Atomizador del inyector de combustible para sistemas de inyección,

constituido por una placa del atomizador (1),colocada en el lado aguas abajo de una aguja del inyector (2) con una pieza superior de una estructura del asiento(3), provista de un área central del atomizador (4), colocada en el interior del perímetro limitado por un anillo deestanqueidad de dicha estructura del asiento (3) y provisto de dos capas concéntricas de orificios de la tobera (5, 6)en el área central del atomizador (4), en donde la capa interior (5) tiene un radio R1 y la capa exterior (6) tiene unradio R2 con respecto al eje de simetría (AA) del inyector, dichos orificios de la tobera colocados en la capa interior(5) estando provistos de ejes que forman un ángulo divergente positivo αespecto al eje del inyector (AA),caracterizado porque los orificios de la tobera colocados en la capa exterior (6) están provistos de ejes los cualesson paralelos al eje del inyector (AA).

Atomizador del inyector de combustible para sistemas de preparacion de la mezcla para automoviles

La presente solicitud de patente se refiere a una distribucion de un atomizador del inyector de combustible de doble capa para sistemas de preparacion de la mezcla, el cual proporciona un modelo de pulverizacion conformado de una forma deseada y con un impulso apropiado sin la utilizacion de ningun adaptador mecanico en el lado aguas abajo del atomizador. Estado de la tecnica El inyector de combustible es un elemento clave en el proceso de control de la combustion de cualquier motor de combustion interna encendido por chispa. La calidad de la combustion (presion y productos posteriores a la combustion) esta muy relacionada, entre otras cosas, con la homogeneidad de la preparacion de la mezcla en la camara de combustion antes de la combustion. Por lo tanto la mezcla de combustible y gas producida en el puerto de admision (lado aguas arriba de los asientos de las valvulas) en cada ciclo del motor es decisiva para el resultado de la combustion. El ciclo primario en un motor de encendido por chispa es el ciclo del aire, el cual introduce en cada carrera de admision una cierta cantidad de gas fresco (mas adelante en este documento referido como el nucleo gaseoso) en la camara de combustion. El combustible liquido es inyectado en el interior del nucleo gaseoso para que se mezcle con el gas antes de ser introducido en el interior del cilindro. Para todas las distribuciones relacionadas con la invencion la dosificacion del combustible en el interior del nucleo gaseoso se realiza mediante un inyector de combustible controlado por un ciclo de trabajo. El inyector de combustible basicamente puede estar dividido en tres piezas funcionales: la pieza del accionamiento, la cual trabaja en un ciclo de trabajo si es electromecanica o simplemente en conexion y desconexion si es puramente mecanica, la pieza de estanqueidad, la cual normalmente esta integrada en la cara superior de la placa del atomizador; la pieza de dosificacion/atomizacion, la cual es la placa del atomizador en forma de disco en la cual estan colocados los orificios de la tobera de combustible y la cual realiza la dosificacion y la atomizacion del combustible. El combustible generalmente es distribuido por un carril del combustible (de aqui en adelante en este documento referido como carril) (100) a la parte superior del inyector de combustible (200) entonces pasa a traves del area del asiento de estanqueidad (300) y finalmente es dosificado e inyectado en el interior del nucleo gaseoso a traves de la placa del atomizador (400) . La figura 1 muestra un ejemplo de una distribucion de inyector de asiento plano. Trabajos experimentales recientes con combustibles de baja vaporizacion tales como etanol tanto puro como mezclado con gasolina (combustible flex) han mostrado que los procesos del mezclado fisico y vaporizacion dependen de la relacion dinamica entre el impulso (impulso = masa x velocidad) del pulverizado y aquel del nucleo gaseoso. En el nucleo gaseoso la masa esta distribuida uniformemente en el volumen. Esto no es cierto para el pulverizado del combustible. El pulverizado esta compuesto por gotas de diversos diametros producidas por la capacidad de fragmentacion del dispositivo atomizador y de vapor, el cual se propaga desde las superficies de las gotas libres. Inicialmente, la fraccion de masa mas importante esta contenida en las gotas. Los vectores de velocidad de las gotas tambien estan determinados por el diseno del atomizador. La placa del atomizador normalmente esta disenada con uno o multiples orificios de la tobera, los cuales guian cada pulverizado producido en una direccion determinada segun la relacion entre la longitud (LH) y el diametro (DH) de cada orificio de la tobera. La distribucion del impulso del pulverizado varia a traves del volumen de pulverizado principalmente controlado por tres factores: la distribucion inicial de las gotas, la vaporizacion de la trayectoria libre de las gotas y cualquier combinacion de las gotas en el volumen del pulverizado. Generalmente, la distribucion inicial de las gotas se realiza a la presion del carril disponible y el area del flujo efectivo de los orificios de la tobera. El area del flujo efectivo de un orificio o de los orificios de la tobera no se puede escoger libremente. Esta determinada por el requisito de flujo promedio constante impuesto por el tipo de motor y el desplazamiento. El numero de orificios en la tobera determinara la fragmentacion inicial de las gotas (tamano y velocidad) . Para proporcionar una distribucion del impulso homogenea en el interior del pulverizado es importante que las gotas iniciales y sus vectores de velocidad esten contenidos dentro de unos limites precisos determinados tanto por el impulso del nucleo gaseoso dinamico como por un control preciso del fenomeno de la combinacion de las gotas.

