ES2300111T3 - Valvula electromagnetica perfeccionada para dosificar un inyector de combustible. - Google Patents

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Abstract

LA VALVULA DOSIFICADORA (24) TIENE UN ELEMENTO DE CIERRE (44) DE UN CONDUCTO DE DESCARGA (43), Y UN ELECTROIMAN (26) PARA CONTROLAR UN NUCLEO (27) DESCONECTADO DE UN VASTAGO RESPECTIVO (47) Y DESLIZABLE A LO LARGO DEL VASTAGO (47) POR MEDIO DE UN MANGUITO (48) RESPECTIVO. EL VASTAGO (47) ESTA GUIADO POR UN CASQUILLO (53) Y ES EMPUJADO POR UN PRIMER MUELLE (52) PARA MANTENER EL ELEMENTO DE CIERRE (44) EN LA POSICION CERRADA, Y EL NUCLEO (27) SE MANTIENE APOYADO AXIALMENTE CONTRA EL VASTAGO (47) POR UN SEGUNDO MUELLE (64) PRECARGADO ENTRE EL NUCLEO (27) Y UN ESCALON ANULAR (63) DEL VASTAGO (47), PARA NO AFECTAR LA ACCION DEL PRIMER MUELLE (52).

Description

Válvula electromagnética perfeccionada para dosificar un inyector de combustible.
La presente invención se refiere a un inyector de combustible con una válvula electromagnética dosificadora perfeccionada para su uso, en particular, en motores de combustión interna. En general, un inyector de combustible comprende un cuerpo hueco conectado a una tobera que termina con uno o más orificios de inyección; y una varilla de control que se desliza por el interior del cuerpo hueco y está conectada a un pasador para cerrar dichos orificios y una válvula dosificadora.
Las válvulas dosificadoras de inyectores de combustible comprenden normalmente una cámara de control con un conducto de descarga que normalmente es cerrado por un obturador por medio de un resorte principal precargado de fuerza F1, y que se abre mediante la activación de un electroimán con el fin de mover la armadura para contrarrestar la fuerza ejercida por el resorte. En las válvulas conocidas, la armadura está conectada en general rígidamente a un vástago que se desliza por el interior de una guía fija.
Cuando se cierra el conducto de descarga, la energía cinética de la armadura y del vástago se disipa en el impacto del obturador contra la válvula; y cuando se abre el conducto de descarga, la energía cinética de la carrera de retorno de la armadura y del vástago se disipa en el impacto del vástago contra un tope.
Dicho impacto genera una fuerza considerable proporcional a la masa y velocidad de la armadura y vástago e inversamente proporcionar a la duración del impacto, la cual es muy corta; y, teniendo en cuenta la dureza la vástago, bola y cuerpo de la válvula, se traduce en un rebote considerable, tanto cuando se abre como cuando se cierra la válvula, de manera que el movimiento de la armadura deja de proporcionar una operación estable del inyector.
Una propuesta descrita en EP 753.658 para reducir el rebote de la masa detenida en la carrera tanto de apertura como de cierre, consiste en desconectar la armadura del vástago y proporcionar un resorte precargado adicional de fuerza F2 entre la armadura y un hombro fijo.
La fuerza F1 del resorte principal, que mantiene al obturador en la posición cerrada, actúa sobre el vástago en oposición a la fuerza F2 del resorte adicional, siendo también mayor que dicha fuerza F2. En otra válvula conocida, el vástago está provisto de una pestaña alojada dentro de una cámara en la cual circula combustible y en donde el movimiento de la pestaña crea una cierta cantidad de turbulencia para reducir adicionalmente el rebote.
Sin embargo, dichas válvulas conocidas presentan el inconveniente de no permitir un pequeño intervalo entre dos movimientos consecutivos de la armadura, tal como se requiere, por ejemplo, en los motores de inyección de alta velocidad. En particular, dichas válvulas son inadecuadas para motores que requieren una preinyección de combustible poco antes de la inyección principal. En cuyo caso, de hecho, la fuerza F2 del resorte adicional tendría que aumentarse para permitir el retorno rápido de la armadura a la posición de descanso después de cada operación, y para asegurar una operación repetida correcta y rápida de la armadura.
