de presión está localizado aguas debajo de la bobina de reactancia.
La bomba accionada con motor es controlada por un controlador que
está controlado, a su vez, por el sensor de presión y por la unidad
de control electrónico convencional como una función de la condición
de funcionamiento del motor.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo para controlar el caudal de una bomba de
alta presión, que es de diseño sencillo, económica de producir, que
asegura un alto grado de eficiencia y fiabilidad, y que proporciona
la eliminación de los inconvenientes mencionados anteriormente
asociados típicamente con dispositivos conocidos.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un dispositivo para controlar el caudal de una bomba de
alta presión en un sistema de inyección de combustible de acumulador
común de un motor de combustión interna, en el que dicha bomba de
alta presión es de un tipo de desplazamiento constante y está
alimentada con combustible por una bomba de baja presión, de
alimentación variables, de presión variable; y en el que una bobina
de reactancia está localizada en el lado de aspiración de dicha
bomba de alta presión, estando controlada dicha bomba accionada con
motor por una unidad de control electrónico como una función de
señales que indican la condición de funcionamiento del motor;
caracterizado porque dicha unidad electrónica recibe también señales
desde un primer sensor que detecta la presión de combustible en
dicho acumulador común y desde un segundo sensor que detecta la
presión del combustible aguas arriba desde dicha bobina de
reactancia, controlando dicha unidad electrónica la potencia de
dicha bomba accionada con motor para regular la presión del
combustible aguas arriba de dicha bobina de reactancia de una manera
de reacción entre un valor máximo predeterminado y un valor mínimo
predeterminado, teniendo dicha bobina de reactancia un diámetro tal
para regular la admisión de combustible por dicha bomba de alta
presión dentro de un intervalo predeterminado.
A continuación se describirá una forma de
realización preferida, no limitativa de la presente invención a modo
de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La figura 1 muestra un diagrama de un sistema de
inyección de acumulador común que se caracteriza por un dispositivo
de control del caudal de la bomba de alta presión de acuerdo con la
invención.
La figura 2 muestra un diagrama de una bomba de
alta presión del sistema de inyección.
La figura 3 muestra un grado de una variación en
el caudal de la bomba de baja presión.
El número 1 en la figura 1 indica, en conjunto,
un sistema de inyección de acumulador común de un motor de
combustión interna, por ejemplo Diesel, 2 que comprende un número de
cilindros 3 y un árbol de accionamiento 4 indicado por la línea de
puntos y trazos en la figura 1. El sistema de inyección 1 comprende
un número de inyectores electromagnéticos 5 asociados con y para la
inyección de combustible a alta presión dentro de los cilindros
3.
Los inyectores 5 están conectados a un recipiente
6 que define el acumulador común, que es alimentado a lo largo de un
conducto de alimentación 8 con combustible a alta presión por una
bomba mecánica de alta presión 7, de desplazamiento constante. La
bomba de alta presión 7está alimentada, a su vez, por una bomba de
baja presión 11, accionada por un motor de corriente continua y, por
lo tanto, referida en adelante como una bomba accionada con motor.
Un conducto de suministro 12 de la bomba accionada con motor 11 y un
filtro de combustible 13 están localizados entre la bomba accionada
con motor 11 y la bomba de alta presión 7.
La bomba accionada con motor 11 está conectada a
un depósito de combustible normal 15 por un conducto indicado de
forma esquemática por 14. En realidad, la bomba accionada con motor
11 está inmersa en el depósito interior de combustible 15, en el que
termina un conducto de drenaje 16 para drenar el exceso de
combustible descargado por la bomba de accionada con motor 11 a
través de una válvula de sobrepresión 17.
Por medio de los conductos de lubricación
indicados de forma esquemática por 20, parte del combustible en el
conducto de alimentación 12 lubrica los mecanismos de la bomba de
alta presión 7 y es drenado en el conducto de drenaje 16. Un
regulador de presión 19, controlado como se describe más adelante,
está previsto entre el conducto de alimentación 8 y el conducto de
drenaje 16 para drenar también cualquier exceso de combustible
dentro del conducto de drenaje 16, que drena también el exceso de
combustible de los inyectores 5 y, a través de una válvula de
seguridad 21 de limitación de la presión, cualquier exceso de
combustible acumulado en el acumulador 6 en el caso de fallo del
sistema de control de la presión.