Actualmente la practica general en los disenos de los atomizadores de combustible es aplicar un enfoque de multiples orificios de la tobera en donde la forma del pulverizado global se alcanza mediante varios pulverizados individuales que emergen de uno o mas grupos de orificios. Normalmente, un grupo de orificios, que forma un pulverizado individual se aplica a motores con una valvula de admision por cilindro y dos grupos separados de orificios (atomizadores de pulverizados gemelos) a motores con dos valvulas de admision por cilindro.

Como se ha indicado previamente, un aumento en el numero de orificios de la tobera producira, mediante una presion del carril y un area del flujo efectivo sin cambios, una fragmentacion inicial del liquido en gotas con diametros promedio menores. El resultado promedio en el area del campo proximo a la punta del inyector (en el lado aguas abajo del atomizador) es un aumento de la superficie activa del pulverizado y por lo tanto una capacidad de vaporizacion aumentada, lo cual contribuye a una disminucion del impulso del pulverizado global.

Una argumentacion simplificada basada en las condiciones de contorno limite de estado constante, la cual desgraciadamente no es correcta en las condiciones de flujo no constante de alta turbulencia en el area del puerto de admision, a menudo conduce a la conclusion de que la simple multiplicacion de los orificios de la tobera automaticamente mejorara la homogeneidad del vaporizado y la capacidad de vaporizacion tanto en el campo distante del inyector como en el cilindro.

Muchos experimentos de visualizaciones de alta velocidad y de simulacion numerica en 3D realizados en el puerto de admision o en el cilindro han mostrado que este casi nunca es el resultado obtenido. Debido a la combinacion incontrolada y la alta turbulencia en el campo distante del inyector el pulverizado se recompone aleatoriamente en un estado altamente no homogeneo.

Adicionalmente, la multiplicacion del numero de orificios de la tobera en el atomizador genera otros inconvenientes. Por debajo de un cierto valor del diametro una reduccion adicional en el diametro del orificio aumenta exponencialmente los requisitos de las tolerancias de fabricacion y por lo tanto el coste del proceso de fabricacion entero.

LosdocumentosDE10021073 A1, US 2002/063175A1y US 60 89 476Arevelan atomizadores delinyectorde combustible segun la parte del preambulo de la reivindicacion 1. Ambas capas de orificios de la tobera en la placa del atomizador estan en el lado aguas abajo de una estructura de asiento conico que define una superficie de anillo de estanqueidad en cooperacion con un elemento de valvula de bola del inyector de combustible.