Sin embargo, dado que la fuerza F requerida para cerrar el obturador es igual a F1-F2, el incremento de la fuerza F2 del resorte adicional significaría por necesidad el correspondiente incremento de la fuerza F1 del resorte principal, lo cual es difícil de conseguir teniendo en cuenta el espacio invariablemente pequeño disponible para el resorte principal. Particularmente, en el caso de un resorte principal que comprende un resorte helicoidal alojado dentro del núcleo magnético del electroimán, cualquier incremento del espacio asignado para el resorte principal implicaría por necesidad alterar el circuito magnético, fabricar el núcleo magnético empleando materiales distintos a los sinterizados y dificultades a la hora de montar un resorte con alta precarga.
Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar de forma directa un inyector de combustible provisto de una válvula dosificadora fiable del tipo antes descrito, destinada a solucionar los inconvenientes anteriormente citados y habitualmente asociados con las válvulas conocidas, y que asegura un retorno rápido de la armadura y del vástago de control del obturador a la posición inactiva.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un inyector de combustible que comprende un cuerpo hueco conectado a una tobera que termina con uno o más orificios de inyección; una varilla de control, que desliza por el interior del cuerpo hueco y está conectada, en su primer extremo, a un pasador para cerrar dichos orificios, una válvula dosificadora que comprende un obturador para un conducto de descarga de una cámara de control, y recibe un segundo extremo de la varilla de control; un primer resorte que actúa contra un elemento intermedio para mantener dicho obturador en la posición cerrada; y un electroimán para activar una armadura para controlar dicho obturador por vía de dicho elemento intermedio; estando desconectada dicha armadura de dicho elemento intermedio y quedando retenida apoyada contra dicho elemento intermedio por un segundo resorte; caracterizado porque dicho segundo resorte se encuentra precargado entre dicha armadura y dicho elemento intermedio, al objeto de no afectar a la acción de dicho primer resorte.
Se describirán, a modo de ejemplo, dos modalidades preferidas, no limitativas, de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
La figura 1 muestra una vista lateral en sección parcial de un inyector de combustible de acuerdo con la presente invención;
La figura 2 muestra una serie-sección a mayor escala de una válvula dosificadora del inyector de la figura 1 de acuerdo con una primera variante de la invención;
La figura 3 muestra una semi-sección parcial de una válvula dosificadora del inyector de acuerdo con otra variante de la invención;
La figura 4 muestra una sección parcial a lo largo de la línea IV-IV de la figura 3;
Las figuras 5 y 6 muestran dos semi-secciones parciales de la válvula dosificadora del inyecto de acuerdo con otras dos variantes de la invención.
El número 5 en la figura 1 representa un inyector de combustible, por ejemplo, para un motor diesel de combustión interna, que comprende un cuerpo hueco 6 conectado a una tobera 9 que termina con uno o más orificios de inyección 11; y una varilla de control 8 que desliza por el interior del cuerpo 6 y está conectada mediante una placa 10 a un pasador 12 para cerrar el orificio 11.
El cuerpo 6 comprende un apéndice 13 en el que se inserta un adaptador de entrada 16 conectado a una bomba normal de alimentación de combustible, y que, a su vez, comprende un agujero 14 (figura 2) que comunica por vía de los conductos 17, 18 y 21 con una cámara de inyección 19 de la tobera 9; el pasador 12 comprende un hombro 22 sobre el cual actúa el combustible a presión de la cámara 19; y un resorte de compresión 23 ayuda a empujar el pasador 12 hacia abajo.
El inyector 5 también comprende una válvula dosificadora indicada en su conjunto por 24 y que, a su vez, comprende un electroimán 26 para controlar una armadura 27; el electroimán 26 comprende un núcleo magnético anular 28 que aloja una bobina eléctrica normal 29; y el núcleo 28 comprende un agujero central 31 coaxial con un adaptador de descarga 32 acoplado en un cuerpo integrado con el núcleo 28 y conectado con el depósito de combustible.