La bomba de alta presión 7 comprende un número de
elementos de bombeo, cada uno de los cuales está definido por un
pistón 22 que se mueve en vaivén dentro de un cilindro respectivo
23. Por ejemplo, la bomba 7 puede ser un tipo conocido con tres
cilindros radiales 23 (figura 2), cada uno de los cuales se
comunica, a través de un conducto de admisión 24 respectivo y una
válvula de no retorno 25 respectiva, con un distribuidor 26 que se
comunica con el conducto de alimentación 12 de la bomba accionada
con motor 11 y definido normalmente por una ranura anular
dispuesta entre dos partes del cuerpo de la bomba 7.
dispuesta entre dos partes del cuerpo de la bomba 7.
Cada cilindro 23 tiene una válvula de
alimentación 27 por medio de la cual se alimenta combustible a alta
presión al conducto de alimentación 8 y al acumulador 6. Los
pistones 22 son accionados por una leva común 28 montada en un árbol
29, que es girado por el árbol de accionamiento 4 (figura 1) de una
manera conocida por medios de engranajes de transmisión y/o de
reducción o similares (correas).
El combustible en el depósito 15 está a presión
atmosférica. En uso real, la bomba accionada con moto 11 comprime el
combustible a una presión baja, por ejemplo de aproximadamente 2 a 5
bares; y la bomba de alta presión 7 comprime el combustible para
llevar el combustible en el acumulador común hasta una presión de
aproximadamente 1500 bares.
Los inyectores 5 están controlados por una unidad
de control electrónico 31, que puede estar definida por la unidad de
control de microprocesador central usual que controla el motor 2. La
unidad de control 31 recibe señales que indican las condiciones de
funcionamiento del motor 2 - tales como la posición del pedal del
acelerador 32 detectada por un sensor 33; la velocidad del motor 2
detectada por un sensor 34 de una rueda acústica 36 sobre el árbol
de accionamiento 4; la presión del combustible en el acumulador
común 6, como se detecta por un sensor de presión 37; etc. y por el
procesamiento de las señales de entrada de acuerdo con un programa
que controla el instante y el periodo de tiempo durante el que son
accionados los inyectores 5 individuales, así como un regulador de
la presión 19.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de
control comprende una bobina de reactancia 41 sobre el lado de
aspiración de la bomba de alta presión 7; y medios para controlar la
bomba 11 accionada con motor para regular la presión del combustible
aguas arriba de la bobina de reactancia 41 entre un valor máximo y
un valor mínimo predeterminados, para regular la admisión de
combustible por la bomba de alta presión 7 dentro de un intervalo
predeterminado.
Más específicamente, la bobina de reactancia 41
está localizada sobre el conducto de alimentación 12, en la admisión
de la bomba de alta presión 7, pero aguas abajo desde el punto de
derivación de los conductos de lubricante 20. Los medios para
controlar la bomba 11 accionada con motor comprenden una unidad de
control 31, que, como una función de las señales mencionadas
anteriormente, controla la presión del combustible suministrado por
la bomba 11 accionada con motor para regular el caudal de
combustible a lo largo del conducto 12 hasta la bomba de alta
presión 7. La bomba de alta presión 7 funciona, por lo tanto, de la
misma manera que una bomba de alimentación variable, sin
sobrepresión y substancialmente sin que sea drenado combustible
excedente dentro del depósito 15.
La presión del combustible suministrado por la
bomba 11 accionada con motor es regulada para mantener una presión
substancialmente constante del combustible en la admisión de la
bomba de alta presión 7. Para este fin, la unidad de control 31
alimenta a la bomba 11 accionada con motor, a través de una línea
38, con una señal para controlar el suministro de corriente del
motor eléctrico y para regular de esta manera la presión del
combustible a la bomba de alta presión 7.
De una manera alternativa, la unidad de control
31 puede proporcionar a la bomba 11 accionada con motor con una
señal para controlar la tensión de alimentación de la bomba 11
accionada con motor -que, como se conoce, es más fácil de producir-
y para regular de esta manera el caudal de combustible a la bomba de
alta presión 7 y, por lo tanto, la presión aguas arriba desde la
bobina de reactancia 41.