Unicamente un control preciso de ambos fenomenos, la fragmentacion inicial de las gotas y la combinacion mediante una distribucion de doble capa apropiada, como se propone mediante la invencion, genera una vaporizacion y homogeneizacion mejoradas controladas de la mezcla transferida a la camara de combustion durante la carrera de admision.

Breve descripcion de la invencion

El objeto de la presente invencion es un atomizador del inyector de combustible segun la reivindicacion 1. Formas de realizacion ventajosas del atomizador son la materia sujeto de las reivindicaciones 2 -9. Efectos ventajosos de un atomizador de este tipo son que las dos capas circulares concentricas de orificios de la tobera generan gotas con un tamano y una direccion del pulverizado promedio deseados para permitir un control del impulso del pulverizado mejorado en el campo distante del inyector y de ese modo mejorar la distribucion de la mezcla en la camara de combustion. La presente invencion se refiere unicamente a un atomizador del inyector de combustible, el cual puede ser utilizado en una amplia gama de inyectores, sin limitacion a un diseno especifico... [Seguir leyendo]

REIVINDICACIONES?

1. Atomizador del inyector de combustible para sistemas de inyeccion, constituido por una placa del atomizador (1) , colocada en el lado aguas abajo de una aguja del inyector (2) con una pieza superior de una estructura del asiento (3) , provista de un area central del atomizador (4) , colocada en el interior del perimetro limitado por un anillo de estanqueidad de dicha estructura del asiento (3) y provisto de dos capas concentricas de orificios de la tobera (5, 6) en el area central del atomizador (4) , en donde la capa interior (5) tiene un radio º1 y la capa exterior (6) tiene un radio º2 con respecto al eje de simetria (AA) del inyector, dichos orificios de la tobera colocados en la capa interior

(5) estando provistos de ejes que forman un angulo divergente positivo º con respecto al eje del inyector (AA) , caracterizado porque los orificios de la tobera colocados en la capa exterior (6) estan provistos de ejes los cuales son paralelos al eje del inyector (AA) .

2. Atomizador segun la reivindicacion 1 caracterizado porque la placa del atomizador (1) esta provista de una forma plana, conica de cupula o esferica.

3. Atomizador segun la reivindicacion 1 caracterizado porque dicha capa exterior (6) esta provista de un numero de orificios de la tobera igual o mayor que el numero total de orificios de la tobera en la capa interior (5) .

4. Atomizador segun la reivindicacion 1 caracterizado porque º esta comprendido entre 3ºy 10ºcon respecto al ej e del inyector (AA) .

5. Atomizador segun la reivindicacion 1 caracterizado porque esta provisto de orificios de la tobera en la capa exterior (6) que producen pulverizados que forman una forma tronco conica con un angulo del cono º, un eje de simetria colocado en el eje del inyector (AA) y que engloban los pulverizados producidos por los orificios de la tobera en la capa interior (5) .

6. Atomizador segun la reivindicacion 5 caracterizado porque esta provisto de un angulo del cono º entre 10º y 20º.

7. Atomizador segun la reivindicacion 1 caracterizado porque esta provisto de una capa interior (5) con dos orificios de la tobera opuestos y una capa exterior (6) con tres orificios de la tobera con una separacion angular de 72ºentre los dos orificios de la tobera mas proximos y 144º entre cada uno de estos orificios de la tobera mas proximos y el tercer orificio de la tobera.

8. Atomizador segun la reivindicacion 1 caracterizado porque esta provisto de una capa interior (5) con tres orificios de la tobera y una capa exterior (6) con tres orificios de la tobera con una separacion angular de 120ºen ambas capas (5, 6) .

9. Atomizador segun la reivindicacion 1 caracterizado por el hecho de que la estructura del asiento es una estructura de asiento plano (3) .

FIGUºA 1

FIGUºA 2

FIGUºA 3a

FIGUºA 4a FIGUºA 4b

FIGUºA 5