La válvula dosificadora 24 también comprende un cuerpo 33 que tiene una pestaña 34 retenida normalmente apoyada contra un hombro del cuerpo 6 mediante una tuerca anular exteriormente roscada 36, la cual es roscada en una rosca de la cámara de descarga 37 formada en el cuerpo 6; y la armadura 27 presenta una forma sustancialmente de disco y tiene un número, por ejemplo, de tres, sectores 38 (figura 4) separados por ranuras 39 a través de las cuales la cámara de descarga 37 comunica con el agujero central 31 del núcleo 28.
El cuerpo 33 de la válvula 24 también comprende una cámara de control axial 41 que, a su vez, comprende un conducto de entrada 42 que comunica con el agujero 14 y un conducto de descarga 43 que comunica con la cámara de descarga 37. La cámara de control 41 está definida, en la parte inferior, por la superficie superior de la varilla 8; y, en virtud del mayor área de la superficie superior de la varilla 8 en comparación con la del hombro 22 (figura 1), la presión del combustible, con ayuda del resorte 23, mantiene a la varilla 8 normalmente en una posición tal que cierra el orificio 11 de la tobera 9.
El conducto de descarga 43 de la cámara de control 41 está cerrado normalmente por un obturador en forma de una bola 44, la cual descansa sobre un asiento cónico definido por la superficie de contacto con el conducto 43; la bola 44 es guiada por una placa de guía 46 sobre la cual actúa un elemento intermedio que comprende un vástago cilíndrico 47; y la armadura 27 forma una sola pieza con un manguito 48 que desliza axialmente a lo largo del vástago 47, que comprende un anillo 49 en forma de C que coopera con un hombro 50 de la armadura 27, de manera que la armadura 27 queda desconectada del vástago 47.
Una longitud determinada del vástago 47 se proyecta al interior del agujero 31 y termina con una porción de diámetro pequeño 51 para soportar y anclar un primer resorte de compresión 52 alojado dentro del agujero 31; el vástago 47 desliza por el interior de una guía que comprende un casquillo cilíndrico 53 que forma una sola pieza con una pestaña inferior 54 que comprende orificios axiales 56; y, en la parte inferior, el vástago 47 comprende una pestaña integrada 57 que se apoya contra la superficie inferior de la pestaña 54.
La pestaña 54 es obligada por la tuerca anular 36 contra la pestaña 34 del cuerpo 33 de la válvula 24 por vía de la interposición de arandelas calibradas, para definir el desplazamiento deseado "h" del vástago 47; y el resorte 52 es precargado a una fuerza F1 para que el vástago 47 pueda mover la armadura 27 rápidamente hacia abajo cuando se desactiva el electroimán 26 y, por medio de la placa 46, mantener la bola 44 en la posición cerrada en el conducto 43.
La pestaña 57 del vástago 47 está alojada dentro de una cámara de turbulencia 58 en donde el combustible descargado desde la cámara de control 41 es comprimido y expansionado por el movimiento de la pestaña 57; y el casquillo 53 forma con la tuerca anular 36 un espacio de separación 59 que permite que el combustible de la cámara 58 fluya a través de los agujeros 56 al interior de la cámara de descarga 37.
De acuerdo con la invención, el vástago 47 comprende una porción 61 sobre la cual desliza el manguito 48 de la armadura 27, y una porción 62 que desliza por el interior del casquillo 53 y que es de mayor diámetro que la porción 61; y un hombro anular 63 queda definido entre las porciones 61 y 62 para soportar un segundo resorte 64, que actúa sobre la armadura 27 con el fin de mantener normalmente el hombro 50 descansando contra el anillo 49 del vástago 47.
Más concretamente, el resorte 64 puede ser un resorte de múltiples láminas que, de acuerdo con la variante de la figura 2, comprende un paquete de pares de arandelas Belleville coaxiales 66; la arandela superior 66 descansa contra la armadura 27 y la arandela inferior 66 contra el hombro 63; y el resorte 64, precargado a una fuerza F2, queda acoplado entre el disco de la armadura 27 y el hombro anular 63.
Al liberarse el vástago 47 por sí mismo, el resorte 64 puede ser incrementado en cualquier cantidad para reducir el retorno al momento de descanso de la armadura 27, y así reducir el intervalo de tiempo entre dos operaciones consecutivas de la válvula dosificadora 24 por el electroimán 26. El resorte 64, de hecho, deja ya de afectar al asentado de la válvula 44, lo cual es asegurado exclusivamente por el resorte 52 que, al no tener que salvar la fuerza del resorte contrarrestante 64, aporta un movimiento más eficaz de la bola 44 hacia la posición cerrada. Alternativamente, para una determinada acción de la bola 44, la precarga o dimensión del resorte 52 se puede reducir.