Puesto que el caudal de la bomba de alta presión
7 durante el funcionamiento del motor 2 debe ser regulada dentro de
un alcance amplio, por ejemplo desde 1 hasta 10, la bomba de baja
presión 11 accionada con motor debe ser regulada también de una
manera correspondiente. Para reducir el alcance del ajuste de la
bomba 11 accionada con motor, se han establecido un caudal de
combustible máximo predeterminado a la bomba de alta presión 7 y un
caudal de combustible mínimo, igual a una fracción predeterminada
del caudal máximo. El caudal de combustible máximo está ajustado de
una manera ventajosa en la región de 80 litros/ hora, y el caudal de
combustible mínimo es igual a la mitad del valor máximo, es decir,
aproximadamente 40 litros / hora.
Además, en el lado de aspiración de la bomba de
alta presión 7, aguas arriba de o dentro de la bomba, está prevista
una bobina de reactancia 41, que está diseñada para requerir un
incremento en la presión aguas arriba desde la bobina de reactancia
41 propiamente dicha para variar el caudal de combustible a la bomba
de alta presión 7. Más específicamente, la bobina de reactancia 41
puede estar localizada sobre el conducto de alimentación 12 de la
bomba 11 accionada con motor, entre el filtro 13 y la bomba de alta
presión 7.
Además de una variación en el caudal dentro del
intervalo mencionado anteriormente, la presión absoluta aguas arriba
desde la bobina de inductancia 41 se ha encontrado que varía en
proporción directa al caudal, como se muestra en la figura 3. Más
específicamente, la presión absoluta de la alimentación de
combustible oscila entre un valor máximo, cuando el caudal de
combustible es máximo, y un valor mínimo cuando el caudal de
combustible es mínimo. Un ensayo preciso muestra que el diámetro de
la bobina de reactancia 41 se puede seleccionar para requerir una
presión absoluta de 2,5 bares para un caudal de combustible de 80
litros/hora, y una presión absoluta de 0,6 bares para un caudal
mínimo de combustible de 40 litros/hora.
La presión absoluta del combustible en el
conducto 12 se determina por un sensor de presión 39 montado en el
conducto 12 aguas arriba desde la bobina de reactancia 41 y
supervisado por la unidad de control 31, de manera que la bomba 11
accionada con motor puede ser controlada por reacción simplemente
por la unidad 31.
Sobre la base de los valores anteriores del
caudal y de la presión absoluta correspondiente, tanto los cálculos
como los ensayos conocidos (no se describen en detalle) muestran que
se puede mantener la presión de admisión de la bomba de alta presión
en la región de algunos bares (2 - 3) con un diámetro de 3 mm ó más
del conducto 12, y un diámetro aproximado de 0,9 mm de la bobina de
reactancia 41.
En el caso de una bomba de alta presión 7 (figura
2) que comprende tres cilindros 23, la alimentación de combustible a
los cilindros 23 individuales puede estar descompensada cuando
solamente se requiere una cantidad pequeña de combustible. Por lo
tanto, en una variación de la invención, en oposición a una bobina
de reactancia 41 sobre el conducto 12 aguas abajo desde el
distribuidor 26, el conducto 24 de cada cilindro es provisto con una
bobina de reactancia 42 (figura 2) para asegurar la alimentación
uniforme de cada cilindro 23 a una presión de alimentación constante
variando el caudal de combustible a través de la variación de la
presión de suministro de la bomba 11 accionada con motor, como se ha
descrito anteriormente.
Las ventajas, en comparación con los dispositivos
conocidos, del dispositivo de control de acuerdo con la invención se
explicará a partir de la descripción siguiente. En particular, el
caudal de la bomba de alta presión es variado simplemente actuando
sobre la bomba de baja presión, sin que se requieran prácticamente
mecanismos adicionales, y regulando simplemente la alimentación de
potencia del motor eléctrico de la bomba de alta presión. Además, el
intervalo de ajuste de la bomba 11 accionada con motor se reduce por
la bobina de reactancia 31 o bobinas de reactancia 42.
Evidentemente, se pueden realizar cambios en el
dispositivo de control que se ha descrito aquí sin apartarse, sin
embargo, del alcance de las reivindicaciones que se acompañan. Por
ejemplo, el dispositivo de control del sistema de inyección puede
ser controlado pro una unidad de control electrónico separada de la
unidad central que controlas el motor; puede omitirse un regulador
de la presión 19 de la bomba de alta presión 7; y la bomba de alta
presión puede ser de un tipo deferente de la mostrada en la figura
2.