El inyector descrito funciona como sigue.
Cuando la bobina 29 es activada, el núcleo 28 atrae a la armadura 27 que, por medio del hombro 50 y del anillo 49 en forma de C, retira positivamente el vástago 47 hacia arriba en oposición al resorte 52; la pestaña 57 del vástago 47 produce turbulencia dentro de la cámara 58, es decir, el combustible de la cámara 58 se comprime por un lado y se expansiona por otro, para absorber la parada de la pestaña 57 del vástago 47 contra la pestaña fija 54; y la armadura 27 es frenada por el combustible dentro de la cámara de descarga 37 y detenida con el hombro 50 contra el anillo 49. Por tanto, la desconexión de la armadura 27 y del vástago 47 proporciona la absorción de la energía cinética de los dos componentes por separado.
En consecuencia, la presión del combustible dentro de la cámara 41 desplaza a la bola 44 hacia la posición abierta para descargar el combustible de la cámara 41 de nuevo al interior del depósito; y la presión del combustible dentro de la cámara 19 (figura 1) contrarresta la presión residual sobre la superficie superior de la varilla 8 para subir el pasador 12 y así inyectar el combustible de la cámara 19 a través del orificio 11.
Cuando la bobina 29 es desactivada, el resorte 52 empuja al vástago 47 hacia abajo con el fin de retirar la armadura 27 descendentemente por medio del anillo 49; la energía cinética del vástago 47 es también parcialmente disipada por la turbulencia creada por la pestaña 57 en la cámara interior de combustible 58, con el fin de absorber eficientemente el impacto y eliminar de forma sustancial el rebote del vástago 47, placa 46 y bola 44; la bola 44 cierra el conducto de descarga 43; y el fluido a presión restablece la presión dentro de la cámara de control 41, de modo que el pasador 12 (figura 1) cierra el orificio 11.
En las variantes de las figuras 3-6, las porciones 61 y 62 del vástago 47 tienen el mismo diámetro y, por tanto, son más económicas de producir y quedan separadas por una acanaladura 65 en la cual se adapta otro anillo 70 en forma de C que actúa como un hombro. En las variantes de las figuras 3, 4 y 5, el resorte de múltiples láminas 64 comprende un número de orejetas elásticas 67 que forman una sola pieza con un disco cóncavo 68 que presenta un agujero central 69 y que descansa sobre el anillo 70; y las orejetas 67 están presentes en un número igual al de sectores 38 y descansan contra estos últimos.
Para impedir que la armadura 27 y el resorte 64 giren entre sí, en la variante de las figuras 3 y 4, el disco 68 comprende un apéndice 71 localizado entre dos orejetas 67 y acoplándose con una ranura 39 entre dos sectores adyacentes 38; y en la variante de la figura 5, uno de los sectores 38 de la armadura 27 comprende una cavidad 72 acoplada con una de las orejetas elásticas 67 del resorte 64.
Por último, en la variante de la figura 6, un resorte de compresión helicoidal 64 en forma de tronco de cono está precargado entre la armadura 27 y el anillo 70 en forma de C, entrando en contacto la espira de mayor diámetro con la armadura 27 y entrando en contacto la espira de menor diámetro con el anillo 70.
En comparación con los inyectores conocidos, las ventajas del inyector 5 de acuerdo con la invención resultarán más evidentes a partir de la descripción anterior. En particular, la velocidad de retorno de la armadura 27 se puede incrementar sin tener que aumentar la precarga del resorte contrarrestante 52. Por tanto, no es necesario aumentar la fuerza del electroimán 26 o la dimensión del núcleo magnético 28; no es necesario utilizar materiales especiales de mayor resistencia mecánica o de mayor coste de fabricación y, finalmente, la precarga o dimensión del resorte 64 se puede reducir para simplificar el montaje.
Evidentemente, se pueden realizar cambios en el inyector tal y como ha sido aquí descrito e ilustrado, sin por ello desviarse del alcance de la presente invención tal y como queda definida por las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, el resorte 64, 74 puede ser de un tipo distinto al descrito. En particular, en la variante de las figuras 3 y 4, el resorte 64 puede comprender dos o más apéndices 71; en la variante de la figura 5, los sectores 38 de la armadura 27 pueden comprender cada uno de ellos una cavidad 72; y en la variante de la figura 6, el resorte de compresión helicoidal 74 puede ser cilíndrico en contraposición con un resorte de configuración tronco-cónica.

Claims (12)

1. Un inyector de combustible que comprende un cuerpo hueco (6) conectado a una tobera (9) que termina con uno o más orificios de inyección (11); una varilla de control (8), que desliza por el interior del cuerpo hueco (6) y está conectada en su primer extremo a un pasador (12) para cerrar dichos orificios (11); una válvula electromagnética dosificadora que comprende un obturador (44) para un conducto de descarga (43) de una cámara de control (41), que recibe un segundo extremo de la varilla de control (8); un primer resorte (52) que actúa contra un elemento intermedio (47) para mantener dicho obturador (44) en la posición cerrada; y un electroimán (26) para activar una armadura (27) para controlar dicho obturador (44) por vía de dicho elemento intermedio (47); estando dicha armadura (27) desconectada de dicho elemento intermedio (47) y quedando retenida descansando contra dicho elemento intermedio (47) mediante un segundo resorte (64, 74); con lo que dicho segundo resorte (64, 74) queda precargado entre dicha armadura (27) y dicho elemento intermedio (47), con el fin de no afectar a la acción de dicho primer resorte (52).
2. Un inyector según la reivindicación 1, en donde dicha armadura presenta sustancialmente la forma de un disco (27) que forma una sola pieza con un manguito (48), y dicho elemento intermedio presenta la forma de un vástago (47) coaxial con dicho disco (27); deslizando dicho manguito (48) sobre dicho vástago (47); caracterizado porque dicho segundo resorte (64, 74) está precargado entre dicho disco (27) y un hombro anular (63, 70) de dicho vástago (47).
3. Un inyector según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo resorte es un resorte de múltiples láminas (64).
4. Un inyector según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho resorte de múltiples láminas (64) comprende un número de arandelas Belleville coaxiales (66); estando definido dicho hombro (63) entre una primera porción (61) de dicho vástago (47) sobre la cual desliza dicha armadura (27), y una segunda porción (62) de dicho vástago (47) que desliza por el interior de un casquillo fijo (53).
5. Un inyector según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha armadura (27) comprende un número de sectores (38) separados por ranuras (39); y un resorte de láminas (64) definido como un disco cóncavo (68) que tiene un número de orejetas elásticas (67) igual al número de dichos sectores (38) y acoplándose cada una de ellas con el correspondiente de dichos sectores (38).
6. Un inyector según la reivindicación 5, caracterizado porque están previstos medios (71, 72) entre dicho disco cóncavo (68) y dicha armadura (27) y para impedir la rotación mutua de dicho disco y de dicha armadura.
7. Un inyector según la reivindicación 6, caracterizado porque dichos medios (71, 72) comprenden al menos un apéndice (71) situado sobre dicho disco cóncavo (68) y acoplándose con una de dichas ranuras (39).
8. Un inyector según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medios (71, 72) comprenden una cavidad (72) situada sobre al menos uno de dichos sectores (38) de dicha armadura (27) y acoplada con la correspondiente orejeta (67) de dicho disco cóncavo (68).
9. Un inyector según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo resorte (74) es un resorte de compresión helicoidal en forma de tronco de cono o cilíndrico.
10. Un inyector según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque dicho hombro comprende un anillo (70) alojado dentro de una acanaladura (65) en dicho vástago (47); acoplándose dicho disco cóncavo (68) con dicho anillo (70).
11. Un inyector según la reivindicación 4, caracterizado porque dichas primera y segunda porciones (61, 62) son del mismo diámetro.
12. Un inyector según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizado porque dicho vástago (47) comprende una pestaña (57) que puede moverse por el interior de una cámara de turbulencia (58) situada entre dicha cámara de control (41) y una cámara de descarga (37) en la que la descarga combustible precedente de dicha cámara de control (41).
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