Claims (15)
1. Dispositivo para controlar el caudal de una
bomba de alta presión en un sistema de inyección de combustible de
acumulador común (1) de un motor de combustión interna (2), en el
que la bomba de alta presión (7) es de un tipo de desplazamiento
constante y está alimentada con combustible por una bomba de baja
presión, de alimentación variables, de presión variable (11); y en
el que una bobina de reactancia (41; 42) está localizada en el lado
de aspiración de dicha bomba de alta presión (7), estando controlada
dicha bomba (11) accionada con motor por una unidad de control
electrónico (31) como una función de señales que indican la
condición de funcionamiento del motor (2); caracterizado
porque dicha unidad electrónica (31) recibe también señales desde un
primer sensor (37) que detecta la presión de combustible en dicho
acumulador común (6) y desde un segundo sensor (49) que detecta la
presión del combustible aguas arriba desde dicha bobina de
reactancia (41; 42), controlando dicha unidad electrónica (31) la
potencia de dicha bomba (11) accionada con motor para regular la
presión del combustible aguas arriba de dicha bobina de reactancia
(41; 42) de una manera de reacción entre un valor máximo
predeterminado y un valor mínimo predeterminado, teniendo dicha
bobina de reactancia (41; 42) un diámetro tal para regular la
admisión de combustible por dicha bomba de alta presión (7) dentro
de un intervalo predeterminado.
2. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad de
control (31) controla la alimentación de corriente de dicha bomba
(11) accionada con motor para variar directamente la presión de
combustible aguas arriba desde dicha bobina de reactancia (41;
42).
3. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha unidad de
control (31) controla la tensión de alimentación de dicha bomba (11)
accionada con motor para variar el caudal de combustible de dicha
bobina de reactancia (41; 42) y para variar de esta manera la
presión del combustible aguas arriba desde dicha bobina de
reactancia (41; 42).
4. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque dicha unidad de
control (31) controla dicha bomba (11) accionada con motor entre un
caudal máximo predeterminado y un caudal mínimo predeterminado
variante a presión aguas arriba de dicha bobina de reactancia (41;
42) entre dicho valor máximo, cuando dicho caudal es el máximo
predeterminado y dicho valor mínimo, cuando dicho caudal es el
mínimo predeterminado.
5. Un dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
bobina de reactancia (41; 42) está localizada aguas arriba desde
dicha bomba de alta presión (7) o dentro de dicha bomba de alta
presión (7).
6. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que un conducto de alimentación (12) de
dicha bomba (11) accionada con motor está localizado entre dicha
bomba (11) accionada con motor y dicha bomba de alta presión (7),
caracterizado porque dicha bobina de reactancia (31 está
localizada sobre dicho conducto de alimentación (12).
7. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que está previsto un conducto de
alimentación (12) con un filtro de combustible (13),
caracterizado porque dicha bobina de reactancia (41, 42) y
dicho segundo sensor (39) están localizados sobre dicho conducto de
alimentación (12) entre dicho filtro (13) y dicha bomba de alta
presión (7).
8. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 6 ó 7, en el que dicho conducto de alimentación (12)
está provisto con un punto de derivación para un conducto de
lubricación (100) de dicha bomba de alta presión (7),
caracterizado porque dicha bobina de reactancia (41, 42) y
dicho segundo sensor (39) están localizados sobre dicho conducto de
alimentación (12) entre dicho punto de derivación y dicha bomba de
alta presión (7).
9. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que dicha bomba de alta presión (7) tiene un
número de elementos de bombeo (22, 23), y comprende un número de
conductos de admisión (24) de dichos elementos de bombeo (22, 23)
que se comunican con un conducto de alimentación (12) de dicha bomba
(11) accionada con motor; caracterizado porque dicha bobina
de reactancia (42) está localizada sobre cada uno de dichos
conductos de admisión (24).
10. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque dicho
caudal mínimo es igual a una fracción de dicho caudal máximo.
11. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque dicho
caudal mínimo es igual a la mitad de dicho caudal máximo.
12. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque dicho
caudal de combustible en dicho conducto de alimentación (12) varía
entre 80 y 40 litros / hora.
13. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 4 a 12, caracterizado porque la
variación en el caudal de combustible en dicho conducto de
alimentación (12) es substancialmente proporcional a la variación en
la presión aguas arriba de dicha bobina de reactancia (41; 42).
14. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque dicho valor
máximo de la presión aguas arriba de dicha bobina de reactancia (41;
42) es aproximadamente 2,5 bares, y dicho valor mínimo de dicha
presión es aproximadamente 0,6 bares.
15. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque el
diámetro de dicha bobina de reactancia (41) es aproximadamente 0,9
mm.
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